CN108096795B - 多杆并联式攀爬装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多杆并联式攀爬装置，其解决了现有导管架需要人工清理、安全性差和效率低的技术问题，设有中心机架、运动杆机构和夹紧装置，夹紧装置有两个，分别为上夹紧装置、下夹紧装置；运动杆机构的一端与中心机架连接，运动杆机构的另一端分别与上夹紧装置、下夹紧装置连接。本发明可广泛应用于攀爬装置。

Description

多杆并联式攀爬装置

技术领域

本发明涉及一种攀爬装置，特别是涉及一种多杆并联式攀爬装置。

背景技术

井口平台作为海洋石油开采作业中的重要装备，在现代海洋开发中扮演着重要角色。大部分海洋石油井口平台都是由钢质管桩、导管架和甲板组成的固定式桩基导管架平台。井口平台的导管架为海洋生物的生长提供了一个理想的场所，附着的海洋生物严重影响了导管架的性能，给安全生产带来巨大的威胁。因此必须对导管架上的海洋生物进行定期清理，目前主要采用人工清理的方法，但人工清理效率极低，而且对工作人员的生命安全产生一定的威胁，安全性差。

发明内容

本发明针对现有导管架需要人工清理、安全性差和效率低的技术问题，提供一种代替人工自动在导管架上爬行、安全性好和效率高的多杆并联式攀爬装置。

为此，本发明的技术方案是，设有中心机架、运动杆机构和夹紧装置，夹紧装置有两个，分别为上夹紧装置、下夹紧装置；运动杆机构的一端与中心机架连接，运动杆机构的另一端分别与上夹紧装置、下夹紧装置连接。

优选地，运动杆机构设有四个连接杆、两个摆动杆，四个连接杆分别为第一上连接杆、第二上连接杆、第一下连接杆和第二下连接杆，两个摆动杆分别为第二摆动杆、第四摆动杆；第一上连接杆、第二上连接杆、第一下连接杆和第二下连接杆的一端均与中心机架铰接，第一上连接杆、第二上连接杆的另一端均与上夹紧装置铰接，第一下连接杆、第二下连接杆的另一端均与下夹紧装置铰接；第二上连接杆、第二下连接杆分别通过二摆动杆、第四摆动杆与中心机架铰接。

优选地，运动杆机构还设有两个摆动杆，分别是第一摆动杆、第三摆动杆，第一上连接杆通过第一摆动杆与上夹紧装置的支架连接，第一下连接杆通过第三摆动杆与下夹紧装置的支架连接。

优选地，摆动杆包括摇杆、推杆，第一上连接杆、第二上连接杆、第一下连接杆和第二下连接杆的中间设有第一电机，摇杆的一端与第一电机的电机轴连接，摇杆的另一端与推杆的一端铰接。

优选地，还设有旋转装置，下夹紧装置通过旋转装置与运动杆机构连接，旋转装置设有旋转平台、弧形槽装置，旋转平台下方设有第二电机，第二电机设在弧形槽装置内，第二电机的轴端设有齿轮，弧形槽装置的槽内部一侧设有与齿轮相配合的齿道。

优选地，夹紧装置设有夹紧盘和设置在夹紧盘前方的夹紧臂，夹紧盘设有安置孔，安置孔内安装有第三电机，第三电机的电机轴与夹紧臂连接。

优选地，安置孔的数量为四个，第三电机的数量为四个。

优选地，夹紧臂包括对称设置的左夹紧臂、右夹紧臂，左夹紧臂、右夹紧臂均设有摆动臂一、摆动臂二，两个摆动臂一分别与外侧的两个第三电机连接，两个摆动臂二分别与中间的两个第三电机连接；摆动臂一的另一端铰接有连接臂，连接臂的另一端铰接有转动臂；摆动臂二的另一端与转动臂的中间端铰接。

优选地，夹紧臂的夹紧部设有摩擦块。

本发明的有益效果是，可代替人工对导管架上的海洋生物进行清理，大大提高了安全性、工作效率：(1)通过控制夹紧装置，可以夹住一定范围内不同直径大小的管道；(2)通过控制旋转装置，可以实现绕管道不同角度旋转；(3)通过控制多杆运动杆机构，可以实现沿Z轴爬行，并让夹紧装置沿X或Y轴摆动，实现弯曲管道爬行。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的旋转装置的结构示意图；

图3为本发明的下夹紧装置的结构示意图；

图4为本发明的上夹紧装置的结构示意图；

图5为本发明的爬管状态示意图一；

图6为本发明的爬管状态示意图二。

图中符号说明：

1.上推杆；2.上摇杆；3.第一上连接杆；4.第一伺服电机；5.第二伺服电机；6.第二上连接杆；7.中间上摇杆；8.中心机架；9.下推杆；10.中间上推杆；11.下摇杆；12.中间下推杆；13.第一下连接杆；14.第二下连接杆；15.第三伺服电机；16.第四伺服电机；17.中间下摇杆；18.第二支架；19.旋转装置；20.下夹紧装置；21.上夹紧装置；22.第一支架；23.旋转平台；24.齿道；25.齿轮；26.弧形槽装置；27.下夹紧盘；28.安置孔；29.第七伺服电机；30.左摆动臂一；31.左连接臂；32.左摆动臂二；33.左转动臂；34.摩擦块；35.右转动臂；36.右连接臂；37.右摆动臂二；38.右摆动臂一；39.上夹紧盘；40.第五伺服电机；41.左摆动臂一；42.左摆动臂二；43.左连接臂；44.左转动臂；45.摩擦块；46.右转动臂；47.右摆动臂二；48.右连接臂；49.右摆动臂一；50.第六伺服电机。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

如图1所示，本发明包括中心机架8、运动杆机构、夹紧装置和旋转装置19，运动杆机构一端与中心机架8连接，另一端与夹紧装置连接。夹紧装置包括上夹紧装置21、下夹紧装置20。

运动杆机构包括第一运动杆机构、第二运动杆机构，可向两个坐标轴方向运动。第一运动杆机构与中心机架8连接，第二运动杆机构与第一运动杆机构连接。

第一运动杆机构包括上连接杆、下连接杆、中间上摇杆7、中间上推杆10、中间下摇杆17和中间下推杆12。上连接杆有两个，分别是第一上连接杆3、第二上连接杆6；下连接杆有两个，分别是第一下连接杆13、第二下连接杆14。第一上连接杆3、第二上连接杆6分别与中心机架8上边两角铰接，第一下连接杆13、第二下连接杆14分别与中心机架8下边两角铰接。

第二下连接杆14的中间一侧装有第四伺服电机16，第四伺服电机16的电机轴与中间下摇杆17下端固定，通过电机转动，使中间下摇杆17进行摆动。中间下摇杆17上端通过圆柱销与中间下推杆12的一端铰接，中间下推杆12的另一端与中心机架8铰接。同理，第二上连接杆6的中间一侧装有第二伺服电机5，第二伺服电机5的电机轴与中间上摇杆7上端固定，通过电机转动，使中间上摇杆7进行摆动。中间上摇杆7下端通过圆柱销与中间上推杆10的一端铰接，中间上推杆10的另一端与中心机架8铰接。

第二运动杆机构包括上推杆1、上摇杆2、下摇杆11和下推杆9。第一上连接杆3中间安装有第一伺服电机4，第一伺服电机4的电机轴与上摇杆2下端固定，通过电机转动，带动上摇杆2摆动。将上推杆1的一端通过圆柱销与上摇杆2上端铰接，上推杆1的另一端与上夹紧盘39上的第一支架22铰接。同理，第一下连接杆13中间装有第三伺服电机15，第三伺服电机15的电机轴与下摇杆11下端固定，通过电机转动，带动下摇杆11摆动。将下推杆9的一端通过圆柱销与下摇杆11上端铰接，下推杆9的另一端与下夹紧盘27上的第二支架18铰接。

在爬管过程中，当下夹紧装置20夹紧管道，其中一个下连接杆的伺服电机转动固定，其中一个上连接杆的伺服电机转动，使其中一个上连接杆升高，带动上夹紧装置21升高。通过旋转装置19使上夹紧装置21摆好角度，进行夹紧。然后再相反，上夹紧装置21夹紧，让其中一个上连接杆的伺服电机转动固定，让其中一个下连接杆的伺服电机转动，使其中一个下连接杆升高，带动上夹紧装置21升高。通过旋转装置19使下夹紧装置20摆好角度，进行夹紧。这样反复进行可以沿Z轴往上爬行。

如果遇到弯管或直管，可以通过第二运动杆机构中第一伺服电机4转动，使上摇杆2摆动，拉动上推杆1来带动上夹紧装置21绕X或Y轴弧形转动。若上摇杆2向后摆动，则上夹紧装置21绕X或Y轴向上弧形转动(参考图6)，若上摇杆2向前摆动，则上夹紧装置21绕X或Y轴向下弧形转动。同理可得，第三伺服电机15转动，使下摇杆11摆动，拉动下推杆9来带动下夹紧装置20绕X或Y轴弧形转动。若下摇杆11向后摆动，则下夹紧装置20绕X或Y轴向上弧形转动，若下摇杆11向前摆动，则下夹紧装置20绕X或Y轴向下弧形转动(参考图6)。这样在不同水平面可以通过调整第二运动杆机构摆动角度，配合第一运动杆机构摆动角度，就能使夹紧装置夹住不同方位的管道，实现爬行弯曲管道。

如图2所示，旋转装置19包括旋转平台23、第六伺服电机50和弧形槽装置26。旋转平台23设有固定轴，并通过固定轴与下连接杆铰接；旋转平台23下方的中间安装有第六伺服电机50，第六伺服电机50安装在弧形槽装置26内，第六伺服电机50的轴端装配有齿轮25，弧形槽装置26的槽内部一侧设有与齿轮25相配合的齿道24。

在爬管过程中，如果需要转到另一侧，可以通过转动第六伺服电机50，齿轮25沿着弧形槽装置26内的齿道24转动，带动旋转平台23转动，使中心机架8、运动杆机构、上夹紧装置21和旋转装置19绕管道转动一个角度(参考图5)。通过上夹紧装置21夹紧，通过旋转装置19使下夹紧装置20绕管道转动一定角度，然后下夹紧装置20夹紧，通过旋转装置19使上夹紧装置21绕管道转动一定角度。如此循环，可以实现绕管道任意旋转。

如图3、4所示，夹紧装置包括夹紧盘和设置在夹紧盘前方的夹紧臂，夹紧盘为半圆形，夹紧臂包括对称设置的左夹紧臂、右夹紧臂。本装置设有两个夹紧装置，分别为上夹紧装置21、下夹紧装置20，各自的夹紧盘也分别为上夹紧盘39、下夹紧盘27。

下夹紧装置20的左夹紧臂、右夹紧臂通过第七伺服电机29与下夹紧盘27连接，左夹紧臂、右夹紧臂的夹持面上设有摩擦块34，下夹紧装置20的左夹紧臂包括左摆动臂一30、左连接臂31、左摆动臂二32、左转动臂33，下夹紧装置20的右夹紧臂包括右摆动臂一38、右连接臂36、右摆动臂二37、右转动臂35。上夹紧装置21的左夹紧臂、右夹紧臂通过第五伺服电机40与上夹紧盘39连接，左夹紧臂、右夹紧臂的夹持面上设有摩擦块45，上夹紧装置21的左夹紧臂包括左摆动臂一41、左连接臂43、左摆动臂二42、左转动臂44，上夹紧装置21的右夹紧臂包括右摆动臂一49、右连接臂48、右摆动臂二47、右转动臂46。两者的结构、工作原理完全相同。

上夹紧装置21与下夹紧装置20的唯一区别在于其与运动杆机构的连接方式不同：上夹装置21的后方(即上夹紧盘39的后方)直接与运动杆机构连接，下夹紧装置20的后方(即下夹紧盘27的后方)通过与之固定连接的弧形槽装置26与运动杆机构连接。因此，仅对下夹紧装置20进行详细描述：

在下夹紧盘27与圆弧边缘平行的位置均匀设有四个安置孔28，安置孔28内安装有第七伺服电机29。

下夹紧盘27的左夹紧臂与左侧的两个第七伺服电机29连接，右夹紧臂与右侧的两个第七伺服电机29连接。左夹紧臂包括左摆动臂一30、左连接臂31、左摆动臂二32、左转动臂33和摩擦块34，右夹紧臂与之对称设有右摆动臂一38、右连接臂36、右摆动臂二37、右转动臂35和摩擦块34。以下对左夹紧臂做详细描述：

左摆动臂一30的长度小于左摆动臂二32的长度。左摆动臂一30的一端与左一的第七伺服电机29的电机轴连接，另一端通过圆柱销与左连接臂31的一端30铰接，左连接臂31的另一端通过圆柱销与左转动臂33的一端铰接；左摆动臂二32的一端与左二的第七伺服电机29的电机轴连接，另一端通过圆柱销与左转动臂33的中间端铰接。左转动臂33的前半段内侧、左摆动臂二32的的内侧为夹持面，夹持面上固定设有摩擦块34。

在夹紧过程中，当第七伺服电机29使左摆动臂一30绕电机轴顺时针摆动，会通过左连接臂31推动左转动臂33使左上夹边(左上夹边是指左转动臂33的摩擦块34与管道的夹紧边)缩小；若当第七伺服电机29使左摆动臂一30绕电机轴逆时针摆动，会通过左连接臂31牵动左转动臂33绕圆柱销逆时针摆动，使左上夹边放大。同理，当第七伺服电机29使右摆动臂一38绕电机轴顺时针摆动，会通过右连接臂36牵动右转动臂35绕圆柱销顺时针摆动，使右上夹边(右上夹边是指右转动臂35的摩擦块34与管道的夹紧边)放大；若当第七伺服电机29使右摆动臂一38绕电机轴逆时针摆动，会通过右连接臂36推动右转动臂35绕圆柱销逆时针摆动，使右上夹边缩小。再通过第七伺服电机29使左摆动臂二32绕电机轴顺时针摆动，使左下夹边(左下夹边是指左摆动臂二32的摩擦块34与管道的夹紧边)缩小；若伺服电动29机使左摆动臂二32绕电机轴逆时针摆动，使左下夹边放大。同理可得，通过第七伺服电机29使右摆动臂二37绕电机轴顺时针摆动，使右下夹边放大；若第七伺服电机29使右摆动臂二37绕电机轴逆时针摆动，使右下夹边缩小。如此，通过分别控制第七伺服电机29转动方向不同，可以使四个夹边进行不同程度放大或缩小，夹住一定范围内不同直径大小的管道。

使用时，在PLC的控制下，通过调整夹紧装置和旋转装置19，使下夹紧装置20夹紧到设定好的起始位置，再通过第一运动杆机构将使上半部分机构进行沿管道向前推移，然后让上夹紧装置21进行夹紧，再通过第一运动杆机构使下夹紧装置20向前推移。通过旋转装置19，可以使第二运动杆机构、旋转装置19绕管道转动一定角度，实现绕管道圆周转动爬行。再通过第二运动杆机构、旋转装置19使上夹紧装置21、下夹紧装置20绕水平方向进行摆动，这样就能实现弯曲管道爬行。夹紧装置可以控制夹紧半径大小，最终实现爬不同直径大小、弯曲的管道，适应性强。之后可以重复上述运动过程，实现替代人工操作方式，高质量、高效率的完成爬管道的工作。

综上，本发明可代替人工对导管架上的海洋生物进行清理，大大提高了工作效率：(1)通过控制夹紧装置，可以夹住一定范围内不同直径大小的管道；(2)通过控制旋转装置19，可以实现绕管道不同角度旋转；(3)通过控制多杆运动杆机构，可以实现沿Z轴爬行，并让夹紧装置沿X或Y轴摆动，实现弯曲管道爬行。

惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本发明权利要求书涵盖之范畴。

Claims (7)

1.一种多杆并联式攀爬装置，其特征是，设有中心机架、运动杆机构和夹紧装置，所述夹紧装置有两个，分别为上夹紧装置、下夹紧装置；所述运动杆机构的一端与所述中心机架连接，所述运动杆机构的另一端分别与所述上夹紧装置、下夹紧装置连接；

所述运动杆机构设有四个连接杆、两个摆动杆，四个所述连接杆分别为第一上连接杆、第二上连接杆、第一下连接杆和第二下连接杆，两个所述摆动杆分别为第二摆动杆、第四摆动杆；所述第一上连接杆、第二上连接杆、第一下连接杆和第二下连接杆的一端均与所述中心机架铰接，所述第一上连接杆、第二上连接杆的另一端均与所述上夹紧装置铰接，所述第一下连接杆、第二下连接杆的另一端均与所述下夹紧装置铰接；所述第二上连接杆、第二下连接杆分别通过所述二摆动杆、第四摆动杆与所述中心机架铰接；

所述运动杆机构还设有两个摆动杆，分别是第一摆动杆、第三摆动杆，所述第一上连接杆通过所述第一摆动杆与所述上夹紧装置的支架连接，所述第一下连接杆通过所述第三摆动杆与所述下夹紧装置的支架连接。

2.根据权利要求1所述的多杆并联式攀爬装置，其特征在于，所述摆动杆包括摇杆、推杆，所述第一上连接杆、第二上连接杆、第一下连接杆和第二下连接杆的中间设有第一电机，所述摇杆的一端与所述第一电机的电机轴连接，所述摇杆的另一端与所述推杆的一端铰接。

3.根据权利要求1所述的多杆并联式攀爬装置，其特征在于，还设有旋转装置，所述下夹紧装置通过所述旋转装置与所述运动杆机构连接，所述旋转装置设有旋转平台、弧形槽装置，所述旋转平台下方设有第二电机，所述第二电机设在所述弧形槽装置内，所述第二电机的轴端设有齿轮，所述弧形槽装置的槽内部一侧设有与所述齿轮相配合的齿道。

4.根据权利要求3所述的多杆并联式攀爬装置，其特征在于，所述夹紧装置设有夹紧盘和设置在所述夹紧盘前方的夹紧臂，所述夹紧盘设有安置孔，所述安置孔内安装有第三电机，所述第三电机的电机轴与所述夹紧臂连接。

5.根据权利要求4所述的多杆并联式攀爬装置，其特征在于，所述安置孔的数量为四个，所述第三电机的数量为四个。

6.根据权利要求5所述的多杆并联式攀爬装置，其特征在于，所述夹紧臂包括对称设置的左夹紧臂、右夹紧臂，所述左夹紧臂、右夹紧臂均设有摆动臂一、摆动臂二，两个所述摆动臂一分别与外侧的两个所述第三电机连接，两个所述摆动臂二分别与中间的两个所述第三电机连接；所述摆动臂一的另一端铰接有连接臂，所述连接臂的另一端铰接有转动臂；所述摆动臂二的另一端与所述转动臂的中间端铰接。

7.根据权利要求6所述的多杆并联式攀爬装置，其特征在于，所述夹紧臂的夹紧部设有摩擦块。

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