CN113757192B - 一种铺缆机器人 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种铺缆机器人，涉及海洋设备技术领域，用于铺缆机器人在采用外部液压动力源将各执行机构复位过程中，防止海水进入各执行机构的液压回路中，保证铺缆机器人的正常工作。该铺缆机器人包括设备本体和安装于设备本体的应急装置，设备本体包括执行器以及驱动执行器动作的执行液压回路；应急装置包括外接回路和应急回路，外接回路包括用于与外部的液压动力源连接的外接件以及与外接件连通的液压马达，液压动力源通过外接件驱动液压马达；应急回路包括液压油箱和液压泵，液压马达与液压泵驱动连接，液压泵的进油口与液压油箱连通，液压泵的出油口与执行液压回路连通。

Description

一种铺缆机器人

技术领域

本发明实施例涉及海洋设备技术领域，尤其涉及一种铺缆机器人。

背景技术

铺缆机器人作为海底电缆与光缆敷设，以及检修维护的重要工具，具备勘查清理、线缆敷设和冲埋保护等功能。

铺缆机器人采用液压驱动，各执行机构均通过液压执行元件控制，液压执行元件可以为液压马达或液压油缸。铺缆机器人中液压驱动的动力源由水下电机提供，而水下电机通过与甲板连接的传输线缆实现电能传输。铺缆机器人在水下作业过程中，若水下电机、主控制系统或液压系统出现故障时，需要将铺缆机器人从水下吊出水面进行检修。然而铺缆机器人在出现上述故障时通常约束有相关线缆或管道，例如铺缆机器人的机械手和线缆放置台上夹持有线缆或管道，此时直接吊起铺缆机器人通常会破坏已经埋敷好的线缆或管道。针对此类问题，相关技术中通常的做法为派潜水员携带与甲板上的液压动力源连通的液压软管潜入铺缆机器人附近，然后手动将液压软管与铺缆机器人中执行机构的外部油路接口连接，利用甲板上的液压动力源将各执行机构复位，释放被铺缆机器人约束的线缆或管道，从而避免铺缆机器人吊起时对线缆或管道的破坏。

然而在海水中操作液压软管与外部油路接口连接过程中，会将海水带入外部油路接口所在的液压回路中，也就是说，海水会通过外部油路接口进入各执行机构的液压回路中，又由于海水具有腐蚀性，进入液压回路的海水会对各执行机构产生损害，影响铺缆机器人的工作。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种铺缆机器人，用于在铺缆机器人采用外部液压动力源将各执行机构复位过程中，防止海水进入各执行机构的液压回路中，保证铺缆机器人的正常工作。

本发明实施例提供的一种铺缆机器人，包括设备本体和安装于所述设备本体的应急装置，所述设备本体包括执行器以及驱动所述执行器动作的执行液压回路；所述应急装置包括外接回路和应急回路，所述外接回路包括用于与外部的液压动力源连接的外接件以及与所述外接件连通的液压马达，所述液压动力源通过所述外接件驱动所述液压马达；所述应急回路包括液压油箱和液压泵，所述液压马达与所述液压泵驱动连接，所述液压泵的进油口与所述液压油箱连通，所述液压泵的出油口与所述执行液压回路连通。

在具有上述结构的铺缆机器人中，应急回路和外接回路隔离，因此在铺缆机器人采用外部的液压动力源将各执行机构复位过程中，可防止海水进入应急回路，从而防止海水进入执行机构的液压回路，避免海水对铺缆机器人的损害，保证铺缆机器人的正常工作。

在一种可能的实施方式中，所述液压油箱包括箱体和滑动设置于所述箱体内部的活塞，所述箱体与所述活塞形成容置液压油的容置空间，所述活塞的一侧位于所述容置空间中，所述活塞的另一侧暴露于外侧。采用具有上述结构的液压油箱，使液压油箱同时具有储油和压力补偿器的功能，通过活塞可以将海水压力传递到液压油箱中的液压油，使得液压油箱中液压油的压力跟随海水深度变化而变化，进而传递到液压油箱所在液压回路，即液压油箱所在液压回路的压力建立在海水压力的基础上，使得与液压油箱连通的液压元件不受海水压力的影响，以适用于在不同海深条件下的作业。

在一种可能的实施方式中，所述液压马达和所述液压泵同轴串接。如此设计使得液压马达和液压泵集成为一体，能够节省液压马达和液压泵的安装空间，使得铺缆机器人整体设计更为紧凑，集成度更高。

在一种可能的实施方式中，所述应急回路包括控制阀门，所述液压泵的出油口与所述控制阀门连接，所述控制阀门设置所述执行液压回路中，所述控制阀门具有隔离所述应急回路与所述执行液压回路的隔离状态，以及导通所述液压泵与所述执行液压回路的应急状态。

在一种可能的实施方式中，所述控制阀门包括阀座、可转动安装于所述阀座的球阀和驱动所述球阀转动的操作把手，所述阀座上设置有与所述执行液压回路和所述应急回路连接的连接端，所述控制阀门在所述球阀转动过程中具有所述隔离状态和所述应急状态。

在一种可能的实施方式中，所述操作把手为以转动轴线为中心线的U形把手。如此设计，便于潜水员和辅助机器人对操作把手的操作。

在一种可能的实施方式中，包括安装面板，所述液压马达、所述液压泵、所述液压油箱与所述阀座设置于所述安装面板的一侧，所述操作把手设置于所述安装面板的另一侧，并穿过所述安装面板与所述球阀连接。

在一种可能的实施方式中，所述外接件包括插头座和与所述插头座可插拔配合的外接插头，所述外接插头用于与所述液压动力源连接，所述插头座位于所述外接回路中，所述外接插头在与所述插头座配合时连通所述外接回路和所述液压动力源。

在一种可能的实施方式中，所述铺缆机器人包括履带和驱动所述履带运动的履带液压回路，所述应急回路还包括通过插接配合接入所述履带液压回路的履带插接件。如此设计，便于铺缆机器人通过外部的液压动力源实现对履带的驱动，从而使得铺缆机器人可以借助外部液压动力源实现行走。

在一种可能的实施方式中，还包括蓄能器和控制元件，所述蓄能器通过所述控制元件与所述执行液压回路连接，所述控制元件在所述铺缆机器人故障时导通所述蓄能器和所述执行液压回路。如此设计，在控制元件控制蓄能器与执行液压回路导通时，蓄能器中的压力介质快速释放至执行液压回路，从而实现执行机构的快速复位，而且需不需要外界提供动力，达到对铺缆机器人自身系统进行保护的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种铺缆机器人中应急装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种铺缆机器人中应急装置另一角度的结构示意图。

附图标记说明：

1-插头座；           2-履带插接件；           3-液压锁；

4-液压马达；         5-液压泵；               6-高压过滤器；

7-液压油箱；         8-控制阀门；             9-安装面板；

10-操作把手；        11-外接插头。

具体实施方式

在铺缆机器人的水下电机、主控制系统或液压系统出现故障时，需要将铺缆机器人从水下吊出水面进行检修，然而为了避免铺缆机器人在吊起过程中破坏已经埋敷好的线缆或管道，需在将铺缆机器人从水下吊出水面前先将铺缆机器人的执行机构复位，以释放被铺缆机器人约束的线缆或管道。相关技术中通常采用的方法为，派潜水员携带与甲板上的液压动力源连通的液压软管潜入铺缆机器人附近，然后手动将液压软管与铺缆机器人中执行机构的外部油路接口连接，利用甲板上的液压动力源将各执行机构复位，释放被铺缆机器人约束的线缆或管道。然而在海水中操作液压软管与外部油路接口连接过程中，会将海水带入外部油路接口所在的液压回路中，也就是说，海水会通过外部油路接口进入各执行机构的液压回路中，又由于海水具有腐蚀性，进入液压回路的海水会对各执行机构产生损害，影响铺缆机器人的正常工作。

鉴于此，本发明实施例提供了一种铺缆机器人，其包括设备本体和安装于设备本体的应急装置，应急装置包括外接回路和应急回路，外接回路包括外接件和液压马达，应急回路包括液压油箱和液压泵，外接件与外部的液压动力源连接时与液压马达导通并驱动液压马达工作，液压马达驱动液压泵工作以实现应急回路和外接回路的隔离，从而防止海水进入应急回路，也即防止海水进入执行机构的液压回路，避免海水对铺缆机器人的损害，保证铺缆机器人的正常工作。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

铺缆机器人用于海底电缆与光缆敷设，以及检修维护，其包括设备本体和安装于设备本体的应急装置，设备本体包括履带组件和执行机构，履带组件包括履带和驱动履带动作的履带液压回路，在履带液压回路的作用下，履带动作以实现铺缆机器人的行走。

执行机构用于完成电缆与光缆敷设以及检修维护等动作任务，例如挖沟、铺设和冲埋等，执行机构包括执行器和与执行器连通的执行液压回路，执行器可以为液压气缸或液压马达，在执行液压回路的作用下，液压气缸伸缩或者液压马达转动以实现相应的执行动作。可以理解的，为了实现不同的功能，执行机构通常设置有多个，也就是说，执行器和执行液压回路设置有多个。

图1为本发明实施例提供的一种铺缆机器人中应急装置的结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种铺缆机器人中应急装置另一角度的结构示意图，如图1和图2所示，该应急装置包括安装面板9、液压锁3、液压马达4、液压泵5、液压油箱7、高压过滤器6以及外接件。

外接件采用可快速连接和断开的快速接头，快速接头包括可插拔配合的外接插头11和插头座1，外接插头11为具有与外部的液压动力源的油管相连的连接结构，此处外部的液压动力源可以为甲板上的液压站，也可以为其它水下设备的液压输出端。插头座1上具有配合孔，外接插头11可插拔安装于配合孔中，在连接头与配合孔配合时可实现连接头与插头座1的导通，也就是说，在外接插头11插装于插头座1的配合孔中时，外部的液压动力源与插头座1所在液压回路导通。

安装面板9可以为矩形的板状结构，插头座1、液压锁3、液压泵5、液压马达4、液压油箱7、高压过滤器6和控制阀门8设置于安装面板9的一侧，插头座1的配合孔与安装面板9上的贯通口对齐，外接插头11可在安装面板9的另一侧自贯通口穿过安装面板9后与插头座1配合。为了便于潜水员操作和辅助机器人的夹持，外接插头11顶部连接有T形把手，T形把手包括横向杆和纵向杆，纵向杆一端与横向杆连接，且纵向杆位于横向杆的垂直平分线位置，纵向杆的另一端与外接插头11连接。

插头座1通过油管与液压锁3的一端相连，液压锁3的另一端通过油管与液压马达4相连，液压动力源自外接插头11、插头座1以及液压锁3与液压马达4导通，并驱动液压马达4转动。液压马达4、外接件和液压锁3组成的液压回路称为外接回路，用于与外部的液压动力源连接。液压锁3用于将外接回路锁住，以防止液压油在外接回路中流动，在插头座1进入具有一定压力的液压油时，液压锁3开启，也就是说外接回路开启。液压锁3开启后可实现由插头座1进入的液压油对液压马达4的驱动。

液压锁3的设置用于在外接回路未与液压动力源导通时起到保压作用，在一种可能的实施方式中，外接回路中可不包含液压锁3。

液压马达4与液压泵5驱动连接以实现对液压泵5的驱动，在液压马达4带动下，液压泵5运动以完成吸油和出油工作。本实施例中液压马达4与液压泵5同轴串联，两者集成为一体，如此设计能够节省液压马达4和液压泵5的安装空间，使得铺缆机器人整体设计更为紧凑，集成度更高。然而本发明实施例并不局限于此，例如，在一种可能的实施方式中，液压马达4与液压泵5为两个独立装置，液压马达4的输出轴通过传动机构与液压泵5连接，传动机构例如可以为齿轮传动机构。

液压泵5的进油口与液压油箱7连通，液压泵5的出油口与控制阀门8的进油口连通。液压油箱7包括箱体和相对于箱体内壁可滑动的活塞，活塞与箱体形成容置液压油的容置空间，活塞一侧暴露于外侧，另一侧位于容置空间中，也就是说，活塞将液压油箱7分为两腔，一腔为液压油，另一腔为海水，外界的海水压力可通过活塞直接传递给另一腔的液压油，使容置空间中液压油的压力与海水压力相同，从而实现压力补偿的功能。活塞与液压油箱7之间还设置有弹性件，在弹性件的作用下，活塞运动至靠近海水一侧，也就是说，只有海水压力达到一定值后才可推动活塞运动。

采用具有上述结构的液压油箱7，使液压油箱7同时具有储油和压力补偿器的功能，通过压力补偿可以将海水压力传递到液压油箱7，进而传递到液压油箱7所在液压回路，使得液压油箱7所在液压回路中液压油压力跟随海水深度变化而变化，即液压油箱7所在液压回路的压力建立在海水压力的基础上，进而使得与液压油箱7连通的液压元件(液压泵5与控制阀门8)不受海水压力的影响，以适用于在不同海深条件下的作业。

液压泵5和液压油箱7之间还设置有高压过滤器6，用于过滤液压油中的杂质，在一种可能的实施方式中，高压过滤器6可以省略，也就是说，液压泵5的进油口直接通过油管与液压油箱7相连。

液压泵5的出油口与控制阀门8的进油口连通，液压泵5、液压油箱7以及控制阀门8组成的液压回路称为应急回路。控制阀门8为板式四通道球阀，包括阀座、可转动安装于阀座的球阀以及与球阀连接的操作把手10，操作把手10用于控制球阀在阀座中转动。阀座上具有四个连接端，分别为第一端、第二端、第三端和第四端，液压泵5的出油口通过油管与第一端连通，第一端即控制阀门8的进油口，第二端通过油管与插头座1连通，第三端和第四端分别接入执行液压回路中。

操作把手10驱动球阀转动过程中使控制阀门8具有隔离状态和应急状态，隔离状态是指第三端和第四端导通，但第一端与第三端和第四端隔绝，第二端与第三端和第四端隔绝，也就是说，应急回路和外接回路隔绝。应急状态是指第一端和第三端导通，第二端和第四端导通，未说明的端部之间不导通，也就是说，应急回路和外接回路导通。

在本实施例中，控制阀门8中阀座和操作把手10分置于安装面板9两侧，阀座与液压泵5、液压马达4、液压锁3和高压过滤器6位于同一侧，操作把手10位于另一侧。操作把手10穿过安装面板9后与球阀连接以控制球阀转动。操作把手10旋动轴线垂直于安装面板9。为了便于潜水员和辅助机器人的操作，操作把手10设计成以转动轴线为中心线的U形把手。

在一种可能的实施方式中，应急回路可直接与执行液压回路连接，即省略控制阀门8。

该铺缆机器人的工作原理为：

在铺缆机器人中水下电机、主控制系统或液压系统出现故障时，将外部的液压动力源的油管连接至外接插头11，派遣潜水员携带外接插头11下潜至故障铺缆机器人附近，手动将外接插头11插入插头座1的配合孔中，或者采用辅助机器人携带外接插头11下潜至故障铺缆机器人附近，通过机械手将外接插头11插入插头座1的配合孔中；实现外接回路与液压动力源的连通。

液压动力源进入外接回路后开启液压锁3，并通过液压锁3进入液压马达4，驱动液压马达4转动。液压马达4与液压泵5同轴串接，从而带动液压泵5工作。潜水员手动旋转控制阀门8的操作把手10，或者辅助机器人旋转控制阀门8的操控手柄，实现应急回路与执行液压回路的导通，从而驱动对应执行机构复位，释放被铺缆机器人约束的线缆或管道。铺缆机器人相应执行机构复位完毕后，夹持在机器手、线缆放置台的线缆或管道被放置在海底，再将铺缆机器人整体吊出水面，从而避免铺缆机器人吊起时对线缆或管道的破坏。

通过上述描述可知，铺缆机器人的应急装置中应急回路和外接回路的隔离，防止海水进入应急回路，也即防止海水进入执行液压回路内部，从而避免海水对铺缆机器人的损害，保证铺缆机器人的正常工作。

在相关技术中，潜水员手动连接液压软管与外部油路接口较为复杂，且对于多个执行机构需要多次连接，另外，潜水员在海底作业深度有限，仅能在浅水区操作。采用本发明实施例提供的铺缆机器人，外接件与外部的液压动力源一次连接即可实现对不同执行机构的复位，方便操作、容易实现；而且外接件和控制阀门8的设置方便辅助机器人的夹持与控制，有利于实现采用辅助机器人进行自动化作业，从而杜绝了潜水员受水深限制的问题。

另外，铺缆机器人中液压系统的动力源由水下电机提供，而水下电机通过与甲板连接的传输线缆实现电能传输。为了有效驱动铺缆机器人，水下电机到甲板的传输线缆一般采用高压传输，因此水下电机运行的发热量会非常大，从而导致铺缆机器人无法在浅滩或岸上运行，采用本发明实施例提供的铺缆机器人，可以通过上述应急装置实现采用外部液压动力源驱动铺缆机器人工作，从而实现铺缆机器人浅滩或岸上的运行。

在一种可能的实施方式中，铺缆机器人还包括蓄能器和控制元件，蓄能器具有一定的容积，且储存有一定体积的压力介质。控制元件在铺缆机器人故障时导通蓄能器和执行液压回路，蓄能器中的压力介质释放至执行液压回路，从而实现执行机构的快速复位，而且需不需要外界提供动力，达到对铺缆机器人自身系统进行保护的目的。

本发明实施例中应急装置还包括通过插接配合接入履带液压回路的履带插接件2，履带插接件2与应急回路连通，从而可以实现采用外部的液压动力源驱动铺缆机器人的履带。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，上文所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铺缆机器人，其特征在于：包括设备本体和安装于所述设备本体的应急装置，所述设备本体包括执行器以及驱动所述执行器动作的执行液压回路；所述应急装置包括外接回路和应急回路，所述外接回路包括用于与外部的液压动力源连接的外接件，以及与所述外接件连通的液压马达，所述液压动力源通过所述外接件驱动所述液压马达；所述应急回路包括液压油箱和液压泵，所述液压马达与所述液压泵驱动连接，所述液压泵的进油口与所述液压油箱连通，所述液压泵的出油口与所述执行液压回路连通；

所述应急回路包括控制阀门，所述液压泵的出油口与所述控制阀门连接，所述控制阀门设置所述执行液压回路中，所述控制阀门具有隔离所述应急回路与所述执行液压回路的隔离状态，以及导通所述液压泵与所述执行液压回路的应急状态；

所述外接件包括插头座和与所述插头座可插拔配合的外接插头，所述外接插头用于与所述液压动力源连接，所述插头座位于所述外接回路中，所述外接插头在与所述插头座配合时连通所述外接回路和所述液压动力源。

2.根据权利要求1所述的铺缆机器人，其特征在于：所述液压油箱包括箱体和滑动设置于所述箱体内部的活塞，所述箱体与所述活塞形成容置液压油的容置空间，所述活塞的一侧位于所述容置空间中，所述活塞的另一侧暴露于外侧。

3.根据权利要求1所述的铺缆机器人，其特征在于：所述液压马达和所述液压泵同轴串接。

4.根据权利要求1所述的铺缆机器人，其特征在于：所述控制阀门包括阀座、可转动安装于所述阀座的球阀和驱动所述球阀转动的操作把手，所述阀座上设置有与所述执行液压回路和所述应急回路连接的连接端，所述控制阀门在所述球阀转动过程中具有所述隔离状态和所述应急状态。

5.根据权利要求4所述的铺缆机器人，其特征在于：所述操作把手为以转动轴线为中心线的U形把手。

6.根据权利要求4所述的铺缆机器人，其特征在于：包括安装面板，所述液压马达、所述液压泵、所述液压油箱与所述阀座设置于所述安装面板的一侧，所述操作把手设置于所述安装面板的另一侧，并穿过所述安装面板与所述球阀连接。

7.根据权利要求1所述的铺缆机器人，其特征在于：所述铺缆机器人包括履带和驱动所述履带运动的履带液压回路，所述应急回路还包括通过插接配合接入所述履带液压回路的履带插接件。

8.根据权利要求1所述的铺缆机器人，其特征在于：还包括蓄能器和控制元件，所述蓄能器通过所述控制元件与所述执行液压回路连接，所述控制元件在所述铺缆机器人故障时导通所述蓄能器和所述执行液压回路。

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