CN105775077B - 有缆遥控式水下设备运输及安装机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有缆遥控式水下设备运输及安装机器人，其包括：主体、集中控制模块、位置调整模块、监控模块、辅助调节模块和吊放模块；主体由长方体型主舱和四个长方体型立柱构成，四个立柱分别位于主舱上表面的四个顶角处，主舱内部设有长方体型压载舱；主舱左右侧面各连接一组位置调节模块，两组位置调节模块关于主体对称分布；主舱底部沿其长度方向连接有一组监控模块、两组辅助调节模块和一组集中控制模块，其中两组辅助调节模块关于主体对称分布，集中控制模块通过脐带缆传输光、电和动力信号；吊放模块位于主舱上表面中间位置，通过绞车底座与主体相连固定。本发明通过远程控制机器人进行水下设备的安装，大幅降低了安装的操作难度。

Description

有缆遥控式水下设备运输及安装机器人

技术领域

本发明属于海洋工程领域，具体地，涉及一种有缆遥控式水下设备运输及安装机器人。

背景技术

水下设备运输及安装技术在海洋工程中占有基础地位。受浮吊起吊能力和吊缆承载力的限制，现阶段水下设备深水安装仍面临很大挑战。随着探索海域深度、水下设备体积和重量的不断增加，深水安装对于安装船舶、吊放设备的能力要求越来越高，国外有作业者利用滑轮、浮块、浮筒等简易设备协助完成安装，但是仍然不能满足安装要求。此外，水深的不断增加也为现阶段主流安装方法的安装精度带来极大挑战。在深水安装中，利用浮力装置协助水下设备安装的技术思路日益成熟。

CN103754340B公开了一种浮力可调式水下设备辅助安装装置及安装方法，此项专利基于浮力装置协助安装的技术思路，主要优点是可用于不同重量水下设备的运输和深水安装，大大降低了对船舶吊机和吊缆承载能力要求，无需雇用大面积甲板船舶等；存在的主要问题是辅助安装装置主体材料为浮力材料，成本较高，且深水环境十分复杂，水下设备的精确着床以及配重链的导入等过程存在较大问题。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种有缆遥控式水下设备运输及安装机器人，通过现有关键设备和技术的组合，实现水下设备安装的高度可控性，以解决水下设备在深水安装中的难题。

为实现上述目的，本发明采用下述方案：

有缆遥控式水下设备运输及安装机器人，包括：主体、集中控制模块、位置调整模块、监控模块、辅助调节模块和吊放模块；主体由下部的长方体型主舱和上部的四个长方体型立柱构成，四个立柱分别位于主舱上表面的四个顶角处，主舱内部设有长方体型压载舱；主舱左右侧面各连接一组位置调节模块，两组位置调节模块关于主体对称分布；主舱底部沿其长度方向连接有一组监控模块、两组辅助调节模块和一组集中控制模块，其中两组辅助调节模块关于主体对称分布，集中控制模块通过脐带缆传输光、电和动力信号；吊放模块位于主舱上表面中间位置，通过绞车底座与主体相连固定。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

(1)、通过远程控制机器人进行水下设备的安装，大幅降低了安装的操作难度。

(2)、通过位置调节模块和辅助调节模块调节水下设备的位置和转角，实现水下设备精确安装的高度可控性。

(3)、运输及安装过程水下设备的重量全部由有缆遥控式水下设备运输及安装机器人承担，对于船舶能力要求低。

(4)、压载舱内进水量可控，实现不同重量水下设备的运输和安装。

(5)、运输及安装过程对天气条件要求低，不易受恶劣天气的影响。

附图说明

图1是有缆遥控式水下设备运输及安装机器人正视示意图。

图2是有缆遥控式水下设备运输及安装机器人俯视示意图。

图3是有缆遥控式水下设备运输及安装机器人侧视示意图。

图4是图2的A-A向的阶梯剖示意图。

图5是图2的B-B向的半剖示意图。

图6是辅助调节模块拆除卸扣过程的主体的半剖示意图。

图中：1、主体，2、集中控制模块，3、集中控制室，4、脐带缆，5、辅助调节模块，6、机械手，7、机械手动力***，8、监控模块，9、监控杆，10、监控摄像机，11、位置调节模块，12、螺旋桨主机，13、螺旋桨，14、旋转轴，15、吊放模块，16、液压绞车，17、绞车底座，18、浮块固定杆，19、浮块固定板，20、吊耳，21、排气阀，22、进排水阀，23、压缩空气泵，24、压载舱，25、压缩机放置舱，26、空气压缩机，27、橡胶垫圈，28、水下设备放置腔，29、吊缆通道，30、吊缆，31、液压卸扣，32、吊环，33、螺孔，34、水下设备，35、底座，36、浮块，37、控制开关，38、开关控制杆，39、主舱，40、立柱。

具体实施方式

如图1至图6所示，有缆遥控式水下设备运输及安装机器人，包括：主体1、集中控制模块2、辅助调节模块5、位置调节模块11、吊放模块15。

主体1由下部的长方体型主舱39和上部的四个长方体型立柱40构成，四个立柱40分别位于主舱39顶面的四个顶角处，主体1为对称结构，结构关于主舱39的两个竖直对称面对称，主体1采用高强度钢材制作。

主舱39内设有两个压载舱24，压载舱24为长方体型封闭空腔，用于提供抵消水下设备重力的浮力，两个压载舱24关于主体1对称分布，每个压载舱24顶部设有三个排气阀21，底部设有三个进排水阀22，通过开闭排气阀21和进排水阀22，可控制进入压载舱24海水的量，从而达到压载的效果，每个压载舱24内设有一个压缩空气泵23；主舱39内设有两个压缩机放置舱25，压缩机放置舱25为长方体型封闭空腔，两个压缩机放置舱25分别与两个压载舱24相邻，每个压缩机放置舱25内设有一个空气压缩机26，空气压缩机26内装有压缩空气，空气压缩机26通过导管与压载舱24内的压缩空气泵23相连，通过压缩空气泵23将空气压缩机26内的空气导入压载舱24并打开进排水阀22，可改变进入压载舱24海水的量，从而达到增加机器人浮力、使机器人上浮的效果。

每个立柱40侧面均设有吊耳20，用于运输时与运输船的拖曳缆相连；前后任意一对立柱40之间设有六个浮块固定杆18和一个浮块固定板19，浮块固定杆18为带螺纹钢制杆，固定于主体1下部长方体顶面，沿主舱39长度方向依次排列；浮块36为长方体，浮块36采用固体浮力材料制作而成，耐压能力强；所述固体浮力材料采用化学泡沫复合材料、微球泡沫复合材料或者轻质合成复合材料等浮力材料，浮块36中间设有通孔贯穿上下表面，浮块固定杆18穿过浮块36上的通孔与其相连固定；浮块固定板19由一块底板和两块侧板构成，其中任一侧板上有三个通孔，与侧板相邻的立柱40侧面自上而下有四排螺孔33，根据要固定的浮块36的数量选择合适高度的螺孔33，将螺栓穿过浮块固定板19侧板通孔并导入所选择的螺孔33中，用螺母可固定浮块固定板19，浮块固定板19底板上有六个通孔，浮块固定杆18可穿过浮块固定板19底板上的通孔并用螺母进行固定；左右任意一对立柱40之间设有二十个浮块固定杆18和四个浮块固定板19，同样用来固定浮块36。

压缩机放置舱25之间设有一个水下设备放置腔28，水下设备放置腔28为圆柱形凹槽，水下设备放置腔28顶部设有四个圆柱形吊缆通道29，水下设备放置腔28内壁设有橡胶垫圈27，防止水下设备34与机器人产生直接碰撞。

吊放模块15位于主舱39上表面中间位置，吊放模块15包括两个液压绞车16、一个绞车底座17，液压绞车16通过绞车底座17固定于主体1上，每个液压绞车16下方有两个圆柱形吊缆通道29，液压绞车16上设有吊缆30，吊缆30一端设有液压卸扣31，液压绞车16放出吊缆30，吊缆30穿过吊缆通道29，通过液压卸扣31与水下设备34上的吊环32相连固定。

主舱39左右侧面各设有一组位置调节模块11，两组位置调节模块11关于主体对称分布，每组位置调节模块11包括一个螺旋桨主机12、四个螺旋桨13，螺旋桨主机12为螺旋桨13提供动力，螺旋桨13可绕旋转轴14旋转，从而实现对机器人平动和转动位移的小幅度调节。

监控模块8与主舱39下表面相连，位于左侧压载舱24下方中部，监控模块8包括监控杆9、监控摄像机10，监控杆9可伸缩，一端与主舱39下表面相连，另一端与监控摄像机10相连，监控摄像机10可绕连接处旋转，用于监控着床阶段水下设备34与底座35的相对位置。

辅助调节模块5共有两组，与主舱39下表面相连，位于压缩机放置舱25下方，每组辅助调节模块5包括一个机械手6、一个机械手动力***7，机械手6为可活动式动力装置，用于实现水下设备34的位置微调以及机器人回收阶段液压卸扣31的拆除，机械手动力***7为机械手6作业提供动力。

集中控制模块2与主舱39下表面相连，与右侧辅助调节模块5相邻，集中控制模块2包括集中控制室3、脐带缆4，集中控制室3上设有控制开关37和开关控制杆38，机器人所有模块的光、电、动力信号都由控制开关37控制，开关控制杆38为可伸缩杆，通过其伸缩性可调控控制开关37，机器人所有模块的光、电、动力信号由母船发出，通过脐带缆4传递至集中控制室3中的开关控制杆38，再通过开关控制杆38调控控制开关37后进行信号处理，之后将光、电及动力信号传递至各个模块。

Claims (1)

1.一种有缆遥控式水下设备运输及安装机器人，包括：主体、集中控制模块、位置调整模块、监控模块、辅助调节模块和吊放模块；其特征在于：主体由下部的长方体型主舱和上部的四个长方体型立柱构成，四个立柱分别位于主舱上表面的四个顶角处，主舱内部设有长方体型压载舱；主舱左右侧面各连接一组位置调节模块，两组位置调节模块关于主体对称分布；主舱底部沿其长度方向连接有一组监控模块、两组辅助调节模块和一组集中控制模块，其中两组辅助调节模块关于主体对称分布，集中控制模块通过脐带缆传输光、电和动力信号；吊放模块位于主舱上表面中间位置，通过绞车底座与主体相连固定；

主体为对称结构，结构关于主舱的两个竖直对称面对称，主体采用高强度钢材制作；

主舱内设有两个压载舱，压载舱为长方体型封闭空腔，两个压载舱关于主体对称分布，每个压载舱顶部设有三个排气阀，底部设有三个进排水阀，通过开闭排气阀和进排水阀，每个压载舱内设有一个压缩空气泵；主舱内设有两个压缩机放置舱，压缩机放置舱为长方体型封闭空腔，两个压缩机放置舱分别与两个压载舱相邻，每个压缩机放置舱内设有一个空气压缩机，空气压缩机内装有压缩空气，空气压缩机通过导管与压载舱内的压缩空气泵相连；

每个立柱侧面均设有吊耳，前后任意一对立柱之间设有六个浮块固定杆和一个浮块固定板，浮块固定杆为带螺纹钢制杆，固定于主体下部长方体顶面，沿主舱长度方向依次排列；浮块为长方体，浮块采用固体浮力材料制作而成，所述固体浮力材料采用化学泡沫复合材料、微球泡沫复合材料或者轻质合成复合材料，浮块中间设有通孔贯穿上下表面，浮块固定杆穿过浮块上的通孔与其相连固定；浮块固定板由一块底板和两块侧板构成，其中任一侧板上有三个通孔，与侧板相邻的立柱侧面自上而下有四排螺孔，根据要固定的浮块的数量选择合适高度的螺孔，将螺栓穿过浮块固定板侧板通孔并导入所选择的螺孔中，用螺母固定浮块固定板，浮块固定板底板上有六个通孔，浮块固定杆可穿过浮块固定板底板上的通孔并用螺母进行固定；左右任意一对立柱之间设有二十个浮块固定杆和四个浮块固定板，同样用来固定浮块；

压缩机放置舱之间设有一个水下设备放置腔，水下设备放置腔为圆柱形凹槽，水下设备放置腔顶部设有四个圆柱形吊缆通道，水下设备放置腔内壁设有橡胶垫圈；

吊放模块位于主舱上表面中间位置，吊放模块两个液压绞车、一个绞车底座，液压绞车通过绞车底座固定于主体上，每个液压绞车下方有两个圆柱形吊缆通道，液压绞车上设有吊缆，吊缆一端设有液压卸扣，液压绞车放出吊缆，吊缆穿过吊缆通道，通过液压卸扣与水下设备上的吊环相连固定；

主舱左右侧面各设有一组位置调节模块，两组位置调节模块关于主体对称分布，每组位置调节模块包括一个螺旋桨主机、四个螺旋桨，螺旋桨主机为螺旋桨提供动力，螺旋桨可绕旋转轴旋转，从而实现对机器人平动和转动位移的小幅度调节；

监控模块与主舱下表面相连，位于左侧压载舱下方中部，监控模块包括监控杆、监控摄像机，监控杆可伸缩，一端与主舱下表面相连，另一端与监控摄像机相连，监控摄像机可绕连接处旋转，用于监控着床阶段水下设备与底座的相对位置；

辅助调节模块共有两组，与主舱下表面相连，位于压缩机放置舱下方，每组辅助调节模块包括一个机械手、一个机械手动力***，机械手为可活动式动力装置，用于实现水下设备的位置微调以及机器人回收阶段液压卸扣的拆除，机械手动力***为机械手作业提供动力；

集中控制模块与主舱下表面相连，与右侧辅助调节模块相邻，集中控制模块包括集中控制室、脐带缆，集中控制室上设有控制开关和开关控制杆，机器人所有模块的光、电、动力信号都由控制开关控制，开关控制杆为可伸缩杆，通过其伸缩性可调控控制开关，机器人所有模块的光、电、动力信号由母船发出，通过脐带缆传递至集中控制室中的开关控制杆，再通过开关控制杆调控控制开关后进行信号处理，之后将光、电及动力信号传递至各个模块。