CN109515650B - 用于海洋平台锚链检测的爬链机器人 - Google Patents

Abstract

一种用于海洋平台锚链检测的爬链机器人，由上部的箱体和下部的配重两部分构成；箱体和配重通过连接器连接，箱体为长方倒凹槽型中空结构，在该箱体内设有丝杠、丝杠驱动电机、光轴、检测主装置、二个电磁夹紧装置，检测主装置位于二个电磁夹紧装置之间，该检测主装置通过丝杠驱动电机与箱体固定；箱体的两侧短边对称地设有丝杠孔和光轴孔，丝杠的两端通过丝杠孔与箱体固定，光轴的两端通过光轴孔与箱体固定，所述的丝杠和光轴分别贯穿二个电磁夹紧装置。本发明机器人具有体积小，机械结构简单和运行成本低的特点，其电磁夹紧方式对锚链的形状适应性强，同时又具有良好的安全性，紧急情况下可自行分离，从而回收数据。

Description

用于海洋平台锚链检测的爬链机器人

技术领域

本发明属于海洋平台检测技术领域，特别涉及一种用于海洋平台锚链检测的爬链机器人。

背景技术

海洋平台的系泊定位是浮式海洋平台正常作业的重要保障。由于需要承受海洋环境载荷的作用，又受到海水温盐、酸碱条件和海洋生物等诸多因素的影响，锚链容易发生磨损、疲劳、腐蚀等破坏。因此，及时检测锚链的状况对于维护海洋平台安全十分必要。

传统方案中，锚链的检测主要由ROV等水下机器人来完成。但ROV体积庞大，结构复杂，同时需要庞大的水面支持系统和设备，费用高昂。例如专利申请号为201510157756.1的专利“一种深水平台锚链传感器ROV水下快速安装与更换装置”。采用安装锚链传感器的方式达到间接检测锚链的目的。此专利有以下不足之处：其一，通过布置倾角仪、加速度计等传感器对系泊系统进行监测，需要安装辅助夹具，对定位精度和安装重量要求较高，环境适应和应急能力不足；其二，传感器布置有限，只能进行锚链的局部力学性能检测，无法获取锚链的整体可视化状况。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种结构简单、运动稳定、应急优良、适应性强、拓展性好、全面直接可视化检测的电磁夹紧式爬链机器人。

本发明采用的技术解决方案为：

一种用于海洋平台锚链检测的爬链机器人，其特点在于由上部的箱体和下部的配重两部分构成；所述箱体和配重通过连接器连接，所述箱体为长方倒凹槽型中空结构，在该箱体内设有丝杠、丝杠驱动电机、光轴、检测主装置、二个电磁夹紧装置，所述的检测主装置位于二个电磁夹紧装置之间，该检测主装置通过丝杠驱动电机与箱体固定；所述箱体的两侧短边对称地设有丝杠孔和光轴孔，丝杠的两端通过丝杠孔与箱体固定，光轴的两端通过光轴孔与箱体固定，所述的丝杠和光轴分别贯穿二个电磁夹紧装置，所述的丝杠驱动电机位于丝杠的中部，驱动所述的丝杠旋转；

所述的检测主装置包括固定在箱体内部的控制装置和三向布置的三个相机，所述的控制装置分别与每个相机相连；

所述的电磁夹紧装置包括电磁控制电机和三向布置的三个直筒滑块机构，每个直筒滑块机构由电磁铁、滑块、弹簧和直筒组成，所述的弹簧提供拉力，该弹簧的一端固定在直筒的内部，另一端通过滑块与电磁铁连接，确保电磁铁在通断电的情况下的平稳运动，所述电磁控制电机分别与每个直筒滑块机构相连，控制直筒滑块机构的通断电。

所述的连接器可使箱体与配重脱开，脱开后箱体可利用浮力上浮回收。

丝杠1和2旋向相反，从而电磁夹紧装置1和电磁夹紧装置2相对于丝杠的运动方向相反。

所述电磁夹紧装置三向设有直筒，所述直筒中设置有弹簧、滑块和电磁铁，所述弹簧的两端分别抵住所述直筒的底端和所述滑块的一侧，且具有预紧力，所述电磁铁与所述滑块的另一侧连接。

所述轴承包括但不限于推力轴承、滚珠轴承。

本发明的工作原理是：在爬链机器人的移动过程中，通过三向布置的相机对海洋平台锚链进行可视化检测。爬链机器人的移动通过交替控制电磁夹紧装置的夹紧松开状态，控制丝杠光轴实现上下运动和中途停止。

丝杠由丝杠驱动电机驱动旋转，光轴起导向作用，电磁夹紧装置利用磁力夹紧或松开锚链。以爬链机器人的上移运动为例，如图10所示。第一阶段下部电磁夹紧装置夹紧锚链，上部电磁夹紧装置松开锚链，丝杠驱动电机驱动丝杠旋转，使得丝杠和箱体上移，同时上部电磁夹紧装置相对丝杠和箱体框架上移；第二阶段使下部电磁夹紧装置松开锚链，上部电磁夹紧装置夹紧锚链，电机反转驱动丝杠反向旋转，使得丝杠和箱体框架上移，同时下部电磁夹紧装置相对丝杠和箱体框架上移；第三阶段类同第一阶段，形成一个完整循环。通过改变电磁夹紧装置的夹紧松开顺序，可改变爬链机器人的爬行方向。需要中途停止时，则将两个电磁夹紧装置同时夹紧，使丝杠停止旋转。

电磁夹紧装置通过电机控制电磁铁的通断电。未通电时，电磁铁在弹簧的作用下被拉到直筒内部；通电时，电磁铁的磁力克服弹簧拉力，使电磁铁吸附在锚链上，实现对锚链的夹紧。直筒和滑块的设置用以保证电磁铁运动过程的平稳，提高电磁夹紧装置夹紧和松开锚链的稳定性。

爬锚链机器人箱体为中空结构，重量较轻，集中布置了检测主装置和运动机构，配重则仅用来增加爬链机器人水下重量，两部分通过连接器连接。如遇到紧急情况，可使上箱体与配重分离，上箱体可以利用浮力上浮，进行回收。

本发明的技术效果是：利用简单的结构和较低的运行成本实现了对海洋平台锚链进行检测的目的。该爬链机器人使用的丝杠光轴移动机构整体性强，运动平稳；与之配合的电磁夹紧装置可适应锚链不同于绳、缆等的复杂形状。三向布置的相机可以在移动过程中对锚链的状态进行全面可视化检测，且有较好的应急和拓展性能。

附图说明

图1是本发明实施例爬链机器人总体外观图

图2是本发明实施例爬链机器人的各剖面位置图

图3是本发明图2中I处剖面图

图4是本发明图2中II处剖面图

图5是本发明图2中III处剖面图

图6是本发明图2中IV处剖面图

图7是本发明图2中V处剖面图

图8是本发明图2中VI处剖面图

图9是本发明图2中VII处剖面图

图10是本发明实施例爬链机器人运动原理图

图11是本发明实施例爬链机器人的剖面立体图

图中：1：上箱体；2：配重；3：检测主装置，3-1：相机，3-3：控制装置；4：电磁夹紧装置，4-1：电磁铁，4-2：滑块，4-3：弹簧，4-4：直筒，4-5：电磁控制电机；5：丝杠驱动电机；6：丝杠；7：光轴。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步详细描述。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

整体包括上下两部分，上部箱体与下部配重通过连接器连接。其中箱体为水密凹槽型结构，留有搭载、拓展空间；箱体安装有控制装置、检测主装置、丝杠光轴和电磁夹紧装置等。下部块状配重用以增加爬链机器人重量，可与上箱体脱开。其作用一是单元模块化便于装配；二是在水下可应急分离，上箱体上浮回收。

箱体核心为中部检测主装置，包括控制装置和三向均衡布置的相机，用以进行移动过程中的锚链检测，且在两丝杠之间布置有驱动电机。箱体对称贯通开有丝杠和光轴轴孔，丝杠光轴移动机构通过轴承盖和轴承与箱体连接，前后各套有电磁夹紧装置作为配合，通过交替控制夹紧装置的夹紧与松开状态完成稳定运动。主装置两侧的丝杠旋向相反，从而两套电磁夹紧装置相对于丝杠的运动方向相反。电磁夹紧装置包括三向布置的直筒滑块机构，直筒滑块机构通过弹簧连接，弹簧提供拉力与电磁铁连接。直筒滑块机构保证电磁铁通断电情况下的平稳运动，电磁夹紧装置的通断电由电机控制。

该机器人具有体积小，机械结构简单和运行成本低的特点。其电磁夹紧方式对锚链的形状适应性强，同时又具有良好的安全性，紧急情况下可自行分离，从而回收数据。另外，上箱体的拓展空间便于以后增加更多实用性功能。

参照图10所示，图10是本发明实施例爬链机器人运动原理图。爬链机器人，参照图1所示，包括箱体1和配重2，箱体1和配重2连接，

箱体1中包括：

检测主装置3，参照图6、8所示，检测主装置3包括控制装置3-3，控制主装置3下三向布置的相机3-1，检测主装置3剖面可见丝杠6和光轴7，中部为丝杠6相反旋转连接处，布置有丝杠驱动电机3-2；

运动机构，参照图3、7、9所示，运动机构包括丝杠6和光轴7，丝杠6和光轴7在端部通过固定装置5与上箱体1连接，丝杠6由丝杠驱动电机5驱动旋转；

电磁夹紧装置4，参照图5和图7、图9所示，电磁夹紧装置4包括直筒4-4、弹簧4-3、滑块4-2和电磁铁4-1，电磁夹紧装置4的通断电由电磁控制电机4-5控制。通电时，电磁铁4-1吸附在锚链上，夹紧锚链；断电时，电磁铁4-1松开锚链。

具体的，箱体1对称开有丝杠6和光轴7轴孔，丝杠6以中部为界对称分成两部分，由丝杠驱动电机5驱动旋转，光轴7起导向作用。箱体1中，电磁夹紧装置4仅通过丝杠6和光轴7和其它部分相联系，丝杠6旋转时，电磁夹紧装置4和丝杠6之间会发生直线的相对运动，丝杠6两端固定在箱体1上，丝杠6的上移或下移相当于箱体1的上移或下移，丝杠6上下两部分旋向相反，使得丝杠旋转时上下电磁夹紧装置4相对丝杠6的运动方向也相反。电磁夹紧装置4用以夹紧或松开锚链，配合丝杠6光轴7的运动，需要上移时，下部夹紧上部松开时，丝杠驱动电机5驱动丝杠6旋转，丝杠6上移，同时上部电磁夹紧装置4相对丝杠6上移；下部松开上部夹紧时，电机3-2反转驱动丝杠6反向旋转，丝杠6上移，同时下部电磁夹紧装置4相对丝杠6上移，此时两个电磁夹紧装置4与丝杠6的相对位置又变为初始情况下的相对位置，而丝杠6和上箱体1已经实现了上移，如此循环，进行稳定运动。通过改变电磁夹紧装置4的夹紧松开顺序，可改变爬链机器人的爬行方向。中途停止时，将两个电磁夹紧装置同时夹紧，并使丝杠6停止旋转。

参照图5所示，在上述实施例的基础上，电磁夹紧装置4三向设有直筒4-4，直筒4-4中设置有弹簧4-3、滑块4-2和电磁铁4-1，弹簧4-3的两端分别抵住直筒4-4的底端和滑块4-2的一侧，且具有预紧力，电磁铁4-1与滑块4-2的另一侧连接。

具体的，需要电磁夹紧装置夹紧锚链时，可以通过电磁控制电机4-5给电磁铁通电，使得具有磁性的电磁铁吸附在锚链上，三向布置的电磁铁可以适应各种形状的锚链；需要电磁夹紧装置松开锚链时，可以通过电磁控制电机4-5给电磁铁断电，电磁铁失去磁性，在弹簧拉力的作用下松开锚链；直筒4-4和滑块4-2的设置使得电磁铁的运动过程更加平稳，也保证了夹紧时的稳定性。

在上述任一实施例的基础上，配重2与箱体1连接。

具体的，配重2可以增大重量，使机器人下行更加顺利。当遇到危险、故障等紧急情况时，控制装置3-3可以控制上箱体1与配重2分离，配重2下沉，带有各种设备的箱体1在浮力作用下上浮，从而实现紧急状况下的回收。箱体1与配重2的连接方式未具体指出，此处的连接方式并非此发明的重点，可采用多种方式，能够在正常状况下实现稳定连接，并且在紧急情况时能够控制松开的连接方式均可采用。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (2)

1.一种用于海洋平台锚链检测的爬链机器人，其特征在于由上部的箱体(1)和下部的配重(2)两部分构成；所述箱体(1)和配重(2)通过连接器连接，所述箱体(1)为长方倒凹槽型中空结构，在该箱体内设有丝杠(6)、丝杠驱动电机(5)、光轴(7)、检测主装置(3)、二个电磁夹紧装置(4)，所述的检测主装置(3)位于二个电磁夹紧装置(4)之间，该检测主装置(3)通过丝杠驱动电机(5)与箱体(1)固定；所述箱体的短边两侧对称地设有丝杠孔和光轴孔，丝杠的两端通过丝杠孔与箱体固定，光轴的两端通过光轴孔与箱体固定，所述的丝杠和光轴分别贯穿二个电磁夹紧装置，所述的丝杠以中部为界对称分成两部分，丝杠6上下两部分旋向相反，所述的丝杠驱动电机位于丝杠的中部，驱动所述的丝杠旋转；所述的检测主装置(3)包括固定在箱体内部的控制装置(3-3)和三向布置的三个相机(3-1)，所述的控制装置分别与每个相机相连；

所述的电磁夹紧装置(4)包括电磁控制电机(4-5)和三向布置的三个直筒滑块机构，每个直筒滑块机构由电磁铁(4-1)、滑块(4-2)、弹簧(4-3)和直筒(4-4)组成，所述的弹簧提供拉力，该弹簧的一端固定在直筒的内部，另一端通过滑块与电磁铁连接，确保电磁铁在通断电的情况下的平稳运动，所述电磁控制电机(4-5)分别与每个直筒滑块机构相连，控制直筒滑块机构的通断电。

2.根据权利要求1所述的用于海洋平台锚链检测的爬链机器人，其特征在于，所述的连接器可使箱体与配重脱开，脱开后箱体可利用浮力上浮回收。

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