CN112077852A - 一种用于浅水水下作业的长距离机械臂装置 - Google Patents

一种用于浅水水下作业的长距离机械臂装置 Download PDF

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刘书杰
范白涛
周超
王彬
王名春
郭华
郑清华
张甫
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    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/52—Tools specially adapted for working underwater, not otherwise provided for

Abstract

本发明公开了一种用于浅水水下作业的长距离机械臂装置，包括驱动基座、机械臂、机械手组件和控制系统；机械臂上具有沿臂长方向间隔布置的多个关节点，每一关节点具有旋转自由度，机械臂的近端连接于驱动基座上，并能够在驱动基座上进行滑移运动和/或旋转运动；机械手组件通过转换接头连接在机械臂的远端，机械手组件用于进行水下操作作业；控制系统与驱动基座、机械臂和机械手组件连接，用于为驱动基座、机械臂和机械手组件提供动力和控制，本发明通过控制系统操控驱动基座和机械臂运动，以改变机械手组件的位置和朝向，实现远程操控下不同位置的水下作业，能够降低人工成本，降低工作人员的人身安全风险系数。

Description

一种用于浅水水下作业的长距离机械臂装置
技术领域
本发明涉及一种海上石油开发过程中用于水下作业的装置，特别涉及一种用于浅水水下作业的长距离机械臂装置。
背景技术
在海上石油开发过程中，当采用水下生产系统进行海上油田开发时，有时需要潜水员潜入水下协助完成水下采油树、水下井口、水下管道、水下阀门的安装和后期检测维修工作，人工成本较高，而且人员的人身安全风险系数较高。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于浅水水下作业的长距离机械臂装置，工作人员可操控该长距离机械臂装置服务臂进行水下作业，能够降低人工成本，降低工作人员的人身安全风险系数。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种用于浅水水下作业的长距离机械臂装置，其特征在于：包括驱动基座、机械臂、机械手组件和控制系统；
所述机械臂上具有沿臂长方向间隔布置的多个关节点，每一所述关节点具有旋转自由度，所述机械臂的近端连接于所述驱动基座上，所述机械臂能够在所述驱动基座上进行滑移运动和/或旋转运动；
所述机械手组件通过转换接头连接在所述机械臂的远端，所述机械手组件用于进行水下操作作业；
所述控制系统与所述驱动基座、机械臂和机械手组件连接，用于为所述驱动基座、机械臂和机械手组件提供动力和控制。
在一些实施例中，所述机械臂包括由近端至远端顺次铰接的若干节机械臂体，每节所述机械臂体采用密封的箱体结构，每相邻两节所述机械臂体之间形成铰接关节点，在每相邻两节所述机械臂体之间设置第一驱动件，所述第一驱动件用于驱动相邻两节所述机械臂体中后一节的机械臂体相对于相邻两节机械臂体之间的铰接关节点的旋转轴线转动，并且，相邻的两所述第一驱动件呈异侧设置；位于所述机械臂近端的第一节机械臂体铰接于所述驱动基座上，形成铰接点，所述第一节机械臂体和驱动基座之间设置第二驱动件，所述第二驱动件用于驱动机械臂相对于所述铰接点的旋转轴线转动。
在一些实施例中，所述驱动基座包括滑道梁，滑动连接在所述滑道梁上的底座，转动设置在所述底座上的旋转基座，驱动所述底座沿所述滑道梁滑移运动的第三驱动件，以及驱动所述旋转基座在所述底座转动的第四驱动件，所述机械臂的近端铰接在所述旋转基座上。
在一些实施例中，每一所述第一驱动件包括两第二液压缸，两所述第二液压缸对称地设置在相邻的两节所述机械臂体之间，所述第二液压缸的缸体铰接在前一节的机械臂体上，所述第二液压缸的伸缩杆铰接在后一节的机械臂体上。
在一些实施例中，所述第二驱动件包括两第一液压缸，两所述第一液压缸对称地设置在所述机械臂的近端和驱动基座之间，所述第一液压缸的缸体铰接于所述驱动基座上，所述第一液压缸的伸缩杆铰接于所述机械臂上。
在一些实施例中，所述第三驱动件采用液压或电力或齿轮齿条驱动机构；所述第四驱动件采用液压马达。
在一些实施例中，所述机械手组件上配置高清摄像头。
在一些实施例中，该长距离机械臂装置能够安装于水面船舶或钻井平台上。
本发明采用以上技术方案，其具有如下优点：本发明提供的长距离机械臂装置，包括驱动基座、机械臂、机械手组件和控制系统，机械手组件通过转接接头安装在连续多关节机械臂的远端，控制系统为驱动基座、机械臂和机械手组件提供动力和控制，工作人员通过控制系统操控驱动基座和机械臂运动，以改变机械手组件的位置和朝向，实现远程操控下不同位置的水下作业，能够降低人工成本，降低工作人员的人身安全风险系数。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明机械臂体的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
如图1、图2所示，本发明提供一种用于浅水水下作业的长距离机械臂装置，包括驱动基座1、机械臂2、机械手组件3和控制系统；
机械臂2的近端连接于驱动基座1上，机械臂2能够在驱动基座1上进行滑移运动和/或旋转运动；机械臂2上具有沿臂长方向间隔布置的多个关节点，每一关节点具有旋转自由度；机械手组件3通过转换接头4连接在机械臂2的远端，机械手组件3用于进行水下操作作业；控制系统与驱动基座1、机械臂2和机械手组件3连接，用于为驱动基座1、机械臂2和机械手组件3提供动力和控制。
在上述实施例中，优选地，机械臂2包括由近端至远端顺次铰接的若干节机械臂体21，每节机械臂体21采用密封的箱体结构，每相邻两节机械臂体21之间形成铰接关节点，在每相邻两节机械臂体21之间设置第一驱动件，第一驱动件用于驱动相邻两节机械臂体21中后一节的机械臂体21相对于相邻两节机械臂体21之间的铰接关节点的旋转轴线转动，并且，相邻的两第一驱动件呈异侧设置；位于机械臂2近端的第一节机械臂体21铰接于驱动基座1上，形成铰接点，第一节机械臂体21和驱动基座1之间设置第二驱动件，第二驱动件用于驱动机械臂2相对于铰接点的旋转轴线转动。
在上述实施例中，优选地，驱动基座1包括滑道梁(图中未示出)，滑动连接在滑道梁上的底座11，转动设置在底座11上的旋转基座12，驱动底座11沿滑道梁滑移运动的第三驱动件，以及驱动旋转基座12在底座11转动的第四驱动件，机械臂2上的近端铰接在旋转基座12上。
在上述实施例中，优选地，每一第一驱动件包括两第二液压缸6，两第二液压缸6对称地设置在相邻的两节机械臂体21之间，第二液压缸6的缸体铰接在前一节的机械臂体21上，第二液压缸6的伸缩杆铰接在后一节的机械臂体21上。
在上述实施例中，优选地，第二驱动件包括两第一液压缸5，两第一液压缸5对称地设置在机械臂2的第一节机械臂体21和驱动基座1之间，第一液压缸5的缸体铰接于驱动基座1上，第一液压缸5的伸缩杆铰接于机械臂2的第一节机械臂体21上。
在上述实施例中，优选地，第三驱动件可采用液压、电力或齿轮齿条驱动机构。
在上述实施例中，优选地，第四驱动件可采用液压马达。
在上述实施例中，优选地，在机械手组件3上可配置高清摄像头，以近距离对作业对象进行观测和处理。
在上述实施例中，优选地，该装置安装于水面船舶或钻井平台上，人员在水面船舶或平台上通过控制系统对机械臂装置进行手动操作。
在上述实施例中，优选地，机械手组件3为现有进行水下操作作业的装置，如液压扭矩扳手、液压拉伸工具、液压推送工具等，转换接头4为现有的连接接头，以方便机械手组件3与连续多关节机械臂2的连接。
本发明的使用过程如下：控制系统根据水下作业需求，控制第三驱动件运行，第二驱动件驱动底座11在滑道梁上进行滑移运动，旋转基座12随底座1在滑道梁上运动，控制第四驱动件运行，驱动旋转基座12相对于底座11转动，进而带动机械臂2在驱动基座1上进行滑移和旋转运动，改变机械臂2以及连接其远端的机械手组件3的空间位置和朝向，然后，控制两第一液压缸5以及每相邻两机械臂体21之间的两第二液压缸6作伸缩运动，改变不同机械臂体21之间的夹角，改变机械臂2远端上的机械手组件3位置、朝向，实现远程操控下不同位置的水下作业，满足不同位置水下作业的需求，能够降低人工成本，降低工作人员的人身安全风险系数。
本发明中机械臂体21可为标准设计，不同位置的机械臂体21可以互换使用，连续多关节机械臂2上的机械臂体21的节数可根据作业所需机械臂的长度不同增加或减少，第四驱动件的个数对应增加或减少，而机械臂体21之间以及机械臂体21与第一驱动件之间的连接、驱动方式不变；机械臂体21采用密封的箱体结构，在海洋工作环境下，密封的箱体结构可以防止箱体内部的腐蚀，同时中空密封的箱体结构在水中工作时，也可以为整体机械臂提供一定的浮力，降低整体机械臂的作业负载。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种用于浅水水下作业的长距离机械臂装置，其特征在于：包括驱动基座、机械臂、机械手组件和控制系统；
所述机械臂上具有沿臂长方向间隔布置的多个关节点，每一所述关节点具有旋转自由度，所述机械臂的近端连接于所述驱动基座上，所述机械臂能够在所述驱动基座上进行滑移运动和/或旋转运动；
所述机械手组件通过转换接头连接在所述机械臂的远端，所述机械手组件用于进行水下操作作业；
所述控制系统与所述驱动基座、机械臂和机械手组件连接，用于为所述驱动基座、机械臂和机械手组件提供动力和控制。
2.如权利要求1所述的一种用于浅水水下作业的长距离机械臂装置，其特征在于：所述机械臂包括由近端至远端顺次铰接的若干节机械臂体，每节所述机械臂体采用密封的箱体结构，每相邻两节所述机械臂体之间形成铰接关节点，在每相邻两节所述机械臂体之间设置第一驱动件，所述第一驱动件用于驱动相邻两节所述机械臂体中后一节的机械臂体相对于相邻两节机械臂体之间的铰接关节点的旋转轴线转动，并且，相邻的两所述第一驱动件呈异侧设置；位于所述机械臂近端的第一节机械臂体铰接于所述驱动基座上，形成铰接点，所述第一节机械臂体和驱动基座之间设置第二驱动件，所述第二驱动件用于驱动机械臂相对于所述铰接点的旋转轴线转动。
3.如权利要求1或2所述的一种用于浅水水下作业的长距离机械臂装置，其特征在于：所述驱动基座包括滑道梁，滑动连接在所述滑道梁上的底座，转动设置在所述底座上的旋转基座，驱动所述底座沿所述滑道梁滑移运动的第三驱动件，以及驱动所述旋转基座在所述底座转动的第四驱动件，所述机械臂的近端铰接在所述旋转基座上。
4.如权利要求2所述的一种用于浅水水下作业的长距离机械臂装置，其特征在于：每一所述第一驱动件包括两第二液压缸，两所述第二液压缸对称地设置在相邻的两节所述机械臂体之间，所述第二液压缸的缸体铰接在前一节的机械臂体上，所述第二液压缸的伸缩杆铰接在后一节的机械臂体上。
5.如权利要求2所述的一种用于浅水水下作业的长距离机械臂装置，其特征在于：所述第二驱动件包括两第一液压缸，两所述第一液压缸对称地设置在所述机械臂的近端和驱动基座之间，所述第一液压缸的缸体铰接于所述驱动基座上，所述第一液压缸的伸缩杆铰接于所述机械臂上。
6.如权利里要求3所述的一种用于浅水水下作业的长距离机械臂装置，其特征在于：所述第三驱动件采用液压或电力或齿轮齿条驱动机构；所述第四驱动件采用液压马达。
7.如权利要求1所述的一种用于浅水水下作业的长距离机械臂装置，其特征在于：所述机械手组件上配置高清摄像头。
8.如权利要求1所述的一种用于浅水水下作业的长距离机械臂装置，其特征在于：该长距离机械臂装置能够安装于水面船舶或钻井平台上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210107612A1 (en) * 2019-10-14 2021-04-15 Lonnie Hayward Articulating Robotic Manipulator (ARM) for Underwater Wood Harvesting
CN114274169A (zh) * 2021-12-08 2022-04-05 镇江市高等专科学校 一种海洋多自由度液压作业机械手

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