CN110860533B - 一种管径自适应卡爪和管径自适应式水下定点作业装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管径自适应卡爪和管径自适应式水下定点作业装置，该水下定点作业装置包括控制机构、水平推进器组、垂直推进器组、作业机构和管径自适应卡爪；该管径自适应卡爪包括多个卡爪单元；这些卡爪单元分为两列，且彼此相向交叉排布；每一卡爪单元包括近端指节、中端指节和末端指节；当卡爪机构闭合时，近端指节最先与管道接触，末端指节最后与管道接触；当卡爪机构张开时，末端指节最先离开管道，近端指节最后离开管道。本发明的管径自适应式卡爪可以适应不同的管径且抱紧力强，而且该卡爪与推进器配合，可以实现整体装置绕被作业管道的转动，不需要额外的控制信号，符合管径自适应、定点作业、作业对象广的要求。

Description

一种管径自适应卡爪和管径自适应式水下定点作业装置

技术领域

本发明涉及水下作业装置技术领域，具体来说涉及一种管径自适应卡爪和管径自适应式水下定点作业装置。

背景技术

随着海洋资源的开发与利用，人类所需的水下作业逐渐增多，作业环境变的逐渐复杂，作业难度也随之增大，同时我国是一个海洋运输和水利建设大国，大量的海洋设施需要定期清洗或进行安全性能检查，目前的水下作业一般由潜水员携带作业装置完成，不仅作业成本高，而且生命安全难以保证，因此需要一种集修复和清洗于一身的水下作业装置。

专利文献CN107781509A公开了一种坐管式水下作业装置，该装置采用控制刹车爪抱紧管道外壁，使整个装置停留在预定位置附近，但所述刹车爪为单关节机构，与管道表面接触点相对于多关节较少，故所提供的环向锁紧力有限，而且对于直径不同的管道适应性较差，难以适用于管径多变的作业场合。专利文献CN109094761B公开了一种螺旋桨水下清洗装置，该装置在清洗装置上设有缓冲机构，通过推进器推力使清洗装置贴合在桨叶表面，但水下作业存在水流扰动，该装置难以实现在桨叶复杂表面稳定定位，难以保证清洗效果。专利文献CN103071914B公开了一种全液压驱动可重构数控摩擦叠焊机水下作业装置，在弧形机架两端设有环向移动滚轮导轨，使得焊接装置可以沿管道外壁环向移动，但由于弧形导轨长度固定不变，焊接装置难以做圆周运动，作业范围有限，难以实现全管径的焊接要求。

发明内容

发明目的：为克服现有技术的缺陷，本发明一方面提供一种管径自适应卡爪，另一方面提供一种管径自适应式水下定点作业装置，以符合管径自适应、定点作业、作业对象广的要求。

技术方案：本发明的管径自适应卡爪包括：底板和多个卡爪单元；多个卡爪单元分为两列，且两列中的卡爪单元彼此相向交叉排布；每一卡爪单元包括底座、近端指节、中端指节和末端指节；底座固定连接在底板下表面；近端指节与底座之间通过第一关节转轴相连、中端指节与近端指节之间通过第二关节转轴相连、末端指节与中端指节之间通过第三关节转轴相连；当卡爪机构闭合时，近端指节最先与管道接触，末端指节最后与管道接触，当卡爪机构张开时，末端指节最先离开管道，近端指节最后离开管道。

进一步地，每一卡爪单元中，第一、第二和第三关节转轴上各自设有间隔布置的两个大轮和位于两个大轮之间的扭簧；近端指节、中端指节和末端指节各自包括间隔布置的两块指板；近端指节和中端指节的两块指板之间各自架设有偶数根丝杆，末端指节的两块指板之间架设有一或多根丝杆；近端指节或中端指节内的偶数根丝杆分两行排列且均固定安装有导轮，一行靠近对应指节的外侧，另一行靠近对应指节的内侧，两行丝杆沿所在指节两端的关节转轴连线呈对称分布；每一卡爪单元还包括卡爪电动推杆、复位弹簧、闭合驱动绳索和张开驱动绳索；卡爪电动推杆和复位弹簧各自具有固定端和活动端；闭合驱动绳索的一端与卡爪电动推杆的活动端相连，另一端绕过各关节转轴一侧的大轮和靠近指节内侧的丝杆上的导轮后，最终固定在末端指节内；张开驱动绳索的一端与复位弹簧的活动端相连，另一端绕过各关节转轴另一侧的大轮和各指节中靠近指节外侧的丝杆上的导轮后，固定在末端指节内；闭合驱动绳索每次从卡爪外侧绕过对应大轮，并从卡爪内侧绕过对应丝杆上的导轮；张开驱动绳索每次从卡爪内侧绕过对应大轮，并从卡爪外侧绕过对应丝杆上的导轮。

进一步地，在各关节转轴上的扭簧中，第三关节转轴上的扭簧的弹性系数最大，第一关节转轴上的扭簧的弹性系数最小，第二关节转轴上的扭簧的弹性系数介于两者之间。

进一步地，卡爪电动推杆位于底板上方且沿底板的中心线水平设置，卡爪电动推杆的固定端具有与底板固定连接的基座；底板上还设有一或多个水平导向轮和一或多个垂向导向轮；每一卡爪单元的闭合驱动绳索经由对应底座和底板上的开孔到达底板上方后，先经由对应的水平导向轮导向，再经由一或多个垂向导向轮导向后，与卡爪电动推杆的活动端连接。

进一步地，每一卡爪单元还包括张紧拉簧；卡爪电动推杆的活动端通过张紧拉簧与各卡爪单元的闭合驱动绳索相连。

进一步地，底座、近端指节和末端指节上还设有限位螺钉，以分别限制近端指节、中端指节和末端指节的相对位置。

本发明的管径自适应式水下定点作业装置包括上述管径自适应卡爪，还包括控制机构和作业机构；控制机构包括电子舱、电力舱、水平推进器组、垂直推进器组、摄像机与照明灯；电子舱用于在后台计算机控制系统的操控下控制电力舱，以分别对水平推进器组、垂直推进器组、作业机构和管径自适应卡爪进行驱动；摄像机将拍摄的图像信号发送至电力舱，以传送回后台计算机控制系统；水平推进器组和垂直推进器组用于使水下定点作业装置运动到指定位置；作业机构包括机械手、夹紧器和喷管；夹紧器固定在机械手末端，用于夹持喷管；机械手在电力舱的驱动下带动喷管移动，以对管道进行清洗。

进一步地，上述管径自适应式水下定点作业装置还包括还包括左侧板、右侧板，顶板和中板，以及由金属材料制成的承重型材；其中，顶板、中板和底板设置在左侧板和右侧板之间；承重型材设置在顶板下方，且通过螺栓分别与左侧板和右侧板固定连接；承重型材上还设有吊环；水平推进器组包括左前推进器、左后推进器、右前推进器和右后推进器，四个推进器各自通过扎带固定在中板的四个角上，且各自与所在角的两边呈度布置；垂直推进器组包括两个对称布置在底板下方的垂直推进器；电力舱和电子舱分别设于底板上方的左右两端；摄像机与照明灯固定安装在中板下方；作业机构固定安装在中板上方；管径自适应卡爪设于底板下方。

进一步地，左侧板、右侧板，顶板、中板和底板由聚丙烯材料制成；承重型材由金属材料制成。

进一步地，机械手包括固定在中板上的二维移动台、两个间隔设置的立板、两个间隔设置的臂板、手臂电动推杆、第一转轴、第二转轴和第三转轴；两个立板的底端固定在二维移动台的二维移动台面上，第二转轴固定架设在两个立板之间且靠近两个立板的顶部；两个臂板的首端通过第一转轴分别与两个立板连接，第一转轴靠近对应立板的侧部；第三转轴固定架设在两个壁板的末端之间；在两个立板与两个臂板之间设有手臂电动推杆，手臂电动推杆的底部和头部分别与第二转轴和第三转轴连接；当手臂电动推杆伸长时，两个壁板分别绕第一转轴向下转动，当手臂电动推杆缩短时，两个壁板分别绕第一转轴向上抬起；两个臂板末端与夹紧器固定连接。

有益效果：本发明与现有技术相比，其优点为：

1、由于采用三自由度机械手，可以分别实现左右、前后以及仰俯动作，通过上位机控制，使机械手协调动作，确保作业路径覆盖作业对象整体轮廓，此外，机械手的末端执行装置可以根据作业要求及时更换，方便快捷。

2、采用基于腱-滑轮转动原理的变体传动方式，能够保持较好的欠驱动适应性，由于卡爪为多指节结构，可以适用于抓取不同直径的圆周物体，同时多指节同时抓取物体时，可以增加卡爪与物体的接触点，保证一定的夹紧力。此外本发明专利的四个欠驱动卡爪，使用一个卡爪电动推杆拖拽绳索以驱动卡爪闭合，节省驱动元件，减小卡爪尺寸，减轻整体的重量。

3、四个呈45度布置的水平推进器，在水平面内通过上位机的控制，经过推进器正转、反转、以及协同运作，可以实现装置在水中前后、左右、旋转的动作，而垂直推进器可以实现上升、下沉动作，提高了装置水下运动的机动性能。

4、由于顶板材料为聚丙烯，顶板下方设置承重型材，在吊装整体装置时，承重型材承担装置重量，不仅弥补聚丙烯材料强度较低的缺陷，而且避免使用型材作为本体框架而导致重力增加的弊端，提高整体机构的稳定性与安全性。

5、在卡爪的回转副之间用滚动轴承代替指节与转轴滑动连接，摩擦阻力较小，减小多余的摩擦力对卡爪闭合与张开动作的影响，使卡爪的指节之间的回转更加灵活。

6、传统的欠驱动卡爪利用扭簧的回弹力将各指节回转至初始位置，而卡爪的第一段关节处的扭簧承受其余指节的重力，导致在驱动卡爪闭合时，由于第一段指节转轴处扭簧弹性系数较大，而出现其余指节先闭合的状况，本发明采用扭簧只是保证卡爪各关节回转顺序，而在卡爪张开的过程中，利用复位弹簧配合限位螺钉，使得卡爪平稳张开，相比于添设一套电控锁紧机构，本发明卡爪的张开机构设计减少控制系统的复杂性，简化了机构的整体尺寸，同时能够达到卡爪张开的预期效果。

7、当作业装置需要绕管身做环向运动时，卡爪电动推杆的推杆伸出，卡爪从夹紧状态松开时，由于复位弹簧力的持续作用，存在力的突变过程，而张紧拉簧拉力的存在可以与复位拉簧的拉力形成柔性衔接，保证卡爪平稳松开管壁。

附图说明

图1是本发明管径自适应式水下定点作业装置的一个实施例的整体结构示意图；

图2是本发明管径自适应式水下定点作业装置的一个实施例的轴测图；

图3是本发明管径自适应式水下定点作业装置的一个实施例的俯视图；

图4是本发明管径自适应式水下定点作业装置的一个实施例中作业装置的纵向和俯仰运动起始位置示意图；

图5是本发明管径自适应式水下定点作业装置的一个实施例中作业装置的纵向和俯仰运动中间位置示意图；

图6是本发明管径自适应式水下定点作业装置的一个实施例中作业装置的纵向和俯仰运动结束位置示意图；

图7是本发明管径自适应式水下定点作业装置的一个实施例中管径自适应卡爪的闭合驱动组件的结构示意图；

图8是本发明管径自适应式水下定点作业装置的一个实施例中管径自适应卡爪的俯视图；

图9是本发明管径自适应式水下定点作业装置的一个实施例中管径自适应卡爪的轴侧图；

图10是图8的A-A方向的截面视图；

图11是图8的B-B方向的截面视图；

图12本发明管径自适应式水下定点作业装置的一个实施例中管径自适应卡爪抱管过程示意图；

图13为图4中的D向截面视图；

图14为图8中的C-C向截面视图；

图15为本发明管径自适应式水下定点作业装置的一个实施例的仰视图；

附图标记说明：

1.本体，11.顶板，12.承重型材，13.右侧板，14.左侧板，15.中板，16.底板，17吊环；

2.控制机构，21.电子舱，22.电力舱，23.摄像灯，24.照明灯，25.左前推进器，26.左后推进器，27.右前推进器，28.右后推进器，29.垂直推进器组；

3.作业装置，31机械手，311.底板，312.第二转轴，313.第一转轴，314.臂板，315.手臂电动推杆，316.第三转轴，317.喷管，318.夹持器，319.超声波测距仪，32.纵向直线模组，321.第二连接板，322.第一行程开关，323第二行程开关，324.第一直流电机，325.纵向滑块，326.第一连接板，33，横向直线模组，331.横向滑块，332.第三行程开关，333.第二直流电机，34.导轨滑块，341.垫块，342.直线导轨，343.滑块；

4.管径自适应卡爪，41.卡爪单元，4101.卡爪底座，4102.近端指节，4103.中端直接，4104.末端指节，4105.限位螺栓，4106.第一限位螺钉，4107.第二限位螺钉，4108.第一关节转轴，4109.第二关节转轴，4110.第三关节转轴，4111.第一丝杆，4112.第二丝杆，4113第三丝杆，4114.第四丝杆，4115.第一导轮，4116.第二导轮，4117.第一大轮，4118.第三导轮，4119.第第四导轮，4120.第三大轮，4121.第一大轮，4122.第三扭簧，4123.第二扭簧，4124.第一扭簧，4125.复位拉簧，4126.张开驱动绳索，4127.固定螺栓，4128.第一滚动轴承，4129.第二滚动轴承，4130.第三滚动轴承，42.垂直导向轮，43.水平导向轮，44.基座，45.卡爪电动推杆，46.压板，47.V型块，48.张紧拉簧，49.V型底座；

5.管道。

具体实施方式

以下是结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明的管径自适应式水下定点作业装置，包括装置本体1、控制机构2、作业机构3、管径自适应卡爪4。

如图2-3所示，本体1包括左侧板13、右侧板14，顶板11、承重型材12、中板15、底板16。控制机构2包括电子舱21、电力舱22、水平推进器组(包括四个水平推进器，即：左前推进器25、左后推进器26、右前推进器27、右后推进器28)、垂直推进器组、摄像机23与照明灯24。电子舱21用于在后台计算机控制系统的操控下控制电力舱22，以分别对水平推进器组、垂直推进器组、作业机构3和管径自适应卡爪4进行驱动。摄像机23将拍摄的图像信号发送至所述电力舱，以传送回所述后台计算机控制系统。水平推进器组和垂直推进器组用于使水下定点作业装置运动到指定位置。

其中，顶板11、中板15和底板16通过固定螺栓固定在左侧板13、右侧板14之间，承重型材12设置在顶板11下方。中板15与顶板11间隔一定距离布置。左前推进器25、左后推进器26、右前推进器27、右后推进器28通过扎带固定在中板15上方的四个角上，且各自与所在角的两边呈45度布置。摄像机23与照明灯24设置在中板15下方。电力舱22与电子舱21设置在底板16上方左右两端，电子舱21与电力舱22通过扎带与底板16固连。垂直推进器组包括两个对称布置在底板16上的垂直推进器。具体地，垂直推进器组中的两个垂直推进器分别通过固定螺栓固定在角件上，角件通过螺栓和底板16固连。

如图4-6所示，作业装置3包括三自由度机械手31、夹紧器318和喷管317。该三自由度机械手包括固定在中板15上的二维移动台、一对间隔一定距离的立板311和一对间隔一定距离的壁板314。二维移动台包括横向直线模组33、纵向直线模组32和直线导轨34。横向直线模组33与纵向直线模组32导轨两端设有行程开关，保证滑块在限定轨道内移动。纵向直线模组32通过第一连接板326设置在横向直线模组33与直线导轨34上。在纵向直线模组32的纵向滑块325上通过螺钉安装第二连接板321。该第二连接板321即为二维移动台的二维移动台面。立板311通过直角角件与第二连接板321固连，立板311与臂板314通过第一转轴313相连，在立板321与臂板314之间设有手臂电动推杆315，手臂电动推杆315的底部、头部分别与第二转轴312和第三转轴316连接。当手臂电动推杆315伸长时，作业机械手31的壁板314绕第一转轴313向下转动，当手臂电动推杆315缩短时，机械手31的壁板314绕第一转轴313向上抬起，臂板314末端与夹紧器318通过直角角件固连。在清洗时，夹紧器318夹取喷管317对管道5进行清洗。夹紧器318和喷管317具有多种型号且可更换，以适应特定的作业对象。

管径自适应卡爪4包括多个卡爪单元和闭合驱动装置。

如图15所示，本实施例中，管径自适应卡爪包含4个卡爪单元，这四个卡爪单元分两列排布，两列中的卡爪单元相对交错排列，以方便对管道5进行抱紧。如图8-9所示，每一卡爪单元包括底座4101、近端指节4102、中端指节4103和末端指节4104。近端指节4102与底座4101之间通过第一关节转轴4108相连，中端指节4103与近端指节4102之间通过第二关节转轴4109相连，末端指节4104与中端指节4103之间通过第三关节转轴4110相连。各关节转轴处设有滚动轴承4128、41或4130和对应的丝杆。具体地，近端指节4102与底座4101通过滚动轴承4128和对应的丝杆相连，中端指节4103与末端指节4104通过滚动轴承4130和对应的丝杆相连，近端指节4102与中端指节4103通过滚动轴承41和相应的轴承相连。在三个关节转轴上各自设有两个间隔一定距离的大轮4121、4117或4120以及位于两个大轮之间的扭簧。近端指节4102、中端指节4103和末端指节4103各自包括间隔布置的两块指板。近端指节4102与中端指节4103各自的指板间分别设有四个丝杆，丝杆与指节的指板之间通过螺母、垫片固定，四个丝杆各安装有一个导轮且分两行布置在各指节上，一行靠近对应指节的外侧(即卡爪抱紧侧的对侧)，另一行靠近对应指节的内侧(即卡爪抱紧侧)，两行丝杆沿所在指节两端的关节转轴连线(即关节转轴4108和4109的连线，或关节转轴4109和4110的连线)呈对称分布，四个丝杆上的导轮通过螺母固定在丝杆上。第三转轴4110上扭簧的弹性系数最大，第一转轴4108上的扭簧弹性系数最小，第二转轴4109上扭簧的弹性系数介于上述扭簧之间。

每一卡爪单元还包括闭合驱动绳索和张开驱动绳索。如图10所示，闭合驱动绳索的一端从卡爪内侧绕过第一关节转轴处的大轮4121，再从卡爪外侧绕过近端指节4108中靠近卡爪外侧的导轮4115和4116，之后又从卡爪内侧绕过大轮4117，以此绕法类推(即从卡爪内侧绕过大轮，从卡爪外侧绕过指节内外侧丝杆上的导轮)，最终绕过第三关节转轴4110上的大轮4120后在末端指节内处固定闭合驱动绳索。闭合驱动绳索的另一端最终与卡爪电动推杆45连接，如图7所示。。将此原理反之利用，即得到张开驱动绳索的绕法，如图11所示，张卡驱动绳索的一端与卡爪复位弹簧4125相连，另一端最终固定在末端指节4104中。在底座4101、近端指节4102、末端指节4104上还设有限位螺钉4105、4106、4107，分别限制近端指节4102、中端指节4103和末端指节4104相对位置，再由卡爪复位拉簧4125的作用下，使卡爪张开的极限位置为图12所示的初始状态。

如图7所示，闭合驱动装置包括卡爪电动推杆45、4个水平导向轮43、4个垂向导向轮42和张紧拉簧48。其中，卡爪电动推杆45尾端(即固定端)通过基座44与底板16固连，在卡爪电动推杆45中间位置设有V型块47与压板46，V型块47通过螺栓与底板16固连，压板46通过螺钉与V型块47相连，卡爪电动推杆45完全约束在底板16上。底板16上设有四个走绳开孔，在开孔上方设有水平导向轮43，与水平导向轮43相隔一段距离设有垂直导向轮42，各卡爪单元的闭合驱动绳索从卡爪底座4101引出，经过水平导向轮43与垂直导向轮42后与张紧拉簧48一端相连，张紧拉簧48另一端与卡爪电动推杆头部(即活动端)相连，张紧拉簧48用于确保绳索在卡爪电动推杆45运动的任意位置保持张紧状态。

从原理上说，上述闭合驱动装置、闭合驱动绳索、丝杆4111、4112、4113和4114、关节转轴4108和4109，以及导轮4121、4115、4116、4117、4118、4119和4120，共同组成驱动卡爪闭合的机构；复位弹簧4125、张开驱动绳索、丝杆4111、4112、4113和4114关于转轴连线对侧的丝杆以及其上的导轮、关节转轴4108和4109，共同组成前驱动卡爪张开的机构。

如图12所示，当管径自适应卡爪4从初始状态开始闭合时，由于限位螺钉的限位作用，在卡爪张开拉簧的持续力作用下，卡爪一直保持在状态2，当近端指节接触管壁时，即如状态3所示，在卡爪电动推杆45的驱动下，中端指节开始运动，直到运动至状态4所示，末端指节在中端指节接触管壁后再开始运动，最后运动至如图所示的夹紧状态。

在其他实施例中，管径自适应式水下定点作业装置的本体1中的底板16可以视作管径自适应卡爪4的一部分，此时，该管径自适应卡爪可以作为单独的构件使用。

在其他实施例中，管径自适应卡爪4中卡爪单元的个数不限于4个，只需要满足卡爪单元的数量大于2且分两列相对交错排列即可，以适应不同的使用需求。

在其他实施例中，近端指节和中端指节中指节中部丝杆的个数也不局限与4个，而是可以为偶数个，且沿所处指节两端关节转轴的连线对称分布即可。

在其他实施例中，水平导向轮43和垂向导向轮42的个数可以根据具体情况进行设置，而不局限于4个。

管径自适应式定点作业装置的工作流程为：

步骤一：将作业装置通过船舶甲板或岸边的吊机投放入水中，操作人员在船上或岸边通过水上操控台对水下作业装置进行操控；

步骤二：通过水下照明灯与水下摄像头，实时采集水下图像信息，并将图像信号传送回计算机控制系统的观测界面，操作人员通过反馈的图像信息，控制装置推进器协同运动，使装置移动至管道5正上方，此时控制垂直推进器组，使作业装置下移至管道5上表面，待到装置在管道5上停稳时，控制卡爪电动推杆45，当卡爪电动推杆45拖拽绳索时，不考虑绳索与导轮之间摩擦力的情况下，整条绳索上的拉力相等，手指关节动作顺序会依据各转轴扭簧弹性系数大小而先后闭合，直到各关节都触碰到管壁时，手指关节的运动停止，卡爪动作顺序参考图11。

步骤三：根据摄像头反馈的图像信息，操作人员经由后台计算机控制系统通过电子舱21控制横向直线模组33与纵向直线模组32协同工作，将作业机械手移动一定距离，此时操作人员给出控制信号，手臂电动推杆315驱动臂板314第一转轴313向下转动一定角度，超声波测距仪会实时反馈作业机械手与指定目标的距离，使喷管317到达指定位置，装置在清洗一段时间后，驱动卡爪闭合的卡爪电动推杆45将绳索松开一定距离，致使卡爪张开一定角度但不完全脱离管道5，此时水平推进器25、26以一定速度正转，推进器27、28以一定速度反转，推动整体装置绕管道5周向旋转，在装置旋转的同时，清洗装置可以完成对管道5环向清洗。

步骤四：清洗作业完成后，卡爪电动推杆45推杆全部伸出，欠驱动卡爪各指节依次松开管道5，回到如图12的初始状态，垂向推进器组工作使清洗装置浮到水面，再由吊机通过缆绳将清洗装置回收回船上或岸上，完成一个清洗作业周期。

上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，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。

Claims (9)

1.一种管径自适应卡爪(4)，其特征在于，包括：底板(16)和多个卡爪单元；所述多个卡爪单元分为两列，且两列中的卡爪单元彼此相向交叉排布；每一卡爪单元包括底座(4101)、近端指节(4102)、中端指节(4103)和末端指节(4104)；所述底座固定连接在所述底板(16)下表面；近端指节(4102)与底座(4101)之间通过第一关节转轴(4108)相连、中端指节(4103)与近端指节(4102)之间通过第二关节转轴(4109)相连、末端指节(4104)与中端指节(4103)之间通过第三关节转轴(4110)相连；当所述管径自适应卡爪(4)闭合时，近端指节(4102)最先与管道(5)接触，末端指节(4104)最后与管道(5)接触，当所述管径自适应卡爪(4)张开时，末端指节(4104)最先离开管道(5)，近端指节(4102)最后离开管道(5)；

每一卡爪单元中，第一、第二和第三关节转轴上各自设有间隔布置的两个大轮和位于两个大轮之间的扭簧(4124，4123，4122)；所述近端指节(4102)、所述中端指节(4103)和所述末端指节(4103)各自包括间隔布置的两块指板；所述近端指节(4102)和所述中端指节(4103)的两块指板之间各自架设有偶数根丝杆，末端指节(4103)的两块指板之间架设有一或多根丝杆；近端指节(4102)或中端指节(4103)内的所述偶数根丝杆分两行排列且均固定安装有导轮，一行靠近对应指节的外侧，另一行靠近对应指节的内侧，两行丝杆沿所在指节两端的关节转轴连线呈对称分布；

每一卡爪单元还包括卡爪电动推杆(45)、复位弹簧(4125)、闭合驱动绳索和张开驱动绳索；所述卡爪电动推杆(45)和所述复位弹簧(4125)各自具有固定端和活动端；所述闭合驱动绳索的一端与所述卡爪电动推杆(45)的活动端相连，另一端绕过各关节转轴一侧的大轮和靠近指节内侧的丝杆上的导轮后，最终固定在所述末端指节(4104)内；所述张开驱动绳索的一端与所述复位弹簧(4125)的活动端相连，另一端绕过各关节转轴另一侧的大轮和各指节中靠近指节外侧的丝杆上的导轮后，固定在所述末端指节(4104)内；所述闭合驱动绳索每次从卡爪外侧绕过对应大轮，并从卡爪内侧绕过对应丝杆上的导轮；所述张开驱动绳索每次从卡爪内侧绕过对应大轮，并从卡爪外侧绕过对应丝杆上的导轮。

2.根据权利要求1所述的管径自适应卡爪(4)，其特征在于，在各关节转轴上的扭簧中，所述第三关节转轴上的扭簧的弹性系数最大，所述第一关节转轴上的扭簧的弹性系数最小，所述第二关节转轴上的扭簧的弹性系数介于两者之间。

3.根据权利要求1所述的管径自适应卡爪(4)，其特征在于，所述卡爪电动推杆(45)位于所述底板(16)上方且沿所述底板(16)的中心线水平设置，所述卡爪电动推杆(45)的固定端具有与所述底板(16)固定连接的基座(44)；所述底板(16)上还设有一或多个水平导向轮(43)和一或多个垂向导向轮(42)；每一卡爪单元的闭合驱动绳索经由对应底座(4101)和底板(16)上的开孔到达底板(16)上方后，先经由对应的水平导向轮(43)导向，再经由一或多个垂向导向轮(42)导向后，与所述卡爪电动推杆(45)的活动端连接。

4.根据权利要求1所述的管径自适应卡爪(4)，其特征在于，每一卡爪单元还包括张紧拉簧(48)；所述卡爪电动推杆(45)的活动端通过所述张紧拉簧(48)与各卡爪单元的闭合驱动绳索相连。

5.根据权利要求1所述的管径自适应卡爪(4)，其特征在于，所述底座(4101)、近端指节(4102)和末端指节(4104)上还设有限位螺钉(4105，4106，4107)，以分别限制近端指节(4102)、中端指节(4103)和末端指节(4104)的相对位置。

6.一种管径自适应式水下定点作业装置，包括根据权利要求1至5中任一者所述的管径自适应卡爪(4)，其特征在于，还包括控制机构(2)和作业机构(3)；

所述控制机构(2)包括电子舱(21)、电力舱(22)、水平推进器组、垂直推进器组(29)、摄像机(23)与照明灯(24)；所述电子舱(21)用于在后台计算机控制系统的操控下控制所述电力舱(22)，以分别对水平推进器组、垂直推进器组(29)、作业机构(3)和所述管径自适应卡爪(4)进行驱动；所述摄像机(23)将拍摄的图像信号发送至所述电力舱，以传送回所述后台计算机控制系统；所述水平推进器组和所述垂直推进器组(29)用于使所述水下定点作业装置运动到指定位置；

所述作业机构(3)包括机械手、夹紧器和喷管；所述夹紧器固定在机械手末端，用于夹持所述喷管；所述机械手在所述电力舱的驱动下带动所述喷管移动，以对管道(5)进行清洗。

7.根据权利要求6所述的管径自适应式水下定点作业装置，其特征在于，还包括左侧板(13)、右侧板(14)，顶板(11)和中板(15)，以及由金属材料制成的承重型材(12)；其中，顶板(11)、中板(15)和底板(16)设置在左侧板(13)和右侧板(14)之间；所述承重型材(12)设置在所述顶板(11)下方，且通过螺栓分别与左侧板(13)和右侧板(14)固定连接；所述承重型材(12)上还设有吊环；所述水平推进器组包括左前推进器(25)、左后推进器(26)、右前推进器(27)和右后推进器(28)，四个推进器各自通过扎带固定在所述中板(15)的四个角上，且各自与所在角的两边呈45度布置；所述垂直推进器组包括两个对称布置在所述底板(16)下方的垂直推进器；所述电力舱(22)和电子舱(21)分别设于所述底板(16)上方的左右两端；所述摄像机(23)与照明灯(24)固定安装在所述中板(15)下方；所述作业机构(3)固定安装在所述中板(15)上方；所述管径自适应卡爪(4)设于所述底板(16)下方。

8.根据权利要求7所述的管径自适应式水下定点作业装置，其特征在于，左侧板(13)、右侧板(14)，顶板(11)、中板(15)和底板(16)由聚丙烯材料制成；所述承重型材(12)由金属材料制成。

9.根据权利要求7所述的管径自适应式水下定点作业装置，其特征在于，所述机械手包括固定在所述中板(15)上的二维移动台、两个间隔设置的立板(311)、两个间隔设置的臂板(314)、手臂电动推杆(315)、第一转轴(313)、第二转轴(312)和第三转轴(316)；

两个立板(311)的底端固定在所述二维移动台的二维移动台面上，所述第二转轴(312)固定架设在两个立板(311)之间且靠近两个立板(311)的顶部；两个臂板(314)的首端通过所述第一转轴(313)分别与两个立板(311)连接，第一转轴(313)靠近对应立板(311)的侧部；所述第三转轴(316)固定架设在两个臂板(314)的末端之间；在两个立板(311)与两个臂板(314)之间设有所述手臂电动推杆(315)，所述手臂电动推杆(315)的底部和头部分别与所述第二转轴(312)和所述第三转轴(316)连接；当所述手臂电动推杆(315)伸长时，两个臂板(314)分别绕第一转轴(313)向下转动，当所述手臂电动推杆(315)缩短时，两个臂板(314)分别绕第一转轴(313)向上抬起；两个臂板(314)末端与所述夹紧器(318)固定连接。

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