CN114590378A - 一种具有缓冲水流冲击功能的水下吸附装置及吸附方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于水下机器人的水下吸附装置及吸附方法，属于水下机器人吸附装置技术领域，解决了水下机器人在水下检修过程中受水流冲击固定难的问题，其技术方案为：水下吸附装置包括控制机构、伸缩气缸、缓冲机构和吸附机构；吸附方法包括以下步骤：(1)吸附装置装载在水下检修机器人的装置中；(2)对机器人进行初步定位；(3)对目标结构件腐蚀处目标识别定位；(4)吸附机构接触结构件表面，通电吸附，固定机器人；(5)机器人开始检修作业。本发明的有益效果为：本发明实现搭载于水下机器人，协同机器人完成水下作业，能在复杂水流环境下有效缓冲水流冲击，对海上风电设备桩腿结构件完成环抱吸附动作。

Description

一种具有缓冲水流冲击功能的水下吸附装置及吸附方法
技术领域
本发明涉及水下机器人吸附装置技术领域，尤其涉及一种具有缓冲水流冲击功能的水下吸附装置及吸附方法。
背景技术
海洋工程装备大规模投入运营，近几年海上风电成为沿海各省大力发展的热点项目，但是这也为后期的维修保护工程带来了巨大的压力，海上风电设备水下桩腿结构件容易遭受海水腐蚀，造成事故损失。东部沿海海水的低能见度使得人工水下检修作业极为困难，市场对水下检修机器人的需求日益增加，当水下检修机器人进行维修作业时，受到复杂的海洋环境影响，很难与风电设备水下结构件保持相对静止。
如何解决上述技术问题为本发明面临的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有缓冲水流冲击功能的水下吸附装置及吸附方法，通过缓冲机构在复杂海洋环境下有效缓冲水流冲击，对海上风电桩桩腿结构件完成环抱吸附动作，可以搭载于水下检修机器人，协同水下机器人完成检修。
为了实现上述目的，本发明是采用如措施实现的：一种具有缓冲水流冲击功能的水下吸附装置，包括控制机构、伸缩气缸、缓冲机构和吸附机构四部分，其中，所述控制机构包括工控机、伺服电机；所述缓冲机构包括缓冲弹簧、缓冲钢板、应变机构和连接杆；所述钢板弹簧由两个固定件固定连接；所述应变机构包括可滑动关节球以及其适配的球窝型铸件；所述工控机与所述伺服电机通过信号线连接；所述私服电机为所述伸缩气缸提供动力；所述伸缩气缸外侧与所述缓冲弹簧内测和所述球窝型铸件内侧相连；所述球窝型铸件通过滑动关节球和连接杆与所述缓冲钢板内侧连接；所述缓冲弹簧外侧与所述缓冲钢板内侧连接；所述缓冲钢板外侧通过连接杆与所述吸附装置连接。
优选的，所述控制机构包括一个工控机和一个伺服电机，所述伺服电机用于驱动伸缩气缸的运动，所述工控机用于控制水下吸附装置与水下机器人通信。
优选的，所述工控机下底面通过四个相同的第一螺孔固定于电子箱中，所述工控机和伺服电机装载于电子箱中，电子箱右侧有两个相同的第二螺孔孔用于通信。
优选的，所述缓冲弹簧个数为4个，所述缓冲弹簧材质为高碳钢，一端与气缸伸缩杆连接，另一端与钢板弹簧连接。
优选的，所述的缓冲钢板中间位置均设有圆形贯穿孔，由两个相同的固定件固定，左端与连接杆相连接，右端与吸附机构内侧中间位置连接。
优选的，所述的可滑动关节球的直径大小小于球窝型关节铸件内径，大于球窝型关节铸件开口口径，所述的可滑动关节球与其适配的球窝型关节铸件表面光滑。
优选的，所述的吸附机构外侧表面设有电磁铁，电磁铁的表面为圆弧吸附面。
优选的，所述的电磁铁由铁芯、励磁线圈、绝缘胶带、线圈框架组成，通过改变电流的大小可以控制吸附力的大小，完成吸附和分离的动作。
优选的，所述装置的使用过程包括如下步骤：
步骤一：将具有缓冲水流冲击功能的水下吸附装置装载于水下检修机器人的装置中，其中通过信号线把伺服电机与工控机进行连接，伸缩气缸的外部固定于水下机器人本体外侧，且伸缩气缸处于最小行程状态；
步骤二：岸上工作人员操控人机交互界面，水下机器人通过搭载的螺旋桨潜入海水到需要检测的水下结构件附近位置，并依据机器人自身系统完成定位功能；
步骤三：工作人员发出指令使机器人对目标结构件腐蚀处进行目标识别定位，识别桩腿腐蚀的准确位置，通过调整机器人的姿态，寻找到吸附装置需要的吸附位置；
步骤四：工控机通过信号线控制伺服电机驱动伸缩气缸使得吸附装置外表面与结构件表面进行贴合，对吸附装置进行通电，电磁铁产生磁力完成吸附过程，把机器人固定于水下；
步骤五：机器人开始检修作业，此过程中机器人受水流的冲击力作用，会产生横向和纵向的推理，缓冲弹簧、缓冲钢板和滑动关节球可以控制机器人小幅度稳定的摆动，缓解水流冲击对机器人的伤害，确保机器人稳定的工作。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)、本发明针对现有的水下机器人与海上风电桩桩腿结构件腐蚀位置对接松动、震动的问题，设置了一次缓冲机构和二次缓冲机构，一次缓冲机构包括缓冲弹簧和缓冲钢板，二次缓冲机构为应变机构，当水下检修机器人在水下进行检修作业时，面对海洋水流速变化，一次缓冲机构能够承受水流变化带来的形变力，保持水下检修机器人在相对结构件固定位置静止。
(2)、当一次缓冲机构无法提供缓冲水流速带来的形变力时，应变机构可作为二次缓冲机构承受水流速的变化带来的影响，保持水下检修机器人在相对桩腿结构件固定位置静止，避免了水下检修机器人检修过程中走偏结构件或脱落结构件的情况，提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的伺服电机示意图。
图3为本发明的缓冲装置前视图。
图4为本发明的缓冲装置剖视图。
图5为本发明的缓冲装置正视图。
图6为本发明的缓冲装置后视图。
图7为本发明的控制机构示意图。
其中，附图标记为：
1、工控机；2、伺服电机；3、伸缩气缸；4、球窝型铸件；5、滑动关节球；6、缓冲弹簧；7、缓冲钢板；8、连接杆；9、吸附装置；10、固定件；11、电子箱；12、第一螺孔；13、第二螺孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明装置工控机1与伺服电机2通过信号线连接；私服电机2为伸缩气缸3提供动力；伸缩气缸3外侧与缓冲弹簧6内测、球窝型铸件4内侧相连；球窝型铸件4 通过滑动关节球5和连接杆8与缓冲钢板7内侧连接；缓冲弹簧6外侧与缓冲钢板7内侧连接；缓冲钢板7外侧与吸附装置9连接。
如图7所示，控制机构包括工控机1、伺服电机2，工控机1和伺服电机2装载于电子箱11中，电子箱右侧有两个第一螺孔12用于通信，工控机1有四个第二螺孔13用于将工控机1固定于电子箱11中。
如图1和图2所示，所述伺服电机2用于实现对伸缩气缸3的驱动控制，所述工控机1用于控制水下吸附装置9与水下机器人通信。
如图3所示，两个缓冲钢板7由两个固定件10连接，吸附装置9的设有圆弧吸附面，且为电磁吸附，缓冲弹簧6个数为4个；缓冲弹簧6材质均为高碳钢，一端与气缸伸缩杆连接，另一端与缓冲钢板7连接；缓冲钢板7中间位置均设有圆形贯穿孔，由两个固定件10固定，左端与连接杆8相连接，右端与吸附机构9连接；可滑动关节球5的直径大小小于球窝型关节铸件4内径，大于球窝型关节铸件4开口口径；可滑动关节球5与其适配的球窝型关节铸件4表面光滑。
在具体实施工作中，需要采取以下步骤：
步骤一、将具有缓冲水流冲击功能的水下吸附装置装载于水下检修机器人的装置中，其中通过信号线把伺服电机2与工控机1进行连接，伸缩气缸3的外部固定于水下机器人本体外侧，且伸缩气缸处于最小行程状态；
步骤二、岸上工作人员操控人机交互界面，水下机器人通过搭载的螺旋桨潜入海水到需要检测的水下结构件附近位置，并依据机器人自身系统完成定位功能；
步骤三、工作人员发出指令使机器人对目标结构件腐蚀处进行目标识别定位，识别桩腿腐蚀的准确位置，通过调整机器人的姿态，寻找到吸附装置需9要的吸附位置；
步骤四、工控机1通过信号线控制伺服电机2驱动伸缩气缸3使得吸附装置外表面与结构件表面进行贴合，对吸附装置进行通电，电磁铁产生磁力完成吸附过程，把机器人固定于水下；
步骤五、机器人开始检修作业，此过程中机器人受水流的冲击力作用，会产生横向和纵向的推理，缓冲弹簧6、缓冲钢板7和滑动关节球5可以控制机器人小幅度稳定的摆动，缓解水流冲击对机器人的伤害，确保机器人稳定的工作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有缓冲水流冲击功能的水下吸附装置，包括控制机构、伸缩气缸，其特征在于：还包括缓冲机构和吸附机构，所述控制机构包括工控机和伺服电机；
所述缓冲机构包括缓冲弹簧、缓冲钢板、应变机构和连接杆；所述钢板弹簧由两个固定件固定连接；
所述应变机构包括滑动关节球以及与其适配的球窝型铸件；工控机的控制端与伺服电机电控驱动端通过信号线连接；伺服电机为伸缩气缸提供动力；伸缩气缸外侧分别与缓冲弹簧内侧和球窝型铸件内侧相连；球窝型铸件通过滑动关节球和连接杆与缓冲钢板连接；缓冲弹簧外侧与缓冲钢板内侧连接；缓冲钢板外侧通过连接杆与吸附装置连接。
2.根据权利要求1所述的具有缓冲水流冲击功能的水下吸附装置，其特征在于，所述控制机构包括一个工控机和一个伺服电机，所述伺服电机动力驱动端用于驱动伸缩气缸的运动，所述工控机用于控制水下吸附装置与水下机器人通信。
3.根据权利要求2所述的具有缓冲水流冲击功能的水下吸附装置，其特征在于，所述工控机底面通过四个相同的第一螺孔固定于电子箱中，所述工控机和伺服电机装载于电子箱中，电子箱一侧有两个相同的第二螺孔用于输送通信信号。
4.根据权利要求1所述的具有缓冲水流冲击功能的水下吸附装置，其特征在于，所述缓冲弹簧为4个，所述缓冲弹簧材质为高碳钢，其一端与气缸伸缩杆连接，另一端与缓冲钢板连接。
5.根据权利要求1所述的具有缓冲水流冲击功能的水下吸附装置，其特征在于，所述缓冲钢板中间位置均匀布置有圆形贯穿孔，由两个相同的固定件固定，一端与连接杆相连接，另一端与吸附机构内侧中间部位连接。
6.根据权利要求1所述的具有缓冲水流冲击功能的水下吸附装置，其特征在于，所述滑动关节球的直径小于球窝型关节铸件内径，且大于球窝型关节铸件开口口径，所述滑动关节球与其适配的球窝型关节铸件表面滑动配合。
7.根据权利要求1所述的具有缓冲水流冲击功能的水下吸附装置，其特征在于，所述吸附机构外侧表面设有电磁铁，电磁铁的表面为圆弧吸附面。
8.根据权利要求7所述的具有缓冲水流冲击功能的水下吸附装置，其特征在于，所述电磁铁由铁芯、励磁线圈、绝缘胶带和线圈框架组成，通过改变电流的大小控制吸附力的大小，用于吸附和分离的动作。
9.根据权利要求1所述的具有缓冲水流冲击功能的水下吸附装置的吸附方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将具有缓冲水流冲击功能的水下吸附装置装载于水下检修机器人的装置中，其中通过信号线把伺服电机与工控机进行连接，伸缩气缸的外部固定于水下机器人本体外侧，且伸缩气缸处于最小行程状态；
S2：岸上工作人员操控人机交互界面，水下机器人通过搭载的螺旋桨潜入海水到需要检测的水下结构件附近位置，并依据机器人自身系统完成定位功能；
S3：工作人员发出指令使机器人对目标结构件腐蚀处进行目标识别定位，识别桩腿腐蚀的准确位置，通过调整机器人的姿态，寻找到吸附装置需要的吸附位置；
S4：工控机通过信号线控制伺服电机驱动伸缩气缸使得吸附装置外表面与结构件表面进行贴合，对吸附装置进行通电，电磁铁产生磁力完成吸附过程，把机器人固定于水下；
S5：机器人开始检修作业，此过程中机器人受水流的冲击力作用，会产生横向和纵向的推理，缓冲弹簧、缓冲钢板和滑动关节球可以控制机器人小幅度稳定的摆动，缓解水流冲击对机器人的伤害，确保机器人稳定工作。
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