CN106005312A - 基于rov开通微型隧道的水下作业装置及其作业方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于ROV开通微型隧道的水下作业装置及其作业方法，作业时，履带车行驶到作业位置；远程控制装置可以先控制机械手装置操作高压水枪对准被打捞物上预设的隧道起始部进行清理工作；然后，远程控制装置控制机械手装置将高压水枪放回到工具更换装置上并将隧道掘进器和吸泥泵从工具更换装置上取下；远程控制装置控制机械手装置将隧道掘进器对准已被高压水枪清理的预设的隧道起始部开始挖掘隧道；与此同时，远程控制装置控制机械手装置将吸泥泵对准隧道掘进器的头部并将被隧道掘进器挖下的泥沙吸走；如此便可实现在水下被打捞物上开凿隧道，作业过程不需要人员进入水下，作业方便而安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于ROV开通微型隧道的水下作业装置及其作业方法，属于一种用于水下打捞作业的装置。
背景技术
在我国，水下搜救捞系统是一支承担着国家指定的抢险救灾、打捞任务的专业队伍，负责船舶和海上设施、财产的救助、沉船沉物的打捞，港口、航道清障等水上突发事件的应急反应。按照国家有关部委的规定，救捞系统各打捞局的主要职责是：1)承担国家指定的特殊的政治、军事、救灾等抢险打捞任务；2)沉船沉物打捞，公共水域和航道、港口清障；3)水上非人命救助的船舶、设施和财产的救助打捞；4)沉船存油和难船溢油的应急清除，防止海洋环境污染。从规定中可以看出，其主要技术业务是海上沉船沉物打捞和紧急的抢险打捞。救捞系统自成立以来，完成了大量的沉船沉物的打捞、应急抢险、防止环境污染等一系列工程，如“渤海2号”钻井平台、“大舜”号滚装船、“辽旅渡7”滚装船、“银锄”号挖泥船、“奋威”号挖泥船、“南海1号”古沉船、“5.7”空难失事飞机、等救助打捞工程，完成了国家和舆论关心的事故清查、有效地疏通了航道、清除了海上障碍、抑制或减少了环境污染、挽回了国家和人民财产的损失、开展了水下考古科研，为国家的经济建设做出了很大的贡献。
三十年来，我国国民经济总产值以每年超过9％的速度增长。与之相对应的港口建设和海上运量也在高速增长，海上运输密度大幅度增加，随之而来的水上交通事故隐患也会增加，自2002年以来，每年都有超过300艘船舶在我国海域沉没，有些船舶沉没于航道或者港内，造成“一船沉没、全港瘫痪”的局面，给港口的生产带来损失，也会给国家带来一些负面影响。如何预控和迅速处理水上公共突发事件是政府面临的一项重要课题。但我国应急抢险打捞的综合能力与国家的要求差距大，与世界强国相比差距很大。主要是装备不足、抢险打捞能力较弱，完成应急抢险打捞任务困难，即使能完成也需要花费很长的时间和大量的人、财、物。这种情况与我国作为综合国力不断提高的海洋大国很不相称。据统计我国近年捞起沉船占当年沉船的比率约为5％。也即还有95％的沉船，由于各种原因(主要是打捞能力的原因)未能捞起，造成环境污染问题。如果改善了打捞装备，可以提高沉船的打捞率，多捞起一些沉船，不仅可以大大改善我国水域的环境，而且可以将捞起的沉船修复，即使不能修复，作为报废船拆解，可给国家提供可观的钢材与有色金属等各种原材料，也有利于我国绿色经济的成长。沉船打捞技术近年来有了较大的发展，其主要是以起重打捞为主的现代打捞已经成为主流技术，在很大程度上取代了传统的浮筒打捞技术。
所谓起重打捞，就是用起重船上的大起重量起重机直接将沉船或沉物吊离海底。它的施工程序比浮筒打捞要简单得多，除去必须的水下检查、打捞施工设计、计划之外，要做的准备工作是确定吊点、穿钢丝绳及辅助打洞切割、舱内清淤等，然后就是起吊沉船。程序比较少，作业时间自然就少，能实现快速打捞。
ROV，即无人遥控潜水器(Remote Operated Vehicle)，系统组成包括：动力推进器、遥控电子通讯装置、黑白或彩色摄像头、摄像俯仰云台、用户外围传感器接口、实时在线显示单元、导航定位装置、自动舵手导航单元、辅助照明灯和凯夫拉零浮力拖缆等单元部件。功能多种多样，不同类型的ROV用于执行不同的任务，被广泛应用于军队、海岸警卫、海事、海关、核电、水电、海洋石油、渔业、海上救助、管线探测和海洋科学研究等各个领域。
近年来，随着我国经济建设的不断发展，通过水路进行货物运输的总量也在不断增加。水路航道不断加载的趋势，使得一旦出现船只相撞并沉没的险情时，如何快速、安全、有效的对沉船进行打捞，从而最大限度的降低由此所造成的损失，成为了当务之急。在沉船打捞技术中，如何在沉船底下穿钢缆就是一项关键的技术。水下攻泥器穿引法，是目前常用的方法。操作步骤：1、在预定位置设标示记号；2、冲千斤洞坑；3、潜水员攻泥；4、穿引缆；5、抽拉千斤钢缆。由于沉船水深，周围环境能见度低，有时会有有害气体。如若潜水员进行工作，会对其造成一定危险性。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于ROV开通微型隧道的水下作业装置及其作业方法，能够实现在水下被打捞物上开凿隧道。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于ROV开通微型隧道的水下作业装置，采用如下技术方案：一种基于ROV开通微型隧道的水下作业装置，包括远程控制装置、履带车和无人遥控潜水器，所述无人遥控潜水器安装在履带车上，履带车和无人遥控潜水器由远程控制装置控制而运动；所述无人遥控潜水器上设有机械手装置；无人遥控潜水器上还安装有工具更换装置，所述工具更换装置上可拆卸地安装有高压水枪、隧道掘进器、吸泥泵，所述机械手装置上设有与高压水枪、隧道掘进器、吸泥泵连接的抓取接口。
优选地，所述机械手装置具有第一操作臂和第二操作臂，所述第一操作臂上设有与高压水枪、隧道掘进器连接的抓取接口；所述第二操作臂上设有与吸泥泵连接的抓取接口。
优选地，所述无人遥控潜水器通过铝合金框架安装在履带车上，所述铝合金框架上连接有锌块，无人遥控潜水器上还安装有浮力装置。
优选地，所述履带车、机械手装置和隧道掘进器采用液压驱动。
优选地，所述无人遥控潜水器上设有水下摄像机、水下照明灯和扫描声纳。
优选地，所述无人遥控潜水器上设有定位装置、惯性导航模块、深度计。
优选地，所述高压水枪吸取海水并将海水压缩后喷射出去。
优选地，所述履带车上设有车载通信设备和车载控制装置，所述车载通信设备与车载控制装置通信连接；所述履带车和机械手装置均与车载控制装置通信连接；所述远程控制装置上设有远程通信设备，所述远程通信设备和车载通信设备通信连接。
与本发明的一种基于ROV开通微型隧道的水下作业装置相应地，本发明还提供一种基于ROV开通微型隧道的水下作业装置的作业方法，采用如下技术方案：一种基于ROV开通微型隧道的水下作业装置的作业方法，利用上述技术方案及任一优选的技术方案所述的基于ROV开通微型隧道的水下作业装置进行作业，包括如下步骤：
1)将所述的基于ROV开通微型隧道的水下作业装置放置于被打捞物附近，远程控制装置控制履带车行驶到作业位置；
2)远程控制装置控制机械手装置通过抓取接口与高压水枪连接并将高压水枪从工具更换装置上取下；
3)远程控制装置控制机械手装置将高压水枪对准被打捞物上预设的隧道起始部，高压水枪喷出的水清理预设的隧道起始部；
4)远程控制装置控制机械手装置将高压水枪放回到工具更换装置上；
5)远程控制装置控制机械手装置将隧道掘进器和吸泥泵从工具更换装置上取下；
6)远程控制装置控制机械手装置将隧道掘进器对准已被高压水枪清理的预设的隧道起始部开始挖掘隧道；与此同时，远程控制装置控制机械手装置将吸泥泵对准隧道掘进器的头部并将被隧道掘进器挖下的泥沙吸走；
7)远程控制装置履带车继续向前推进；
8)重复步骤1)至7)直到履带车从被打捞物上预设的隧道终止部穿出。
如上所述，本发明的一种基于ROV开通微型隧道的水下作业装置，具有以下有益效果：在利用本发明的一种基于ROV开通微型隧道的水下作业装置作业时，将所述的基于ROV开通微型隧道的水下作业装置放置于被打捞物附近，远程控制装置控制履带车行驶到作业位置；远程控制装置可以先控制机械手装置操作高压水枪对准被打捞物上预设的隧道起始部进行清理工作；然后，远程控制装置控制机械手装置将高压水枪放回到工具更换装置上并将隧道掘进器和吸泥泵从工具更换装置上取下；远程控制装置控制机械手装置将隧道掘进器对准已被高压水枪清理的预设的隧道起始部开始挖掘隧道；与此同时，远程控制装置控制机械手装置将吸泥泵对准隧道掘进器的头部并将被隧道掘进器挖下的泥沙吸走；如此便可实现在水下被打捞物上开凿隧道，作业过程不需要人员进入水下，作业方便而安全。与本发明的一种基于ROV开通微型隧道的水下作业装置的有益效果相应地，本发明的一种基于ROV开通微型隧道的水下作业装置的作业方法也具有上述有益效果，此处不再赘述。
附图说明
图1显示为无人遥控潜水器的示意图。
图2显示为高压水枪的示意图。
图3显示为吸泥泵的示意图。
图4显示为隧道掘进器的示意图。
图5显示为履带车的示意图。
图6显示为本发明的一种基于ROV开通微型隧道的水下作业装置水下作业的示意图。
零件标号说明
1 履带车 6 工具更换装置
2 无人遥控潜水器 7 高压水枪
3 机械手装置 8 隧道掘进器
4 第一操作臂 9 吸泥泵
5 第二操作臂 10 被打捞物
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
图1显示为无人遥控潜水器的示意图，无人遥控潜水器，英文名称为RemoteOperated Vehicle，简称ROV，在无人遥控潜水器2上可以配备机械手装置3，从远程操作机械手装置3动作，能够方便地实现水下无人作业，在水下作业环境中可能需要使用多种作业工具，所以可以在无人遥控潜水器2上配备工具更换装置6，在工具更换装置6上可拆卸地放置多种工具，在需要使用某一种工具时，可以在远程操作机械手装置3从工具更换装置6上将此工具取下而操作使用，工具与工具更换装置6的可拆卸的连接方式，以及机械手装置3抓取工具的方式是现有技术。图2显示为高压水枪的示意图，高压水枪7可以喷出具有很高压力的水，可用以清洗污秽物，现有技术中有用于水下的高压水枪，可以在水下作业。图3显示为吸泥泵的示意图，现有技术中有可以在水下作业的吸泥泵9，吸泥泵可以吸入并排出泥沙，可用于清淤排秽。图4显示为隧道掘进器的示意图，隧道掘进器8具有挖掘钻头，可以挖除及破碎较硬的物体，比如可以在地下挖掘隧道，隧道掘进器的规格有大有小，大型的隧道掘进器比如挖掘海底隧道、地铁隧道的隧道掘进器，总而言之，隧道掘进器8是现有技术中的一种能够挖掘隧道的工具。图5显示为履带车的示意图，履带车为现有技术，履带车1的车轮上包覆有履带，能够提供很大的与地面结合的摩擦力，而且，履带车的载重能力很强，其特别适用于载重需求大、地面环境复杂、易于打滑的作业环境。
如图6所示，本发明的一种基于ROV开通微型隧道的水下作业装置，包括远程控制装置、履带车1和无人遥控潜水器2，所述无人遥控潜水器2安装在履带车1上，履带车1和无人遥控潜水器2由远程控制装置控制而运动；所述无人遥控潜水器2上设有机械手装置3；无人遥控潜水器2上还安装有工具更换装置6，所述工具更换装置6上可拆卸地安装有高压水枪7、隧道掘进器8、吸泥泵9，所述机械手装置3上设有与高压水枪7、隧道掘进器8、吸泥泵9连接的抓取接口。在利用本发明的一种基于ROV开通微型隧道的水下作业装置作业时，将所述的基于ROV开通微型隧道的水下作业装置放置于被打捞物10附近，远程控制装置控制履带车1行驶到作业位置；图6中的虚线为预设的隧道路线，远程控制装置可以先控制机械手装置3操作高压水枪7对准被打捞物10上预设的隧道起始部进行清理工作；然后，远程控制装置控制机械手装置3将高压水枪7放回到工具更换装置6上并将隧道掘进器8和吸泥泵9从工具更换装置6上取下；远程控制装置控制机械手装置3将隧道掘进器8对准已被高压水枪7清理的预设的隧道起始部开始挖掘隧道；与此同时，远程控制装置控制机械手装置3将吸泥泵9对准隧道掘进器8的头部并将被隧道掘进器8挖下的泥沙吸走；如此便可实现在水下被打捞物10上开凿隧道，作业过程不需要人员进入水下，作业方便而安全。
在本发明的一种基于ROV开通微型隧道的水下作业装置中，作为一种优选的实施方式，如图1所示，所述机械手装置3具有第一操作臂4和第二操作臂5，所述第一操作臂4上设有与高压水枪7、隧道掘进器8连接的抓取接口；所述第二操作臂5上设有与吸泥泵9连接的抓取接口。这样，在本发明的一种基于ROV开通微型隧道的水下作业装置作业时，可以利用第一操作臂4来操作隧道掘进器8进行挖掘隧道，同时利用第二操作臂5操作吸泥泵9将被隧道掘进器8挖掘下来的泥沙吸走并排出。这样，第一操作臂4和第二操作臂5相互配合，能够提供操作的灵活度和作业效率。为了便于驱动履带车1、机械手装置3和隧道掘进器8，可以采用液压驱动来实现履带车1、机械手装置3和隧道掘进器8的驱动，液压驱动力大，而且易于控制操作。水下环境能见度低，而且可能还有障碍物，为了能够在水下顺利作业，就首先要能够避开障碍物，为了提高本发明的一种基于ROV开通微型隧道的水下作业装置的作业能力，可以在所述无人遥控潜水器2上设有水下摄像机、水下照明灯和扫描声纳，这样，通过水下照明灯提供光源，通过水下摄像机能够观察水下的作业环境，水下摄像机将观察到的信息传递给远程控制装置，操作人员可在远程了解到水下的环境。在水下作业环境存在浑浊的情况时，水下摄像机也难以观察到水下真实情况，这时可以用扫描声纳对水下环境进行扫描并形成声纳影像信息并传递给远程控制装置，操作人员可在远程了解到水下环境。还可以在所述无人遥控潜水器2上设有定位装置、惯性导航模块、深度计，定位装置可以检测履带车1所处的位置并向远程控制装置报告位置信息；惯性导航模块可以对履带车1进行导航并将导航信息传递给远程控制装置；深度计可以检测履带车1所处的水深深度并向远程控制装置报告深度信息。为了便于从远程控制本发明的一种基于ROV开通微型隧道的水下作业装置，优选地，在所述履带车1上设有车载通信设备和车载控制装置，所述车载通信设备与车载控制装置通信连接；所述履带车1和机械手装置3均与车载控制装置通信连接；所述远程控制装置上设有远程通信设备，所述远程通信设备和车载通信设备通信连接。这样，操作人员从远程便可控制履带车1的运动和机械手装置3的动作，还可以将所述水下摄像机、扫面声纳、定位装置、惯性导航模块、深度计等电气元件与车载控制装置通信连接，通过车载控制装置与远程控制装置建立起控制连接关系。
海水中含有较多的盐分，容易对无人遥控潜水器2及其他器件造成腐蚀，可以在所述无人遥控潜水器2通过铝合金框架安装在履带车1上，所述铝合金框架上连接有锌块，铝合金是一种耐腐蚀的材料，不易被海水腐蚀，而且锌块能够替代其他金属零部件而被腐蚀，能够对其他金属零部件起到保护作用。所述高压水枪7、隧道掘进器8和吸泥泵9采用耐腐蚀、耐高压材料制成，以便在海水中使用，能够耐海水腐蚀。所述高压水枪7能够在水下直接吸取周围环境中的海水并将海水压缩后喷射出去。还可以在无人遥控潜水器2上安装浮力装置，比如充气囊、轻质材料制成的浮力块等，这样可以利用水的浮力平衡履带车1及安装在履带车1上的装置的重力，减轻履带车1的负载压力。
本发明还提供一种基于ROV开通微型隧道的水下作业装置的作业方法，利用上述技术方案及任一优选的技术方案所述的基于ROV开通微型隧道的水下作业装置进行作业，包括如下步骤：
1)将所述的基于ROV开通微型隧道的水下作业装置放置于被打捞物10附近，远程控制装置控制履带车1行驶到作业位置；
2)远程控制装置控制机械手装置3通过抓取接口与高压水枪7连接并将高压水枪7从工具更换装置6上取下；
3)远程控制装置控制机械手装置3将高压水枪7对准被打捞物10上预设的隧道起始部，高压水枪7喷出的水清理预设的隧道起始部；
4)远程控制装置控制机械手装置3将高压水枪7放回到工具更换装置6上；
5)远程控制装置控制机械手装置3将隧道掘进器8和吸泥泵9从工具更换装置6上取下；
6)远程控制装置控制机械手装置3将隧道掘进器8对准已被高压水枪7清理的预设的隧道起始部开始挖掘隧道；与此同时，远程控制装置控制机械手装置3将吸泥泵9对准隧道掘进器8的头部并将被隧道掘进器8挖下的泥沙吸走；
7)远程控制装置履带车1继续向前推进；
8)重复步骤1)至7)直到履带车1从被打捞物10上预设的隧道终止部穿出。
利用上述的基于ROV开通微型隧道的水下作业装置的作业方法可以在水下的被打捞物10上开凿出供钢缆穿过的隧道，且整个作业过程都有远程控制装置控制完成，无需操作人员下水作业，保证了操作人员的生命安全，节约劳动力及成本。
在上述步骤6)和步骤7)之间还可以有如下步骤：所述吸泥泵9将泥沙排出至无人遥控潜水器2后方，远程控制装置控制无人遥控潜水器2向后移动而将吸泥泵9排出的泥沙从隧道起始部送出。这样，被挖掘下来的沙土被排出隧道，隧道保持畅通，便于后续的穿入钢缆的作业。
在上述步骤8)之后可以还有如下步骤：远程控制装置控制机械手装置3夹持钢缆从已经开设好的隧道穿过，然后利用吊车装置就可以将被打捞物10从水中吊起。
基于上述实施例的技术方案，本发明的一种基于ROV开通微型隧道的水下作业装置及其作业方法能够实现在水下对被打捞物10进行挖掘隧道的作业，以便穿入起吊钢缆，整个作业过程由操作人员在远程控制，无需操作人员下水进入到恶劣、危险的环境中进行作业，从而保证了操作人员的生命安全。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种基于ROV开通微型隧道的水下作业装置，其特征是，包括远程控制装置、履带车(1)和无人遥控潜水器(2)，所述无人遥控潜水器(2)安装在履带车(1)上，履带车(1)和无人遥控潜水器(2)由远程控制装置控制而运动；所述无人遥控潜水器(2)上设有机械手装置(3)；
无人遥控潜水器(2)上还安装有工具更换装置(6)，所述工具更换装置(6)上可拆卸地安装有高压水枪(7)、隧道掘进器(8)、吸泥泵(9)，所述机械手装置(3)上设有与高压水枪(7)、隧道掘进器(8)、吸泥泵(9)连接的抓取接口。
2.如权利要求1所述的基于ROV开通微型隧道的水下作业装置，其特征是：所述机械手装置(3)具有第一操作臂(4)和第二操作臂(5)，所述第一操作臂(4)上设有与高压水枪(7)、隧道掘进器(8)连接的抓取接口；所述第二操作臂(5)上设有与吸泥泵(9)连接的抓取接口。
3.如权利要求1所述的基于ROV开通微型隧道的水下作业装置，其特征是：所述无人遥控潜水器(2)通过铝合金框架安装在履带车(1)上，所述铝合金框架上连接有锌块，无人遥控潜水器(2)上还安装有浮力装置。
4.如权利要求1所述的基于ROV开通微型隧道的水下作业装置，其特征是：所述履带车(1)、机械手装置(3)和隧道掘进器(8)采用液压驱动。
5.如权利要求1所述的基于ROV开通微型隧道的水下作业装置，其特征是：所述无人遥控潜水器(2)上设有水下摄像机、水下照明灯和扫描声纳。
6.如权利要求1所述的基于ROV开通微型隧道的水下作业装置，其特征是：所述无人遥控潜水器(2)上设有定位装置、惯性导航模块、深度计。
7.如权利要求1所述的基于ROV开通微型隧道的水下作业装置，其特征是：所述高压水枪(7)吸取海水并将海水压缩后喷射出去。
8.如权利要求1所述的基于ROV开通微型隧道的水下作业装置，其特征是：所述履带车(1)上设有车载通信设备和车载控制装置，所述车载通信设备与车载控制装置通信连接；所述履带车(1)和机械手装置(3)均与车载控制装置通信连接；所述远程控制装置上设有远程通信设备，所述远程通信设备和车载通信设备通信连接。
9.一种基于ROV开通微型隧道的水下作业装置的作业方法，利用上述权利要求1至8任一项所述的基于ROV开通微型隧道的水下作业装置进行作业，其特征是，包括如下步骤：
1)将所述的基于ROV开通微型隧道的水下作业装置放置于被打捞物(10)附近，远程控制装置控制履带车(1)行驶到作业位置；
2)远程控制装置控制机械手装置(3)通过抓取接口与高压水枪(7)连接并将高压水枪(7)从工具更换装置(6)上取下；
3)远程控制装置控制机械手装置(3)将高压水枪(7)对准被打捞物(10)上预设的隧道起始部，高压水枪(7)喷出的水清理预设的隧道起始部；
4)远程控制装置控制机械手装置(3)将高压水枪(7)放回到工具更换装置(6)上；5)远程控制装置控制机械手装置(3)将隧道掘进器(8)和吸泥泵(9)从工具更换装置(6)上取下；
6)远程控制装置控制机械手装置(3)将隧道掘进器(8)对准已被高压水枪(7)清理的预设的隧道起始部开始挖掘隧道；与此同时，远程控制装置控制机械手装置(3)将吸泥泵(9)对准隧道掘进器(8)的头部并将被隧道掘进器(8)挖下的泥沙吸走；
7)远程控制装置履带车(1)继续向前推进；
8)重复步骤1)至7)直到履带车(1)从被打捞物(10)上预设的隧道终止部穿出。
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