CN112873226B - 一种海底油气管道维修方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海底油气管道维修方法，该海底油气管道维修方法基于海底油气管道修复机器人实现。其中，海底油气管道修复机器人包括机架、管道挖取机构、管道夹紧机构、管道切割机构、管道打磨机构、管道焊接机构以及管道水泥成型机构等。其中，海底油气管道维修方法通过以上各个机构协同配合，能够自动化实现机器人的运动定位、管道挖取、管道夹紧、管道切割、管道打磨、新管道更换、管道焊接以及新管道外侧水泥成型等一些列操作步骤，具有自动化程度高等优点，利用本发明中述及的海底油气管道维修方法，替代人工实现水下管道的焊接作业，能够有效地提高水下管道的修复效率以及修复质量。

Description

一种海底油气管道维修方法

技术领域

本发明属于海底管道维修技术领域，尤其涉及一种海底油气管道维修方法。

背景技术

随着海洋、湖泊的开发，水下机械装备的需求越来越多，水下金属管道的安装或修复离不开焊接工艺，而目前工程上对于水下的焊接工作几乎完全依赖于人工操作。

此种操作方式存在如下技术问题：整个焊接过程繁琐复杂，费时费力，在连续作业条件下存在很大的难度；此外，还具有危险系数高，焊缝质量难以控制等技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种海底油气管道维修方法，以提高水下管道的修复效率以及修复质量。本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种海底油气管道维修方法，基于海底油气管道修复机器人实现；

其中，海底油气管道修复机器人包括机架、管道挖取机构、管道夹紧机构、管道切割机构、管道打磨机构、管道焊接机构以及管道水泥成型机构；

其中，机架包括壳体、螺旋桨以及螺旋桨安装支架；

螺旋桨安装支架有两个，且每个螺旋桨安装支架分别连接于壳体的一侧；

每个螺旋桨安装支架上分别对应安装一个螺旋桨；

壳体呈“凸”字型结构；

在壳体的前侧板和后侧板上均设有倒置的U型槽，其中，U型槽位于相应侧板的中下部；在壳体的底板中部设有沿底板前后方向贯穿整个底板的条形开口；

两个U型槽分别位于条形开口的一端，且分别与条形开口相连通；

在壳体内对应每个U型槽的位置均设有可开合的U型槽挡板；

其中，U型槽挡板由两个对称的挡板单元组成；

挡板单元的上部呈半圆环形、下部呈方形，当两个挡板单元组合形成U型槽挡板时，U型槽挡板的上部形成用于容纳管道的圆形孔，U型槽挡板的下部闭合；

每个挡板单元配置一个挡板单元行走驱动机构，同一U型槽处的两个挡板单元行走驱动机构同时带动相应的挡板单元向中间靠拢或向相反的方向分开；

在壳体的底板内侧上设有一形状、大小与条形开口相适应的开口挡板；该开口挡板为可活动式挡板，开口挡板配置有开口挡板行走驱动机构；

在壳体的底部设有多个排水口，在壳体内设有排水机构，排水机构与各排水口相连；

在机架的各个边角处分别配置一个电动高度可调节支腿；

管道挖取机构位于壳体的前侧，其包括两个对称布置的管道挖取单元；

两个管道挖取单元均安装于壳体的前侧板上；其中，一个管道挖取单元位于前侧板上U型槽的左侧，另一个管道挖取单元位于前侧板上U型槽的右侧；

管道夹紧机构、管道切割机构、管道打磨机构、管道焊接机构以及管道水泥成型机构均设置于机架的壳体内；其中：

管道夹紧机构有两组，且分别位于壳体内管道修复工位的左侧和右侧；

定义两组管道夹紧机构分别为一号管道夹紧机构和二号管道夹紧机构，两组管道夹紧机构的结构相同；每组管道夹紧机构均包括夹紧单元、伸缩单元以及横动单元；

其中，夹紧单元和伸缩单元分别有两组，且每组伸缩单元与一组夹紧单元对应相连；

伸缩单元被配置为用于带动相应的夹紧单元实现左右方向的伸出和缩回动作；

两组伸缩单元均安装于横动单元上；

横动单元被配置为用于带动每组伸缩单元和夹紧单元组成的整体实现前后方向的移动；

管道切割机构有两个，且每个管道切割机构分别通过一个管道切割机构行走驱动机构对应安装于一号管道夹紧机构中的一个夹紧单元上；

其中，管道切割机构行走驱动机构用于带动相应的管道切割机构沿左右方向运动；

管道打磨机构和管道焊接机构分别有两个，且均位于管道修复工位的上方；

每个管道打磨机构的上部均设有第一升降连杆；

第一升降连杆包括第一杆体、驱动电机、第一螺纹柱以及第一水平滑块；

第一杆体的底部与管道打磨机构相连，第一升降连杆中的驱动电机安装于第一杆体的顶部，该驱动电机的输出轴向上并与第一螺纹柱相连；

第一杆体为圆形杆体，且第一螺纹柱的直径大于第一杆体的直径；

第一水平滑块的中部设有螺纹孔，该螺纹孔的直径与第一螺纹柱的直径相适应；

在壳体的顶板上对应每个第一升降连杆设置一个带有内螺纹的第一固定套；

第一固定套为竖向设置，且第一固定套的内螺纹的直径与第一螺纹柱的直径相适应；

在壳体的顶板内侧设置一条沿壳体前后方向伸展的第一滑轨；

第一水平滑块位于第一滑轨内，该第一水平滑块配置有第一水平滑块运动驱动机构；

每个管道焊接机构的上部均设有第二升降连杆；

第二升降连杆包括第二杆体、驱动电机、第二螺纹柱以及第二水平滑块；

第二杆体的底部与管道打磨机构相连，第二升降连杆中的驱动电机安装于第二杆体的顶部，该驱动电机的输出轴向上并与第二螺纹柱相连；

第二杆体为圆形杆体，且第二螺纹柱的直径大于第二杆体的直径；

第二水平滑块的中部设有螺纹孔，该螺纹孔的直径与第二螺纹柱的直径相适应；

在壳体的顶板上对应每个第二升降连杆设置一个带有内螺纹的第二固定套；

第二固定套为竖向设置，且第二固定套的内螺纹的直径与第二螺纹柱的直径相适应；

在壳体的顶板内侧设置一条沿壳体前后方向伸展的第二滑轨；

第二水平滑块位于第二滑轨内，该第二水平滑块配置有第二水平滑块运动驱动机构；

管道水泥成型机构设置于开口挡板上；

管道水泥成型机构包括两个半圆形成型模以及成型模驱动机构；

两个半圆形成型模的底部铰接，成型模驱动机构有两组，且每组成型模驱动机构对应与一组半圆形成型模相连，且用于带动相应的半圆形成型模转动；

两个半圆形成型模组合时形成一个圆形水泥成型模；

在水泥成型模的顶部设有注浆口；在壳体的顶板内侧设有水泥存放容器，该水泥存放容器底部开口处连接有向下伸展的下料管，该下料管对准注浆口；

海底油气管道维修方法，包括如下步骤：

I.1.将海底油气管道修复机器人放置于船上，当船到达待修复管道的上方时，将机器人放入水中，机器人通过螺旋桨运动，配合位置探测头，使得机器人落在管道正上方；

机器人落地后，各个高度可调节支腿伸长，机器人位置升高；

I.2.管道挖取机构通过螺旋钻头疏松管道周围的地面，将管道从泥土中挖出，利用推土板清理挖出的泥土，推土板上的高压水管实时清理周围泥土和挖出的管道；

I.3.管道周围的泥土清理干净后，各个高度可调节支腿缩回，使得机器人下降并保持平稳，管道经由两个U型槽以及条形开口进入壳体内；

I.4.一号管道夹紧机构中的两个伸缩单元同时伸出，并带动各自对应的夹紧单元伸出至待修复管道位置，然后每个夹紧单元夹紧待修复管道的一个位置；

紧接着，同一U型槽挡板的两个挡板单元，分别在相应的挡板单元行走驱动机构的带动下向中间靠拢，使得两个U型槽分别闭合；

在开口挡板行走驱动机构的带动下，开口挡板向中间运动，条形开口闭合；

排水机构启动，并通过排水口将壳体内部的水排出；

I.5.利用管道切割机构分别实现对管道两个不同位置的切割，切割完成后，有一段管道被切割下来，切割下的管道即为需要被替换的管道；

一号管道夹紧机构中的两个伸缩单元缩回，切割下的管道被移动至管道修复工位侧部；

I.6.在两个第一升降连杆的带动下，相应的管道打磨机构下降，当第一升降连杆中第一螺纹柱与第一水平滑块结合时，能够实现管道打磨机构沿管道方向的位置调整；

两个管道打磨机构分别移动至一个管道切割位置，并分别对所在切割位置的管道以及管道外侧的水泥保护层进行打磨，打磨完成后，两个管道打磨机构分别上升；

I.7.二号管道夹紧机构将待替换的管道移动至管道的切割区域；其中，在机器人入水之前，二号管道夹紧机构上事先夹紧待替换的管道；

I.8.在两个第二升降连杆的带动下，相应的管道焊接机构下降，当第二升降连杆中第二螺纹柱与第二水平滑块结合时，能够实现管道焊接机构沿管道方向的位置调整；

在第二升降连杆下降过程中，两个半圆环形盘体处于张开状态，当管道焊接机构下降至管道位置时，两个半圆环形盘体闭合，管道被圆环形盘体包围；

紧接着，管道焊接机构上的焊枪进行周向方向运动，并对管道接缝处进行焊接，与此同时，管道焊接机构上的焊缝检测传感器进行周向运动并进行焊缝质量检查；

焊接完成后，两个半圆环形盘体张开，然后两个管道焊接机构分别上升；

与此同时，二号管道夹紧机构松开对待替换管道的夹持；

I.9.焊接完成后，两个半圆形成型模在各自成型模驱动机构的带动下向中间合拢，形成圆形水泥成型模，替换的管道被包裹于水泥成型模内；

水泥存放容器的底部开口打开，水泥由下料管下落至圆形水泥成型模内；

待水泥成型模内水泥干燥后，圆形水泥成型模打开；

I.10.两个U型槽挡板以及开口挡板分别移动，使得两个U型槽以及条形开口分别打开，然后各个高度可调节支腿伸长，使得管道离开壳体的内部，至此，完成管道修复。

本发明具有如下优点：

如上所述，本发明述及了一种海底油气管道维修方法，该方法基于海底油气管道修复机器人实现，其中，海底油气管道修复机器人包括机架、管道挖取机构、管道夹紧机构、管道切割机构、管道打磨机构、管道焊接机构以及管道水泥成型机构等。其中，本发明海底油气管道维修方法通过以上各个机构协同配合，能够实现机器人的运动定位、管道挖取、管道夹紧、管道切割、管道打磨、新管道更换、管道焊接以及新管道外侧水泥成型等一些列操作步骤，具有自动化程度高等优点，利用本发明中提供的海底油气管道维修方法，替代人工实现水下管道的焊接作业，能够有效地提高水下管道的修复效率以及修复质量。

附图说明

图1为本发明实施例中海底油气管道修复机器人的结构示意图；

图2为本发明实施例中海底油气管道修复机器人的主视图；

图3为本发明实施例中海底油气管道修复机器人的后视图；

图4为本发明实施例中海底油气管道修复机器人的左视图；

图5为本发明实施例中海底油气管道修复机器人的仰视图；

图6为本发明实施例中U型槽挡板的结构示意图；

图7为本发明实施例中海底油气管道修复机器人去除机架后的内部结构示意图；

图8为本发明实施例中海底油气管道修复机器人去除机架后的侧视图；

图9为本发明实施例中管道夹紧机构的结构示意图；

图10为本发明实施例中管道夹紧机构的另一侧结构示意图；

图11为图9中管道夹紧机构的主视图；

图12为图9中管道夹紧机构的左视图；

图13为图9中管道夹紧机构的右视图；

图14为图9中管道夹紧机构的俯视图；

图15为本发明实施例中管道切割机构的安装示意图；

图16为本发明实施例中管道打磨机构和管道焊接机构的安装示意图；

图17为图16中管道打磨机构和管道焊接机构的仰视图；

图18为本发明实施例中第一升降连杆的结构示意图；

图19为本发明实施例中第二升降连杆的结构示意图；

图20为本发明实施例中管道打磨机构的结构示意图；

图21为图20中管道打磨机构的主视图；

图22为图20中管道打磨机构的后视图；

图23为图20中管道打磨机构的左视图；

图24为本发明实施例中管道焊接机构的结构示意图；

图25为图24中管道焊接机构的主视图；

图26为图24中管道焊接机构的后视图；

图27为图24中管道焊接机构的左视图；

图28为图24中管道焊接机构的俯视图；

图29为本发明实施例中滑动安装座的结构示意图；

图30为本发明实施例中圆形水泥成型模的结构示意图。

其中，1-机架，2-管道挖取机构，3-管道夹紧机构，4-管道切割机构，5-管道打磨机构，6-管道焊接机构，7-管道水泥成型机构，8-第一升降连杆，9-第二升降连杆；101-壳体，102-螺旋桨，103-螺旋桨安装支架，104-U型槽，105-条形开口，106-U型槽挡板，107-挡板单元行走驱动机构，108-圆形孔，109-开口挡板，110-排水口；111-高度可调节支腿，112-方形支撑底座，113-位置探测头，114-探照灯，115-摄像头；201-安装座，202-液压缸，203-螺旋钻头，204-钻头驱动电机，205-螺旋钻头安装支架，206-支撑臂，207-推土板，208-高压水管，209-轴承；其中，301-夹紧单元安装架，302-夹紧口，303-夹紧口开合板，304-开合板驱动机构，305-管道贴合板，306-丝杠螺母，307-安装底座，308-第一电机；309-第一丝杠，310-导向板，311-导向滑动座，312-第二电机，313-第二丝杠，314-导向槽，315-电机安装槽，316-丝杠驱动单元，317-丝杠，318-导向条；401-U型支架，402-环形切割线，403-切割线轮，404-丝杠；501-环形打磨盘，502-环形安装板，503-环形安装板固定板，504-驱动齿轮，505-齿，506-环形打磨盘安装槽，507-驱动齿轮槽，508-安装柱；509-安装孔，510-打磨柱，511-打磨沿，512-喷嘴；601-圆环形盘体，602-盘体开合驱动单元，603-滑动安装座，604-焊枪，605-焊缝检测传感器，606-盘体安装板，607-圆弧形滑轨，608-行走驱动单元；701-半圆形成型模，702-成型模驱动机构，703-注浆口，704-水泥存放容器，705-下料管；801-第一杆体，802-驱动电机，803第一螺纹柱，804-第一水平滑块，805-第一固定套；901-第二杆体，902-驱动电机，903-第二螺纹柱，904-第二水平滑块，905-第二固定套。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1

本实施例述及了一种海底油气管道修复机器人，以替代人工实现水下管道的焊接作业，从而有效地提高水下管道的修复效率以及修复质量。

如图1和图7所示，海底油气管道修复机器人包括机架1、管道挖取机构2、管道夹紧机构3、管道切割机构4、管道打磨机构5、管道焊接机构6以及管道水泥成型机构7。

机架1包括壳体101、螺旋桨102以及螺旋桨安装支架103。

螺旋桨安装支架103有两个，且各个螺旋桨安装支架103分别连接于壳体101的一侧；在图1中，两个螺旋桨安装支架103例如分别为壳体101的左侧和右侧。

螺旋桨安装支架103与壳体101之间采用焊接连接。

每个螺旋桨安装支架103上分别安装一个螺旋桨102，该螺旋桨102为电动螺旋桨，其驱动机构在图中未示出，由于螺旋桨驱动机构为已知结构，此处不再详细赘述。

通过以上螺旋桨102，能够带动机器人在水下实现上升和下降运动。

如图1所示，本实施例中壳体101呈“凸”字型结构，其包括前侧板101a、后侧板101b、左侧板、右侧板、底板101c以及顶板101d。其中：

在壳体的前侧板101a和后侧板101b上均设有倒置的U型槽104。

定义两个U型槽104分别为U型槽104a和U型槽104b，其中，U型槽104a设置于前侧板101a的中下部，U型槽104b设置于后侧板101b的中下部。

在底板101c中部设有沿底板101的前后方向贯穿整个底板101的条形开口105。

U型槽104a、104b分别位于条形开口105的一端，且分别与条形开口105连通。

在壳体101内对应每个U型槽的位置均设有可开合的U型槽挡板106，如图2和图3所示。其中，U型槽挡板106用于实现相应位置处U型槽104的打开和关闭。

如图6所示，两个U型槽挡板106的结构相同，以其中一个U型槽挡板106为例：

U型槽挡板106由两个结构对称的挡板单元106a组成。挡板单元106的上部呈半圆环形、下部呈方形，每个挡板单元均106a配置一个挡板单元行走驱动机构107。

其中，挡板单元行走驱动机构107用于带动相应的挡板单元均106a沿左右方向运动。

由于每个挡板单元均106a分别配置一个挡板单元行走驱动机构107，因此，同一U型槽106处的两个挡板单元106a能够同时向中间靠拢或向相反的方向分离。

当两个挡板单元106a向中间靠拢时组合形成U型槽挡板106，此时，U型槽挡板106的上部形成用于容纳管道的圆形孔108，U型槽挡板106的下部闭合，U型槽104关闭。

同理，当两个挡板单元106a同时向相反的方向分离时，U型槽104打开。

如图6所示，本实施例中挡板单元行走驱动机构107优选采用丝杠驱动机构，其中，通过丝杠驱动机构带动四连杆运动，进而实现挡板单元106a的左右移动。

当然，挡板单元行走驱动机构107也可以采用推拉机构实现左右移动，此处不再赘述。

如图5所示，在壳体101的底板101c内侧上设有一形状、大小与条形开口105相适应的开口挡板109，该开口挡板为可活动式挡板，且能够实现对条形开口105的闭合。

具体的，该开口挡板109且配置有开口挡板行走驱动机构(图中未示出)。

该开口挡板行走驱动机构用于带动开口挡板109实现左右移动，其中，开口挡板行走驱动机构可采用与上述挡板单元行走驱动机构107相同的结构，此处不再赘述。

当条形开口105打开时，开口挡板109位于条形开口105上方的一侧，如图7所示，当需要关闭条形开口105时，开口挡板109则移动至条形开口105上。

在壳体101的底部设有多个排水口，例如排水口110。

在壳体101内设有排水机构(未示出)，排水机构与各排水口101相连，当壳体101闭合时，通过排水机构将壳体101内的水抽出，从而保持壳体101内处于无水环境。

另外，在机架1的各个边角处分别配置一个电动高度可调节支腿111。通过各个高度可调节支腿111配合，可使得整个机器人的位置上升或下降。

每个高度可调节支腿111的底部均设有方形支撑底座112，该方形支撑底座112的底部表面为钉子面，使得方形支撑底座112更加牢固，保证机器人稳定。

如图5所示，在壳体101的底部设有两排位置探测头113。

其中，每排排位置探测头113位于条形开口105的一侧，且各排位置探测头的布置方向均与条形开口方向一致。每排位置探测头的数量为3-5个。

位置探测头113用于确定管道的位置，并配合螺旋桨、管道挖取机构2等实现机器人位置调整，实现机器人运动定位，使管道位于机器人正下方。

在壳体101的前侧板上部中间位置还安装有一个探照灯114以及一个摄像头115。工作人员能够实时观察机器人工作，当发现机器人操作失误时，能够及时停止相关操作。

本实施例中的海底油气管道修复机器人还包括上位机(图中未示出)。

其中，螺旋桨102的驱动机构、挡板单元行走驱动机构107、开口挡板行走驱动机构、排水机构、高度可调节支腿111、探照灯114以及摄像头115等均与上位机相连。

管道挖取机构2位于壳体101的前侧，其作用如下：疏松海底地面，将管道从泥土中挖出，然后将挖出的泥土清理掉，使得埋藏于泥土中的管道充分暴露出来，便于管道修复。

该管道挖取机构2包括两个对称布置的管道挖取单元2a。

其中，两个管道挖取单元均安装于前侧板101a上，一个管道挖取单元2a位于U型槽104a的左侧，另一个管道挖取单元2a位于U型槽104a的右侧，如图1所示。

如图2、图4以及图5所示，以其中一个管道挖取单元2a为例：

管道挖取单元包括安装座201、液压缸202、螺旋钻头203、钻头驱动电机204、螺旋钻头安装支架205、支撑臂206、推土板207以及高压水管208。

其中，安装座201通过轴承209安装于壳体的前侧板101a上，如图4所示。

安装后，管道挖取单元2a能够进行竖直方向上的旋转。具体地，为安装座201配置一个安装座旋转驱动机构，则在旋转驱动机构的带动下，管道挖取单元2a能够整体旋转。

螺旋钻头203和钻头驱动电机204均安装于螺旋钻头安装支架205上。其中，螺旋钻头203与钻头驱动电机204的输出轴相连，钻头驱动电机204用于带动螺旋钻头203转动。

本实施例中支撑臂206呈V形。

支撑臂206一端与安装座201铰接，另一端与螺旋钻头安装支架205铰接。在安装座201与支撑臂中部以及支撑臂中部与螺旋钻头安装支架205之间均安装液压缸202。

通过以上设计，可以实现螺旋钻头203在较大范围内的活动。

利用管道挖取机构2配合螺旋桨102、位置探测头113等实现机器人的运动定位的过程类似于挖掘机，即利用螺旋钻头203支撑在地面上以实现机器人位置的调整。

高压水管208有多个，且均连接于壳体的前侧板101a上。在壳体101内设有高压喷水机构(图中未示出)，该高压喷水机构与各个高压水管208相连。

通过高压水管208能够实时清理通过螺旋钻头疏松的泥土，进而使管道暴露出来。

推土板207上设有多个高压水管穿孔(未示出)，各个高压水管208分别由相应的高压水管穿孔穿过并固定，如图5所示，每个推土板207上高压水管208的数量例如为3个。

安装后，推土板207与前侧板101a之间形成一个夹角，该夹角的角度范围为30-60度。通过设置以上倾角，使得推土板207能够及时将螺旋钻头清理处的泥土清理掉。

如图7和图8所示，管道夹紧机构3、管道切割机构4、管道打磨机构5、管道焊接机构6以及管道水泥成型机构7均位于壳体101内，并且执行对管道的相应操作。

其中，管道挖取机构2、管道夹紧机构3、管道切割机构4、管道打磨机构5、管道焊接机构6以及管道水泥成型机构7分别与上位机相连，由上位机控制各机构的执行。

管道夹紧机构3有两组，且分别位于壳体101内管道修复工位的左侧和右侧。其中，此处管道修复工位，是指对管道进行夹紧、切割、打磨、替换、焊接等操作的工位。

定义两组管道夹紧机构3分别为一号管道夹紧机构和二号管道夹紧机构，其中，一号管道夹紧机构用于夹紧待修复管道，二号管道夹紧机构用于夹紧待替换的管道。

以上两组管道夹紧机构3的结构相同，以其中一组管道夹紧机构3为例：

管道夹紧机构3包括夹紧单元3a、伸缩单元3b以及横动单元3c；其中，夹紧单元3a和伸缩单元3b均有两组，每组伸缩单元3b与一组夹紧单元3a对应相连。

其中，伸缩单元3b用于带动相应的夹紧单元3s实现左右方向上的伸出和缩回动作。

两组伸缩单元3b均安装于横动单元3c上，其中，横动单元3c被配置为用于带动每组伸缩单元3b和夹紧单元3a组成的整体实现前后方向上的移动。

如此设计，可实现夹紧单元3a沿管道方向的位置移动，便于调整到合适的夹紧位置。

如图9和图10所示，以其中一组夹紧单元3a和一组伸缩单元3b为例：

夹紧单元3a包括夹紧单元安装架301、夹紧口302、夹紧口开合板303以及开合板驱动机构304。其中，夹紧口302设置于夹紧单元安装架301的端部。

夹紧单元安装架301的端部，是指夹紧单元安装架301靠近管道操作工位的一端。

如图11所示，夹紧单元安装架301包括两个夹紧单元安装板301a。两个夹紧单元安装板301a为平行布置，且两个夹紧单元安装板301a之间通过连接柱连接。

每个夹紧单元安装板301a的端部设置一个开口槽302a，如图10所示。

由两个开口槽302a以及位于两个开口槽302a之间的区域共同形成夹紧口302，其中，夹紧口302的尺寸与管道的直径相适应，以保证夹紧口302能够顺利地插入到管道上。

本实施例中开口槽302a优选为C型槽。在夹紧口302的底部设置管道贴合板305，各个管道贴合板均为方形板且朝向夹紧口302的开口处。

各个管道贴合板305通过螺栓安装于相应的夹紧单元安装板301a上。

安装完成后，部分管道贴合板305朝斜上方倾斜布置，部分管道贴合板305朝斜下方倾斜布置，从而保证夹紧口302的底部能够与管道贴合良好。

本实施例中夹紧口开合板303有两个，且两个夹紧口开合板303分别安装于夹紧口302的相对侧部，例如图9和图10中示出的上侧部以及下侧部。

以上两个夹紧口开合板303的张合角度可调节，以实现对管道的夹紧和松开。

如图12和图13所示，夹紧口开合板303包括两个弧形板303a以及一个滚轮303b。

两个弧形板303a为平行布置，且两个弧形板303a之间通过连接柱连接。

由两个弧形板组成的整体的一端铰接于夹紧单元安装架301上；滚轮303b位于由两个弧形板303a组成的整体的另一端，该滚轮303b通过滚轮轴安装于两个弧形板303a之间。

以上结构可以保证夹紧口开合板303的角度能够发生变化，例如夹紧口开合板303张开，如图12所示。当然，夹紧口开合板303的张角也可以逐渐减小，如图13所示。

当夹紧口开合板303张角减小到一定程度时能够与管道贴紧，进而实现对管道的夹紧。

开合板驱动机构304有两个，且各个开合板驱动机构304均安装于夹紧单元安装架301上。每个开合板驱动机构304与一个夹紧口开合板303对应相连。

开合板驱动机构304的作用在于带动夹紧口开合板303实现张开和闭合动作。

如图14所示，该开合板驱动机构304优选采用液压缸；其中，液压缸的缸体铰接于两个夹紧单元安装板301a之间，活塞杆连接于夹紧口开合板303(的铰接端)上。

伸缩单元与夹紧单元安装架301相连，且用于带动夹紧单元实现伸出和缩回动作。

如图9和图10所示，本实施例中伸缩单元优选采用丝杠驱动单元。

夹紧单元安装架301与丝杠驱动单元的丝杠螺母306相连。当丝杠驱动单元动作时，丝杠螺母306沿丝杠左右(即垂直于管道方向)运动，进而实现夹紧单元伸出和缩回。

本实施例给出了一种丝杠驱动单元的结构，如图9所示：

该丝杠驱动单元包括安装底座307、第一电机308、第一丝杠309、导向板310、导向滑动座311、第二电机312、第二丝杠313以及丝杠螺母306。

其中，安装底座307为方形底座，导向板310有两个，且分别安装于安装底座307上。

两个导向板310在安装底座307上相对设置，导向滑动座311位于两个导向板310之间。在导向滑动座311与导向板310的对应端部设有与相应导向板310结构相适应的导向槽314。

第一电机308安装于安装底座307上，第一电机308通过联轴器与第一丝杠309相连。

在导向滑动座311上设有与第一丝杠309配合的螺纹孔。

导向滑动座311安装于第一丝杠309上，且能沿第一丝杠309运动，在导向滑动座311运动时，通过导向槽314与相应的导向板310配合，以保证导向滑动座311运动稳定性。

在导向滑动座311上设有两个电机安装槽，例如电机安装槽315。

第二电机312有两个，且每个第二电机312固定于一个电机安装槽315内。第二丝杠313也有两个，且每个第二丝杠313通过联轴器与一个第二电机312输出轴相连。

丝杠螺母306有两个，且每个丝杠螺母306对应安装于一个第二丝杠313上。

以上两个丝杠螺母306固定于同一夹紧单元安装板301a表面。

通过以上丝杠驱动单元，利于实现夹紧单元的伸出和缩回动作。此外，此种结构的丝杠驱动单元，还不会影响夹紧单元对管道的夹紧操作。

本实施例中横动单元与伸缩单元相连，且用于带动伸缩单元和夹紧单元实现沿管道方向的移动；其中，伸缩单元的伸缩方向垂直于伸缩单元的移动方向。

通过设计以上横动单元，利于自动调整夹紧单元3a沿管道长度方向上的位置。

本实施例中横动单元采用丝杠驱动单元316。

其中，该丝杠驱动单元采用现有技术中常见的丝杠驱动单元结构，其中，在安装底座307的底部设有与该丝杠驱动单元316中丝杠配合的螺纹孔。

安装底座307安装于丝杠驱动单元316上的丝杠317上。

此外，在丝杠驱动单元316中还设有与丝杠317方向一致的导向条318，导向条318有两根。在安装底座307的底部设有与导向条318向适应的导向孔(图中未示出)。

通过以上导向条318，能够保证每组伸缩单元和夹紧单元组成的整体移动的稳定性。

本实施例中管道切割机构4有两个，且每个管道切割机构4分别通过一个管道切割机构行走驱动机构对应安装于一号管道夹紧机构中的一个夹紧单元3a上。

管道切割机构行走驱动机构带动管道切割机构4沿垂直于管道的方向运动。

如图15所示，管道切割机构4包括U型支架401、环形切割线402、线轮驱动电机(图中未示出)以及多个切割线轮403，各个切割线轮403布置于U型支架401同一侧部。

线轮驱动电机安装于U型支架401上，线轮驱动电机的输出轴与一个切割线轮403相连。

环形切割线402依次环绕设置在各个切割线轮403上。

U型支架401的开口朝向管道修复工位，以便于环形切割线402实现对管道的切割。

管道切割机构行走驱动机构采用丝杠驱动机构；其中，丝杠驱动机构的丝杠404沿左右方向安装于夹紧单元3a上，该丝杠驱动机构的丝杠螺母与U型支架401相连。

当然，管道切割机构行走驱动机构也可以采用推拉机构，其中，推拉机构的固定部安装于夹紧单元3a上，推拉机构的活动部与U型支架401相连，此处不再展开叙述。

如图8所示，管道打磨机构5和管道焊接机构6分别有两个，且均位于管道修复工位的上方，当需要进行打磨和焊接操作时，管道打磨机构5和管道焊接机构6下落至管道位置。

各个管道打磨机构5安装结构均相同，以其中一个管道打磨机构5为例：

如图16至图19所示，每个管道打磨机构5的上部均设有第一升降连杆8。第一升降连杆8包括第一杆体801、驱动电机802、第一螺纹柱803以及第一水平滑块804。

其中，第一杆体801的底部与管道打磨机构5相连，第一杆体801的顶部安装有驱动电机802，驱动电机802的输出轴向上并与第一螺纹柱803相连。

第一杆体801为圆形杆体，且第一螺纹柱803的直径大于第一杆体801的直径。第一水平滑块804的中部设有螺纹孔，该螺纹孔的直径与第一螺纹柱的803直径相适应。

此处相适应，是指第一螺纹柱803能够实现与第一水平滑块804之间的螺纹配合。

在顶板101d上对应每个第一升降连杆设置一个带有内螺纹的第一固定套805。第一固定套805为竖向设置，且第一固定套的内螺纹的直径与第一螺纹柱的直径相适应。

此处相适应，是指第一螺纹柱803能够实现与第一固定套805之间的螺纹配合。

在顶板101d内侧设置一条沿壳体前后方向伸展的第一滑轨101e。第一水平滑块804位于第一滑轨101e内，该第一水平滑块配置有第一水平滑块运动驱动机构。

在第一水平滑块运动驱动机构的作用下，第一水平滑块804可沿第一滑轨101e运动。

该第一水平滑块运动驱动机构的结构例如为：

在第一水平滑块804上安装行走轮，并为该行走轮配置行走轮驱动电机，在行走轮驱动电机驱动下，行走轮带动第一水平滑块804沿第一滑轨101e运动。

当管道打磨机构5不使用时，连接该管道打磨机构5的第一升降连杆8，其第一螺纹柱803位于第一固定套805内，此时，管道打磨机构5处于收纳状态。

当需要对管道进行打磨时，在驱动电机802的带动下，第一螺纹柱803向下运动，逐步与第一固定套805分离，同时与第一水平滑块804结合。

在第一水平滑块804的带动下，管道打磨机构5能够沿管道方向进行位置调整。

各个管道焊接机构6的安装结构均相同，以其中一个管道焊接机构6为例：

每个管道焊接机构6的上部均设有第二升降连杆9。其中，第二升降连杆9包括第二杆体901、驱动电机902、第二螺纹柱903以及第二水平滑块904。

其中，第二杆体901的底部与管道打磨机构6相连，第二杆体9的顶部安装有驱动电机902，驱动电机的输出轴向上并与第二螺纹柱903相连。

第二杆体901为圆形杆体，且第二螺纹柱903的直径大于第二杆体901的直径。第二水平滑块904的中部设有螺纹孔，该螺纹孔的直径与第二螺纹柱的直径相适应。

此处相适应，是指第二螺纹柱903能够实现与第二水平滑块904之间进行螺纹配合。

在顶板101d上对应每个第二升降连杆设置一个带有内螺纹的第二固定套905，第二固定套905为竖向设置，且第二固定套的内螺纹的直径与第二螺纹柱的直径相适应。

此处相适应，是指第二螺纹柱903能够实现与第二固定套905之间进行螺纹配合。

在顶板101d内侧设置一条沿壳体前后方向伸展的第二滑轨101f。第二水平滑块904位于第二滑轨101f内，该第二水平滑块配置有第二水平滑块运动驱动机构。

在第二水平滑块运动驱动机构的作用下，第二水平滑块904可沿第二滑轨101f运动。该第一水平滑块运动驱动机构的结构与第二水平滑块运动驱动机构相同，此处不再赘述。

当管道焊接机构6不使用时，连接该管道焊接机构6的第二升降连杆9，其第二螺纹柱903位于第二固定套905内，此时，管道焊接机构6处于收纳状态。

当需要对管道进行焊接时，在驱动电机902的带动下，第二螺纹柱903向下运动，逐步与第二固定套905分离，同时与第二水平滑块904结合。

在第二水平滑块904的带动下，管道打磨机构6能够沿管道方向进行位置调整。

下面结合图20至图23对管道打磨机构5的结构进行详细说明：

管道打磨机构5包括环形打磨盘501、环形安装板502、环形安装板固定板503、驱动齿轮504以及打磨驱动电机(图中未示出)。环形打磨盘501的外圈周向上均布有齿505。

环形安装板502的正侧表面设有相互连通的环形打磨盘安装槽506以及驱动齿轮槽507。

环形打磨盘安装槽506以及驱动齿轮槽507均为圆弧形槽。

其中，环形打磨盘安装槽506的大小与环形打磨盘501相适应，此处相适应，是指环形打磨盘安装槽506的尺寸略大于环形打磨盘501，以便实现环形打磨盘501的安装。

同理，驱动齿轮槽507的大小与驱动齿轮504的大小相适应。

环形打磨盘501安装于环形打磨盘安装槽506内，驱动齿轮504位于驱动齿轮槽507内。

驱动齿轮504与环形打磨盘501的外圈相互啮合。环形打磨盘501的背侧表面与环形打磨盘安装槽506的表面之间设有轴承安装部件(图中未示出)，以便实现二者的安装。

该轴承安装部件例如为在环形打磨盘501的背侧表面设置的一个第一环形安装板以及在环形打磨盘安装槽506的表面设置的一个第二环形安装板。

环形打磨盘501的内圈尺寸小于第一环形安装板的尺寸，同时，第一环形安装板的尺寸小于第二环形安装板的尺寸，在以上两个环形安装板之间安装有轴承。

环形打磨盘501与环形打磨盘安装槽506之间通过上述轴承进行可转动连接。

通过以上结构，利于实现环形打磨盘501的安装，此外，打磨驱动电机的输出轴与驱动齿轮504相连，在驱动电机的带动下，驱动齿轮504带动环形打磨盘501转动。

打磨驱动电机以及环形安装板502的背侧表面均安装于环形安装板固定板503上。

环形安装板固定板503为方形固定板。

其中，打磨驱动电机通过电机安装座螺栓连接于环形安装板固定板503的表面上。

在环形安装板502的背侧表面上部对称设有两个安装柱508，在环形安装板固定板503上对应每个安装柱的位置设置一个安装孔509，各安装柱508对应插入一个安装孔509内。

通过安装柱508与安装孔509配合，利于实现环形安装板502的安装。

本实施例中环形打磨盘501的正侧表面为打磨表面，即：

在环形打磨盘501的正侧表面设置有大量的颗粒，用来打磨管道外层的水泥保护层。

在环形打磨盘501的内圈周向上设有多个打磨柱，例如打磨柱510。

在图20中给出的打磨柱的数量有6个，当然，打磨柱510的数量还可以根据实际需要和打磨效果进行增加，例如打磨柱的数量设置为8个、10个或者12等等。

以上各个打磨柱510均匀布置于环形打磨盘501的内圈周向上。

以其中一个打磨柱510为例，各个打磨柱510均呈半圆台状。在打磨柱510的侧表面上具有多个呈条状的打磨沿511，如图20所示，打磨柱510用于实现对管道外壁的打磨。

此处的半圆台是由过圆台轴线的一个截面，截取圆台得到的。

当环形打磨盘501的打磨表面对水泥保护层的端面进行打磨时，打磨柱510能够实现对管道外壁的打磨，使得管道有一段暴露于水泥保护层外，方便进行管道焊接。

由于本实施例在对水泥保护层进行打磨的同时，使得切割处的管道有一段暴露于水泥保护层外，因此省去了切割后单独对水泥保护层进行手动处理的麻烦。

此外，本实施例中管道打磨机构还包括降温单元，以实现打磨过程中环形打磨盘501的表面降温，同时保持打磨表面的清洁。降温单元的结构如下：

如图20所示，该降温单元包括喷嘴512、供水管路(未示出)以及水泵(未示出)。

其中，喷嘴512有两个，且均安装于环形安装板固定板503上。

喷嘴512的安装位置高于环形安装板502的安装位置，喷嘴向下对准环形打磨盘501的打磨表面，如图23所示；供水管路有两条，且每条供水管路与一个喷嘴512相连。

两条供水管路的另一端为水源接口，用于接水源，在每条供水管路上设置一个水泵。

在对管道打磨之前连接水源，开启水泵，则在打磨过程中，喷嘴512向环形打磨盘501的打磨表面喷水，一方面降低打磨表面的温度，另一方面保证打磨表面的清洁。

本实施例中管道打磨机构5的大致工作过程如下：

首先，将本实施例中的管道打磨机构移动至管道切割位置，使得环形打磨盘501的打磨表面朝向并接触到管道和水泥保护层的切割端面；

开启打磨驱动电机，打磨驱动电机通过驱动齿轮504带动环形打磨盘501转动；

在环形打磨盘501转动过程中，环形打磨盘501的打磨表面能够对水泥保护层的切割端面进行打磨；与此同时，环形打磨盘501内圈设置的打磨柱510对管道的外壁进行打磨；

打磨完成后，切割位置处的管道有一段暴露于水泥保护层外侧，方便进行焊接。

管道打磨机构5同时实现了对管道和水泥保护层的打磨，以节约管道修复的时间。

下面结合图24至图29对本实施例中管道焊接机构6的结构进行详细说明：

两个管道焊接机构的结构均相同，管道焊接机构6包括圆环形盘体601、盘体开合驱动单元602、滑动安装座603、焊枪604、焊缝检测传感器605以及盘体安装板606。

圆环形盘体601由两个半圆环形盘体601a组成，如图25所示。其中，两个半圆环形盘体601a的上部铰接连接，且共同安装于盘体安装板606上，如图26所示。

盘体开合驱动单元602有两个，且每个盘体开合驱动单元602分别与一个半圆环形盘体601a对应相连，盘体开合驱动单元602用于带动相应的半圆环形盘体601a进行旋转。

在两个盘体开合驱动单元602的共同作用下，两个半圆环形盘体601a能够同时向中间靠拢组合形成圆环形盘体601，或两个半圆环形盘体601a同时向相反的方向分开。

当圆环形盘体601需要套在待修复管道上时，首先将两个半圆环形盘体601a打开，即两个半圆环形盘体601a同时向相反的方向分开。以一个盘体开合驱动单元602为例：

盘体开合驱动单元602包括弧形齿条602a、齿轮602b以及开合驱动电机602c。

其中，弧形齿条602a与半圆环形盘体601a的上部相连。

开合驱动电机602c固定安装于盘体安装板606上，如图27所示。该开合驱动电机602c的输出轴与齿轮602b的中部相连，齿轮602b与弧形齿条602a相互啮合。

通过以上结构设计，使得当开合驱动电机602c启动时能带动半圆环形盘体601a旋转。

每个半圆环形盘体601a的表面均设有半圆弧形滑轨607a，当两个半圆环形盘体601a组合形成圆环形盘体601时，两个半圆弧形滑轨607a组合形成一条圆弧形滑轨607。

滑动安装座603有两个，且均设置于圆弧形滑轨607上。每个滑动安装座603配置有一个行走驱动单元608，用于带动滑动安装座603沿圆弧形滑轨607进行周向运动。

如图29所示，以其中一个滑动安装座603为例：

滑动安装座603包括底部滑槽603a以及上部安装槽603b，底部滑槽603a具有与圆弧形滑轨607相适应的结构，以保证底部滑槽603a能够沿圆弧形滑轨607运动。

上部安装槽603b与底部滑槽603a相连，其作用是实现下述焊枪、传感器等的安装。

此外，滑动安装座603上还设有电机安装座603c。

电机安装座603c与底部滑槽603a的外侧部相连，且用于安装下述行走驱动电机608a。

本实施例中行走驱动单元608包括行走驱动电机608a、主动齿轮、从动齿轮(未示出)以及行走轮608b。其中，行走驱动电机608a安装于电机安装座603c上。

行走驱动电机608a的输出轴与主动齿轮相连，主动齿轮与从动齿轮相互啮合。

从动齿轮的中部与行走轮608b的中部通过传动轴608c固连。

行走轮608b位于底部滑槽603a内，且能够沿圆弧形滑轨607的表面进行圆周方向运动。

行走驱动电机608a工作时，能够通过齿轮传动部件(即通过主动齿轮与从动齿轮啮合)将动力传递至行走轮608b处，使得行走轮608b能够沿圆弧形滑轨607的表面运动。

焊枪604、焊缝检测传感器605分别安装于其中一个滑动安装座603上，更进一步，焊枪604、焊缝检测传感器605分别安装于一个滑动安装座603的上部安装槽603b内。

上部安装槽603b为长方形安装槽，其结构为常规设计。

当圆环形盘体601闭合时，焊枪604的焊接方向朝向圆环形盘体601的中心，以保证焊枪604在进行圆周方向运动时，能够对管道的接缝进行有效焊接。

当圆环形盘体601闭合时，焊缝检测传感器605的焊接方向朝向圆环形盘体601的中心，以保证焊缝检测传感器605在进行圆周方向运动时，能够对管道的焊缝进行检测。

焊缝检测传感器605优选采用超声波传感器进行焊缝质量检查。

此外，管道焊接机构还包括与焊枪604有关的焊接电源等部件，以辅助焊枪604完成焊接过程。由于这些与焊枪604相关的部件并非本发明的创新点，因此不再详细赘述。

本实施例中管道焊接机构6的大致工作过程如下：

首先在第二升降连杆9的带动下，盘体安装板606由上向下运动。

当运动至管道的正上方时，盘体开合驱动单元602启动，两个半圆环形盘体601a分开，盘体安装板606继续下降，直至待修复管道处于两个半圆环形盘体601a的包围之内；

盘体开合驱动单元602再次动作，使得两个半圆环形盘体601a组合形成圆环形盘体601。

行走驱动单元608启动，并带动相应的滑动安装座603进行周向运动，与此同时，焊枪604和焊缝检测传感器605跟随相应的滑动安装座603进行周向运动。

在焊枪604运动过程中，对待修复管道的接缝位置进行均匀焊接；而焊缝检测传感器605在运动过程中，则能够对经过焊枪604焊接后的焊缝位置进行焊接质量检查。

焊接完成后，两个半圆环形盘体601a分开，第二升降连杆9带动向上运动。

由上述过程不难看出，管道焊接机构6结构简单、操作方便，且具有较高的自动化程度。相比于现有的手动焊接方式而言，焊接效率明显提高，焊接质量得到有效保障。

如图7和图8所示，管道水泥成型机构7设置于开口挡板109上，当开口挡板109移动至条形开口105处时，管道水泥成型机构7位于管道操作工位的下方。

管道水泥成型机构7包括两个半圆形成型模701以及成型模驱动机构702。

两个半圆形成型模701的底部铰接，成型模驱动机构702有两组，且每组成型模驱动机构702对应与一组半圆形成型模701相连，且用于带动相应的半圆形成型模701转动。

在两个成型模驱动机构702的带动下，两个半圆形成型模701靠拢，组合时形成一个圆形水泥成型模，如图30所示，此时，更换后的管道位于该圆形水泥成型模的内侧。

在圆形水泥成型模的顶部设有注浆口703，用于向水泥成型模内注入水泥。

此外，为了实现水泥成型模内水泥的快速定型，还可以在壳体101内设置烘干设备。

该烘干设备例如是经过防水处理后的加热丝或加热板等。

如图17所示，在顶板101d内侧设有水泥存放容器704，在水泥存放容器704的底部开口处连接有向下伸展的下料管705，下料管向下对准注浆口703位置。

本实施例中注浆口703以及下料管705的数量例如均有两个。

在水泥存放容器704的底部开口处设有电动开关阀门(图中未示出)，当需要向水泥成型模内注入水泥时，电动开关阀门打开，水泥经由注浆口703进入圆形水泥成型模。

本实施例中的海底油气管道修复机器人，其自动化程度高，能够方便地完成对管道的挖取、夹紧、切割、打磨、更换、焊接以及管道外侧水泥成型等一些列操作。

利用本实施例1中提供的海底油气管道修复机器人，以替代人工实现水下管道的焊接作业，能够有效地提高水下管道的修复效率以及修复质量。

此外，本发明还具有焊接过程操作方便，省时省力，在连续作业条件下操作难度明显减小等优点。另外，相比于人工焊接方式而言，本发明危险系数大大降低。

实施例2

本实施例2述及了一种海底油气管道维修方法，该方法基于上述实施例1中的海底油气管道修复机器人，通过合理的管道修复步骤，以高效、高质量地完成管道的修复。

具体地，本实施例2中海底油气管道维修方法，包括如下步骤：

I.1.将海底油气管道修复机器人放置于船上，当船到达待修复管道的上方时，将机器人放入水中，机器人通过螺旋桨运动，配合位置探测头，使得机器人精准落在管道正上方；

机器人落地后，各个高度可调节支腿111伸长，支撑机器人处于一定高度并保持平稳。此时，二号管道夹紧机构上夹持有待替换的管道，此部分工作在进入水中之前已完成。

I.2.管道挖取机构通过螺旋钻头203疏松管道周围的地面，将管道从泥土中挖出，利用推土板207清理挖出的泥土，推土板上的高压水管208实时清理周围泥土和挖出的管道；

在管道挖取过程中，工作人员通过摄像头115实时查看机器人的工作状况。

I.3.管道周围的泥土清理干净后，各个高度可调节支腿111缩回，使得机器人下降并保持平稳，管道经由U型槽104a、U型槽104b和条形开口105进入壳体101内。

I.4.一号管道夹紧机构中的两个伸缩单元同时伸出，并带动各自对应的夹紧单元伸出至待修复管道位置，然后每个夹紧单元夹紧待修复管道的一个位置；

紧接着，同一U型槽挡板106的两个挡板单元均106a，分别在相应挡板单元行走驱动机构107的带动下向中间靠拢，使得U型槽104a、U型槽104b闭合；

然后在开口挡板行走驱动机构带动下，开口挡板109向中间运动，条形开口105闭合。

排水机构启动，并通过排水口110将壳体101内部的水排出。

I.5.利用管道切割机构4分别实现对管道两个不同位置的切割，切割完成后，有一段管道被切割下来，切割下的管道即为需要被替换的管道；

一号管道夹紧机构中的两个伸缩单元缩回，切割下的管道被移动至管道修复工位侧部。

I.6.在两个第一升降连杆8的带动下，相应的管道打磨机构5下降，当第一升降连杆8中第一螺纹柱803与第一水平滑块结合时可实现管道打磨机构5沿管道方向的位置调整；

两个管道打磨机构5分别移动至一个管道切割位置，并分别对所在切割位置的管道以及管道外侧的水泥保护层进行打磨；打磨完成后，管道的切割位置暴露于水泥保护层外侧；

打磨完成后，各个管道打磨机构5上升并恢复至相应管道打磨机构5的初始位置。

I.7.二号管道夹紧机构将待替换的管道移动至合适的安装位置。

I.8.在两个第二升降连杆9的带动下，相应的管道焊接机构6下降，当第二升降连杆9中第二螺纹柱903与第二水平滑块结合时可实现管道焊接机构6沿管道方向的位置调整；

在第二升降连杆9下降过程中，两个半圆环形盘体601a处于张开状态，当管道焊接机构6下降至管道位置时，两个半圆环形盘体601a闭合，管道被圆环形盘体601包围；

紧接着，管道焊接机构6上的焊枪604沿周向方向运动，并对管道接缝处进行焊接，与此同时，管道焊接机构6上的焊缝检测传感器605沿周向运动并进行焊缝质量检查；

焊接完成后，两个半圆环形盘体601a张开，管道焊接机构6上升并恢复至初始位置；

二号管道夹紧机构松开对待替换管道的夹持，并缩回至初始位置。

I.9.焊接完成后，两个半圆形成型模701在各自成型模驱动机构702的带动下，向中间合拢，形成圆形水泥成型模，替换的管道被包裹于水泥成型模内；

水泥存放容器704的底部开口打开，水泥由下料管705下落至圆形水泥成型模内；

待水泥成型模内水泥干燥后，圆形水泥成型模打开，并恢复至初始状态；

I.10.两个U型槽挡板106以及开口挡板109分别移动，使得U型槽104a、104b以及条形开口105分别打开，各个高度可调节支腿111伸长，管道离开壳体101的内部；

至此，完成一次海底油气管道的修复过程。由上述过程不难看出，本实施例中海底油气管道维修方法，步骤设计合理，进而能够高效、高质量地完成管道的修复过程。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (8)

1.一种海底油气管道维修方法，基于海底油气管道修复机器人实现；

其特征在于，所述海底油气管道修复机器人包括机架、管道挖取机构、管道夹紧机构、管道切割机构、管道打磨机构、管道焊接机构以及管道水泥成型机构；

其中，机架包括壳体、螺旋桨以及螺旋桨安装支架；

螺旋桨安装支架有两个，且每个螺旋桨安装支架分别连接于所述壳体的一侧；

每个螺旋桨安装支架上分别对应安装一个所述螺旋桨；

所述壳体呈“凸”字型结构；

在壳体的前侧板和后侧板上均设有倒置的U型槽，其中，U型槽位于相应侧板的中下部；在壳体的底板中部设有沿所述底板前后方向贯穿整个底板的条形开口；

两个所述U型槽分别位于条形开口的一端，且分别与所述条形开口相连通；

在壳体内对应每个U型槽的位置均设有可开合的U型槽挡板；

其中，U型槽挡板由两个对称的挡板单元组成；

所述挡板单元的上部呈半圆环形、下部呈方形，当两个挡板单元组合形成所述U型槽挡板时，U型槽挡板的上部形成用于容纳管道的圆形孔，U型槽挡板的下部闭合；

每个挡板单元配置一个挡板单元行走驱动机构，同一U型槽处的两个挡板单元行走驱动机构同时带动相应的挡板单元向中间靠拢或向相反的方向分开；

在壳体的底板内侧上设有一形状、大小与所述条形开口相适应的开口挡板；该开口挡板为可活动式挡板，开口挡板配置有开口挡板行走驱动机构；

在壳体的底部设有多个排水口，在壳体内设有排水机构，排水机构与各所述排水口相连；

在机架的各个边角处分别配置一个电动高度可调节支腿；

管道挖取机构位于所述壳体的前侧，其包括两个对称布置的管道挖取单元；

两个管道挖取单元均安装于壳体的前侧板上；其中，一个管道挖取单元位于前侧板上U型槽的左侧，另一个管道挖取单元位于前侧板上U型槽的右侧；

管道夹紧机构、管道切割机构、管道打磨机构、管道焊接机构以及管道水泥成型机构均设置于所述机架的壳体内；其中：

管道夹紧机构有两组，且分别位于壳体内管道修复工位的左侧和右侧；

定义两组管道夹紧机构分别为一号管道夹紧机构和二号管道夹紧机构，两组管道夹紧机构的结构相同；每组管道夹紧机构均包括夹紧单元、伸缩单元以及横动单元；

其中，夹紧单元和伸缩单元分别有两组，且每组伸缩单元与一组夹紧单元对应相连；

所述伸缩单元被配置为用于带动相应的夹紧单元实现左右方向的伸出和缩回动作；

两组所述伸缩单元均安装于所述横动单元上；

横动单元被配置为用于带动每组伸缩单元和夹紧单元组成的整体实现前后方向的移动；

管道切割机构有两个，且每个所述管道切割机构分别通过一个管道切割机构行走驱动机构对应安装于所述一号管道夹紧机构中的一个夹紧单元上；

其中，管道切割机构行走驱动机构用于带动相应的管道切割机构沿左右方向运动；

管道打磨机构和管道焊接机构分别有两个，且均位于管道修复工位的上方；

每个管道打磨机构的上部均设有第一升降连杆；

第一升降连杆包括第一杆体、驱动电机、第一螺纹柱以及第一水平滑块；

所述第一杆体的底部与管道打磨机构相连，第一升降连杆中的驱动电机安装于第一杆体的顶部，该驱动电机的输出轴向上并与所述第一螺纹柱相连；

第一杆体为圆形杆体，且第一螺纹柱的直径大于第一杆体的直径；

第一水平滑块的中部设有螺纹孔，该螺纹孔的直径与所述第一螺纹柱的直径相适应；

在壳体的顶板上对应每个第一升降连杆设置一个带有内螺纹的第一固定套；

第一固定套为竖向设置，且第一固定套的内螺纹的直径与所述第一螺纹柱的直径相适应；

在壳体的顶板内侧设置一条沿所述壳体前后方向伸展的第一滑轨；

第一水平滑块位于所述第一滑轨内，该第一水平滑块配置有第一水平滑块运动驱动机构；

每个管道焊接机构的上部均设有第二升降连杆；

第二升降连杆包括第二杆体、驱动电机、第二螺纹柱以及第二水平滑块；

所述第二杆体的底部与管道打磨机构相连，第二升降连杆中的驱动电机安装于第二杆体的顶部，该驱动电机的输出轴向上并与所述第二螺纹柱相连；

第二杆体为圆形杆体，且第二螺纹柱的直径大于第二杆体的直径；

第二水平滑块的中部设有螺纹孔，该螺纹孔的直径与所述第二螺纹柱的直径相适应；

在壳体的顶板上对应每个第二升降连杆设置一个带有内螺纹的第二固定套；

第二固定套为竖向设置，且第二固定套的内螺纹的直径与所述第二螺纹柱的直径相适应；

在壳体的顶板内侧设置一条沿所述壳体前后方向伸展的第二滑轨；

第二水平滑块位于所述第二滑轨内，该第二水平滑块配置有第二水平滑块运动驱动机构；

管道水泥成型机构设置于所述开口挡板上；

所述管道水泥成型机构包括两个半圆形成型模以及成型模驱动机构；

两个半圆形成型模的底部铰接，成型模驱动机构有两组，且每组成型模驱动机构对应与一组半圆形成型模相连，且用于带动相应的半圆形成型模转动；

两个半圆形成型模组合时形成一个圆形水泥成型模；

在水泥成型模的顶部设有注浆口；在壳体的顶板内侧设有水泥存放容器，该水泥存放容器底部开口处连接有向下伸展的下料管，该下料管对准所述注浆口；

所述管道焊接机构包括圆环形盘体、盘体开合驱动单元、滑动安装座、焊枪以及焊缝检测传感器；其中，圆环形盘体由两个上部铰接的半圆环形盘体组成；

盘体开合驱动单元有两个，且每个盘体开合驱动单元分别与一个半圆环形盘体对应相连；

每个半圆环形盘体的表面均设有半圆弧形滑轨，且当两个所述半圆环形盘体组合形成所述圆环形盘体时，两个半圆弧形滑轨组合形成一条圆弧形滑轨；

滑动安装座有两个，且均设置于所述圆弧形滑轨上，每个所述滑动安装座均配置有用于带动相应的滑动安装座沿所述圆弧形滑轨进行周向运动的行走驱动单元；

其中，所述焊枪以及焊缝检测传感器分别安装于其中一个所述滑动安装座上；

所述海底油气管道维修方法，包括如下步骤：

I.1.将海底油气管道修复机器人放置于船上，当船到达待修复管道的上方时，将机器人放入水中，机器人通过螺旋桨运动，配合位置探测头，使得机器人落在管道正上方；

机器人落地后，各个高度可调节支腿伸长，机器人位置升高；

I.2.管道挖取机构通过螺旋钻头疏松管道周围的地面，将管道从泥土中挖出，利用推土板清理挖出的泥土，推土板上的高压水管实时清理周围泥土和挖出的管道；

I.3.管道周围的泥土清理干净后，各个高度可调节支腿缩回，使得机器人下降并保持平稳，管道经由两个U型槽以及条形开口进入壳体内；

I.4.一号管道夹紧机构中的两个伸缩单元同时伸出，并带动各自对应的夹紧单元伸出至待修复管道位置，然后每个夹紧单元夹紧待修复管道的一个位置；

紧接着，同一U型槽挡板的两个挡板单元，分别在相应的挡板单元行走驱动机构的带动下向中间靠拢，使得两个U型槽分别闭合；

在开口挡板行走驱动机构的带动下，开口挡板向中间运动，条形开口闭合；

排水机构启动，并通过排水口将壳体内部的水排出；

I.5.利用管道切割机构分别实现对管道两个不同位置的切割，切割完成后，有一段管道被切割下来，切割下的管道即为需要被替换的管道；

一号管道夹紧机构中的两个伸缩单元缩回，切割下的管道被移动至管道修复工位侧部；

I.6.在两个第一升降连杆的带动下，相应的管道打磨机构下降，当第一升降连杆中第一螺纹柱与第一水平滑块结合时，能够实现管道打磨机构沿管道方向的位置调整；

两个管道打磨机构分别移动至一个管道切割位置，并分别对所在切割位置的管道以及管道外侧的水泥保护层进行打磨，打磨完成后，两个管道打磨机构分别上升；

I.7.二号管道夹紧机构将待替换的管道移动至管道的切割区域；其中，在机器人入水之前，二号管道夹紧机构上事先夹紧待替换的管道；

I.8.在两个第二升降连杆的带动下，相应的管道焊接机构下降，当第二升降连杆中第二螺纹柱与第二水平滑块结合时，能够实现管道焊接机构沿管道方向的位置调整；

在第二升降连杆下降过程中，两个半圆环形盘体处于张开状态，当管道焊接机构下降至管道位置时，两个半圆环形盘体闭合，管道被圆环形盘体包围；

紧接着，管道焊接机构上的焊枪进行周向方向运动，并对管道接缝处进行焊接，与此同时，管道焊接机构上的焊缝检测传感器进行周向运动并进行焊缝质量检查；

焊接完成后，两个半圆环形盘体张开，然后两个管道焊接机构分别上升；

与此同时，二号管道夹紧机构松开对待替换管道的夹持；

I.9.焊接完成后，两个半圆形成型模在各自成型模驱动机构的带动下向中间合拢，形成圆形水泥成型模，替换的管道被包裹于水泥成型模内；

水泥存放容器的底部开口打开，水泥由下料管下落至圆形水泥成型模内；

待水泥成型模内水泥干燥后，圆形水泥成型模打开；

I.10.两个U型槽挡板以及开口挡板分别移动，使得两个U型槽以及条形开口分别打开，然后各个高度可调节支腿伸长，使得管道离开壳体的内部，至此，完成管道修复。

2.根据权利要求1所述的海底油气管道维修方法，其特征在于，

所述海底油气管道修复机器人还包括上位机；其中，管道挖取机构、管道夹紧机构、管道切割机构、管道打磨机构、管道焊接机构以及管道水泥成型机构分别与上位机相连。

3.根据权利要求1所述的海底油气管道维修方法，其特征在于，

所述管道挖取单元包括安装座、液压缸、螺旋钻头、钻头驱动电机、螺旋钻头安装支架、支撑臂、推土板以及高压水管；其中，安装座通过轴承安装于壳体的前侧板上；

螺旋钻头和钻头驱动电机均安装于螺旋钻头安装支架上，钻头驱动电机与螺旋钻头相连；

支撑臂的一端与安装座铰接，另一端与螺旋钻头安装支架铰接；

在安装座与支撑臂中部以及支撑臂中部与螺旋钻头安装支架之间均安装所述液压缸；

高压水管有多个，且均连接于所述壳体的前侧板上；

在壳体内设有高压喷水机构，该高压喷水机构与各个所述高压水管相连；

推土板上设有多个高压水管穿孔，各个高压水管分别由相应的高压水管穿孔穿过并固定，该推土板与前侧板之间形成一个夹角，该夹角的角度范围为30-60度。

4.根据权利要求1所述的海底油气管道维修方法，其特征在于，

所述夹紧单元包括夹紧单元安装架、夹紧口、夹紧口开合板以及开合板驱动机构；

其中，夹紧口设置于夹紧单元安装架的端部，且朝向管道修复工位；

夹紧口开合板有两个，且分别铰接于所述夹紧口的相对侧部；

开合板驱动机构有两个，且各个所述开合板驱动机构均安装于所述夹紧单元安装架上；

每个开合板驱动机构与一个所述夹紧口开合板对应相连。

5.根据权利要求4所述的海底油气管道维修方法，其特征在于，

所述夹紧单元安装架包括两个夹紧单元安装板；

两个夹紧单元安装板为平行布置，且两个所述夹紧单元安装板之间通过连接柱连接；

每个夹紧单元安装板的端部设置一个开口槽；

由两个所述开口槽以及位于两个所述开口槽之间的区域共同形成所述夹紧口；

夹紧口内设置多个管道贴合板，各个管道贴合板均为方形板且朝向夹紧口的开口处；

所述夹紧口开合板包括两个弧形板以及一个滚轮；

其中，两个弧形板为平行布置，且两个所述弧形板之间通过连接柱连接；

由两个弧形板组成的整体的一端铰接于所述夹紧单元安装架上；滚轮位于由两个弧形板组成的整体的另一端，该滚轮通过滚轮轴安装于两个所述弧形板之间；

所述开合板驱动机构采用液压缸；

其中，该液压缸的缸体铰接于两个夹紧单元安装板之间，活塞杆连接于夹紧口开合板上。

6.根据权利要求1所述的海底油气管道维修方法，其特征在于，

所述管道切割机构包括U型支架、环形切割线、线轮驱动电机以及多个切割线轮；

其中，各个切割线轮布置于U型支架的同一侧部；

线轮驱动电机安装于U型支架上，线轮驱动电机的输出轴与一个切割线轮相连；环形切割线依次环绕设置在各个所述切割线轮上，U型支架的开口朝向管道修复工位；

管道切割机构行走驱动机构采用丝杠驱动机构，其中，丝杠驱动机构的丝杠沿左右方向安装于所述夹紧单元上，该丝杠驱动机构的丝杠螺母与所述U型支架相连。

7.根据权利要求1所述的海底油气管道维修方法，其特征在于，

所述管道打磨机构包括环形打磨盘、环形安装板、环形安装板固定板、驱动齿轮以及打磨驱动电机；其中，环形打磨盘的外圈周向上均布有齿；

环形安装板的正侧表面设有相互连通的环形打磨盘安装槽以及驱动齿轮槽；环形打磨盘安装于环形打磨盘安装槽内，驱动齿轮位于驱动齿轮槽内；

驱动齿轮与环形打磨盘的外圈相互啮合；

打磨驱动电机以及环形安装板的背侧表面均安装于所述环形安装板固定板上；

其中，打磨驱动电机的输出轴与驱动齿轮相连；

环形打磨盘的正侧表面为打磨表面，在环形打磨盘的内圈周向上设有多个打磨柱。

8.根据权利要求1所述的海底油气管道维修方法，其特征在于，

所述滑动安装座包括底部滑槽以及与所述底部滑槽相连的上部安装槽；

其中，底座滑槽具有与所述圆弧形滑轨相适应的结构；

焊枪以及焊缝检测传感器分别安装于其中一个所述滑动安装座的上部安装槽内；

所述行走驱动单元包括行走驱动电机、主动齿轮、从动齿轮以及行走轮；

所述滑动安装座还包括电机安装座；其中，电机安装座与底部滑槽的外侧部相连；

行走驱动电机安装于所述电机安装座上；

行走驱动电机的输出轴与主动齿轮相连，主动齿轮与从动齿轮相互啮合；

从动齿轮的中部与行走轮的中部通过传动轴固连；

行走轮位于所述底部滑槽内，且能够沿所述圆弧形滑轨的表面进行圆周方向运动。

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