CN110920842B - 一种海洋工程钻井平台水下结构检修机器人 - Google Patents

一种海洋工程钻井平台水下结构检修机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海洋工程钻井平台水下结构检修机器人，所述行走船体的顶部水平设置有支撑板，所述支撑板的板面两侧沿水平方向设置有滑轨，所述滑轨上滑动连接有底座，底座的表面上固定设置有机械手固定座，通过四个叶片竖向驱动装置驱动螺旋桨实现行走船体在水下高度的调整，并通过行走船体船头两侧的叶片横向驱动装置驱动螺旋桨实现对行走船体的驱动，使行走船体实现在水中的行进，通过叶片竖向驱动装置和叶片横向驱动装置的协同作用，能够避免行走船体在水中受水流干扰而发生机体摇晃及偏移，在行走船体的顶部设置机械手，使该巡检机器人能够完成抓、取动作，通过行走船体底部的焊枪实现对钻井平台的焊接作业。

Description

一种海洋工程钻井平台水下结构检修机器人
技术领域
本发明属于海洋工程应用技术领域，具体是一种海洋工程钻井平台水下结构检修机器人。
背景技术
海洋工程是指以开发、利用、保护、恢复海洋资源为目的，并且工程主体位于海岸线向海一侧的新建、改建、扩建工程。一般认为海洋工程的主要内容可分为资源开发技术与装备设施技术两大部分，具体包括：围填海、海上堤坝工程，人工岛、海上和海底物资储藏设施、跨海桥梁、海底隧道工程，海底管道、海底电(光)缆工程，海洋矿产资源勘探开发及其附属工程，海上潮汐电站、波浪电站、温差电站等海洋能源开发利用工程，大型海水养殖场、人工鱼礁工程，盐田、海水淡化等海水综合利用工程，海上娱乐及运动、景观开发工程，以及国家海洋主管部门会同国务院环境保护主管部门规定的其他海洋工程，而海洋钻井平台是海洋工程中的一个重要组成部分，它的主要作用就是在海洋上面创建一个供钻井设备能够正常工作的平台，它是石油和船舶行业结合的产物，有很高的科技含量，海洋钻井平台由于部分结构位于水面下方，不便于人工检修，因此，针对钻井平台水下结构需要设计水下检修机器人。
如专利申请号(CN201210463884.5)公开了一种多功能水下作业机器人，包括机器人主架、动力系统、探测系统、清污系统、控制系统。机器人采用履带式推进方式，机体采用框架式结构，清洗模式较传统抽水清洗，可用于军事勘察，水下监测；海洋输油管道检查，跨江、跨河管道检查、船体检修、船底探查、航道排障、港口作业、钻井平台水下结构检修，但是现有的针对钻井平台水下结构的检修机器人仍存在以下不足：
1、现有的水下检修机器人在作业时容易受水流干扰易发生机体摇晃及偏移，在空间狭小处无法正常航行，且单个水下机器人有效载荷及布置空间有限，不能携带多种作业工具，不能同时完成抓、取、焊接等作业；
2、现有的水下检修机器人通常没有搭建平台建造多轴机械臂，使机械臂在水下作业时，不能多维度进行调整，使机械臂在检修时具有一定的局限性，不便于检修机器人对钻井平台设备的维修。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海洋工程钻井平台水下结构检修机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种海洋工程钻井平台水下结构检修机器人，包括行走船体，所述行走船体整体为圆柱结构，且在行走船体的顶部水平设置有支撑板，所述支撑板的板面两侧沿水平方向设置有滑轨，所述滑轨上滑动连接有底座，所述底座的表面上固定设置有机械手固定座；
所述机械手固定座为长方体空腔结构，所述机械手固定座外部一侧固定设置有电机二，所述电机二的输出轴贯穿机械手固定座设置在机械手固定座的空腔内部，且在电机二的输出轴上固定设置有锥齿轮一，所述机械手固定座的空腔内部竖直设置有转动轴一，所述转动轴一的顶端与机械手固定座顶面固定连接，转动轴一的底端贯穿机械手固定座底面连接有转盘二，所述底座的内部中心位置开设有与转盘二相适配的环形槽二，所述转动轴一经转盘二转动连接在底座的环形槽二内，所述转动轴一的中间位置处键连接有锥齿轮二，所述锥齿轮一与锥齿轮二啮合连接；
所述机械手固定座外部另一侧固定设置有电机三，所述电机三的输出端连接有齿轮一，且机械手固定座远离电机二一端连接有U型板，且在U型板内转动连接有转动轴二，所述转动轴二上固定设置有齿轮二，所述齿轮一与齿轮二啮合连接，所述转动轴二的圆弧侧面两端均固定连接有摇臂，且两个所述摇臂顶部固定连接有固定块；
所述固定块的一端固定连接有液压缸，所述液压缸的活塞杆贯穿固定块与固定块另一侧支撑块固定连接，所述支撑块通过两侧的侧板构成U型固定架，所述U型固定架外部一侧固定设置有电机五，所述电机五的输出轴与转向块固定连接，所述转向块的一端转动连接在U型固定架的U型槽内，且在转向块的另一端固定设置有夹紧装置。
作为本发明进一步的方案：所述夹紧装置包括电机六、夹紧臂一、夹紧臂二和固定板，所述固定板设置有两块，且两个所述固定板并排设置在转向块的端面上，所述夹紧臂一和夹紧臂二通过销轴转动连接在两个所述固定板的内部，且在其中一块固定板的外侧面上固定设置有电机六，所述电机六的输出端固定连接有齿轮三，所述齿轮三分别与夹紧臂一内侧面齿牙和夹紧臂二外侧面齿牙啮合连接。
作为本发明再进一步的方案：所述行走船体的四个边角处均竖直设置有叶片竖向驱动装置，所述叶片竖向驱动装置的输出端连接有螺旋桨，且在行走船体头部两侧水平设置有叶片横向驱动装置，所述叶片横向驱动装置的输出端设置有螺旋桨，所述行走船体船头位置处设置安装有摄像头，所述支撑板位于船头一端的端面上设置有探照灯。
作为本发明再进一步的方案：所述摄像头为360°全景摄像头。
作为本发明再进一步的方案：所述探照灯上设置有防水罩。
作为本发明再进一步的方案：所述行走船体的底面两侧分别设置有机架，且在行走船体的底面中间位置水平设置有支撑筒，所述支撑筒为圆柱空腔结构，且在支撑筒内部一端的端面上安装有电机一，所述电机一的输出端设置有转盘一，所述转盘一转动连接在支撑筒的环形槽一内，且在转盘一的另一侧盘面上固定设置有气缸，所述气缸的活塞杆端部固定连接有焊枪安装座，所述焊枪安装座上设置有焊枪。
作为本发明再进一步的方案：所述底座底面的四个边角处均设置有与滑轨相适配的滑块，所述底座通过滑块滑动连接在滑轨上，且在底座上固定设置有直线电机。
作为本发明再进一步的方案：所述固定块与摇臂之间设置有固定杆。
作为本发明再进一步的方案：所述滑轨的两端分别设置有对底座进行限位的限位块。
作为本发明再进一步的方案：所述机械手固定座的底面固定设置有呈圆台结构的支撑座，且支撑座的底面与底座的表面相抵。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过在行走船体的四个边角处设置四个叶片竖向驱动装置，通过四个叶片竖向驱动装置驱动螺旋桨实现行走船体在水下高度的调整，并实现行走船体在水中的悬停，并通过行走船体船头两侧的叶片横向驱动装置，通过叶片横向驱动装置实现对行走船体的驱动，使行走船体实现在水中的行进，通过叶片竖向驱动装置和叶片横向驱动装置的协同作用，能够避免行走船体在水中受水流干扰而发生机体摇晃及偏移，并通过叶片竖向驱动装置和叶片横向驱动装置的协同作用，使行走船体的行进高度，行进角度均能够灵活调整，使行走船体能够在不同的空间内正常航行，同时在行走船体的顶部设置机械手，使该巡检机器人能够完成抓、取动作，并通过行走船体底部的焊枪实现对钻井平台的焊接作业；
2、通过直线电机驱动底座在滑轨上移动，使底座在水平方向上进行移动，从而对夹紧装置在水平方向上的位置进行调整，当夹紧装置水平方向位置确定后，通过电机二驱动锥齿轮一与锥齿轮二啮合传动，从而使锥齿轮二带动转动轴一进行转动，使转动轴一带动机械手固定座沿竖直方向中心线进行转动，实现对夹紧装置旋转角度的调整，并通过电机三驱动齿轮一与齿轮二啮合传动，从而使锥齿轮带动转动轴二进行转动，使转动轴二带动摇臂进行摆动，对固定块的倾角进行调整，进而实现对夹紧装置在水平方向倾角的调整，并通过液压缸经活塞杆推动支撑块，对机械手作业长度进行调整，同时通过电机五驱动转向块进行转动，从而实现对夹紧装置倾角的调整，并通过电机六驱动齿轮三与夹紧臂一和夹紧臂二上的齿牙啮合传动，从而实现夹紧装置对设备的抓取，即通过一系列的调整，使该机械手能够多维度多角度的调整抓取方向，使机械手的作用区域大，作业能动性高，使该机械手具有较强的普适性；
3、通过在行走船体上设置360°全景摄像头，使该巡检机器人能够对钻下平台水下结构进行实时拍摄，并辅助水上工作人员发出指令对巡检机器人进行操控，使巡检机器人的实用性更强。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为一种海洋工程钻井平台水下结构检修机器人立体图。
图2为一种海洋工程钻井平台水下结构检修机器人中行走船体立体图。
图3为一种海洋工程钻井平台水下结构检修机器人中行走船体主视图。
图4为一种海洋工程钻井平台水下结构检修机器人机械手立体图。
图5为一种海洋工程钻井平台水下结构检修机器人中齿轮一与齿轮二结构示意图。
图6为一种海洋工程钻井平台水下结构检修机器人中机械手固定腔内部结构示意图。
图7为一种海洋工程钻井平台水下结构检修机器人中转动轴一的结构示意图。
图8为一种海洋工程钻井平台水下结构检修机器人中环形槽二的结构示意图。
图9为一种海洋工程钻井平台水下结构检修机器人中夹紧装置的结构示意图。
图中：行走船体1、安装板101、支撑筒102、电机一1021、环形槽一1022、转盘一1023、气缸1024、焊枪安装座1025、焊枪1026、机架103、叶片竖向驱动装置104、螺旋桨105、叶片横向驱动装置106、探照灯107、摄像头108、支撑板109、机械手固定座2、电机二201、锥齿轮一2011、锥齿轮二2012、转动轴一2013、转盘二2014、电机三202、齿轮一2021、转动轴二2022、齿轮二2023、摇臂2024、固定杆2025、液压缸203、固定块2031、支撑块2032、U型固定架2033、电机五204、转向块2041、夹紧装置205、电机六2051、齿轮三2052、夹紧臂一2053、夹紧臂二2054、固定板2055、底座3、滑块301、环形槽二302、滑轨303。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～9，本发明实施例中，一种海洋工程钻井平台水下结构检修机器人，包括行走船体1，所述行走船体1整体为圆柱结构，且在行走船体1的顶部水平设置有支撑板109，所述支撑板109的板面两侧沿水平方向设置有滑轨303，所述滑轨303上滑动连接有底座3，所述底座3的表面上固定设置有机械手固定座2，通过设置滑轨303,使底座3在支撑板109上的移动更加稳定。
所述机械手固定座2为长方体空腔结构，所述机械手固定座2外部一侧固定设置有电机二201，所述电机二201的输出轴贯穿机械手固定座2设置在机械手固定座2的空腔内部，且在电机二201的输出轴上固定设置有锥齿轮一2011，所述机械手固定座2的空腔内部竖直设置有转动轴一2013，所述转动轴一2013的顶端与机械手固定座2顶面固定连接，转动轴一2013的底端贯穿机械手固定座2底面连接有转盘二2014，所述底座3的内部中心位置开设有与转盘二2014相适配的环形槽二302，所述转动轴一2013经转盘二2014转动连接在底座3的环形槽二302内，使转动轴一2013在竖直方向上的转动更加平稳。
所述转动轴一2013的中间位置处键连接有锥齿轮二2012，所述锥齿轮一2011与锥齿轮二2012啮合连接，通过电机二201驱动锥齿轮一2011与锥齿轮二2012啮合传动，从而使锥齿轮二2012带动转动轴一2013进行转动，使转动轴一2013带动机械手固定座2沿竖直方向中心线进行转动，实现对夹紧装置205旋转角度的调整。
所述机械手固定座2外部另一侧固定设置有电机三202，所述电机三202的输出端连接有齿轮一2021，且机械手固定座2远离电机二201一端连接有U型板，且在U型板内转动连接有转动轴二2022，所述转动轴二2022上固定设置有齿轮二2023，所述齿轮一2021与齿轮二2023啮合连接，所述转动轴二2022的圆弧侧面两端均固定连接有摇臂2024，且两个所述摇臂2024顶部固定连接有固定块2031，通过电机三202驱动齿轮一2021与齿轮二2023啮合传动，从而使锥齿轮2022带动转动轴二2022进行转动，使转动轴二2022带动摇臂2024进行摆动，对固定块2031的倾角进行调整，进而实现对夹紧装置205在水平方向倾角的调整。
所述固定块2031的一端固定连接有液压缸203，所述液压缸203的活塞杆贯穿固定块2031与固定块2031另一侧支撑块2032固定连接，所述支撑块2032通过两侧的侧板构成U型固定架2033，通过液压缸203经活塞杆推动支撑块2023，对机械手作业长度进行调整。
所述U型固定架2033外部一侧固定设置有电机五204，所述电机五204的输出轴与转向块2041固定连接，所述转向块2041的一端转动连接在U型固定架2033的U型槽内，且在转向块2041的另一端固定设置有夹紧装置205，通过电机五204驱动转向块2041进行转动，从而实现对夹紧装置205倾角的调整。
所述夹紧装置205包括电机六2051、夹紧臂一2053、夹紧臂二2054和固定板2055，所述固定板2055设置有两块，且两个所述固定板2055并排设置在转向块2041的端面上，所述夹紧臂一2053和夹紧臂二2054通过销轴转动连接在两个所述固定板2055的内部，且在其中一块固定板2055的外侧面上固定设置有电机六2051，所述电机六2051的输出端固定连接有齿轮三2052，所述齿轮三2052分别与夹紧臂一2053内侧面齿牙和夹紧臂二2054外侧面齿牙啮合连接，通过电机六2051驱动齿轮三2052与夹紧臂一2053和夹紧臂二2054上的齿牙啮合传动，从而实现夹紧装置205对设备的抓取。
所述行走船体1的四个边角处均竖直设置有叶片竖向驱动装置104，所述叶片竖向驱动装置104的输出端连接有螺旋桨105，且在行走船体1头部两侧水平设置有叶片横向驱动装置106，所述叶片横向驱动装置106的输出端设置有螺旋桨105，通过四个叶片竖向驱动装置104驱动螺旋桨105实现行走船体1在水下高度的调整，并实现行走船体1在水中的悬停，并通过行走船体1船头两侧的叶片横向驱动装置106，通过叶片横向驱动装置106实现对行走船体1的驱动，使行走船体1实现在水中的行进，通过叶片竖向驱动装置104和叶片横向驱动装置106的协同作用，能够避免行走船体1在水中受水流干扰而发生机体摇晃及偏移，并通过叶片竖向驱动装置104和叶片横向驱动装置106的协同作用，使行走船体的行进高度，行进角度均能够灵活调整。
所述行走船体1船头位置处设置安装有摄像头108，便于对钻井平台水下结构进行实时摄像。
所述支撑板109位于船头一端的端面上设置有探照灯107，起航行照明作用。
所述摄像头108为360°全景摄像头。
所述探照灯107上设置有防水罩。
所述行走船体1的底面两侧分别设置有机架103，且在行走船体1的底面中间位置水平设置有支撑筒102，所述支撑筒102为圆柱空腔结构，且在支撑筒102内部一端的端面上安装有电机一1021，所述电机一1021的输出端设置有转盘一1023，所述转盘一1023转动连接在支撑筒102的环形槽一1022内，且在转盘一1023的另一侧盘面上固定设置有气缸1024，所述气缸1024的活塞杆端部固定连接有焊枪安装座1025，所述焊枪安装座1025上设置有焊枪1026，使焊枪1026的角度和长度在支撑筒102内通过电机一1021和气缸1024进行调整。
所述底座3底面的四个边角处均设置有与滑轨303相适配的滑块301，所述底座3通过滑块301滑动连接在滑轨303上，且在底座3上固定设置有直线电机。
所述固定块2031与摇臂2024之间设置有固定杆2025，使固定块2031与摇臂2024连接更加牢固。
所述滑轨303的两端分别设置有对底座3进行限位的限位块，对底座3起限位保护作用。
所述机械手固定座2的底面固定设置有呈圆台结构的支撑座，且支撑座的底面与底座3的表面相抵。
工作原理：通过在行走船体1的四个边角处设置四个叶片竖向驱动装置104驱动螺旋桨105实现行走船体1在水下高度的调整，并实现行走船体1在水中的悬停，并通过行走船体1船头两侧的叶片横向驱动装置106驱动螺旋桨105实现行走船体1在水中的行进，通过在行走船体上设置360°全景摄像头，使该巡检机器人能够对钻下平台水下结构进行实时拍摄，当行走船体1到达位置后，通过直线电机驱动底座3在滑轨303上移动，使底座3在水平方向上进行移动，从而对夹紧装置205在水平方向上的位置进行调整，当夹紧装置205水平方向位置确定后，通过电机二201驱动锥齿轮一2011与锥齿轮二2012啮合传动，从而使锥齿轮二2012带动转动轴一2013进行转动，使转动轴一2013带动机械手固定座2沿竖直方向中心线进行转动，实现对夹紧装置205旋转角度的调整，并通过电机三202驱动齿轮一2021与齿轮二2023啮合传动，从而使锥齿轮2022带动转动轴二2022进行转动，使转动轴二2022带动摇臂2024进行摆动，对固定块2031的倾角进行调整，进而实现对夹紧装置205在水平方向倾角的调整，并通过液压缸203经活塞杆推动支撑块2023，对机械手作业长度进行调整，同时通过电机五204驱动转向块2041进行转动，从而实现对夹紧装置205倾角的调整，并通过电机六2051驱动齿轮三2052与夹紧臂一2053和夹紧臂二2054上的齿牙啮合传动，从而实现夹紧装置205对设备的抓取，并配合行走船体1底部的焊枪1026实现对设备的焊接处理。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种海洋工程钻井平台水下结构检修机器人，其特征在于：包括行走船体(1)，所述行走船体(1)整体为圆柱结构，且在行走船体(1)的顶部水平设置有支撑板(109)，所述支撑板(109)的板面两侧沿水平方向设置有滑轨(303)，所述滑轨(303)上滑动连接有底座(3)，所述底座(3)的表面上固定设置有机械手固定座(2)；
所述机械手固定座(2)为长方体空腔结构，所述机械手固定座(2)外部一侧固定设置有电机二(201)，所述电机二(201)的输出轴贯穿机械手固定座(2)设置在机械手固定座(2)的空腔内部，且在电机二(201)的输出轴上固定设置有锥齿轮一(2011)，所述机械手固定座(2)的空腔内部竖直设置有转动轴一(2013)，所述转动轴一(2013)的顶端与机械手固定座(2)顶面固定连接，转动轴一(2013)的底端贯穿机械手固定座(2)底面连接有转盘二(2014)，所述底座(3)的内部中心位置开设有与转盘二(2014)相适配的环形槽二(302)，所述转动轴一(2013)经转盘二(2014)转动连接在底座(3)的环形槽二(302)内，所述转动轴一(2013)的中间位置处键连接有锥齿轮二(2012)，所述锥齿轮一(2011)与锥齿轮二(2012)啮合连接；
所述机械手固定座(2)外部另一侧固定设置有电机三(202)，所述电机三(202)的输出端连接有齿轮一(2021)，且机械手固定座(2)远离电机二(201)一端连接有U型板，且在U型板内转动连接有转动轴二(2022)，所述转动轴二(2022)上固定设置有齿轮二(2023)，所述齿轮一(2021)与齿轮二(2023)啮合连接，所述转动轴二(2022)的圆弧侧面两端均固定连接有摇臂(2024)，且两个所述摇臂(2024)顶部固定连接有固定块(2031)；
所述固定块(2031)的一端固定连接有液压缸(203)，所述液压缸(203)的活塞杆贯穿固定块(2031)与固定块(2031)另一侧支撑块(2032)固定连接，所述支撑块(2032)通过两侧的侧板构成U型固定架(2033)，所述U型固定架(2033)外部一侧固定设置有电机五(204)，所述电机五(204)的输出轴与转向块(2041)固定连接，所述转向块(2041)的一端转动连接在U型固定架(2033)的U型槽内，且在转向块(2041)的另一端固定设置有夹紧装置(205)；
所述夹紧装置(205)包括电机六(2051)、夹紧臂一(2053)、夹紧臂二(2054)和固定板(2055)，所述固定板(2055)设置有两块，且两个所述固定板(2055)并排设置在转向块(2041)的端面上，所述夹紧臂一(2053)和夹紧臂二(2054)通过销轴转动连接在两个所述固定板(2055)的内部，且在其中一块固定板(2055)的外侧面上固定设置有电机六(2051)，所述电机六(2051)的输出端固定连接有齿轮三(2052)，所述齿轮三(2052)分别与夹紧臂一(2053)内侧面齿牙和夹紧臂二(2054)外侧面齿牙啮合连接；
所述行走船体(1)的四个边角处均竖直设置有叶片竖向驱动装置(104)，所述叶片竖向驱动装置(104)的输出端连接有螺旋桨(105)，且在行走船体(1)头部两侧水平设置有叶片横向驱动装置(106)，所述叶片横向驱动装置(106)的输出端设置有螺旋桨(105)，所述行走船体(1)船头位置处设置安装有摄像头(108)，所述支撑板(109)位于船头一端的端面上设置有探照灯(107)；
所述摄像头(108)为360°全景摄像头；
所述探照灯(107)上设置有防水罩；
所述行走船体(1)的底面两侧分别设置有机架(103)，且在行走船体(1)的底面中间位置水平设置有支撑筒(102)，所述支撑筒(102)为圆柱空腔结构，且在支撑筒(102)内部一端的端面上安装有电机一(1021)，所述电机一(1021)的输出端设置有转盘一(1023)，所述转盘一(1023)转动连接在支撑筒(102)的环形槽一(1022)内，且在转盘一(1023)的另一侧盘面上固定设置有气缸(1024)，所述气缸(1024)的活塞杆端部固定连接有焊枪安装座(1025)，所述焊枪安装座(1025)上设置有焊枪(1026)；
所述底座(3)底面的四个边角处均设置有与滑轨(303)相适配的滑块(301)，所述底座(3)通过滑块(301)滑动连接在滑轨(303)上，且在底座(3)上固定设置有直线电机；
所述固定块(2031)与摇臂(2024)之间设置有固定杆(2025)；
所述滑轨(303)的两端分别设置有对底座(3)进行限位的限位块；
所述机械手固定座(2)的底面固定设置有呈圆台结构的支撑座，且支撑座的底面与底座(3)的表面相抵。
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