CN112815870A - 基于rov的水下激光三维扫描辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于ROV的水下激光三维扫描辅助装置，包括手柄把持机构、液压驱动机构、钳式咬合机构、链环限位机构和探测机构，该液压驱动机构安装在手柄把持机构的一端，所述的钳式咬合机构通过所述的液压驱动机构驱动；在所述的钳式咬合机构上安装有链环限位机构和探测机构，该链条环限位机构接近所述的液压驱动机构，该探测机构安装在钳式咬合机构的上部，所述的液压驱动机构和探测机构均接入控制面板。本发明的优点是：有效地解决现有水下激光测量技术应用于锚泊系统动态链环尺寸的测量时遇到的困难。

Description

基于ROV的水下激光三维扫描辅助装置

技术领域

本发明涉及一种基于ROV的水下激光三维扫描辅助装置，用于水下激光测量，属于机械工程领域。

背景技术

为完整评估锚泊系统的状态，根据船级社及行业协会等监管机构的要求，应对指定位置锚链进行尺寸测量，主要是链环的直径、链环间的距离等。现有的技术是潜水员或ROV利用金属卡尺进行测量，将卡尺固定在需要测量的链环上，通过读取刻度获得链环的相关尺寸信息。潜水员卡尺测量主要存在以下弊端：

(1)潜水员受作业水深和海况影响较大，水下作业安全风险大。

(2)潜水员作业费用高。

(3)潜水员水下作业易疲劳，影响作业质量。

(4)潜水员水下主观进行链环测量点的确认，对于弧形的链环，无法保证测量点为真实测量位置，测量过程会出现远超卡尺精度的误差。

使用ROV替代潜水员利用机械卡尺进行水下链环尺寸测量，虽然能够解决潜水员作业存在的安全和效率等问题，但是测量精度较潜水员更差，只能进行相关链环尺寸的粗略测量，无法满足相关监管机构对于尺寸测量精度的要求。

随着水下激光技术的不断发展，三维激光扫描测量技术开始应用于系泊锚链链环的尺寸测量，通过激光扫描、建立三维模型、正切面测量等手段可以对链环的尺寸进行亚毫米级的测量。但是目前本技术由于仅能对设备和被测物相对静止的情况进行精确的扫描测量。由于悬空段锚链处于不断地振动状态，故无法直接应用。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种基于ROV的水下激光三维扫描辅助装置，将水下激光测量设备与系泊锚链链环固定在一起，以防止它们之间发生相对运动的装置。有效地解决现有水下激光测量技术应用于锚泊系统动态链环尺寸的测量时遇到的困难。本发明的技术方案是：

一种基于ROV的水下激光三维扫描辅助装置，包括手柄把持机构、液压驱动机构、钳式咬合机构、链环限位机构和探测机构，该液压驱动机构安装在手柄把持机构的一端，所述的钳式咬合机构通过所述的液压驱动机构驱动；在所述的钳式咬合机构上安装有链环限位机构和探测机构，该链条环限位机构接近所述的液压驱动机构，该探测机构安装在钳式咬合机构的上部，所述的液压驱动机构和探测机构均接入控制面板。

所述的手柄把持机构包括T型手柄、固定板、夹紧块和肋板，在所述T型手柄的一端安装有固定板，该固定板的一侧面与所述的T型手柄之间安装有肋板，该固定板的另一侧面安装有两块相对设置的夹紧块，两块夹紧块的中部形成容纳液压驱动机构的腔体，该液压驱动机构被两块所述的夹紧块夹紧。

所述的液压驱动机构包括双杆液压缸，该双杆液压缸沿竖直方向设置，所述双杆液压缸的缸体固定安装在两块夹紧块之间，所述的双杆液压缸的其中一活塞杆位于夹紧块的上部，另一活塞杆位于夹紧块的下部。

所述的钳式咬合机构包括两块呈X型设置的夹板，两块夹板的中部通过销轴转动的连接在一起，其中一块夹板的一端通过上联接机构与上部的活塞杆铰接在一起，另一块夹板的一端通过下联接机构与下部的活塞杆铰接在一起；两块夹板的另一端均安装有一链环夹板，两块链环夹板相互平行设置；所述的链环夹板上设置有链环夹板通孔。

在每一所述的链环夹板的内侧面安装有橡胶防滑垫。

在上部的链环夹板上安装有所述的探测机构。

所述的上联接机构和下联接机构相同，均包括固定座和连接轴，所述固定座上设置有容纳活塞杆的缺口，在该固定座上还设置有连接轴安装槽，该连接轴的一端转动的安装在连接轴安装槽内，另一端穿过所述活塞杆的通孔后，延伸至夹板的夹板槽内；所述的连接轴与活塞杆的通孔以及夹板槽转动配合；该固定座与所述的夹板固定连接在一起。

所述的链环限位机构包括限位杆，该限位杆的上端安装有上限位座，下端依次穿过两块所述的夹板后安装有下限位座，该限位杆与所述的夹板滑动配合。

所述的探测机构包括激光探头安装架以及安装在激光探头安装架上的激光探头，在所述的激光探头安装架上设置有数个激光探头安装孔，所述的激光探头安装架与所述的链环夹板垂直设置。

本发明的优点是：ROV通过机械手抓取手柄把持机构在水下进行操作，通过双杆液压缸的伸缩达到钳式咬合机构的张开和闭合两种动作；链环限位机构安装在钳式咬合机构上，在夹紧链环过程中能够确保链环被咬合在合适的位置。在激光探头安装架上设置有数个激光探头安装孔，可以根据需要安装在不同的孔位，实现多方位调节的功能。有效地解决现有水下激光测量技术应用于锚泊系统动态链环尺寸的测量时遇到的困难。

附图说明

图1是本发明的主体结构示意图。

图2是图1中手柄把持机构的结构示意图。

图3是图1中液压驱动机构的结构示意图。

图4是图1中钳式咬合机构的结构示意图。

图5是图1中链环限位机构的结构示意图。

图6是本发明夹紧链环时的状态示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

参见图1至图6，本发明涉及一种基于ROV的水下激光三维扫描辅助装置，包括手柄把持机构1、液压驱动机构2、钳式咬合机构3、链环限位机构4和探测机构5，该液压驱动机构2安装在手柄把持机构1的一端，所述的钳式咬合机构3通过所述的液压驱动机构2驱动；在所述的钳式咬合机构3上安装有链环限位机构4和探测机构5，该链条环限位机构4接近所述的液压驱动机构2，该探测机构5安装在钳式咬合机构3的上部，所述的液压驱动机构2和探测机构5均接入控制面板。

如图1和图2所示，所述的手柄把持机构包括T型手柄11、固定板15、夹紧块13和肋板12，在所述T型手柄11的一端安装有固定板15，该固定板15的一侧面与所述的T型手柄11之间安装有肋板12，该固定板15的另一侧面安装有两块相对设置的夹紧块13，两块夹紧块13的中部形成容纳液压驱动机构2的腔体14，该液压驱动机构2被两块所述的夹紧块13夹紧。

如图1和图3所示，所述的液压驱动机构2包括双杆液压缸21，该双杆液压缸21沿竖直方向设置，所述双杆液压缸21的缸体固定安装在两块夹紧块13之间，所述的双杆液压缸21的其中一活塞杆23位于夹紧块13的上部，另一活塞杆23位于夹紧块13的下部。

如图1、图4和图6所示，所述的钳式咬合机构包括两块呈X型设置的夹板31，两块夹板31的中部通过销轴转动的连接在一起，其中一块夹板的一端通过上联接机构与上部的活塞杆铰接在一起，另一块夹板的一端通过下联接机构与下部的活塞杆铰接在一起；两块夹板31的另一端均安装有一链环夹板32，两块链环夹板32相互平行设置；所述的链环夹板32上设置有链环夹板通孔。

在每一所述的链环夹板32的内侧面安装有橡胶防滑垫33。

在上部的链环夹板32上安装有所述的探测机构。

所述的上联接机构和下联接机构相同，均包括固定座22和连接轴(未图示，被固定座22所遮挡)，所述固定座22上设置有容纳活塞杆的缺口，在该固定座22上还设置有连接轴安装槽(设置在缺口处)，该连接轴的一端转动的安装在连接轴安装槽内，另一端穿过所述活塞杆23的通孔后，延伸至夹板31的夹板槽内；所述的连接轴与活塞杆23的通孔以及夹板槽转动配合；该固定座22与所述的夹板通过螺钉固定连接在一起，活塞杆位于固定座和夹板之间的缺口内。

如图1和图5所示，所述的链环限位机构4包括限位杆41，该限位杆41的上端安装有上限位座42，下端依次穿过两块所述的夹板32后安装有下限位座43，该限位杆41与所述的夹板32滑动配合，上部的夹板被上限位座限位，下部的夹板被下限位座限位。

如图1所示，所述的探测机构5包括激光探头安装架51以及安装在激光探头安装架51上的激光探头(未图示)，在所述的激光探头安装架51上设置有数个激光探头安装孔52，所述的激光探头安装架51与所述的链环夹板32垂直设置。

本发明的工作原理是：

手柄把持机构可以满足ROV机械手携带入水，在水下操作将本发明放置在预定位置的功能，ROV水下可以随意对手柄把持机构进行放开、抓紧的操作。

双杆液压缸作为动力装置是本发明的动力单元，通过ROV供给和控制液压动力，实现对链环的夹紧和松开的功能。液压缸的压力、行程、速度等参数满足夹紧锚链链环要求，并不会造成ROV以及本发明等损伤的情况。

钳式咬合机构通过双杆液压缸驱动，实现链环夹板进行开合的动作，进而实现对链环的固定和解脱功能。在夹紧的过程中，使两块链环夹板之间的夹紧刀口与链环的两个接触点可以同时垂直受力。

在夹紧刀口内侧增加橡胶防滑垫，在夹紧夹紧的过程中，通过垫片的形变，增加夹紧力作用点的数目，保证链条夹板对链环的夹紧力均匀，提高夹紧的可靠性，减少夹紧力的变形；橡胶防滑垫也可以避免ROV执行操作时，链环夹板与链环表面接触时的瞬时冲力导致链环构件表面损伤以及ROV机械手的损伤。

对于链环限位机构，由于ROV在水下作业时的局限性，无法准确判断夹紧刀口与链环的接触点是否满足激光测量的方位、距离等要求。为了解决这一问题，设计限位杆，限位杆可以随着链环夹板的操作与夹紧刀口直接进行相对垂直移动。在ROV操作时，将锚环近端与限位杆的侧面接触，一方面固定了夹紧力作用点的位置，另一方面也防止链环与导向轴口等进行碰撞或阻碍。

通过激光探头安装支架实现激光探头(三维激光扫描探头)安装，激光探头具有足够的强度和刚性的结构。由于三维激光扫描时，激光探头到链环的距离、扫描的角度等都是影响结果的关键因素，对于不同角度、不同尺寸的链环来说，需要通过调整激光探头在激光探头安装支架上的位置，来实现最优的作业效果。

在链环夹板上等距离开孔，可以使安装支架安装在夹紧装置的不同位置，激光探头安装支架上的等距离设置有数个激光探头安装孔，也可以使激光探头安装时，调整不同的高度和角度，从而达到多方位调节的功能

现场作业时，甲板模拟水下状态，调整好激光探头在激光探头安装支架上的高度和角度；ROV携带本发明入水，到达指定位置；ROV将本发明的链环夹板夹紧在预定的锚链链环上并保持其稳定；ROV脱手，利用双杆液压缸保持链环夹板以及激光探头与链环保持相对稳定；启动激光探头扫描，对指定位置进行数据采集；最后得到被测位置的三维模型，从而获得锚链链环的尺寸信息。从实际作业的效果和结果分析，解决了对悬空段动态链环无法直接使用三维激光扫描仪进行扫描测量的问题。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于ROV的水下激光三维扫描辅助装置，其特征在于，包括手柄把持机构、液压驱动机构、钳式咬合机构、链环限位机构和探测机构，该液压驱动机构安装在手柄把持机构的一端，所述的钳式咬合机构通过所述的液压驱动机构驱动；在所述的钳式咬合机构上安装有链环限位机构和探测机构，该链条环限位机构接近所述的液压驱动机构，该探测机构安装在钳式咬合机构的上部，所述的液压驱动机构和探测机构均接入控制面板。

2.根据权利要求1所述的一种基于ROV的水下激光三维扫描辅助装置，其特征在于，所述的手柄把持机构包括T型手柄、固定板、夹紧块和肋板，在所述T型手柄的一端安装有固定板，该固定板的一侧面与所述的T型手柄之间安装有肋板，该固定板的另一侧面安装有两块相对设置的夹紧块，两块夹紧块的中部形成容纳液压驱动机构的腔体，该液压驱动机构被两块所述的夹紧块夹紧。

3.根据权利要求1所述的一种基于ROV的水下激光三维扫描辅助装置，其特征在于，所述的液压驱动机构包括双杆液压缸，该双杆液压缸沿竖直方向设置，所述双杆液压缸的缸体固定安装在两块夹紧块之间，所述的双杆液压缸的其中一活塞杆位于夹紧块的上部，另一活塞杆位于夹紧块的下部。

4.根据权利要求3所述的一种基于ROV的水下激光三维扫描辅助装置，其特征在于，所述的钳式咬合机构包括两块呈X型设置的夹板，两块夹板的中部通过销轴转动的连接在一起，其中一块夹板的一端通过上联接机构与上部的活塞杆铰接在一起，另一块夹板的一端通过下联接机构与下部的活塞杆铰接在一起；两块夹板的另一端均安装有一链环夹板，两块链环夹板相互平行设置；所述的链环夹板上设置有链环夹板通孔。

5.根据权利要求4所述的一种基于ROV的水下激光三维扫描辅助装置，其特征在于，在每一所述的链环夹板的内侧面安装有橡胶防滑垫。

6.根据权利要求4或5所述的一种基于ROV的水下激光三维扫描辅助装置，其特征在于，在上部的链环夹板上安装有所述的探测机构。

7.根据权利要求6所述的一种基于ROV的水下激光三维扫描辅助装置，其特征在于，所述的上联接机构和下联接机构相同，均包括固定座和连接轴，所述固定座上设置有容纳活塞杆的缺口，在该固定座上还设置有连接轴安装槽，该连接轴的一端转动的安装在连接轴安装槽内，另一端穿过所述活塞杆的通孔后，延伸至夹板的夹板槽内；所述的连接轴与活塞杆的通孔以及夹板槽转动配合；该固定座与所述的夹板固定连接在一起。

8.根据权利要求4所述的一种基于ROV的水下激光三维扫描辅助装置，其特征在于，所述的链条环限位机构包括限位杆，该限位杆的上端安装有上限位座，下端依次穿过两块所述的夹板后安装有下限位座，该限位杆与所述的夹板滑动配合。

9.根据权利要求6所述的一种基于ROV的水下激光三维扫描辅助装置，其特征在于，所述的探测机构包括激光探头安装架以及安装在激光探头安装架上的激光探头，在所述的激光探头安装架上设置有数个激光探头安装孔，所述的激光探头安装架与所述的链环夹板垂直设置。

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