CN109716005A - 用于稳定水下运载工具的附接机构 - Google Patents

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Abstract

提供了用于在清洁、维护或检查结构表面期间将远程操作运载工具，即ROV(100)，固定到海底结构(107)的***和方法。在一个或多个实施方案中，附接机构包括一对抓取钩(11a，110b)，所述一对抓取钩在由机动化驱动器驱动时升高和下降。在一个或多个实施方案中，附接机构包括刚性保持器，所述刚性保持器具有机械止动件并且连接到摆动臂，所述摆动臂被构造成向内旋转但不向外旋转超过所述机械止动件。在一个或多个实施方案中，附接机构包括串联的多个链接区段，每个链接区段在多个枢转点处连接。一对线穿过所述多个链接区段并且连接到一对滑轮，所述一对滑轮使所述线延伸或回缩，从而使所述多个链接区段旋转。

Description

用于稳定水下运载工具的附接机构
技术领域
本专利申请涉及远程操作运载工具检查装置，并且更具体地，涉及用于将远程操作运载工具固定到海底表面的机构。
背景技术
对海底结构(诸如管线、桩体、立管和船体)执行表面检查的一种常见方法是诸如通过利用推进器喷射器将远程操作运载工具(ROV)导航到检查表面，然后将具有检查工具的一个或多个机械臂部署在其中。基于ROV的检查特别适用于垂直地或水平地安装在地下或从支撑结构悬挂的海底管线。
在检查期间维持ROV稳定性可能会是一大挑战，尤其在检查表面是悬挂在水中的结构的情况下，因为这类结构相比植入海床的结构较不稳定。具体地，挑战来源于在检查工具与被检查或清洁的表面接触时生成的反作用力。由于ROV漂浮在水下，ROV由于浮力效应对这类反作用力特别敏感，并且反作用力可轻松地向后推动ROV以使其不稳定。具体地，在检查表面处部署清洁喷射器、旋转刷子和其他海洋生物清洁工具向ROV机械臂施加强的反作用力，这导致频繁的不稳定。使ROV重新稳定或对抗反作用力可通过激活推进器以提供与反作用力相反的连续推力来完成。然而，增加推进器的使用具有若干缺点。例如，激活推进器会耗尽ROV电池电力，从而缩短ROV正常运行时间。恒定的再稳定还会搅拌海床并且搅动水，这降低了操作员的可视性，并且由于必须将机械臂连续地重新定向到检查表面而引入成本很高的延迟。
因此，需要机械解决方案以在检查和清洁任务期间改善ROV的稳定性而不利用推进器，特别是当在管线上执行这类任务时。关于这些问题，提供了本申请。
发明内容
根据本发明的广泛方面，提供了用于将远程操作运载工具夹紧到海底结构表面的附接机构。
在本发明的一个方面，附接机构的实施方案适用于将远程操作运载工具(ROV)固定到海底结构。附接机构包括用于生成旋转力的马达。另外，附接机构包括由马达驱动的蜗杆齿轮驱动***，所述蜗杆齿轮***包括驱动轴、蜗杆螺钉、蜗杆轴、蜗杆轮和第一对齿锥齿轮。所述驱动轴包括第一端部和第二端部，所述第一端部联接到所述马达，并且所述蜗杆螺钉邻近于所述第二端部，所述蜗杆螺钉具有沿其外圆周设置并且由所述生成的旋转力驱动以进行旋转的多个齿。所述蜗杆轴包括设置在所述蜗杆轴的中心部分处的蜗轮，所述蜗轮周向地开孔以与所述蜗杆螺钉的所述多个齿啮合，使得当所述蜗杆螺钉由所述生成的旋转力驱动时，所述蜗杆轴对应地旋转。所述第一对齿锥齿轮同轴地设置在所述蜗杆轴的每个端部处，并且所述第一对齿锥齿轮在其节面处承载多个外部齿。
继续本发明的这一方面，所述附接机构的实施方案包括一对抓取钩，所述一对抓取钩在彼此镜像定向上相对于ROV的操作定向以一定角度水平地和垂直地倾斜，每个抓取钩具有第一端部和自由的第二端部。另外，所述附接机构包括一对钩轴，每个钩轴的第一端部联接到每个抓取钩的所述第一端部，所述一对钩轴相对于所述蜗杆轴以一定角度定向。此外，所述第二对齿锥齿轮与所述一对钩轴同轴并且包围所述一对钩轴并且邻近于每个钩轴的第二端部设置，所述第二对齿锥齿轮在其节面处承载多个外部齿。在一个或多个实施方案中，所述附接机构布置成使得所述第一对齿锥齿轮的所述外部齿和所述第二对齿锥齿轮的所述外部齿以啮合角啮合，使得当所述马达驱动所述蜗杆齿轮***时，将所述旋转力传递至所述钩轴以升高或下降所述抓取钩并且绕所述海底结构夹紧所述抓取狗的所述第二端部。
在本发明的另一个方面，提供了适用于将远程操作运载工具(ROV)固定到海底结构的附接机构的实施方案。在一个或多个实施方案中，所述附接机构包括刚性保持器，所述刚性保持器具有安装到所述ROV的第一端部和自由的第二端部，所述刚性保持器具有设置在所述第二端部处的机械止动件和邻近于所述第二端部的枢转点。另外，摆动臂在所述枢转点处联接到所述刚性保持器，所述摆动臂具有嵌入其中并且具有静止定向的滚动元件。另外，弹簧装置设置在所述机械止动件与所述摆动臂之间，从而向所述摆动臂提供张力。在一个或多个实施方案中，所述附接机构布置成使得在接触到海底结构时，反作用力致使摆动臂朝向ROV向内旋转，直到张力克服反作用力，从而致使摆动臂旋转至静止定向。
在本发明的另一个方面，提供了适用于将远程操作运载工具(ROV)固定到海底结构的附接机构的实施方案。在一个或多个实施方案中，所述附接机构包括多个链接区段，所述多个链接区段由设置在每个链接区段之间的多个销接头串联连接，所述多个链接区段各自具有机械止动件，所述机械止动件被构造成防止所述多个链接区段旋转一定角度。此外，柔性延伸线在一个端部处连接到延伸滑轮并且在所述多个销接头上方通过所述多个链接区段支撑。另外，柔性收缩线在一个端部处连接到回缩滑轮并且在所述多个销接头下方通过所述多个链接区段支撑。所述附接机构另外包括设置在所述延伸线处的第一锁定机构和设置在所述回缩线处的第二锁定机构，所述第一锁定机构和所述第二锁定机构被构造成通过将所述延伸线和所述收缩线锁定在适当位置来将所述多个链接区段锁定在适当位置。在一个或多个实施方案中，所述附接机构布置成使得所述延伸滑轮和所述回缩滑轮旋转以使所述延伸线或所述回缩线延伸或回缩以致动所述多个链接区段。
在本发明的另一个方面，提供了将远程操作运载工具附接到海底表面的方法。在一个或多个实施方案中，所述方法初始地在静止定向上实现远程操作运载工具。ROV是具有利用嵌入其中的滚动元件联接到摆动臂的刚性保持器和设置在所述刚性保持器与所述摆动臂之间的弹簧装置的类型。所述方法包括使所述海底结构的第一部分与所述滚动元件的第一面接触。所述方法使所述远程操作运载工具在所述海底结构的方向上前进，使得所述滚动元件的所述第一面接触所述海底结构的第二部分并且致使所述摆动臂朝向所述刚性保持器枢转并且增加所述弹簧装置中的张力。所述远程操作运载工具然后在所述海底结构的所述方向上前进，使得所述滚动元件的所述第一面经过所述海底结构的顶点并且存储在所述弹簧装置中的所述张力大于由所述海底结构施加在所述摆动臂上的所述正常力；以及另外，在释放所述弹簧装置中的所述张力时，使所述摆动臂向后朝向所述静止定向枢转远离所述刚性保持器。在一些实施方案中，使所述摆动臂向后朝向所述静止定向枢转远离所述刚性保持器致使所述摆动臂接触所述海底结构的第三部分，所述第三部分与所述海底结构的所述第一部分大约沿直径相对。
本发明的这些和其他方面、特征和优点可进一步从本文描述的本发明的某些实施方案来理解。
附图说明
附图示出示例性实施方案，并且并不旨在限制本发明。在附图中，类似的附图标号旨在表示相似或对应的零件。
图1A示出根据本申请的至少一个实施方案的用于将ROV固定到水平地定向的海底结构的附接机构的等距侧视图；
图1B示出图1A的在固定到垂直地定向的海底结构时附接机构的等距侧视图；
图2示出根据本申请的至少一个实施方案的附接机构的致动***的示意图；
图3示出根据本申请的替代性实施方案的用于将ROV固定到海底结构的附接机构的侧视图；
图4A示出图3的在与海底结构的固定操作期间附接机构的侧视图；
图4B示出图3的在继续与海底结构的图4A的固定操作期间附接机构的侧视图；
图5A示出根据本申请的替代性实施方案的用于将ROV固定到海底结构的附接机构的侧视图；
图5B示出图5B的附接机构在与海底结构的固定操作期间的侧视图；并且
图5C示出图5A和图5B的附接机构的两个示例性链接区段的侧视图。
具体实施方式
根据本发明的一个或多个方面，提供涉及远程操作运载工具(ROV)的机械臂的附接机构的实施方案，其改善了海底结构检查和清洁期间的ROV稳定性。具体地，本发明结合一个或多个实施方案进行描述，其中ROV通过附接机构固定或夹紧至待检查的海底结构(例如，管线)，以便通过在检查和清洁活动期间生成的反作用力被动地对抗ROV的不稳定性。所提供的附接机构通过闩锁至海底结构而使用少的电力或不使用电力，从而在有限的推进器利用下维持ROV稳定性，并且因此保持电池寿命。另外，在一个或多个实施方案中，本文提供的附接机构具有尺寸小于常规夹紧或其他机构的结构，使得附接机构可有利地由不使用脐带来从上面表面电源汲取电力的小而轻级ROV(诸如电动ROV、普通级ROV、检查级ROV、观察级ROV和其他类型的电池操作的ROV)实现。
在一个或多个实施方案中，附接机构是机动化抓取类型装置，其中一个或多个动态抓取钩从ROV的面向前部检查的部分延伸。在一个或多个实施方案中，抓取钩被构造成具有弯曲形状，所述弯曲形状接合圆形或圆柱形海底结构(诸如管线)。通过致动***将钩从打开位置致动至闭合位置。在打开位置中，ROV不会固定至所述结构，而在闭合位置中，ROV固定至所述结构。在一个或多个实施方案中，致动***包括马达、一个或多个齿锥齿轮以及布置来升高或下降抓取钩的蜗杆齿轮驱动***。
在一个或多个实施方案中，附接机构包括联接到可旋转摆动臂的刚性保持器，所述可旋转摆动臂被设计来接触海底结构并且适配于海底结构表面，直到由机械止动件固定到合适位置。摆动臂包括滚动元件，诸如一个或多个滚筒。摆动臂在枢转点处联接到刚性壁并且通过弹簧装置设置在摆动臂与机械止动件之间。机械止动件在一个方向上约束表面臂的旋转。
在一个或多个实施方案中，附接机构包括通过销接头串联连接到彼此的多个链接区段。销接头和链接区段的形状用作机械止动件，使得多个链接区段可以指状移动向内旋转，但不能延伸太多而超过直的水平延伸。
现参考附图描述本发明，所述附图形成本发明的一部分并且通过图示的方式示出本发明的示例性实现方式和/或实施方案。应理解，在不背离本发明的精神的情况下，可实现其他实施方案并且可作出结构改变。其中，例如，所公开的主题可体现为方法、装置、部件或***。
此外，已经认识到，术语可能具有超出明确声明含义的在上下文中建议或暗示的细微差别含义。同样，如本文所使用的短语“在一个实施方案中”不一定指代相同实施方案，并且如本文所使用的短语“在另一个实施方案中”不一定指代不同的实施方案。例如，旨在保护的主体可基于各个示例性实施方案的组合，或各个示例性实施方案的零件的组合。
现参考图1A和图1B，提供了根据本申请的至少一个实施方案的用于将ROV固定到海底结构的附接机构100。在一个或多个实施方案中，附接机构100联接到ROV 105，以便包括用于ROV的附件。可以任何常规的方式(诸如通过螺栓)联接到ROV。有利地，附接机构100可附接到小而轻的ROV，诸如电动ROV、普通级ROV、检查级ROV、观察级ROV和其他电池操作的ROV。在示例性实施方案中，附接机构100被设计成包围ROV并且将ROV夹紧至圆柱形管线(例如，水平管线107(如图1A中所示)；垂直管线109(如图1B中所示))，但是附接机构可被构造成夹紧至其他海底表面(诸如桩体或船体)，并且可被适当地构造用于夹紧至任意形状的目标物体。
在一个或多个实施方案中，附接机构100包括一对抓取钩110a、110b(或“弯曲构件”)。抓取钩110包括第一或上部端部115和第二或下部自由端部120。在一个或多个实施方案中，抓取钩110沿至少180°的圆弧从其第一端部115延伸至其第二端部120，以便与附接机构100邻接ROV 105的点协作，由此使得至少沿管柱107的一侧大体包围管柱并且夹紧至管柱，如图1A所示。由图1A和图1B示出的示例性实施方案中，一对抓取钩110a、110b相对于ROV的操作定向在水平平面和垂直平面两者上倾斜。有利地，形成具有倾斜或偏斜的抓取钩允许附接机构100将ROV 105固定到水平地和垂直地定向的海底结构，而无需重新定向ROV或任何附接臂。这是因为抓取钩110的偏斜允许钩的不同部分附接到海底结构。例如，如图1A所示，每个抓取钩110的下侧环绕水平地定向的管柱107的弯曲。然后，如图1B所示，ROV 105可通过利用抓取钩110的内侧边缘环绕管柱而附接到垂直地定向的管柱109。附接到水平地定向的管柱107或垂直地定向的管柱109由此在不改变ROV的定向的情况下实现。有利地，这使得ROV 105不必使用推进器，这对于更小且轻的ROV是期望的。另外，以一定角度接近确保抓取钩110以相比垂直于管柱安装钩的情况更紧密的方式裹绕海底结构。
在一个或多个实施方案中，第一钩110a和第二钩110b的偏斜定向使得一对抓取钩的定向被镜像。例如，如果第一钩110a从水平平面和垂直平面两者偏斜45度，那么第二钩110b从水平平面和垂直平面两者偏斜负45度。在特定实施方案中，抓取钩110形成为倾斜或偏斜45度。这一角度为ROV提供最大灵活性以抓取在水平管柱和垂直管柱(例如，管线107、109)上，但是在实践中，抓取钩110的倾斜或偏斜可从45度变化较小量(例如，+/-5度)并且在将ROV 105固定到水平定向的圆柱形表面和垂直定向的圆柱形表面两者的情况下仍然有效。
现参考图1A、图1B和图2，抓取钩110机械地联接到容纳有ROV 105的蜗杆齿轮驱动***200。蜗杆齿轮驱动***200是齿轮和轴部件的机动化布置(arrangement)，其在被驱动时用来致动抓取钩110以在垂直平面中以弧形向上和向下枢转，以便于在检查海底表面期间与海底表面(例如，水平管线107、垂直管线109)接合并且将ROV 105固定到适当位置。在一个或多个实施方案中，蜗杆齿轮驱动***200包括马达205，所述马达205驱动啮合的蜗杆螺钉210和蜗轮215组合(“蜗杆齿轮”)以使每个端部设置有第一对齿锥齿轮225a、225b(并且更大体地齿锥齿轮225)的狭长蜗杆轴220旋转。以此方式，将扭矩放大提供给蜗杆轴220。在一个或多个实施方案中，蜗轮215绕蜗杆轴220的圆周设置并且与蜗杆轴220同轴。在一个或多个实施方案中，蜗轮215位于蜗杆轴220的中心。可绕蜗杆轴220的圆周包括一个或多个轴承。例如，轴承可定位成邻近于齿锥齿轮225a、225b中的每一个。齿锥齿轮225被设计成具有小于90度的节锥角并且与设置在钩轴230的端部处的具有类似节锥角的第二对齿锥齿轮235a、235b(并且更大体地齿锥齿轮235)接合。钩轴230联接到抓取钩110，因此，当由马达驱动时，这一序列的机械接合用来升高或下降抓取钩110。
可理解，虽然本文所示出的实施方案和论述是指“成对的”钩、钩轴和齿锥齿轮，但是具有多于一个钩和对应的钩轴和齿锥齿轮的优点更大体地扩展至“一组”钩、钩轴和齿锥齿轮。这样，本文描述的实施方案中的每一个可更大体地解释成以便具有一组钩，每个钩具有相应的钩轴并且接合到齿锥齿轮，其中所述组包括一个到多个钩和钩轴并且有可能许多齿锥齿轮。
更具体地，如图2中的示例性实施方案所示，蜗杆齿轮驱动***200包括马达205，所述马达205驱动在第一端部处联接到马达的驱动轴207。一个或多个轴承可实现成邻近于驱动轴207的第一端部，以便驱动轴联接到马达205。驱动轴207是圆柱形轴，其邻近于驱动轴207的第二端部的部分被加工成蜗杆螺钉210。当马达205驱动驱动轴207时，驱动轴绕其纵向轴线顺时针或逆时针旋转。然后，蜗杆螺钉210将这一旋转运动传递至与蜗杆螺钉啮合的蜗轮215。
如图2所示，蜗轮215垂直于蜗杆螺钉210定位并且与蜗杆螺钉210啮合以包涵蜗杆齿轮，使得由马达205向蜗杆螺钉生成并且传递至蜗轮的旋转运动致使蜗轮绕蜗杆轴220的水平纵向轴线顺时针或逆时针旋转。这进而致使蜗杆轴220绕其水平纵向轴线旋转。为了便于蜗杆齿轮的啮合，蜗杆螺钉和涡轮可包括沿其外圆周机加工的多个齿和槽，所述多个齿和槽的尺寸和形状设定成对应地联接蜗杆螺钉和涡轮。蜗杆齿轮可以是非开孔的(即，在蜗杆螺钉210或蜗轮215的圆周周围无机加工的槽)、单开孔的(即，在蜗轮215圆周周围机加工槽)或双开孔的(即，在蜗杆螺钉210和蜗轮215的圆周两者周围机加工槽)。在一个或多个实施方案中，蜗轮215被开孔成包括沿其外圆周设置的多个齿，所述多个齿的尺寸和形状被设定成与开孔的蜗杆螺钉210接合。
在其节面处承载多个外部齿的第一对齿锥齿轮225a、225b与蜗杆轴220的每个端部同轴设置或设置在蜗杆轴220的每个端部处。在一个或多个实施方案中，齿锥齿轮225被安装来提供特定的节锥角。例如，在一个实施方案中，齿锥齿轮225具有22.5度的节锥角，但是可设想其他节锥角，这取决于附接机构100的期望运动范围。
在一个或多个实施方案中，蜗杆齿轮驱动***200生成旋转力，所述旋转力用来使附接机构100的抓取钩110在向上或向下运动中枢转，从而将ROV 105固定到海底表面。有利地，由蜗杆齿轮驱动***200提供的扭矩放大效果用作锁定机构抵抗抓取钩110的无意运动。更简单地，由于第一齿锥齿轮225和第二齿锥齿轮235的啮合性质，在不具有由马达205提供的扭矩放大的情况下，抓取钩110保持在适当位置中。齿锥齿轮被选择成使得在典型使用期间，外部力(诸如由ROV或抓取钩110在与表面接触期间生成的那些)不会超过使齿锥齿轮旋转所需的扭矩放大阈值。
为了实现蜗杆齿轮驱动***200致动抓取钩110，在一个或多个实施方案中，抓取钩110的第一端部115限定孔或腔125用于接收将第一端部115联接到ROV 105的一对钩轴230a、230b的第一端部。在一个或多个实施方案中，抓取钩110在第一端部115处通过销、螺钉、环氧树脂、粘合剂或其他紧固件联接到蜗杆齿轮驱动***200。在其节面处承载多个外部齿的第二对齿锥齿轮235中的每一个包围钩轴230a、230b中的每一个并且设置在每个钩轴230的第二端部处或邻近于所述第二端部设置并且与所述第二端部同轴。第一对齿锥齿轮225和第二对齿锥齿轮235被对应地开孔(即，具有尺寸和形状被设定成与绕其他齿轮的圆周设置的多个齿啮合的槽)，使得当第一对齿锥齿轮旋转时，所啮合的第二对齿锥齿轮接收旋转力并且由于所述啮合在相反方向上旋转。这类啮合迫使钩轴230旋转，从而升高或下降抓取钩110。例如，齿锥齿轮225a的齿啮合到齿锥齿轮235a的槽中，并且反之亦然。
抓取钩110的弧形运动范围可取决于当两个齿轮组啮合时齿锥齿轮225相对于齿锥齿轮235具有的特定角度(“啮合角”)而变化。啮合角通过对齿锥齿轮的相应的节锥角求和来计算。例如，图2中的示例性实施方案具有由第一对齿锥齿轮225和第二对齿锥齿轮235产生的45度的啮合角，所述第一对齿锥齿轮225和第二对齿锥齿轮235都具有22.5度的节锥角。其他齿轮啮合角可通过实现节锥角(诸如15度、30度、60度、75度或90度)不同的齿锥齿轮来实现，这取决于附接机构100的期望运动范围。另外，在一个或多个实施方案中，齿锥齿轮235与齿锥齿轮225具有相同或类似尺寸和开孔构型。齿锥齿轮中的每一个不需要是完全相同的尺寸，例如可实现更大或更小的齿锥齿轮235，以便补偿更大或更小的啮合角。
许多海底表面(诸如管线)具有铁磁体性质。为了增加与检查表面的附着性，在一个或多个实施方案中，可将磁性材料在第一自由端部处或邻近第一自由端部嵌入抓取钩110中。磁性材料可由铁、镍、钴、稀土金属及其合金制成。
海底表面也可用保护涂层覆盖，诸如用于阴极保护的管线。在一个或多个实施方案中，抓取钩110用橡胶涂层覆盖，用于在钩夹紧到结构上时防止海底结构损坏。在一个或多个实施方案中，保护性垫片或衬垫固定到ROV 105的位于抓取钩110的联接的第一端部115之间的前表面，使得如果ROV接触结构表面，那么对表面没有损坏或很少损坏。在一个或多个实施方案中，滚动元件固定到抓取钩的下侧和/或ROV 105的位于联接的第一端部115之间的前表面。例如，滚动元件可包括一个或多个滚筒、滚珠轴承或轮子，使得当ROV 105夹紧至表面时，如果ROV激活推进器，那么抓取钩110和/或ROV主体跨所述结构周向地滚动。这提供了另外的自由度(即，节锥角)，其允许更加有效的清洁和检查方法。
现参考图3，提供了根据本申请的至少一个实施方案的用于将ROV固定到海底结构的附接机构300。如果将待检查或清洁的海底结构嵌入地面中或位于海床上，那么可实现负浮力式ROV 305。负浮力式ROV主要通过使用胎面或轮子沿海床爬行来操作。虽然附接机构300有利地利用负浮力式ROV实现，但是根据本文的一个或多个实施方案的附接机构300可与其他传统ROV(例如，ROV 105)一起使用。ROV 305包括用于导航至海床并沿海床导航的水平推进器310和垂直推进器315。然而，一旦在海床上，优选通过将机动化胎面320用作沿海床移动的主要装置来最小化推进器利用，因为在海床上利用推进器可通过搅晃松散的软沙来搅拌海床，从而限制操作者对环境的可见性。
附接机构300包括刚性保持器325，所述刚性保持器325具有安装在ROV 305的前表面处的第一或附接端部330。在一个或多个实施方案中，刚性保持器325沿高达180度的圆弧从其第一端部延伸至第二端部335(如图所示)。在其他实施方案中，刚性保持器325在没有弯曲的情况下以直线延伸。第二端部335的前缘表面可定型成圆形或其他空气动力学头部，以便以最小的摩擦穿过水。在一个或多个实施方案中，第二端部335包括机械止动件340。例如，机械止动件340可以是第二端部335的一部分，其从刚性保持器335的纵向跨度向下延伸以限定唇缘，所述唇缘具有下侧表面，所述下侧表面与所述第二端部的前缘表面相反地面向。机械止动件340还可包括其他凸缘、块或障碍物。
在一个或多个实施方案中，附接机构300包括弹簧负载的摆动臂345，所述弹簧负载的摆动臂345在摆动臂可绕其旋转的枢转点350处联接到刚性保持器325。枢转点350在靠近机械止动件340的点处邻近于第二端部335设置，使得在静止时，摆动臂345在静止位置中基本垂直于海床悬挂。弹簧装置355设置在机械止动件340与摆动臂350之间。弹簧装置355提供弹簧力，所述弹簧力使摆动臂345朝向机械止动件340推动。例如，如果机械止动件340限定唇缘(如图3所示)，那么弹簧装置355固定到所述唇缘的下侧并且被偏置来使摆动臂345相对于刚性保持器325维持静止位置定向。弹簧装置355可以是压缩弹簧、拉伸弹簧或其他已知的弹簧装置。在一个或多个实施方案中，自由地可旋转的滚动元件360嵌入摆动臂345中。滚动元件360可包括一个或多个滚筒、滚珠轴承、轮子等。
附接机构300的操作由图4A-4B示出。如图4A所示，推进器310、315和/或机动化胎面320致动ROV 305以使其接近待清洁或检查的海底结构405，直到摆动臂345接触结构的第一部分。当ROV 305继续朝向海底结构405前进，使得摆动臂345的滚动元件360穿过海底结构表面移动至所述表面的第二部分，产生反作用力。反作用力推动摆动臂345绕枢转点350朝向ROV 305的刚性支持器325向内枢转。当摆动臂345枢转时，弹簧装置355拉伸并延伸以提供使摆动臂朝向海底结构405的外表面向下推动的弹簧张力，从而当ROV 305向前移动时，致使摆动臂继续邻接外表面。在枢转期间，滚动元件360促进摆动臂345沿海底结构405的外表面的周向滑动。以此方式，滚动元件360在节锥角平面中提供另外的自由度。
当ROV 305足够向前移动，使得摆动臂345的自由端部经过海底结构405的顶点时，由弹簧装置355提供的弹簧张力克服来自海底结构的反作用力和摩擦表面力，以在静止位置中朝向机械止动件340返回枢转摆动臂，如图4B所示。然后机械止动件340防止进一步向外旋转。以此方式，摆动臂345用于包围海底结构405并将ROV 305保持在适当位置。在一个或多个实施方案中，ROV 305通过使摆动臂345接触海底结构405的第三部分来包围海底结构405，其中所述第三部分与海底结构的第一部分大约沿直径相对。此后，ROV 305可例如使用清洁喷嘴、检查臂和其他工具(未示出)来执行清洁和检查任务，同时补偿由执行这类任务产生的反作用力。为了进一步对抗反作用力，另外的滚动元件(其可与滚动元件360相同或类似)可在刚性保持器325下方固定到ROV 305的前表面，使得当摆动臂345如图4B所示处于夹紧位置时，垂直推进器315可用来进一步促进附接机构300在海底结构上滑动。在一个或多个实施方案中，保护性垫片或衬垫在刚性保持器325下方固定到ROV 305的前表面，使得如果ROV接触海底结构405表面，那么对表面或ROV没有损坏或很少损坏。
将理解，摆动臂345具有长度，所述长度根据刚性保持器325使枢转点350从附接点330移位至ROV 305的总距离，并且进一步根据待抓取的物体(诸如海底结构405)的预测直径(或其他尺寸)而被选择。如图4A和图4B所示，摆动臂响应于由海底结构405施加至向上位置的力枢转并且在ROV 305在图中向左前进，直到海底结构405接近ROV的前向端部之后返回至其静止位置(图4B)。此后，ROV可反向移动以将摆动臂345与海底结构(即，海底结构的左侧，如图所示)进行可靠接触。
现参考图5A-C，提供根据本申请的至少一个实施方案的用于将ROV固定到海底结构的附接机构500。附接机构500以与在上文附接机构实施方案联接ROV 105或ROV 305相同或类似的方式联接到ROV 505，并且如下文所述，由ROV内的机构驱动以提供其附接功能。附接机构500被构造来提供指状夹紧机构，所述指状夹紧机构使ROV 505能够夹紧至具有各种几何结构和直径并且无需实现推进器作为附接机构的一部分的多个海底结构(例如，海底结构510，如图5B中的管线所示)。在操作期间，附接机构500具有延伸或未夹紧状态(如图5A所示)，其中多个链接区段515水平地串联对齐。当ROV 505接近海底结构510，优选从结构上方接近(如图5B所示)时，多个链接区段515被致动以在清洁或检查(“夹紧状态”)期间绕海底结构的外表面卷曲并且将ROV夹紧在适当位置。为了便于夹紧，在一个或多个实施方案中，多个链接区段515可用橡胶材料涂覆以增加抓取摩擦并且减少海底结构表面处的刮擦。在一个或多个实施方案中，磁体或电磁体可设置在链接区段515的下表面内并且邻近于所述下表面设置，从而帮助连接机构500稳定到海底结构表面。
更具体地，多个链接区段515联接在多个销接头520处，在每两个链接区段之间具有销接头。链接区段515被机加工成使得每个链接区段在给定区段的上表面处限定机械止动件525。例如，如图5C所示，多个链接区段515a、515b可被机加工来限定一对对应的凹口517、518，所述一对对应的凹口517、518使每个区段能够位于跟随它的区段中，从而用作机械止动件525。在一个实施方案中，第一矩形凹口517a设置在链接区段515a的左上部分，而第二矩形凹口518a设置在链接区段515a的右下部分。以此方式，链接区段515a是S形的，但是上表面和下表面可以是圆形或凹形的以适于海底结构510的外表面。如可见，链接区段515a的右上部分可位于链接区段515b的第一凹口517b中，所述链接区段515b是下一个链接区段，而链接区段515b的左下部分位于链接区段515a的第二凹口518a中。然后，两个链接区段515a、515b在销接头520b处链接。这种布置提供机械止动件525，所述机械止动件525允许链接区段515a向下旋转至一定角度(例如，5度、10度或15度)，但第一凹口517防止多个链接区段向上旋转超过水平平面(即，基本直的)大约0度。这一链接布置对多个链接区段515中的每一个继续进行，除了第一链接区段(其在一些布置中，并不包括第一凹口517，因为没有物体链接到其前面)，和最后的链接区段(其在一些布置中，并不包括第二凹口518，因为链接区段的所述部分可链接到ROV 505)之外。另外，在一个或多个实施方案中，每个链接区段515优选与所有其他链接区段完全相同(除如上文所述第一区段和最后的区段之外)，尽管它们的结构可不同。以此方式，可添加或移除链接区段515以增加或减少清洁或检查海底结构510所需要的附接机构500的长度。
由于浮力、电流和重力效应在海底环境中是固有的，因而附接机构500需要被致动以通过致动机构从未夹紧状态操作至夹紧状态。在一个或多个实施方案中，为了控制夹紧操作，致动机构包括连接到延伸滑轮535的延伸线530和连接到回缩滑轮545的回缩线540。延伸线530和回缩线540是支撑在多个链接区段515内并且在一个端部处终止在第一链接部件内并且在另一端部处终止在容纳在ROV 505内的滑轮处的柔性线或线缆。在一个或多个实施方案中，延伸线530支撑在多个销接头520上方，并且回缩线540支撑在销接头下方。
延伸滑轮535和回缩滑轮545容纳在ROV 505内并且可被机动化或可以是弹簧负载的滑轮用于致动，并且被构造成用于同步旋转，但是在相反方向上(即，如果延伸滑轮顺时针旋转，回缩滑轮逆时针旋转)。延伸线530和回缩线540两者由能够向上和向下弯曲的材料制成。因此，在经由马达或通过释放或压缩弹簧力致动延伸滑轮535和回缩滑轮545期间，线绕相应的连接滑轮对应地延伸或回缩到ROV 505中，从而使多个链接区段515向内或向外旋转。
在一个或多个实施方案中，附接机构500包括与延伸线530和/或回缩线540连接的一个或多个锁定机构550，用于在夹紧操作期间限制滑轮马达功率消耗。锁定机构550通过在表面清洁或检查期间将延伸线530和回缩线540锁定在适当位置来限制功率消耗，而无需马达来连续地驱动延伸滑轮535和回缩滑轮545，以维持多个链接区段515与表面之间的接触，因为反作用力由清洁或检查生成。锁定机构550通常邻近于延伸滑轮535和回缩滑轮545容纳在ROV 505内，但是锁定机构可布置在多个链接区段515内，只要它可用于与滑轮马达连通。在一些布置中，单一锁定机构550在ROV 505内容纳在延伸线530与回缩线540之间。在其他布置中，第一锁定机构在ROV 505中容纳在延伸线530下方并且与延伸线530连接，并且第二锁定机构在ROV中容纳在回缩线540上方并且与回缩线540连接。
虽然图5A-C中所示的示例性实施方案设想向下旋转附接机构以附着到海底表面，但是在一个或多个实施方案中，致动机构可包括以与上文提供的类似的方式布置的另外的马达、线和滑轮，以引入另外的夹紧角。例如，另外的马达/线/滑轮***可布置成向多个链接区段515提供侧向或稍微向上的运动。这种向上运动可包括在水平定向与链接区段515的水平平面呈0-15度。以此方式，附接机构500可适于夹紧到垂直定向的结构和其他结构定向。
值得注意的是，上文的附图和实例并不意味着将本申请的范围限制为单一实现方式，因为通过互换一些或所有所描述或示出的元件，其他实现方式是可能的。此外，在使用已知部件可部分地或完全地实现本申请的某些元件的情况下，仅描述了理解本申请所必需的这些已知部件的那些部分，并且将这类已知部件的其他部分的详细描述省略，以便不会模糊所述申请。在本说明书中，除非本文另有明确说明，否则示出单个部件的实现方式不应限于包括多个相同部件的其他实现，并且反之亦然。此外，否则申请人并不意图将说明书或权利要求中的任何术语赋予不常见或特殊含义，除非明确这样说明。此外，本申请涵盖了在本文作为说明被提及的已知部件的当前和未来已知的等同物。
具体实施方式的上述说明将完全地揭示本申请的一般性质，通过应用相关领域的技术知识(包括本文引用和作为参考包含的文献的内容)，其它人能够在不进行过度实验的情况下，容易地修改和/或改编这类具体实施方案的各种应用，而不脱离本申请的一般原理。因此，基于本文存在的教义和指导，这类调整和修改倾向于在所公开实施方案的等同物的意思和范围之内。应理解，本文的用语或术语是用于说明，而不是对本申请的限制，使得说明书的术语或用语将由技术人员结合本领域技术人员的知识，按照这里给出的教导和指导来解释。
虽然上文已描述了本说明书的各种实施方案，但应解，所述实施方案以举例的方式而不是以限制性的方式来展现。对本领域技术人员显而易见的是，其中可做出形式和细节上的各种变化而不背离本申请的精神和范围。因此，本申请将受限于上文描述的示例性实现方式中的任一个。

Claims (11)

1.一种适于将远程操作运载工具(ROV)固定到海底结构的附接机构，其包括：
马达，所述马达用于生成旋转力；
由所述马达驱动的蜗杆齿轮驱动***，所述蜗杆齿轮***具有：
驱动轴，所述驱动轴具有第一端部和第二端部，所述第一端部联接到所述马达，并且蜗杆螺钉邻近于所述第二端部，所述蜗杆螺钉具有沿其外圆周设置并且由所述生成的旋转力驱动以进行旋转的多个齿，
蜗杆轴，所述蜗杆轴具有设置在所述蜗杆轴的中心部分处的蜗轮，所述蜗轮周向地开孔以与所述蜗杆螺钉的所述多个齿啮合，使得当所述蜗杆螺钉由所述生成的旋转力驱动时，所述蜗杆轴对应地旋转，以及
第一对齿锥齿轮，所述第一对齿锥齿轮同轴地设置在所述蜗杆轴的每个端部，所述第一对齿锥齿轮在其节面处承载多个外部齿；
一对抓取钩，所述一对抓取钩在彼此镜像定向上相对于ROV的操作定向以一定角度水平地和垂直地倾斜，每个抓取钩具有第一端部和自由的第二端部；
一对钩轴，每个钩轴的第一端部联接到每个抓取钩的所述第一端部，所述一对钩轴相对于所述蜗杆轴以一定角度定向；以及
第二对齿锥齿轮，所述第二对齿锥齿轮与所述一对钩轴同轴并且包围所述一对钩轴并且邻近于每个钩轴的第二端部设置，所述第二对齿锥齿轮在其节面处承载多个外部齿，
其中所述第一对齿锥齿轮的所述外部齿和所述第二对齿锥齿轮的所述外部齿以啮合角啮合，
由此，所述马达的所述旋转力从所述蜗杆齿轮***传递至所述钩轴以便升高或下降所述抓取钩并且绕所述海底结构夹紧所述抓取钩的所述第二端部。
2.根据权利要求1所述的附接机构，其中所述啮合角是45度。
3.根据权利要求1所述的附接机构，其中所述第一对齿锥齿轮和所述第二对齿锥齿轮具有22.5度的节锥角。
4.一种适于将远程操作运载工具(ROV)固定到海底结构的附接机构，其包括：
刚性保持器，所述刚性保持器具有安装到所述ROV的第一端部和自由的第二端部，所述刚性保持器具有设置在所述第二端部处的机械止动件和邻近于所述第二端部的枢转点；
摆动臂，所述摆动臂在所述枢转点处联接到所述刚性保持器，所述摆动臂具有嵌入其中并且处于静止定向的滚动元件；以及
弹簧装置，所述弹簧装置设置在所述机械止动件与所述摆动臂之间，从而向所述摆动臂提供张力，
其中所述摆动臂被构造成朝向所述ROV向内并且远离所述静止定向旋转，直到所述张力克服由与所述海底结构接触生成的回缩力，以使所述摆动臂返回至所述静止定向。
5.根据权利要求4所述的附接机构，其中所述刚性保持器沿0度至180度的圆弧从其第一端部延伸至所述第二端部。
6.根据权利要求4所述的附接机构，其中所述机械止动件包括唇缘，所述唇缘具有下侧表面，所述下侧表面与所述第二端部的所述摆动臂不能旋转超过的前缘表面相对。
7.一种适于将远程操作运载工具(ROV)固定到海底结构的附接机构，其包括：
多个链接区段，所述多个链接区段由设置在每个链接区段之间的多个销接头串联连接，所述多个链接区段各自具有机械止动件，所述机械止动件被构造成防止所述多个链接区段旋转一定角度；
柔性延伸线，所述柔性延伸线在一个端部处连接到延伸滑轮并且在所述多个销接头上方通过所述多个链接区段支撑；
柔性收缩线，所述柔性收缩线在一个端部处连接到回缩滑轮并且在所述多个销接头下方通过所述多个链接区段支撑；以及
设置在所述延伸线处的第一锁定机构和设置在所述回缩线处的第二锁定机构，所述第一锁定机构和所述第二锁定机构被构造成通过将所述延伸线和所述收缩线锁定在适当位置来将所述多个链接区段锁定在适当位置，
其中所述延伸滑轮和所述回缩滑轮旋转以使所述延伸线或所述回缩线延伸或回缩以致动所述多个链接区段。
8.根据权利要求8所述的附接机构，其中所述第一滑轮和所述第二滑轮是机动化的。
9.根据权利要求8所述的附接机构，其中所述第一滑轮和所述第二滑轮是弹簧负载的。
10.一种将远程操作运载工具附接到海底结构的表面的方法，所述远程操作运载工具初始地处于静止定向，所述远程操作运载工具是具有利用嵌入其中的滚动元件联接到摆动臂的刚性保持器和设置在所述刚性保持器与所述摆动臂之间的弹簧装置的类型，所述方法包括：
使所述海底结构的第一部分与所述滚动元件的第一面接触；
所述远程操作运载工具在所述海底结构的方向上前进，使得所述滚动元件的所述第一面接触所述海底结构的第二部分并且生成反作用力，所述反作用力致使所述摆动臂朝向所述刚性保持器枢转并且增加所述弹簧装置中的张力；
使所述远程操作运载工具在所述海底结构的所述方向上前进，使得所述滚动元件的所述第一面经过所述海底结构的顶点并且存储在所述弹簧装置中的所述张力大于施加在所述摆动臂上的所述反作用力；以及
通过释放所述弹簧装置中的所述张力，使所述摆动臂向后朝向所述静止定向枢转远离所述刚性保持器。
11.根据权利要求10所述的方法，其中使所述摆动臂向后朝向所述静止定向枢转远离所述刚性保持器致使所述摆动臂接触所述海底结构的第三部分，所述第三部分与所述海底结构的所述第一部分大约沿直径相对。
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