CN106351590B - 一种用于深海取样的钻探机器人支架 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于深海取样的钻探机器人支架，包括固定装置、调平装置和反力支撑装置。固定装置由机器人外筒、固定环以及多个固定夹板组成，用于固定和携带钻探机器人。调平装置由支撑杆、连杆和电缸组成，用于支架深海着陆后，调整钻探机器人姿态从而使其钻头垂直于水平面进行钻探作业。反力支撑装置由推进装置、自膨胀装置和钻杆组成，连接于支撑杆的末端。相比于现有技术，本发明能够克服钻探船、钻探平台的缺点，同时具有较好的灵活性和作业性能，并且还可为深海取样钻探机器人提供定位、调平、支撑等作用。此外，深海取样钻探机器人和钻探机器人支架的所有过程都是自动化作业，通过无线信号实时地与工作船通讯。
Description
技术领域
本发明涉及一种地质钻探设备，尤其涉及一种用于深海取样的钻探机器人支架。
背景技术
地球表面的总面积约为5.1亿平方千米，其中约有七成面积为海洋。海洋资源的开发、利用越来越受各个国家的重视，而相关的海洋资源勘探产业已经成为了许多国家的核心战略领域。海洋深度可由几米的浅海深至数千米的深海，其中深海勘探取样的技术难度大，尤其是对取样所用设备要求高，这是海洋资源勘探的一大瓶颈。而往往深海蕴藏资源丰富，勘探意义重大，是海洋资源勘探中的热门。从目前来看，国内外深海钻探取样的技术现状是，国内深海钻探起步晚、发展慢，海底钻探设备可靠性低，钻探设备的深度达不到要求，许多深海勘探工作不得不委托国外一些高技术公司，这种情况对国家在海洋产业的战略地位十分不利；国外深海钻探大多利用专业的钻探船或者钻探平台，其上配备了钻塔、钻机等设备，结构复杂，成本巨大。钻探船和钻探平台具有明显的缺点：受风浪的影响大，施工繁琐且缺乏灵活性，搭建好钻探设备耗费时间长，一旦要更换钻探位置又得重新搭建。另外，钻探中所用的钻机需要承载电缆，承载电缆在深海中受到洋流等环境因素的影响，加重钻探船和钻探平台的负担，不适宜深海海床的钻探。
尽管海洋开发技术尚未完全成熟，但是目前水下机器人在深海作业方面还是取得了广泛的科研价值、工程经验以及经济效益。一般来说，水下机器人大致分为两种：一种是自主型，称为AUV(Autonomous Underwater Vehicle，自主式水下潜水器)；另一种是远程操控型，称为ROV(Remote Operated Vehicle，遥控潜水器)。但是，目前用于深海勘探的机器人大多缺乏可靠性验证，而且灵活性较好的机器人又存在诸如钻取量少、钻取深度不够等缺点。此外，钻取深度大的机器人往往有较大的结构，灵活性得不到保证。因此，如何平衡灵活性和钻取效率是深海勘探机器人的一个开发难点。
发明内容
针对现有技术的深海勘探机器人所存在的上述缺陷，本发明提供了一种用于深海取样的钻探机器人支架。
依据本发明的一个方面，提供了一种用于深海取样的钻探机器人支架，其中，该钻探机器人支架包括固定装置、调平装置和反力支撑装置，
所述固定装置由机器人外筒、固定环以及多个固定夹板组成，用于固定和携带钻探机器人；所述调平装置由支撑杆、连杆和电缸组成，用于所述钻探机器人支架于深海着陆后，调整钻探机器人姿态从而使其钻头垂直于水平面进行钻探作业，电缸通过连杆连接至固定夹板，电缸与支撑杆连接在一起，连杆的一端铰接于固定夹板且另一端铰接于电缸的末端；以及所述反力支撑装置由推进装置、自膨胀装置和钻杆组成，连接于支撑杆的末端，用于在所述调平装置作业完成之后为所述钻探机器人支架提供反力和支撑。
在其中的一实施例，机器人外筒的内壁还包括一固定结构，用于：在所述调平装置和所述反力支撑装置完成作业前，将钻探机器人固定于机器人外筒内；以及在所述调平装置和所述反力支撑装置完成作业后，断开机器人外筒与钻探机器人的连接，使得钻探机器人从机器人外筒分离并垂直钻入海床。
在其中的一实施例，固定环套设于机器人外筒的外壁，与固定夹板一起卡紧机器人外筒，并且固定环内装有陀螺仪，用来获得整个钻探机器人支架的姿态。
在其中的一实施例，固定夹板、所述调平装置和所述反力支撑装置各有3个，固定夹板均匀分布在固定环的圆周上。
在其中的一实施例，电缸通过直线运动推动连杆，使支撑杆与对应的固定夹板成特定角度，且不同的支撑杆与对应的固定夹板之间的特定角度彼此独立控制。
在其中的一实施例，当所述调平装置作业完成后，电机带动钻杆旋转，推进装置提供与钻杆方向一致的推进力，当钻杆钻到合适的深度时通过自膨胀装置撑紧钻孔，从而为整个钻探机器人支架提供反力和支撑。
在其中的一实施例，推进装置由电机带动叶片旋转，在水下产生推进力帮助钻杆钻孔。
在其中的一实施例，自膨胀装置安装于支撑杆的一端，通过电机控制机械手顶向钻孔壁，为整个钻探机器人支架提供反力和支撑作用，在钻杆进行钻孔作业时，自膨胀装置顶向与钻进方向相反方向的钻孔壁提供一个推进反力，在钻杆作业完成后均匀地顶向四周的钻孔壁。
采用本发明的用于深海取样的钻探机器人支架，其包括固定装置、调平装置和反力支撑装置。固定装置由机器人外筒、固定环以及多个固定夹板组成，用于固定和携带钻探机器人。调平装置由支撑杆、连杆和电缸组成，用于钻探机器人支架于深海着陆后，调整钻探机器人姿态从而使其钻头垂直于水平面进行钻探作业，电缸通过连杆连接至固定夹板，电缸与支撑杆连接在一起，连杆的一端铰接于固定夹板且另一端铰接于电缸的末端。反力支撑装置由推进装置、自膨胀装置和钻杆组成，连接于支撑杆的末端，用于在调平装置作业完成之后为钻探机器人支架提供反力和支撑。相比于现有技术，本发明能够克服钻探船、钻探平台的缺点，同时具有较好的灵活性和作业性能，并且还可为深海取样钻探机器人提供定位、调平、支撑等作用。此外，深海取样钻探机器人和钻探机器人支架的所有过程都是自动化作业，通过无线信号实时地与工作船通讯。
附图说明
读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，
图1示出依据本发明的一实施方式，用于深海取样的钻探机器人支架的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。
下面参照附图，对本发明各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。
图1示出依据本发明的一实施方式，用于深海取样的钻探机器人支架的结构示意图。参照图1，在该实施方式中，本发明的钻探机器人支架包括固定装置、调平装置和反力支撑装置。
详细而言，固定装置由机器人外筒1、固定环2以及多个固定夹板11组成，用于固定和携带钻探机器人5。调平装置由支撑杆9、连杆3和电缸10组成，用于钻探机器人支架于深海着陆后，调整钻探机器人5的姿态从而使其钻头垂直于水平面进行钻探作业。电缸10通过连杆3连接至固定夹板11，电缸10与支撑杆9连接在一起，连杆3的一端铰接于固定夹板11且另一端铰接于电缸10的末端。反力支撑装置由推进装置8、自膨胀装置7和钻杆6组成，连接于支撑杆9的末端，用于在调平装置作业完成之后为钻探机器人支架提供反力和支撑。较佳地，当调平装置作业完成后，电机带动钻杆6旋转，推进装置8提供与钻杆6方向一致的推进力，当钻杆6钻到合适的深度时通过自膨胀装置7撑紧钻孔，从而为整个钻探机器人支架提供反力和支撑。
在一具体实施例，机器人外筒1的内壁还包括用来固定和携带深海取样钻探机器人5的固定结构。在调平装置和反力支撑装置完成作业前，将钻探机器人5固定于机器人外筒1内。在调平装置和反力支撑装置完成作业后，断开机器人外筒1与钻探机器人5的连接，使得钻探机器人5从机器人外筒1分离并垂直钻入海床4。固定环2套设于机器人外筒1的外壁，与固定夹板11一起卡紧机器人外筒1，并且固定环2内装有陀螺仪，用来获得整个钻探机器人支架的姿态。
在一具体实施例，固定夹板11、调平装置和反力支撑装置各有3个，固定夹板11均匀分布在固定环2的圆周上。每个固定夹板11通过连杆3与电缸10连接。连杆3一端铰接与固定夹板11，另一端铰接于电缸10末端。电缸10与支撑杆9连接在一起。电缸10通过直线运动推动连杆3，使支撑杆9与对应的固定夹板11成特定角度，且不同的支撑杆9与对应的固定夹板11之间的特定角度彼此独立控制，即，调平装置可以通过三点支撑适应不同地形的深海海床4。
此外，推进装置8由电机带动叶片旋转，在水下产生推进力帮助钻杆6钻孔。自膨胀装置7安装于支撑杆9的一端，通过电机控制机械手顶向钻孔壁，为整个钻探机器人支架提供反力和支撑作用，在钻杆6进行钻孔作业时，自膨胀装置7顶向与钻进方向相反方向的钻孔壁提供一个推进反力，在钻杆6作业完成后均匀地顶向四周的钻孔壁。
在一示意性实施例中，本发明的使用方法如下：在下海前先将深海取样钻探机器人5固定于钻探机器人支架的外筒1内，并将其固定于上述固定结构，然后利用ROV携带深海取样钻探机器人支架下海。ROV和钻探机器人5通过无线信号与工作船保持通讯，通过ROV上的摄像头寻找相对平坦的海床4。选定着陆地点后，通过固定环2内装设的陀螺仪判断整个支架的姿态，将支撑杆9张开一定角度，调平整个支架。当靠近海床4时，启动钻杆6和推进装置8，进行钻进作业。自膨胀装置7在钻杆6钻进过程中根据预设程序运动。当调平装置和反力支撑装置都作业完后，自动解除深海取样钻探机器人支架的外筒1与深海取样钻探机器人5的连接，深海取样钻探机器人5沿着外筒1钻入海床。
采用本发明的用于深海取样的钻探机器人支架，其包括固定装置、调平装置和反力支撑装置。固定装置由机器人外筒、固定环以及多个固定夹板组成，用于固定和携带钻探机器人。调平装置由支撑杆、连杆和电缸组成，用于钻探机器人支架于深海着陆后，调整钻探机器人姿态从而使其钻头垂直于水平面进行钻探作业，电缸通过连杆连接至固定夹板，电缸与支撑杆连接在一起，连杆的一端铰接于固定夹板且另一端铰接于电缸的末端。反力支撑装置由推进装置、自膨胀装置和钻杆组成，连接于支撑杆的末端，用于在调平装置作业完成之后为钻探机器人支架提供反力和支撑。相比于现有技术，本发明能够克服钻探船、钻探平台的缺点，同时具有较好的灵活性和作业性能，并且还可为深海取样钻探机器人提供定位、调平、支撑等作用。此外，深海取样钻探机器人和钻探机器人支架的所有过程都是自动化作业，通过无线信号实时地与工作船通讯。
上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。
Claims (8)
1.一种用于深海取样的钻探机器人支架，其特征在于，所述钻探机器人支架包括固定装置、调平装置和反力支撑装置，
所述固定装置由机器人外筒(1)、固定环(2)以及多个固定夹板(11)组成，用于固定和携带钻探机器人(5)；
所述调平装置由支撑杆(9)、连杆(3)和电缸(10)组成，用于所述钻探机器人支架于深海着陆后，调整钻探机器人(5)姿态从而使其钻头垂直于水平面进行钻探作业，电缸(10)通过连杆(3)连接至固定夹板(11)，电缸(10)与支撑杆(9)连接在一起，连杆(3)的一端铰接于固定夹板(11)且另一端铰接于电缸(10)的末端；以及
所述反力支撑装置由推进装置(8)、自膨胀装置(7)和钻杆(6)组成，连接于支撑杆(9)的末端，用于在所述调平装置作业完成之后为所述钻探机器人支架提供反力和支撑。
2.根据权利要求1所述的用于深海取样的钻探机器人支架，其特征在于，机器人外筒(1)的内壁还包括一固定结构，用于：
在所述调平装置和所述反力支撑装置完成作业前，将钻探机器人(5)固定于机器人外筒(1)内；以及
在所述调平装置和所述反力支撑装置完成作业后，断开机器人外筒(1)与钻探机器人(5)的连接，使得钻探机器人(5)从机器人外筒(1)分离并垂直钻入海床(4)。
3.根据权利要求1所述的用于深海取样的钻探机器人支架，其特征在于，固定环(2)套设于机器人外筒(1)的外壁，与固定夹板(11)一起卡紧机器人外筒(1)，并且固定环(2)内装有陀螺仪，用来获得整个钻探机器人支架的姿态。
4.根据权利要求1所述的用于深海取样的钻探机器人支架，其特征在于，固定夹板(11)、所述调平装置和所述反力支撑装置各有3个，固定夹板(11)均匀分布在固定环(2)的圆周上。
5.根据权利要求1所述的用于深海取样的钻探机器人支架，其特征在于，电缸(10)通过直线运动推动连杆(3)，使支撑杆(9)与对应的固定夹板(11)成特定角度，且不同的支撑杆(9)与对应的固定夹板(11)之间的特定角度彼此独立控制。
6.根据权利要求1所述的用于深海取样的钻探机器人支架，其特征在于，当所述调平装置作业完成后，电机带动钻杆(6)旋转，推进装置(8)提供与钻杆(6)方向一致的推进力，当钻杆(6)钻到合适的深度时通过自膨胀装置(7)撑紧钻孔，从而为整个钻探机器人支架提供反力和支撑。
7.根据权利要求6所述的用于深海取样的钻探机器人支架，其特征在于，推进装置(8)由电机带动叶片旋转，在水下产生推进力帮助钻杆(6)钻孔。
8.根据权利要求6所述的用于深海取样的钻探机器人支架，其特征在于，自膨胀装置(7)安装于支撑杆(9)的一端，通过电机控制机械手顶向钻孔壁，为整个钻探机器人支架提供反力和支撑作用，在钻杆(6)进行钻孔作业时，自膨胀装置(7)顶向与钻进方向相反方向的钻孔壁提供一个推进反力，在钻杆(6)作业完成后均匀地顶向四周的钻孔壁。
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