CN106032666A - 一种海上平台桩腿内壁可变步长自动爬行机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种海上平台桩腿内壁可变步长爬行机器人，机器人总体由上腿组、下腿组、中板、本体上伸缩油缸、本体下伸缩油缸、内导向套筒、外导向套筒、控制柜、油箱等机构组成。机器人可在桩腿内部半圆形柱状空间内自由爬行，并可通过变步长的方式跨越桩腿中间连接处凸缘障碍。机器人可携带桩腿内壁缺陷检测装置或作业装置，代替人工作业，提高桩腿乃至平台系统的安全性，节省检修成本。

Description

一种海上平台桩腿内壁可变步长自动爬行机器人
技术领域
本发明涉及一种海上平台桩腿内壁可变步长自动爬行机器人，属于机械设计领域。
背景技术
桩腿是维持海上平台稳固的重大部件，桩腿的安全可靠是确保整个平台系统正常作业的基本条件。实际应用中，受海水浸蚀、碰撞、偏载等因素的影响，桩腿会出现锈蚀、破裂、变形等方面的问题，这些问题若得不到及时处理，会在风、波浪、海流等环境载荷的作用下而不断的恶化与扩大，进而危机桩腿乃至整个平台系统的安全。因此，开发桩腿缺陷检测系统，有利于桩腿结构安全隐患的及时发现与处理。
目前，桩腿缺陷与隐患的检测主要分现场检测和在坞检修。现场检测主要靠人工爬行及肉眼观察等办法，该方法通常伴随着高空作业，操作难度大，效率低，具有一定的危险性，且可检测范围受限；在坞检修比较彻底，但需要将平台及桩腿拖进船坞进行，需要耗费大量的人力、财力。
本发明以某海上平台干式桩腿内部结构为原型，该桩腿内部圆柱空间分为两个半圆柱部分，其中一个半圆柱空间安装有多层工作平台、爬梯、护栏等结构，结构较为复杂，不适宜机器人的爬行。另一个半圆柱空间为上下直通式结构，内部结构较为简单。本发明针对该桩腿内部结构特点，开发一种可在桩腿内壁上下直通部分空间自动爬行的机器人，以搭载桩腿内壁缺陷检测设备，实现桩腿内壁缺陷的巡回检测功能。系统应用于平台现场，可及时发现桩腿内壁缺陷，提高桩腿乃至整个平台系统的安全性，节省桩腿检修成本。
发明内容
本发明以某海上平台干式桩腿内部结构为原型，开发一种可在桩腿内壁自动爬行的机器人。机器人可适应桩腿内部半圆形爬行空间的限制，并可跨越两节桩腿连接处的凸缘障碍。为实现上述目标，本发明采用以下技术方案：
机器人总体由上腿组（A）、下腿组（B）、中板（6）、本体上伸缩油缸（10）、本体下伸缩油缸（13）、内导向套筒（1）、外导向套筒（3）、控制柜（2）、油箱（4）等机构组成。
上腿组（A）与中板（6）之间通过本体上伸缩油缸（10）、内导向套筒（1）和外导向套筒（3）连接。本体上伸缩油缸（10）底部通过销轴二（11）与支座二（12）铰接，支座二（12）通过螺栓固定在中板（6）端部上表面上。本体上伸缩油缸（10）的活塞杆末端通过销轴一（9）与支座一（8）铰接，支座一（8）通过螺栓固定在上腿组（A）的底板（7）的下表面上。两套本体上伸缩油缸（10）对称安装在上腿组（A）与中板（6）之间的两端。内导向套筒（1）为方管式结构，其底座通过螺栓固定在上腿组（A）的底板（7）端部下表面上。外导向套筒（3）为方管式结构，其底座通过螺栓固定在在中板（6）端部上表面上。内导向套筒（1）与外导向套筒（3）部分重叠套装。每套本体上伸缩油缸（10）两侧各安装一套导向套筒机构。
下腿组（B）与中板（6）之间通过本体下伸缩油缸（13）、内导向套筒（16）和外导向套筒（19）连接。本体下伸缩油缸（13）底部通过销轴四（17）与支座四（18）铰接，支座四（18）通过螺栓固定在中板（6）端部下表面上。本体下伸缩油缸（13）的活塞杆末端通过销轴三（14）与支座三（15）铰接，支座三（15）通过螺栓固定在下腿组（B）的限位板（5）上。两套本体下伸缩油缸（13）对称安装在下腿组（B）与中板（6）之间的两端。内导向套筒（16）为方管式结构，其底座通过螺栓固定在下腿组（B）的限位板（5）。外导向套筒（19）为方管式结构，其底座通过螺栓固定在在中板（6）端部下表面上。内导向套筒（16）与外导向套筒（19）部分重叠套装。每套本体下伸缩油缸（13）两侧各安装一套导向套筒机构。
控制柜（2）通过螺钉固定在中板（6）的上方，油箱（4）通过螺钉固定在中板（6）的下方。
上腿组（A）与下腿组（B）结构与尺寸完全相同，主要由底板（7）、腿部伸缩缸（19）、一级伸缩杆（32）、二级伸缩杆（33）、腿杆架（20）、顶脚（29）、限位板（5）等部件构成。可伸缩式腿杆分左右两部分，分别由两个腿部伸缩缸（19）控制腿杆的伸缩。
腿部伸缩缸（19）的底部通过轴销五（24）与支架五（23）铰接，支架五（23）通过螺栓固定在底板（7）上。腿部伸缩缸（19）的活塞杆末端通过轴销六（26）与支架六（27）铰接，支架六（27）通过螺栓固定在腿杆架（20）的内侧。四条腿杆滑道（34）分为两组，分别通过沉头螺钉固定在底板（7）的两端。四个二级伸缩杆（33）分为两组，分别置于对应的腿杆滑道（34）内，并可在腿杆滑道（34）自由滑动，一级伸缩杆（32）穿过二级伸缩杆（33）内部，并可在一定范围内自由伸缩。四个一级伸缩杆（32）分为两组，每两个一级伸缩杆（32）的末端分别通过螺栓固定在腿杆架（20）的两侧。对于右侧腿杆，定长腿杆四（31）及定长腿杆三（25）的一端分别通过螺栓固定在一级伸缩杆（32）的末端，定长腿杆四（31）及定长腿杆三（25）的另一端分别固定一个顶脚支架（30），顶脚支架（30）分别通过轴销七（28）与一个顶脚（29）铰接，顶脚（29）可以轴销七（28）为轴，并在一定角度范围内摆动，以适应桩腿内部圆弧面的变化。对于右侧腿杆，定长腿杆一（21）及定长腿杆二（22）的一端分别通过螺栓固定在一级伸缩杆（32）的末端，定长腿杆一（21）及定长腿杆二（22）的另一端分别固定一个顶脚支架（30），顶脚支架（30）分别通过轴销七（28）与一个顶脚（29）铰接，顶脚（29）可以轴销七（28）为轴，并在一定角度范围内摆动，以适应桩腿内部圆弧面的变化。两个限位板（5）分别通过螺栓固定在底板（7）的两端。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
1、多级伸缩式腿杆机构具有支撑半径大，结构紧促的特点。
2、本体上、下伸缩油缸的工作行程不同，可实现三种不同的爬行步长。当检测到机器人落脚处有障碍物时，可通过改变步长的方法跨越障碍。
3、通过液压力张紧，系统在桩腿内附着稳固，并可携带较重的检测或作业设备。同时，机器人腿部与桩腿内壁面的附着力可根据需要进行调节。
附图说明
图1 机器人整体装配主视图
图2 机器人装配左视图
图3 机器人腿部机构装配图
图4 机器人腿部伸缩杆局部剖视图
图5 机器人顶脚局部主视图
图6 机器人顶脚局部俯视图
图中：A、上腿组，B、下腿组，1、内导向套筒，2、控制柜，3、外导向套筒，4、油箱，5、限位板，6、中板，7、底板，8、支座一，9、销轴一，10、本体上伸缩油缸，11、销轴二，12、支座二，13、本体下伸缩油缸，14、销轴三，15、支座三，16、内导向套筒，17、销轴四，18、支座四，19、外导向套筒，20、腿杆架，21、定长腿杆一，22、定长腿杆二，23、支架五，24、轴销五，25、定长腿杆三，26、轴销六，27、支架六，28、轴销七，29、顶脚，30、顶脚支架，31、定长腿杆四，32、一级伸缩杆，33、二级伸缩杆，34、腿杆滑道。
具体实施方式
机器人总体由上腿组（A）、下腿组（B）、中板（6）、本体上伸缩油缸（10）、本体下伸缩油缸（13）、内导向套筒（1）、外导向套筒（3）、控制柜（2）、油箱（4）等机构组成。
上腿组（A）与中板（6）之间通过本体上伸缩油缸（10）、内导向套筒（1）和外导向套筒（3）连接。本体上伸缩油缸（10）底部通过销轴二（11）与支座二（12）铰接，支座二（12）通过螺栓固定在中板（6）端部上表面上。本体上伸缩油缸（10）的活塞杆末端通过销轴一（9）与支座一（8）铰接，支座一（8）通过螺栓固定在上腿组（A）的底板（7）的下表面上。两套本体上伸缩油缸（10）对称安装在上腿组（A）与中板（6）之间的两端。内导向套筒（1）为方管式结构，其底座通过螺栓固定在上腿组（A）的底板（7）端部下表面上。外导向套筒（3）为方管式结构，其底座通过螺栓固定在在中板（6）端部上表面上。内导向套筒（1）与外导向套筒（3）部分重叠套装。每套本体上伸缩油缸（10）两侧各安装一套导向套筒机构。
下腿组（B）与中板（6）之间通过本体下伸缩油缸（13）、内导向套筒（16）和外导向套筒（19）连接。本体下伸缩油缸（13）底部通过销轴四（17）与支座四（18）铰接，支座四（18）通过螺栓固定在中板（6）端部下表面上。本体下伸缩油缸（13）的活塞杆末端通过销轴三（14）与支座三（15）铰接，支座三（15）通过螺栓固定在下腿组（B）的限位板（5）上。两套本体下伸缩油缸（13）对称安装在下腿组（B）与中板（6）之间的两端。内导向套筒（16）为方管式结构，其底座通过螺栓固定在下腿组（B）的限位板（5）。外导向套筒（19）为方管式结构，其底座通过螺栓固定在在中板（6）端部下表面上。内导向套筒（16）与外导向套筒（19）部分重叠套装。每套本体下伸缩油缸（13）两侧各安装一套导向套筒机构。
控制柜（2）通过螺钉固定在中板（6）的上方，油箱（4）通过螺钉固定在中板（6）的下方。
上腿组（A）与下腿组（B）结构与尺寸完全相同，主要由底板（7）、腿部伸缩缸（19）、一级伸缩杆（32）、二级伸缩杆（33）、腿杆架（20）、顶脚（29）、限位板（5）等部件构成。可伸缩式腿杆分左右两部分，分别由两个腿部伸缩缸（19）控制腿杆的伸缩。
腿部伸缩缸（19）的底部通过轴销五（24）与支架五（23）铰接，支架五（23）通过螺栓固定在底板（7）上。腿部伸缩缸（19）的活塞杆末端通过轴销六（26）与支架六（27）铰接，支架六（27）通过螺栓固定在腿杆架（20）的内侧。四条腿杆滑道（34）分为两组，分别通过沉头螺钉固定在底板（7）的两端。四个二级伸缩杆（33）分为两组，分别置于对应的腿杆滑道（34）内，并可在腿杆滑道（34）自由滑动，一级伸缩杆（32）穿过二级伸缩杆（33）内部，并可在一定范围内自由伸缩。四个一级伸缩杆（32）分为两组，每两个一级伸缩杆（32）的末端分别通过螺栓固定在腿杆架（20）的两侧。对于右侧腿杆，定长腿杆四（31）及定长腿杆三（25）的一端分别通过螺栓固定在一级伸缩杆（32）的末端，定长腿杆四（31）及定长腿杆三（25）的另一端分别固定一个顶脚支架（30），顶脚支架（30）分别通过轴销七（28）与一个顶脚（29）铰接，顶脚（29）可以轴销七（28）为轴，并在一定角度范围内摆动，以适应桩腿内部圆弧面的变化。对于右侧腿杆，定长腿杆一（21）及定长腿杆二（22）的一端分别通过螺栓固定在一级伸缩杆（32）的末端，定长腿杆一（21）及定长腿杆二（22）的另一端分别固定一个顶脚支架（30），顶脚支架（30）分别通过轴销七（28）与一个顶脚（29）铰接，顶脚（29）可以轴销七（28）为轴，并在一定角度范围内摆动，以适应桩腿内部圆弧面的变化。两个限位板（5）分别通过螺栓固定在底板（7）的两端。
以上所述为本发明的一个实例，我们还可对其机械结构进行一些变换，以应用于其它管式内壁结构的爬行。只要其机器人的机械结构设计思想同本发明所叙述的一致，均应视为本发明所包括的范围。

Claims (1)

1.一种海上平台桩腿内壁可变步长爬行机器人，其特征在于：机器人总体由上腿组（A）、下腿组（B）、中板（6）、本体上伸缩油缸（10）、本体下伸缩油缸（13）、内导向套筒（1）、外导向套筒（3）、控制柜（2）、油箱（4）等机构组成；
上腿组（A）与中板（6）之间通过本体上伸缩油缸（10）、内导向套筒（1）和外导向套筒（3）连接；本体上伸缩油缸（10）底部通过销轴二（11）与支座二（12）铰接，支座二（12）通过螺栓固定在中板（6）端部上表面上；本体上伸缩油缸（10）的活塞杆末端通过销轴一（9）与支座一（8）铰接，支座一（8）通过螺栓固定在上腿组（A）的底板（7）的下表面上；两套本体上伸缩油缸（10）对称安装在上腿组（A）与中板（6）之间的两端；内导向套筒（1）为方管式结构，其底座通过螺栓固定在上腿组（A）的底板（7）端部下表面上；外导向套筒（3）为方管式结构，其底座通过螺栓固定在在中板（6）端部上表面上；内导向套筒（1）与外导向套筒（3）部分重叠套装；每套本体上伸缩油缸（10）两侧各安装一套导向套筒机构；
下腿组（B）与中板（6）之间通过本体下伸缩油缸（13）、内导向套筒（16）和外导向套筒（19）连接；本体下伸缩油缸（13）底部通过销轴四（17）与支座四（18）铰接，支座四（18）通过螺栓固定在中板（6）端部下表面上；本体下伸缩油缸（13）的活塞杆末端通过销轴三（14）与支座三（15）铰接，支座三（15）通过螺栓固定在下腿组（B）的限位板（5）上；两套本体下伸缩油缸（13）对称安装在下腿组（B）与中板（6）之间的两端；内导向套筒（16）为方管式结构，其底座通过螺栓固定在下腿组（B）的限位板（5）；外导向套筒（19）为方管式结构，其底座通过螺栓固定在在中板（6）端部下表面上；内导向套筒（16）与外导向套筒（19）部分重叠套装；每套本体下伸缩油缸（13）两侧各安装一套导向套筒机构；
控制柜（2）通过螺钉固定在中板（6）的上方，油箱（4）通过螺钉固定在中板（6）的下方；
上腿组（A）与下腿组（B）结构与尺寸完全相同，主要由底板（7）、腿部伸缩缸（19）、一级伸缩杆（32）、二级伸缩杆（33）、腿杆架（20）、顶脚（29）、限位板（5）等部件构成；可伸缩式腿杆分左右两部分，分别由两个腿部伸缩缸（19）控制腿杆的伸缩；
腿部伸缩缸（19）的底部通过轴销五（24）与支架五（23）铰接，支架五（23）通过螺栓固定在底板（7）上；腿部伸缩缸（19）的活塞杆末端通过轴销六（26）与支架六（27）铰接，支架六（27）通过螺栓固定在腿杆架（20）的内侧；四条腿杆滑道（34）分为两组，分别通过沉头螺钉固定在底板（7）的两端；四个二级伸缩杆（33）分为两组，分别置于对应的腿杆滑道（34）内，并可在腿杆滑道（34）自由滑动，一级伸缩杆（32）穿过二级伸缩杆（33）内部，并可在一定范围内自由伸缩；四个一级伸缩杆（32）分为两组，每两个一级伸缩杆（32）的末端分别通过螺栓固定在腿杆架（20）的两侧；对于右侧腿杆，定长腿杆四（31）及定长腿杆三（25）的一端分别通过螺栓固定在一级伸缩杆（32）的末端，定长腿杆四（31）及定长腿杆三（25）的另一端分别固定一个顶脚支架（30），顶脚支架（30）分别通过轴销七（28）与一个顶脚（29）铰接，顶脚（29）可以轴销七（28）为轴，并在一定角度范围内摆动，以适应桩腿内部圆弧面的变化；对于右侧腿杆，定长腿杆一（21）及定长腿杆二（22）的一端分别通过螺栓固定在一级伸缩杆（32）的末端，定长腿杆一（21）及定长腿杆二（22）的另一端分别固定一个顶脚支架（30），顶脚支架（30）分别通过轴销七（28）与一个顶脚（29）铰接，顶脚（29）可以轴销七（28）为轴，并在一定角度范围内摆动，以适应桩腿内部圆弧面的变化；两个限位板（5）分别通过螺栓固定在底板（7）的两端。
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