CN114104228B - 一种开架式工作级rov - Google Patents

Abstract

本发明涉及水下机器人技术领域，尤其涉及一种开架式工作级ROV，包括ROV本体和机械臂，ROV本体由上至下依次包括顶端第一浮力材料、顶端第二浮力材料、顶端第三浮力材料、顶端第四浮力材料、前端第一浮力材料、第一环抱装置、第二环抱装置、中部第一浮力材料、中部缓冲橡胶、前端传感器安装支架、前端传感器平台、ROV底层框架、第三环抱装置、侧扫声呐安装支架、侧扫声呐、底板和底部缓冲橡胶；本发明主要面向深度较浅水域中的桩基础及油气运输管道等，可实现包括声学、视觉目标识别、表面清理、无损探伤和湿法焊接在内的水下结构件检修作业的各流程。此外本发明具有良好的可扩展性，可搭载包括机械臂在内的多种作业设备，切实保障水下作业的可实施性。

Description

一种开架式工作级ROV

技术领域

本发明涉及水下机器人技术领域，尤其涉及一种开架式工作级ROV。

背景技术

目前，我国着力于沿海地区包括风电、天然气等清洁能源的开采，促进了我国海洋资源开发的同时促使了海洋经济的繁荣。然而受海洋混杂环境的影响，海上风车、天然气、石油开采平台等海工设备在运行过程中存在一定的安全隐患，需要对其进行检修作业。依作业方式，可分为人工检修和机器人检修。人工检修存在着一定的安全隐患，且持续作业时间短；水下机器人检修是业内的一大发展趋势，长期来看，具有持续作业长、运维成本低、可扩展性高等优势。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种开架式工作级ROV，主要面向深度较浅水域中的桩基础及油气运输管道等，可实现包括声学、视觉目标识别、表面清理、无损探伤和湿法焊接在内的水下结构件检修作业的各流程。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种开架式工作级ROV，包括ROV本体和机械臂，所述机械臂设置于ROV本体的前端上方，且机械臂通过六颗M8螺丝与机械臂紧固连接；

所述机械臂为四轴机械臂，所述机械臂包括机械臂四轴本体、以及与机械臂四轴本体连接的机械臂末端执行机构；

所述ROV本体由上至下依次包括顶端第一浮力材料、顶端第二浮力材料、顶端第三浮力材料、顶端第四浮力材料、前端第一浮力材料、第一环抱装置、第二环抱装置、中部第一浮力材料、中部缓冲橡胶、前端传感器安装支架、前端传感器平台、ROV底层框架、第三环抱装置、侧扫声呐安装支架、侧扫声呐、底板和底部缓冲橡胶；

所述第一环抱装置、第二环抱装置和第三环抱装置呈三角对称分布，作业时基于磁吸附原理保持与工件的相对静止，提高检修作业的稳定性；

所述顶端第一浮力材料、顶端第二浮力材料、顶端第三浮力材料、顶端第四浮力材料、前端第一浮力材料和中部第一浮力材料均为玻璃微珠固体浮力材料，其密度为0.38g/cm³。

其中，所述中部缓冲橡胶以中部第一浮力材料中轴线为基准面前后对称分布，且安装后，其边缘与ROV本体中轴线距离大于侧扫声呐外侧边缘与ROV本体中轴线的距离。所述底部缓冲橡胶置于底板下方，其横向与纵向尺寸均略大于 ROV底层框架的尺寸，但小于侧扫声呐垂直方向最低点与ROV底层框架的距离。

优选地，所述第一环抱装置和第二环抱装置左右对称设置，即这里的第一环抱装置和第二环抱装置为镜像零件，结构相同。所述第一环抱装置包括由右至左依次包括伺服电机、伺服电动缸第二安装支架、伺服电动缸、伺服电动缸第一安装支架、第一环抱输出法兰、第一环抱转接法兰、侧爪和电磁铁；所述伺服电动缸的两端分别通过伺服电动缸第一安装支架和伺服电动缸第二安装支架安装，所述伺服电动缸第一安装支架依次通过第一环抱输出法兰和第一环抱转接法兰连接有侧爪，所述侧爪的末端连接有电磁铁；所述第一环抱输出法兰的末端与中轴线夹角为12.5°；

其中，所述伺服电机为60法兰伺服电机；所述伺服电动缸有效行程为700mm，丝杆导程为10mm；所述伺服电动缸第一安装支架与伺服电动缸第二安装支架完全相同，宽度略大于伺服电动缸缸径；所述第一环抱装置其边缘与ROV本体中轴线的距离小于中部缓冲橡胶与ROV本体中轴线的距离，略大于侧扫声呐外边缘与 ROV本体中轴面的距离；所述第一环抱输出法兰为一异形件，其末端与中轴线夹角为12.5°；所述第一环抱转接法兰外圈设有侧爪，其末端设有一电磁铁；所述电磁铁为一圆柱形电磁铁，其直径为60mm，最大吸附力为4500N。

所述侧爪由外至内依次包括侧爪安装面和侧爪环抱圆弧面；所述侧爪环抱圆弧面上分别设有M5螺纹孔和M8沉头孔；所述侧爪安装面的直径略大于第一环抱输出法兰的直径。所述侧爪环抱圆弧面为一弯曲曲面，所述侧爪环抱圆弧面的弯曲角度为12.5°，考虑到实际作业时，目标桩式结构件为一圆柱体，以直径 6000mm为例，侧爪环抱圆弧面的弯曲角度为12.5°以实现完全贴合。

优选地，所述前端传感器平台包括前端传感器安装底座、设于前端传感器安装底座上的M6通孔、辅助光源安装槽、相机安装槽、M4沉头孔、以及设于前端传感器安装底座上方的第一辅助光源、第一工业相机、水听器、第二工业相机、第二辅助光源；所述水听器通过水听器安装座与前端传感器安装底座连接，所述第一工业相机和第二工业相机均通过相机安装座与相机安装槽连接，所述第一辅助光源和第二辅助光源均通过辅助光源安装座与辅助光源安装槽连接。

其中，所述辅助光源安装槽为一对称圆弧槽，左右圆弧间距为45mm，单侧圆弧角度为90°，宽度为4.5mm，并以前端传感器安装底座为中轴线为轴对称设立；所述相机安装槽同样为一对称圆弧槽，左右圆弧间距为30mm，单侧圆弧角度为90°，宽度为4.5mm，并以前端传感器安装底座为中轴线为轴对称设立；所述水听器安装座的内径略大于水听器的直径；所述相机安装座的内径略大于第一工业相机的直径，所述辅助光源安装座的内径略大于第一辅助光源的直径；所述第一工业相机、第二工业相机、第一辅助光源、第二辅助光源安装时均可以其中点为圆心，呈正负45°安装，以适应不同环境下探测、照明需求。

优选地，所述ROV底层框架包括相互垂直设置的底部第一支撑架和底部第二支撑架、以及竖直设置在底部第二支撑架上的竖直第一支撑架、竖直第二支撑架、竖直第三支撑架和竖直第四支撑架；所述竖直第一支撑架和竖直第二支撑架之间设有竖直第一辅助支撑架，所述竖直第二支撑架和竖直第三支撑架之间设有竖直第二辅助支撑架，所述竖直第三支撑架和竖直第四支撑架之间设有竖直第一辅助支撑架；所述底部第一支撑架和底部第二支撑架之间通过底部辅助支撑架、底部第二支撑架和底部支撑板连接支撑。

优选地，所述第三环抱装置包括直线模组、直线模组伺服电机、第三环抱臂安装座、第三环抱臂伺服电机、第一水枪支架、第二水枪支架、高压水管、第三环抱臂电动缸、直线模组连接座、前爪连接法兰、前爪、直线滑轨、直线模组安装M4沉头孔、直线滑轨安装M5通孔和直线滑轨方形滑台。

其中，所述直线模组有效行程为300mm，其横向距离略大于底板横向尺寸；所述直线滑轨的有效行程为400mm，其中心轴较底板中轴线偏左50mm；所述直线滑轨方形滑块置于直线滑轨上方，其宽度略大于直线滑轨；所述直线模组连接座安装后高度与直线模组的滑台高度相同，与直线模组的直线距离为385mm；所述第三环抱臂安装座作为传动介质，带动直线滑轨跟随直线模组做横向直线运动、有效行程为700mm，输出轴直径为30mm，所述第三环抱臂伺服电机为60法兰抱闸伺服电机，置于第三环抱臂电动缸后侧；所述第一水枪支架通过螺钉与第二水枪支架相连接，并以直线模组中轴线为轴心，相距260mm前后对称分布；所述高压水管同心配合于第一水枪支架，其长度为900mm，安装后其末端距离小于前爪与底板的直线距离，具体距离差值为15mm。

优选地，所述前爪连接法兰包括水枪紧固M4螺孔、水枪通孔、电动缸输出轴安装孔、电动缸输出轴紧固M4螺孔、前爪连接M5锥形孔；所述水枪通孔的直径为15mm，略大于高压水管的直径；所述电动缸输出轴安装孔的直径为35.50mm，其直径略大于第三环抱装置电动缸；所述前端连接法兰通过前爪连接M5锥形孔实现与前爪的固定；

所述前爪包括前爪环抱圆弧面和前爪安装面，所述前爪环抱圆弧面上分别设有M5螺纹孔和M8沉头孔。所述前爪环抱圆弧面为一弯曲曲面，所述前爪环抱圆弧面的弯曲角度为12.5°，考虑到实际作业时，目标桩式结构件为一圆柱体，以直径6000mm为例，前爪环抱圆弧面的弯曲角度为12.5°以实现完全贴合，其末端同样设有一电磁铁；所述电磁铁为一圆柱形电磁铁，其直径为60mm，最大吸附力为4500N。

优选地，所述ROV本体的后端部包括后端第一浮力材料、线缆固定座、后端传感器连接板、后端传感器平台、侧推进器、第一配重、第二配重、第一电子舱、侧壁第一浮力材料、侧壁第二浮力材料、侧壁第三浮力材料、侧推进器安装座；

所述后端第一浮力材料、侧壁第一浮力材料、侧壁第二浮力材料和侧壁第三浮力材料均为玻璃微珠固体浮力材料，其密度为0.38g/cm³，所述后端传感器安装连接板的一端与中部第一浮力材料相连，所述后端传感器安装连接板的另一端与后端传感器平台相连；所述侧推进器通过侧推进器安装座安装于底板后端，所述第一配重长度、宽度均略小于第二配重，所述第二配重通过四个M6螺钉与底部支撑板相连；所述第一电子舱为一方形电子舱，内部设有电力载波、电源以及嵌入式微处理器模块，负责ROV本体推进器的电力供应与控制。

优选地，所述后端传感器平台包括后传感器安装底板、第三相机安装座、第三工业相机、第一电子舱弧形支架、第二电子舱弧形支架、第二电子舱、第三辅助光源、电子舱连接座、第三辅助光源安装座；

其中，所述后传感器安装底板上对称设有直径为120的圆孔，以方便ROV 本体各电子元器件线路连接；所述第三相机安装座与相机安装座相同；所述第三辅助光源安装座与辅助光源安装座相同；所述第三工业相机与第一工业相机相同；所述第三辅助光源与第一辅助光源相同；所述第二电子舱为一直径为110mm，长度为250mm的密封电子舱，内部设由千兆网络交换、微处理器以及继电器等模块，用于控制第一环抱装置、第二环抱装置、第三环抱装置的末端电磁铁的通断；所示第一电子舱弧形支架与第二电子舱弧形支架相同，其等效内径略大于第二电子舱，为110.5mm。

优选地，所述机械臂四轴本体包括机械臂安装底座、X轴伺服电机、X轴丝杆、X轴线性导轨、X轴线方形滑台、X轴连接件、Y轴安装底板、Z轴伺服电机、 Y轴伺服电机、Y轴丝杆、Y轴第一连接板、Y轴第二连接板、Y轴第三连接板、 Z轴连接板、U轴伺服电机、U轴减速电机、U轴安装座和Z轴丝杆；

其中，所述X轴线性导轨与直线滑轨完全相同；所述X轴线方形滑台与直线滑轨方形滑台完全相同；所述X轴丝杆行程为300mm；所述Y轴丝杆行程为350mm；所述Z轴丝杆行程为300mm；所述X轴丝杆、Y轴丝杆和Z轴丝杆丝杆导程均为 10mm；所述Y轴第一连接板与Y轴第三连接板完全相同；所述U轴减速电机减速比为64；所述U轴安装座一侧设有边长为60mm凹槽，可实现与U轴减速电机的紧密配合。

优选地，所述机械臂末端执行机构包括末端传感器组和末端执行机构连接座；

所述末端传感器组包括末端传感器组安装基座、连接柄固定螺栓、焊枪第一固定座、焊枪第二固定座、U轴第一连接法兰、U轴第二连接法兰、连接柄辅助连接件、焊枪、连接柄；所述焊枪第一固定座与焊枪第二固定座内部为一正六角安装槽；所述连接柄为一L形连接柄，所述连接柄的末端设有M5通孔；所述连接柄辅助连接件一端通过连接柄固定螺栓与连接柄紧固；所述连接柄辅助连接件的另一端设有两个M5螺纹孔，用于连接末端传感器安装基座；

所述末端传感器组还包括末端传感器组支撑柄、第四相机支撑架、第四相机安装座、第四工业相机、线性结构光安装座、线性结构光、第四辅助光源、第四辅助光源安装座、D型连接件、超声波水浸探头、超声波连接柄、第四辅助光源支撑架、舵机安装座、舵机和线性结构光支撑架；

所述第四相机支撑架与第四辅助光源支撑架相同，所述第四相机安装座与第四辅助光源安装座完全相同，所述线性结构光支撑架的一端通过M5螺钉连接于末端传感器组支撑柄，所述线性结构光支撑架的另一端通过M5螺钉连接于线性结构光安装座；所述舵机安装座通过四个M5螺钉固定于末端传感器组安装基座一侧，用于连接舵机；所述舵机输出轴通过四个M3螺钉与超声波连接柄相连；所述D型连接件通过M4沉头孔与超声波连接柄相连。所述超声波水浸探头安装后，其末端距工件的距离略大于焊枪末端距工件的距离，实现超声波探伤作业过程与其余过程的单独作业。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过硬件结构的合理布局、重量与浮力的合理配比、多传感器数据融合与多运动体的协同控制，实现了包括声学、视觉目标识别、表面清理、无损探伤和湿法焊接在内的水下结构件检修作业的各流程。此外，得益于三个环抱装置，本发明所述的ROV可提高作业时与目标结构件的稳定性，从而提高检修作业效率；与此同时本发明所述的ROV具有良好的可扩展性，前端、后端均可搭载包括机械臂在内的多种作业设备，切实保障水下作业的可实施性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的工作级ROV前部示意图；

图3为本发明的第一环抱装置爆炸视图；

图4为本发明的侧爪结构示意图；

图5为本发明的前端传感器平台爆炸视图；

图6为本发明的ROV底层框架结构示意图；

图7为本发明的第三环抱装置爆炸视图；

图8为本发明的前爪连接法兰结构示意图；

图9为本发明的前爪结构示意图；

图10为本发明的工作级ROV后部示意图；

图11为本发明的后端传感器平台爆炸视图；

图12为本发明的机械臂结构示意图；

图13为本发明的四轴机械臂本体爆炸视图；

图14为本发明的机械臂末端执行机构结构示意图；

图15为本发明的机械臂末端执行机构的第一爆炸视图；

图16为本发明的机械臂末端执行机构的第二爆炸视图。

图中：11：ROV本体、12：机械臂、21：顶端第一浮力材料、22：顶端第二浮力材料、23：顶端第三浮力材料、24：顶端第四浮力材料、25：前端第一浮力材料、26：第一环抱装置、27：第二环抱装置、28：中部第一浮力材料、29：中部缓冲橡胶、210：前端传感器安装支架、211：前端传感器平台、212：ROV底层框架、213：底板、214：第三环抱装置、215：侧扫声呐、216：侧扫声呐安装支架、217：底部缓冲橡胶、31：伺服电动缸、32：伺服电机、33：伺服电动缸第一安装支架、34：伺服电动缸第二安装支架、35：第一环抱输出法兰、36：第一环抱转接法兰、37：侧爪、38：电磁铁、41：侧爪环抱圆弧面、42：侧爪安装面、43：M5螺纹孔、44：M8沉头孔、51：前端传感器安装底座、52：M6通孔、 53：辅助光源安装槽、54：相机安装槽、55：M4沉头孔、56：第一辅助光源、 57：第一工业相机、58：水听器、59：第二工业相机、510：第二辅助光源、511：水听器安装座、512：相机安装座、513：辅助光源安装座、61：底部第一支撑架、 62：底部第二支撑架、63：竖直第一支撑架、64：竖直第一辅助支撑架、65：竖直第二支撑架、66：竖直第二辅助支撑架、67：竖直第三支撑架、68：竖直第四支撑架、69：底部辅助支撑架、610：底部第二支撑架、611：底部支撑板、71：直线模组、72：直线模组伺服电机、73：第三环抱臂安装座、74：第三环抱臂伺服电机、75：第一水枪支架、76：第二水枪支架、77：高压水管、78：第三环抱臂电动缸、79：直线模组连接座、710：前爪连接法兰、711：前爪、712：直线滑轨、713：直线模组安装M4沉头孔、714：直线滑轨安装M5通孔、715：直线滑轨方形滑台、81：水枪紧固M4螺孔、82：水枪通孔、83：电动缸输出轴安装孔、84：电动缸输出轴紧固M4螺孔、85：前爪连接M5锥形孔、91：前爪环抱圆弧面、92：前爪安装面、93：M5螺纹孔、94：M8沉头孔、1001：后端第一浮力材料、1002：线缆固定座子、1003：后端传感器连接板、1004：后端传感器平台、 1005：侧推进器、1006：第一配重、1007：第二配重、1008：第一电子舱、1009：侧壁第一浮力材料、1010：侧壁第二浮力材料、1011：侧壁第三浮力材料、1012：侧推进器安装座、1101：后传感器安装底板、1102：第三相机安装座、1103：第三工业相机、1104：第一电子舱弧形支架、1105：第二电子舱弧形支架、1106：第二电子舱、1107：第三辅助光源、1108：电子舱连接座、1109：第三辅助光源安装座、1201：机械臂末端执行机构、1202：机械臂四轴本体、1301：机械臂安装底座、1302：X轴伺服电机、1303：X轴丝杆、1304：X轴线性导轨、1305：X 轴线方形滑台、1306：X轴连接件、1307：Y轴安装底板、1308：Z轴伺服电机、 1309：Y轴伺服电机、1310：Y轴丝杆、1311：Y轴第一连接板、1312：Y轴第二连接板、1313：Y轴第三连接板、1314：Z轴连接板、1315：U轴伺服电机、1316： U轴减速电机、1317：U轴安装座、1318：Z轴丝杆、1401：末端传感器组、1402：末端执行机构连接座、1501：末端传感器组安装基座、1502：连接柄固定螺栓、 1503：焊枪第一固定座、1504：焊枪第二固定座、1505：U轴第一连接法兰、1506： U轴第二连接法兰、1507：连接柄辅助连接件、1508：焊枪、1509：连接柄、1601：末端传感器组支撑柄、1602：第四相机支撑架、1603：第四相机安装座、1604：第四工业相机、1605：线性结构光安装座、1606：线性结构光、1607：第四辅助光源、1608：第四辅助光源安装座、1609：D型连接件、1610：超声波水浸探头、 1611：超声波连接柄、1612：第四辅助光源支撑架、1613：舵机安装座、1614：舵机、1615：线性结构光支撑架。

具体实施方式

下面结合附图将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例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的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。

参照图1-图16，为本发明描述的一种开架式工作级ROV，具体的如图1所示，包括ROV本体11和机械臂12，需要说明的是：所述机械臂12置于ROV本体11的前上方，通过六颗M8螺丝紧固。

具体的，参见图2，为所示ROV本体11的前部示意图。由上而下，ROV本体 11包括：顶端第一浮力材料21、顶端第二浮力材料22、顶端第三浮力材料23、顶端第四浮力材料24、第一环抱装置26、第二环抱装置27、中部第一浮力材料 28、中部缓冲橡胶29、前端传感器安装支架210、前端传感器平台211、ROV底层框架212、第三环抱装置214、侧扫声呐安装支架216、侧扫声呐215、底板 213和底部缓冲橡胶217等。

需要说明的是：所述顶端第一浮力材料21、顶端第二浮力材料22、顶端第三浮力材料23、顶端第四浮力材料24以及中部第一浮力材料28均为玻璃微珠固体浮力材料，其密度为0.38g/cm3；所述中部第一浮力材料28数目为二，并以ROV中轴线为基准面对称分布；所述中部缓冲橡胶29通过M5螺钉安装于所述中部第一浮力材料28上，并以中部第一浮力材料28中轴线为基准面对称分布，因而所述中部缓冲橡胶29数目为四、且安装后，其边缘与ROV本体11中轴面距离大于侧扫声呐215外侧边缘与ROV本体11中轴面的距离；所述第一环抱装置26与第二环抱装置27为镜像零件，通过四个M8螺钉固定于中部第一浮力材料 28上，其边缘与ROV本体11中轴线的距离小于中部缓冲橡胶29与ROV本体11 中轴线的距离，略大于侧扫声呐215外边缘与ROV本体11中轴面的距离；所述侧扫声呐支架216材质为超高分子量聚乙烯，密度为0.98g/cm3，其与ROV本体 11中轴面的夹角为60°，并关于中轴线对称分布；所述底板213材质为超高分子量聚乙烯，密度为0.98g/cm3，其横向距离略低于所述ROV底层框架212；所述第三环抱装置通过六个M6螺钉固定于所述所述底板213上；所述底部缓冲橡胶217置于所述底板213下方，通过十二个M6螺钉固定，其横向与纵向尺寸均略大于ROV底层框架212，但小于侧扫声呐215垂直方向最低点与ROV底层框架 212的距离。

由于第一环抱装置26与第二环抱装置27呈镜像关系，在此便以第一环抱装置26为例进行详细阐述，第二环抱装置便不再赘述，具体的，参见图3，为所述第一环抱装置26的爆炸视图。由右至左，分别为：伺服电机32、伺服电动缸第二安装支架34、伺服电动缸31、伺服电动缸第一安装支架33、第一环抱输出法兰35、第一环抱转接法兰36、侧爪37和电磁铁38。

需要说明的是：所述伺服电机32为400W伺服电机，输出为60法兰；所述伺服电动缸31有效行程为700mm，丝杆导程为10mm，减速比为5；所述伺服电动缸第一安装支架33与伺服电动缸第二安装支架34完全相同，材质为6061铝合金，其宽度略大于伺服电动缸31缸径，上对称设有M8沉头孔，数目为二；所述第一环抱输出法兰35为一异形件，其末端与中轴线夹角为12.5°；所述第一环抱转接法兰36外圈设有侧爪37安装M5沉头孔，其数目为八、内圈设有四个环抱输出法兰35连接M4沉头孔，其数目为四；所述电磁铁38为一圆柱形电磁铁，其直径为60mm。

具体的，参见图4，为所述侧爪37结构图。内外至内，分别为：侧爪安装面42、侧爪环抱圆弧面41、M5螺纹孔43和M8沉头孔44。需要说明的是：所述侧爪安装面42直径略大于所述第一环抱转接法兰36；所述侧爪环抱圆弧面41 为一弯曲曲面，考虑到实际作业时，目标桩式结构件为一圆柱体，以直径6000mm 为例，侧爪环抱圆弧面41弯曲角度为12.5°以实现完全贴合；所述M5螺纹孔 43用于连接侧爪37与第一环抱转接法兰36，数目为八；所述M8沉头孔位于侧爪37中轴线上，用于连接电磁铁38。

具体的，参见图5，为本发明的所述前端传感器平台211的爆炸视图，所述前端传感器平台211包括：前端传感器安装底座51、M6通孔52、辅助光源安装槽53、相机安装槽54、M4沉头孔55、第一辅助光源56、第一工业相机57、水听器58、第二工业相机59、第二辅助光源510、水听器安装座511、相机安装座 512、辅助光源安装座513。

需要说明的是：所述前端传感器安装底座51材质为超高分子量聚乙烯，密度为0.98g/cm3；所述M6通孔52用于固定前端传感器安装底座51与前端传感器安装支架210，其数目为四，以所述前端传感器安装底座51为中轴线为轴对称设立；所述辅助光源安装槽53为一对称圆弧槽，左右圆弧间距为45mm，单侧圆弧角度为90°，宽度为4.5mm，并以所述前端传感器安装底座51为中轴线为轴对称设立；所述相机安装槽54同样为一对称圆弧槽，左右圆弧间距为30mm，单侧圆弧角度为90°，宽度为4.5mm，并以所述前端传感器安装底座51为中轴线为轴对称设立；所述第一辅助光源56与第二辅助光源510相同，其直径为 55mm，功率为50W；所述第一工业相机57与第二工业相机59相同，其直径为62mm，像素为1920*1080；所述水听器58直径为45mm，其最大采样频率为1MHz；所述水听器安装座511的内径略大于所述水听器58的直径；所述相机安装座512的内径略大于第一工业相机57的直径，所述辅助光源安装座513的内径略大于第一辅助光源56的直径；所述水听器安装座511、相机安装座512和辅助光源安装座513宽度均为30mm，其材质均为超高分子量聚乙烯，密度为0.98g/cm3。

具体的，参见图6，为所述ROV底层框架212结构图，包括：底部第一支撑架61、底部第二支撑架62、竖直第一支撑架63、竖直第一辅助支撑架64、竖直第二支撑架65、竖直第二辅助支撑架66、竖直第三支撑架67、竖直第四支撑架 68、底部辅助支撑架69、底部第二支撑架610和底部支撑板611。

需要说明的是：所述ROV底层框架212均为6061铝合金材质，并经过氧化处理表面呈黑色；所述底部第一支撑架61以ROV底层框架212中轴线为对称轴前后对称分布；所述底部第二支撑架62、竖直第一支撑架63、竖直第二支撑架 65、竖直第三支撑架67、竖直第四支撑架68、竖直第一辅助支撑架64和竖直第二辅助支撑架66以ROV底层框架212中轴线为对称轴左右对称分布；所述竖直第一支撑架63、竖直第二支撑架65、竖直第三支撑架67和竖直第四支撑架68 高度、宽度、长度均相同，其表面沉头孔数目与位置略有区别；所述竖直第一辅助支撑架64数目为四；所述竖直第二辅助支撑架66数目为二；并且竖直第一辅助支撑架64长度略低于所述竖直第二辅助支撑架66；所述底部辅助支撑架69 数目为六，通过M6螺钉连接于底部第二支撑架610和底部第一支撑架61；所述底部第二支撑架610数目为三，长度小于底部第一支撑架61；所述底部支撑板 611表面设有四个M6沉头孔，用于连接第一配重1006。

具体的，参见图7，为所述第三环抱装置214爆炸视图，包括：直线模组71、直线模组伺服电机72、第三环抱臂安装座73、第三环抱臂伺服电机74、第一水枪支架75、第二水枪支架76、高压水管77、第三环抱臂电动缸78、直线模组连接座79、前爪连接法兰710、前爪711、直线滑轨712、直线模组安装M4沉头孔 713、直线滑轨安装M5通孔714和直线滑轨方形滑台715。

需要说明的是：所述直线模组71通过直线模组M4沉头孔713固定于底板 213上，所述直线模组71有效行程为300mm，其横向距离略大于底板213横向尺寸；所述直线模组M4沉头孔713数目为20；所述直线滑轨712通过直线滑轨安装M5通孔安装于底板213上，所述直线滑轨712的有效行程为400mm，其中心轴较底板213中轴线偏左50mm；所述直线模组安装M5通孔数目为16；所述直线滑轨方形滑块715置于直线滑轨712上方，其宽度略大于直线滑轨712；所述直线模组连接座79通过四个M5螺钉与直线滑轨方形滑台715相连接，安装后其高度与直线模组71的滑台高度相同，与直线模组71的直线距离为385mm；所述第三环抱臂安装座73长度大于第三环抱臂电动缸78，一端与直线模组71滑台相连，另一端与直线模组连接座79相连，作为传动介质，带动直线滑轨712跟随直线模组71做横向直线运动；所述第三环抱臂电动缸78有效行程为700mm，输出轴直径为30mm，置于所述第三环抱臂安装座73上方，通过四个M8螺钉与其相连；所述第三环抱臂伺服电机74为60法兰交流伺服电机，带有抱闸装置，置于第三环抱臂电动缸78后侧，通过四个M6螺钉与其固定；所述第一水枪支架 75上设有两个M5沉头孔，并通过上述两个沉头孔与第二水枪支架76相连接，所述第一水枪支架75数目为二；以直线模组71中轴线为轴心，相距260mm前后对称分布；所述第二水枪支架76数目为四；所述高压水管77同心配合于第一水枪支架75，其长度为900mm，安装后其末端距离小于前爪711与底板213的直线距离，具体距离差值为15mm；所述前爪连接法兰710同心配合于第三环抱装置电动缸78，另一端通过M5螺钉与前爪711相连。

具体的，参见图8，为本发明的前爪连接法兰710的结构图，包括：水枪紧固M4螺孔81、水枪通孔82、电动缸输出轴安装孔83、电动缸输出轴紧固M4螺孔84、前爪连接M5锥形孔85。

需要说明的是：所述水枪通孔82的直径为15mm，略大于高压水管77直径；所述高压水管77与水枪通孔82同心安装后，通过水枪紧固M4螺孔实现紧固，其数目为三；所述电动缸输出轴安装孔83直径为35.50mm，其直径略大于第三环抱装置电动缸78；所述第三环抱装置电动缸78与电动缸输出轴安装孔83同心安装后，通过电动缸输出轴紧固M4螺孔84实现紧固，期数目为三；所述前端连接法兰710通过前爪连接M5锥形孔85实现与前爪711的固定，其数目为八。

具体的，参见图9，为本发明的前爪711结构图，包括：前爪环抱圆弧面91、前爪安装面92、M5螺纹孔93、M8沉头孔94。

需要说明的是：所述前爪环抱圆弧面91为一弯曲曲面，考虑到实际作业时，目标桩式结构件为一圆柱体，以直径6000mm为例，前爪环抱圆弧面91弯曲角度为12.5°以实现完全贴合；所述M5螺纹孔93用于连接前爪711与前爪连接法兰710，数目为八；所述M8沉头孔位于侧爪94中轴线上，用于连接电磁铁38。

具体的，参见图10，为本发明的ROV本体11的后部示意图，包括：后端第一浮力材料1001、线缆固定座1002、后端传感器连接板1003、后端传感器平台 1004、侧推进器1005、第一配重1006、第二配重1007、第一电子舱1008、侧壁第一浮力材料1009、侧壁第二浮力材料1010、侧壁第三浮力材料1011、侧推进器安装座1012。

需要说明的是：所述后端第一浮力材料1001为玻璃微珠固体浮力材料，其密度为0.38g/cm³，通过四个M5螺钉固定于后端传感器平台1004；所述线缆固定座1002由铝合金压制而成，其用于固定ROV本体11线缆，可有效降低水下作业时因线缆缠绕对ROV本体11产生影响的发生概率；所述后端传感器安装连接板1003材质为超高分子量聚乙烯，密度为0.98g/cm³，其一端与中部第一浮力材料28相连，另一端与后端传感器平台1004相连；所述侧推进器1005数目为二，通过侧推进器安装座1012安装于底板213后端，并沿ROV本体11中轴线对称分布，特殊的，左侧推进器桨叶为正浆，右侧推进器为反浆，通过正反浆的对称设立，可有效降低推进器转动惯量对ROV本体11运动的影响；所述第一配重1006 与第二配重1007均由金属铅制成，其中第一配重1006重量为7.5kg、第二配重 1007重量为39.8kg，所述第一配重1006长度、宽度均略小于第二配重1007，所述第二配重1007通过四个M6螺钉与底部支撑板611相连；所述第一电子舱 1008为一方形电子舱，内部设有电力载波、电源以及嵌入式微处理器模块，负责ROV本体11推进器的电力供应与控制；所述侧壁第一浮力材料1009、侧壁第二浮力材料1010和侧壁第三浮力材料1011均为玻璃微珠固体浮力材料，其密度为0.38g/cm3，上述零件宽度均与竖直第一支撑架63相同；所述侧壁第一浮力材料1009高度大于侧壁第二浮力材料1010以及侧壁第三浮力材料1011；所述侧壁第三浮力材料1011高度低于所述侧壁第二浮力材料1010；所述侧壁第一浮力材料1009数目为四；所述侧壁第二浮力材料1010数目为二；所述侧壁第三浮力材料数目为四。

具体的，参见图11，为本发明的后端传感器平台1004爆炸视图，包括后传感器安装底板1101、第三相机安装座1102、第三工业相机1103、第一电子舱弧形支架1104、第二电子舱弧形支架1105、第二电子舱1106、第三辅助光源1107、电子舱连接座1108、第三辅助光源安装座1109。

需要说明的是：所述后传感器安装底板1101上对称设有直径为120的圆孔，以方便ROV本体11各电子元器件线路连接、设有M4、M5、M6沉头孔若干，用于连接1102-1109在内的各零件，其材质为超高分子量聚乙烯，密度为0.98g/cm³；所述第三相机安装座1102与相机安装座512相同；所述第三辅助光源安装座1109与辅助光源安装座513相同；所述第三工业相机1103与第一工业相机57 相同；所述第三辅助光源1107与第一辅助光源56相同；所述第二电子舱1106 为一直径为110mm，长度为250mm的密封电子舱，内部设由千兆网络交换模块、微处理器以及继电器等模块，用于控制第一环抱装置26、第二环抱装置27、第三环抱装置214的末端电磁铁38的通断；所示第一电子舱弧形支架1104与第二电子舱弧形支架1105相同，其等效内径略大于第二电子舱1106，为110.5mm；所述电子舱连接座1108数目为四，材质为6061铝合金，用于固定第一电子舱弧形支架1104、第二电子舱弧形支架1105和后传感器安装底板1101。

具体的，参见图12，为本发明的机械臂12结构图，包括机械臂末端执行机构1201、机械臂四轴本体1202。

具体的，参见图13，为本发明的机械臂四轴本体1202爆炸视图，包括：机械臂安装底座1301、X轴伺服电机1302、X轴丝杆1303、X轴线性导轨1304、X 轴线方形滑台1305、X轴连接件1306、Y轴安装底板1307、Z轴伺服电机1308、 Y轴伺服电机1309、Y轴丝杆1310、Y轴第一连接板1311、Y轴第二连接板1312、 Y轴第三连接板1313、Z轴连接板1314、U轴伺服电机1315、U轴减速电机1316、 U轴安装座1317和Z轴丝杆1318。

需要说明的是：所述机械臂安装底座1301、X轴连接件1306、Y轴安装底板 1307和Z轴连接板1314均为超高分子量聚乙烯，密度为0.98g/cm3；所述X轴伺服电机1302、Y轴伺服电机1309、Z轴伺服电机1308均为60法兰交流伺服电机；所述U轴伺服电机1315为60法兰具备抱闸功能的伺服电机；所述X轴线性导轨1304与直线滑轨712完全相同；所述X轴线方形滑台1305与直线滑轨方形滑台715完全相同；所述X轴丝杆1303行程为300mm；所述Y轴丝杆1310行程为350mm；所述Z轴丝杆1318行程为300mm；所述X轴丝杆1303、Y轴丝杆1310 和Z轴丝杆1318丝杆导程均为10mm；所述Y轴第一连接板1311与Y轴第三连接板1313完全相同，并通过M4螺钉与所述Y轴第二连接板1312相连；所述U 轴减速电机1316为60法兰速比64的高精度减速电机；所述U轴安装座1317 一侧设有边长为60mm凹槽，可实现与U轴减速电机1316的紧配合；所述X轴线方形滑台1305、X轴连接件1306、Y轴第一连接板1311、Y轴第二连接板1312、 Y轴第三连接板1313和U轴安装座1317均由6061铝合金加工而成。

具体的，参见图14，为本发明的机械臂末端执行机构1201结构图，包括末端传感器组1401、末端执行机构连接座1402。为对其进行详尽描述，参见图15，为机械臂末端执行机构1201的第一爆炸视图，包括：末端传感器组安装基座 1501、连接柄固定螺栓1502、焊枪第一固定座1503、焊枪第二固定座1504、U 轴第一连接法兰1505、U轴第二连接法兰1506、连接柄辅助连接件1507、焊枪 1508、连接柄1509。

需要说明的是：所述焊枪第一固定座1503与焊枪第二固定座1504内部为一正六角安装槽，其边长略小于焊枪1508边长；所述连接柄1509为一L形连接柄，其末端设有M5通孔；所述连接柄辅助连接件1507一端通过连接柄固定螺栓1502 与连接柄1509紧固；其另一端设有两个M5螺纹孔，用于连接末端传感器安装基座1501。

参见图16，为机械臂末端执行机构1201的第二爆炸视图，包括：末端传感器组支撑柄1601、第四相机支撑架1602、第四相机安装座1603、第四工业相机 1604、线性结构光安装座1605、线性结构光1606、第四辅助光源1607、第四辅助光源安装座1608、D型连接件1609、超声波水浸探头1610、超声波连接柄1611、第四辅助光源支撑架1612、舵机安装座1613、舵机1614、线性结构光支撑架1615。

需要说明的是：所述第四相机支撑架1602与第四辅助光源支撑架1612完全相同，其内径为40mm，略小于第四工业相机1604，内径中轴线与末端传感器组安装基座1501垂直；所述第四相机安装座1603与第四辅助光源安装座1608完全相同；所述线性结构光支撑架1615一端通过M5螺钉连接于末端传感器组支撑柄1601，另一端通过M5螺钉连接与线性结构光安装座1605；所述线性结构光安装座1605设有圆空腔，其直径为30mm，略小于线性结构光1606，圆空腔中轴线与末端传感器组安装基座1501呈15°夹角；所述舵机安装座1613通过四个M5 螺钉固定于末端传感器组安装基座1501一侧，同时设有六个等间距排列的M3 螺纹孔，用于连接舵机1614；所述舵机1614输出轴通过四个M3螺钉与超声波连接柄1611相连；所述超声波连接柄1611末端设有两个M4沉头孔，所述D型连接件1609通过M4沉头孔与超声波连接柄1611相连，其内径为25.5mm，略大于超声波水浸探头1610直径；所述超声波水浸探头安装后，其末端距工件的距离略大于焊枪末端距工件的距离，实现超声波探伤作业过程与其余过程的单独作业。

综上所述，本发明提出的一种开架式工作级ROV，该水下机器人设有三个环抱臂，基于电磁吸附原理实现对目标作业结构件的有效吸附；设有一四轴机械臂，末端可搭载多种传感器和作业设备，提高了水下作业的效率与质量；此外本发明提出的开架式工作级ROV具备40kg的额外带载能力，且在机械结构上设有推进器、传感器、机械臂的空间余量，电子舱中也预留了若干传感器接线座子，具有较高的可扩展性。

本发明中披露的说明和实践，对于本技术领域的普通技术人员来说，都是易于思考和理解的，且在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的修改或改进，也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种开架式工作级ROV，其特征在于，包括ROV本体和机械臂，所述机械臂设置于ROV本体的前端上方，且机械臂通过六颗M8螺丝与机械臂紧固连接；

所述机械臂为四轴机械臂，所述机械臂包括机械臂四轴本体、以及与机械臂四轴本体连接的机械臂末端执行机构；

所述ROV本体由上至下依次包括顶端第一浮力材料、顶端第二浮力材料、顶端第三浮力材料、顶端第四浮力材料、前端第一浮力材料、第一环抱装置、第二环抱装置、中部第一浮力材料、中部缓冲橡胶、前端传感器安装支架、前端传感器平台、ROV底层框架、第三环抱装置、侧扫声呐安装支架、侧扫声呐、底板和底部缓冲橡胶；

所述第一环抱装置、第二环抱装置和第三环抱装置呈三角对称分布，作业时基于磁吸附原理保持与工件的相对静止，提高检修作业的稳定性；

所述顶端第一浮力材料、顶端第二浮力材料、顶端第三浮力材料、顶端第四浮力材料、前端第一浮力材料和中部第一浮力材料均为玻璃微珠固体浮力材料，其密度为0.38g/cm³；

所述第一环抱装置和第二环抱装置左右对称设置，所述第一环抱装置包括由右至左依次包括伺服电机、伺服电动缸第二安装支架、伺服电动缸、伺服电动缸第一安装支架、第一环抱输出法兰、第一环抱转接法兰、侧爪和电磁铁；所述伺服电动缸的两端分别通过伺服电动缸第一安装支架和伺服电动缸第二安装支架安装，所述伺服电动缸第一安装支架依次通过第一环抱输出法兰和第一环抱转接法兰连接有侧爪，所述侧爪的末端连接有电磁铁；所述第一环抱输出法兰的末端与中轴线夹角为12.5°；

所述侧爪由外至内依次包括侧爪安装面和侧爪环抱圆弧面；所述侧爪环抱圆弧面为一弯曲曲面，所述侧爪环抱圆弧面的弯曲角度为12.5°，所述侧爪环抱圆弧面上分别设有M5螺纹孔和M8沉头孔；所述侧爪安装面的直径略大于第一环抱输出法兰的直径；

所述前端传感器平台包括前端传感器安装底座、设于前端传感器安装底座上的M6通孔、辅助光源安装槽、相机安装槽、M4沉头孔、以及设于前端传感器安装底座上方的第一辅助光源、第一工业相机、水听器、第二工业相机、第二辅助光源；所述水听器通过水听器安装座与前端传感器安装底座连接，所述第一工业相机和第二工业相机均通过相机安装座与相机安装槽连接，所述第一辅助光源和第二辅助光源均通过辅助光源安装座与辅助光源安装槽连接；

所述ROV底层框架包括相互垂直设置的底部第一支撑架和底部第二支撑架、以及竖直设置在底部第二支撑架上的竖直第一支撑架、竖直第二支撑架、竖直第三支撑架和竖直第四支撑架；所述竖直第一支撑架和竖直第二支撑架之间设有竖直第一辅助支撑架，所述竖直第二支撑架和竖直第三支撑架之间设有竖直第二辅助支撑架，所述竖直第三支撑架和竖直第四支撑架之间设有竖直第一辅助支撑架；所述底部第一支撑架和底部第二支撑架之间通过底部辅助支撑架、底部第二支撑架和底部支撑板连接支撑；

所述第三环抱装置包括直线模组、直线模组伺服电机、第三环抱臂安装座、第三环抱臂伺服电机、第一水枪支架、第二水枪支架、高压水管、第三环抱臂电动缸、直线模组连接座、前爪连接法兰、前爪、直线滑轨、直线模组安装M4沉头孔、直线滑轨安装M5通孔和直线滑轨方形滑台；所述直线模组通过直线模组M4沉头孔固定于底板上，所述直线滑轨通过直线滑轨安装M5通孔安装于底板上，所述直线滑轨方形滑块置于直线滑轨的上方，所述第三环抱臂安装座长度大于第三环抱臂电动缸的长度，所述第三环抱臂安装座的一端与直线模组滑台相连，所述第三环抱臂安装座的另一端与直线模组连接座相连，所述第三环抱臂安装座作为传动介质，带动直线滑轨跟随直线模组做横向直线运动；所述第一水枪支架上设有两个M5沉头孔，并通过两个M5沉头孔与第二水枪支架相连接，所述前爪连接法兰的一端同心配合于第三环抱装置电动缸，所述前爪连接法兰的另一端通过M5螺钉与前爪相连；

所述前爪连接法兰包括水枪紧固M4螺孔、水枪通孔、电动缸输出轴安装孔、电动缸输出轴紧固M4螺孔、前爪连接M5锥形孔；所述水枪通孔的直径为15mm，略大于高压水管直径；所述电动缸输出轴安装孔直径为35.50mm，其直径略大于第三环抱装置电动缸；所述前端连接法兰通过前爪连接M5锥形孔实现与前爪的固定；

所述前爪包括前爪环抱圆弧面和前爪安装面，所述前爪环抱圆弧面为一弯曲曲面，所述前爪环抱圆弧面的弯曲角度为12.5°，所述前爪环抱圆弧面上分别设有M5螺纹孔和M8沉头孔；

所述ROV本体的后端部包括后端第一浮力材料、线缆固定座、后端传感器连接板、后端传感器平台、侧推进器、第一配重、第二配重、第一电子舱、侧壁第一浮力材料、侧壁第二浮力材料、侧壁第三浮力材料、侧推进器安装座；

所述后端第一浮力材料、侧壁第一浮力材料、侧壁第二浮力材料和侧壁第三浮力材料均为玻璃微珠固体浮力材料，其密度为0.38g/cm³，所述后端传感器安装连接板的一端与中部第一浮力材料相连，所述后端传感器安装连接板的另一端与后端传感器平台相连；所述侧推进器通过侧推进器安装座安装于底板后端，所述第一配重长度、宽度均略小于第二配重，所述第二配重通过四个M6螺钉与底部支撑板相连；所述第一电子舱为一方形电子舱，内部设有电力载波、电源以及嵌入式微处理器模块，负责ROV本体推进器的电力供应与控制；

所述后端传感器平台包括后传感器安装底板、第三相机安装座、第三工业相机、第一电子舱弧形支架、第二电子舱弧形支架、第二电子舱、第三辅助光源、电子舱连接座、第三辅助光源安装座；

所述第三工业相机通过第三相机安装座与后传感器安装底板连接，所述第三辅助光源通过第三辅助光源安装座与后传感器安装底板连接；所述第二电子舱通过第一电子舱弧形支架和第二电子舱弧形支架与后传感器安装底板连接；所述电子舱连接座用于固定第一电子舱弧形支架、第二电子舱弧形支架和后传感器安装底板。

2.根据权利要求1所述的一种开架式工作级ROV，其特征在于，所述机械臂四轴本体包括机械臂安装底座、X轴伺服电机、X轴丝杆、X轴线性导轨、X轴线方形滑台、X轴连接件、Y轴安装底板、Z轴伺服电机、Y轴伺服电机、Y轴丝杆、Y轴第一连接板、Y轴第二连接板、Y轴第三连接板、Z轴连接板、U轴伺服电机、U轴减速电机、U轴安装座和Z轴丝杆；

所述X轴线性导轨与直线滑轨相同；所述X轴线方形滑台与直线滑轨方形滑台相同；所述Y轴第一连接板与Y轴第三连接板相同，并通过M4螺钉与Y轴第二连接板相连；所述U轴安装座一侧设有凹槽，可实现与U轴减速电机的紧密配合。

3.根据权利要求2所述的一种开架式工作级ROV，其特征在于，所述机械臂末端执行机构包括末端传感器组和末端执行机构连接座；

所述末端传感器组包括末端传感器组安装基座、连接柄固定螺栓、焊枪第一固定座、焊枪第二固定座、U轴第一连接法兰、U轴第二连接法兰、连接柄辅助连接件、焊枪、连接柄；所述焊枪第一固定座与焊枪第二固定座内部为一正六角安装槽；所述连接柄为一L形连接柄，所述连接柄的末端设有M5通孔；所述连接柄辅助连接件一端通过连接柄固定螺栓与连接柄紧固；所述连接柄辅助连接件的另一端设有两个M5螺纹孔，用于连接末端传感器安装基座；

所述末端传感器组还包括末端传感器组支撑柄、第四相机支撑架、第四相机安装座、第四工业相机、线性结构光安装座、线性结构光、第四辅助光源、第四辅助光源安装座、D型连接件、超声波水浸探头、超声波连接柄、第四辅助光源支撑架、舵机安装座、舵机和线性结构光支撑架；

所述第四相机支撑架与第四辅助光源支撑架相同，所述第四相机安装座与第四辅助光源安装座完全相同，所述线性结构光支撑架的一端通过M5螺钉连接于末端传感器组支撑柄，所述线性结构光支撑架的另一端通过M5螺钉连接于线性结构光安装座；所述舵机安装座通过四个M5螺钉固定于末端传感器组安装基座一侧，用于连接舵机；所述舵机输出轴通过四个M3螺钉与超声波连接柄相连；所述D型连接件通过M4沉头孔与超声波连接柄相连。