CN116002013A - 一种水下深埋物打捞系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下深埋物打捞系统，包括：水下潜水器、抓取机构、防沉降支腿机构和喷冲系统，其中，探摸臂转动连接在水下潜水器底部，用于转动下探水下深埋物，其包括探摸本体、探摸喷冲组件和感应组件，用于探摸水下深埋物；防沉降支腿机构，至少包括分设于水下潜水器底部四角的四个支撑单元，每个支撑单元均配置成可收放结构；喷冲系统通过管路与探摸喷冲组件连接，用于向探摸喷冲组件提供高压水；该系统采用探摸臂探摸确定深埋物位置，再由抓取机构进行抓取的方式，实现对深埋物的准确定位、低难度打捞，对水下周围环境破坏性较小，安全性高，在水下打捞、海底管线维护等领域具有广泛的应用前景。

Description

一种水下深埋物打捞系统

技术领域

本发明涉及水下深埋物探测技术领域，具体涉及一种水下深埋物打捞系统。

背景技术

在水下打捞作业中，经常会遇到深埋泥下的打捞对象，如海底管线、扎入泥中的UUV、掩埋的特殊物体等，这类打捞作业受周围淤泥的影响存在目标不可见、容易坍塌、打捞难度大等问题。现有的此类打捞大多采用大范围开挖、围堰等方式，但是当全埋深度超过20米以上且土质为软性淤泥时，这种方法施工难度会急剧增加，且对水下环境破坏严重。

中国专利申请CN112319735A中公开了一种缆控打捞潜水器的打捞装备，但由于作业时需要提前获得精确的目标方位和深度等信息，无法适用于深埋物的打捞。

发明内容

针对上述问题，发明人提供了一种兼具目标探摸定位和清淤打捞功能的打捞系统，解决了水下深埋物目标不可见，打捞难度大等问题。

一种水下深埋物打捞系统，包括：水下潜水器和设于所述水下潜水器上的抓取机构，所述水下潜水器与母船通过脐带缆连接，所述水下潜水器上设有：

探摸臂，转动连接在水下潜水器底部，用于转动下探水下深埋物，其包括探摸本体、探摸喷冲组件和感应组件，所述探摸喷冲组件设于探摸本体上，用于在探摸本体下探时清除深埋管状物上的淤泥；所述感应组件设于探摸本体上，用于感应探摸本体是否触碰到水下深埋物；

防沉降支腿机构，至少包括分设于水下潜水器底部四角的四个支撑单元，每个所述支撑单元均配置成可收放结构，以旋出水下潜水器底部或旋回水下潜水器底部；

喷冲系统，所述喷冲系统通过管路与探摸喷冲组件连接，用于向所述探摸喷冲组件提供高压水；

所述抓取机构沿同一直线排布有多个，多个所述抓取机构配合，抓取水下深埋物。

进一步地，所述感应组件包括：

翘板；设于所述探摸本体底部，且与探摸本体浮动连接；

受力传感器，设于所述探摸本体内部，用于感应翘板所受阻力。

进一步地，所述探摸本体通过安装座与水下潜水器转动连接，所述探摸喷冲组件包括：

供水管路，设于所述安装座上；

水路通道，设于所述探摸本体内部，所述供水管路与水路通道通过气液滑环连接；

所述水路通道上设有若干个喷嘴；所述翘板上设有多个喷冲孔，所述喷嘴与喷冲孔相对应。

进一步地，所述支撑单元均包括：

转动组件，设于水下潜水器底部；

支撑组件，设于所述转动组件远离水下潜水器的一端，用于支撑水下潜水器，所述支撑组件配置成沿竖直方向移动；

所述转动组件带动支撑组件旋出水下潜水器底部或旋回水下潜水器底部。

进一步地，所述转动组件包括：

转轴，固定于水下潜水器的底部；

转臂，一端通过轴承与所述转轴连接，另一端与支撑组件连接；所述转臂与轴承的连接处设有角度传感器，所述角度传感器用于测量转臂转角。

摆动组件，设于所述水下潜水器上，且与转臂连接，用于带动转臂绕转轴转动；

所述摆动组件包括：

固定座，设于所述水下潜水器的底部；

第一摆杆，与所述转臂铰接；

第二摆杆，一端与所述第一摆杆铰接，另一端与所述固定座铰接；

摆动驱动件，设于所述固定座上，与所述第二摆杆连接，用于驱动第二摆杆和第一摆杆摆动，从而带动转臂转动。

进一步地，所述支撑组件包括：

支撑件；位于水下潜水器前端底部的支撑件为滑翘，位于水下潜水器后端底部的支撑件为支撑圆盘；

升降驱动件，设于所述转臂上，且与支撑件连接，用于带动支撑件升降；

进一步地，每个所述抓取机构均包括：

手爪；

手爪驱动件；

伸缩组件，与所述手爪固定连接，用于带动所述手爪伸缩；

抓取喷冲组件，设于所述手爪内部，并通过直线水滑环与所述喷冲系统的管路连接，用于在抓取过程中进一步清除深埋管状物上的淤泥；

触探组件，设于所述手爪顶部，用于打捞过程中触探被手爪抓取的深埋管状物，避免手爪过度合拢。

进一步地，所述抓取喷冲组件包括：

喷冲水路，设于所述伸缩组件内部，并沿伸缩组件内部进入手爪内部，其通过所述直线水滑环与所述喷冲系统的管路连接；

多个隐形喷嘴，设于所述手爪内部，并与喷冲水路连接。

进一步地，所述触探组件包括：

导向柱，设于手爪顶部，其上设有弹簧；

触探板，设于导向柱底部，触探板受深埋管状物挤压时带动导向柱向上移动；

接近开关，设于导向柱上方，用于感应导向柱。

进一步地，所述抓取机构还包括：用于测量手爪合拢力的传感器组，所述传感器组包括：

力传感器和油压传感器中的一个或多个；

所述力传感器设置在手爪驱动件的轴销处；所述油压传感器设置在手爪驱动件的驱动油路上。

本发明的工作原理：

作业前探摸臂处于收回状态；水下潜水器到达指定位置开启高压喷冲水给探摸臂供水，高压水从探摸臂喷嘴射出后可形成喷射破土。随后驱动探摸臂转动下放，直至到达指定深度，期间持续保持高压喷冲破土状态；或者水下潜水器在按照预先设定的轨迹贴底航行时，探摸臂在水下潜水器的带动下在泥下边喷冲破土边移动。在探摸过程中，通过感应组件感应阻力，若出现阻力突然增加的情况，则停止移动，通过探摸臂多次小幅伸缩对前方进行探测及确认。

确认发现目标后，水下潜水器进行定位记录，随后将探摸臂复位；水下潜水器通过防沉降支腿机构坐底，进行管状物打捞。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)本发明采用探摸臂探摸确定深埋物位置，再由抓取机构进行抓取的方式，实现对深埋物的准确定位，从而可对深埋于泥下的物体进行挖掘打捞。

(2)采用探摸喷冲的方式，可在探摸过程中将深埋物表面进行破土，从而减小打捞过程中抓取机构收到的阻力，同时可有效避免深埋物(特别是管状深埋物)受淤泥影响出现弯折、破损等问题，从而保护深埋物。

(3)防沉降支腿机构在水下潜水器下水/出水过程中可收至潜水器底部，布放/回收相对更为方便。

附图说明

图1为实施例1中的水下深埋管状物打捞作业系统示意图；

图2为实施例1中的水下潜水器的结构示意图；

图3为实施例1中的探摸臂初始状态示意图；

图4为实施例1中的探摸臂的结构示意图；

图5为实施例1中的防沉降支腿机构的结构示意图；

图6为实施例1中的防沉降支腿机构转动原理示意图；

图7为实施例1中的防沉降支腿机构的使用状态图；

图8为实施例1中的水下潜水器前端滑橇的回收状态图；

图9为实施例1中的水下潜水器后端支撑圆盘的回收状态图；

图10为实施例1中的抓取机构的结构示意图；

图11为实施例1中的触探组件的结构示意图；

图12为实施例1中的抓取机构抓取过程示意图。

附图标记：

1-水下潜水器；11-主框架；12-浮体；13-喷冲系统；14-探摸臂；141-安装座；142-探摸本体；143-轴承；144-油缸；145-供水管路；146-气液滑环；147-翘板；148-喷冲孔；15-防沉降支腿机构；151-转臂；152-转轴；153-摆动组件；1531-固定座；1532-第一摆杆；1533-第二摆杆；1534-摆动油缸；154-滑翘；155-支撑圆盘；156-升降油缸；157-导向件；16-抓取机构；161-伸缩导轨；162-伸缩驱动件；162-手爪；1621-手爪驱动件；1622-开口；1623-防滑保护垫；163-直线水滑环；164-转动水滑环；1651-导向柱；1652-触探板；1653-弹簧；1654-接近开关；1655-安装板；166-力传感器；167-油压传感器；2-水面布放系统；3-水面监控系统；4-深埋管状物；5-母船。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

气液滑环(水滑环)：用于向目标提供满足一定压力、温度以流量要求的介质。

实施例1

如图1所示，本实施例公开了一种水下深埋管状物打捞作业系统，包括母船5、水下潜水器1、水面布放系统2、水面监控系统3和水面动力系统，其中，水面监控系统3和水面动力系统分别与水下潜水器1通过脐带缆连接，由脐带缆向水下潜水器1提供高压强电动力和控制信号传输通道；水下潜水器1通过布放系统2进行水下布放与回收；打捞作业过程全部由操作人员在水面通过遥控完成。

具体地，如图2所示，水下潜水器1包括：作为安装基础与作业支撑平台的主框架11以及设置于其上的浮体12、喷冲系统13、探摸臂14、防沉降支腿机构15、抓取机构16，推进系统、液压动力系统、水下控制系统和探测传感系统，其中，浮体12由浮力材料制成，设置于主框架11顶部。探摸臂14纵向设置于主框架11中层横梁中心，可绕横梁底座转轴旋转下放或回收，初始状态时，探摸臂14收于主框架11底部，并指向水下潜水器1后方。抓取机构16设有四套，且沿主框架11横向等间距设置，共同动作来抓取深埋管状物4。喷冲系统13设置于主框架11中层结构上方，通过管路与探摸臂14、抓取机构16相连，可向其提供大流量高压水进行喷射破土。推进系统设置于主框架11上，提供水下潜水器1运动所需的推进力。防沉降支腿机构安装在水下潜水器1的底部，其可以采用四个、六个、八个或更多数量的支撑单元，具体数量根据水下潜水器1的大小进行调整，在本实施例中，采用四个支撑单元，分别位于水下潜水器1底部四角，用于提供提升所需的支撑力，防止水下潜水器1下陷或倾覆。液压动力系统通过液压管路分别向探摸臂14、防沉降支腿机构、抓取机构和推进系统提供液压动力。水下控制系统通过水下电缆分别与液压动力系统和探测传感系统相连，实现传感器信息采集、机构控制。

进一步地，如图3-4所示，探摸臂14包括：安装座141及探摸本体142，安装座141上端与水下潜水器搭载结构连接，下端通过轴承143、气液滑环146与两套探摸本体142连接，两套探摸本体142为两个结构与组成相同的独立系统。两套探摸本体142分别有两个独立的油缸144驱动，油缸144一端与水下潜水器连接，另一端与探摸本体142上部连接。油缸144伸缩可驱动探摸本体142绕安轴承143中心旋转，实现探摸本体142的下放与回收。轴承143设计成成对安装，一共有两对，每对轴承143中间安装一套探摸本体142，起到转动支撑的作用。

探摸本体142上设有探摸喷冲组件及感应组件，其中，探摸喷冲组件包括：供水管路145及水路通道，供水管路145呈T型，一端通过法兰与水下潜水器水路通道，另一端通过气液滑环146连接水路通道，通过T型结构将高压喷冲水通过气液滑环146分配给两端的水路通道。水路通道设于探摸本体142内部，其上设有多个向内、向外及向前的隐形喷嘴，可形成多个方向的喷射破土。

感应组件设于探摸本体142底部，具体包括：翘板147及受力传感器，翘板147整体采用多端拼接的形式，其采用薄壁板状结构，底面(靠近目标物)的一侧敷有尼龙有机材料，防止损伤目标表面。翘板147采用浮动连接进行运动和传力隔离(活动铰接、间隙安装等)。翘板147上设有多个喷冲孔148，喷嘴与喷冲孔148相对应，以便破土。受力传感器置于探摸本体142内部，用于感应翘板147所受阻力。当探摸本体142转动下探过程中，若翘板147碰触到目标物，则会向探摸本体142压缩，受力传感器通过感受来自翘板147的压力感知探摸本体142阻力变化。

如图5-9所示，每个支撑单元均包括：转动组件和支撑组件，通过转动组件可带动支撑组件展开或收回，支撑作业时四个支撑单元可全部外摆呈X型支撑，可有效增加支撑范围，防止平台底部由于喷射扰动或支撑载荷增加而导致平台出现倾斜、失稳等问题；作业结束后可全部收回至水下潜水器1底部。

具体地，转动组件包括：摆动组件153、转臂151和转轴152，转轴152通过螺栓固定于水下潜水器1的底部，转臂151为Y型梁结构，其一端通过一对滑动轴承与转轴152连接，从而实现转臂151绕转轴152的转动。转臂151与滑动轴承的连接处设有角度传感器，角度传感器用于测量转臂151的转角。摆动组件153位于转轴152的一侧，其包括：固定座1531、第一摆杆1532、第二摆杆1533和摆动油缸1534，固定座1531固定在水下潜水器1的底部，摆动油缸1534与第二摆杆1533安装于固定座1531上，第二摆杆1533的另一端与摆动油缸1534的输出端和第一摆杆1532连接，第一摆杆1532的另一端与转臂151连接，通过摆动油缸1534驱动第一摆杆1532和第二摆杆1533摆动，从而带动转臂151绕转轴152进行转动，实现转臂151的展开与回收，转臂151回收后可有效减小水下潜水器1的整体体积，可减小存储、运输、布放的难度。而转臂151展开后，可有效增加支撑范围，防止平台底部由于喷射扰动或支撑载荷增加而导致平台出现倾斜、失稳等问题。

进一步地，支撑组件包括：支撑件和升降油缸156，其中，位于水下潜水器1前端的两个支撑件为滑翘154，既可以作为主要支撑防止水下潜水器1下陷、倾覆，又可以在水下潜水器1贴底滑行时作为辅助支撑保持水下潜水器1的姿态稳定。位于后端的两个支撑件为支撑圆盘155，仅用于支撑平台。升降油缸156用于对滑翘154和支撑圆盘155的高度进行调整，以保证水下潜水器1在不平整的水底能够处于相对水平的状态，避免其出现倾斜的情况。

进一步地，由于滑翘154结构的特殊性，为提高滑翘154升降的稳定性，故在转臂151靠近滑翘154的一端设有导向件157，以对滑翘154进行升降导向。

如图10-12所示，抓取机构16包括手爪162、伸缩组件、抓取喷冲组件和触探组件，其中，伸缩组件采用多级嵌套式伸缩结构，具体包括多级嵌套的伸缩导轨1611，每一级伸缩导轨1611由一个伸缩驱动件162驱动，伸缩驱动件162的一端位于最外层伸缩导轨1611上，另一端与相应层的伸缩导轨1611连接，以实现不同层伸缩导轨1611的伸缩移动，进而带动手爪162的移动。

手爪162为两个可交叉合拢的中空结构，由两个手爪驱动件1621进行开合，手爪162与目标接触部位(内侧)采用渐开线等线型，其内表面敷设尼龙等有机材料制成的防滑保护垫1623，提升摩擦阻力且不易损伤深埋物外表面，对深埋物起到一定的保护作用。手爪162本体上设有若干开口1622，抓取喷冲组件设于伸缩导轨1611及手爪162内部，并通过直线水滑环163与打捞平台的水路连接，高压水流自打捞平台的水路进入抓取喷冲组件后，再从开口1622中喷出破土，清除深埋物上的淤泥。具体地，抓取喷冲组件包括：喷冲水路及多个隐形喷嘴，喷冲水路设于伸缩组件内部，并通过转动水滑环164进入手爪162内部后，与手爪162内部的隐形喷嘴相连，隐形喷嘴的数量与开口1622的数量相对应。

触探组件设于手爪162顶部，用于打捞过程中触探被手爪162抓取的深埋物，避免手爪162过度合拢。具体地，如图3所示，其包括导向柱1651、触探板1652和接近开关1654，导向柱1651及接近开关1654均通过安装板1655设于手爪162上，导向柱1651与安装板1655为活动连接，其上套设有弹簧1653，触探板1652设于导向柱1651底部，触探板1652受深埋物挤压时带动导向柱1651向上移动，在深埋物被放下后，又在弹簧1653的作用下复位。接近开关1654处于触探板1652向上运动行程的极限位置处，用于感应导向柱1651。当触探板1652被深埋物挤压至极限位置时，导向柱1651上升，接近开关1654被触发，反馈给控制系统，控制系统发出停止信号，控制手爪162停止合拢，损伤深埋物。

为进一步提升该机构对深埋物打捞时的保护能力，在该机构上还可设置传感器组，传感器组包括：力传感器166、电磁感应传感器和油压传感器167中的一个或多个，其中，力传感器设置在手爪驱动件1621的轴销处，油压传感器167设置在手爪驱动件1621的驱动油路上，二者均用于测量手爪162的合拢力。电磁感应传感器设置在手爪162内壁的顶部，用于感应打捞对象的大致位置。

打捞深埋管状物具体打捞过程如下：

a)通过水面布放系统将水下潜水器下放到水下。

b)使水下潜水器上的所有抓取提升机构的手爪处于完全张开状态，同时采用潜水器贴底遥控作业方式，使水下潜水器在贴底移动过程中利用探摸臂在泥下喷射破土行进进行目标物探摸与定位。

c)目标定位完成后，回收探摸臂，同时下放防沉降支腿机构并触地，潜水器形成稳定支撑，避免目标清淤期间由于泥土坍塌而导致整个潜水器本体倾斜或下陷。

d)在喷嘴喷射状态下缓慢下放其中一套(一般选取中间位置)机构的手爪。下放期间喷嘴保持喷射状态，在此过程中，会将该位置处的淤泥清除。

e)待手爪到达指定位置后，缓慢合拢手爪，当两侧手爪阻力达到均衡状态时，停止手爪合拢。

f)采用同样操作按顺序逐次下放其他抓取提升机构。

g)通过抓取提升机构间的喷射清淤，逐渐将打捞对象上方的淤泥清除，达到减小其提升阻力的目的。

h)同步收拢所有手爪，直到触探机构显示打捞对象已到极限位置，或手爪抓紧力达到设定状态。

i)所有抓取机构同步提升，提升到位后回收防沉降支腿机构，潜水器利用推进系统携带目标至水面；由水面布放系统进行回收。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种水下深埋物打捞系统，包括：水下潜水器和设于所述水下潜水器上的抓取机构，所述水下潜水器与母船通过脐带缆连接，其特征在于，还包括：

探摸臂，转动连接在水下潜水器底部，用于转动下探水下深埋物，其包括探摸本体、探摸喷冲组件和感应组件，所述探摸喷冲组件设于探摸本体上，用于在探摸本体下探时清除深埋管状物上的淤泥；所述感应组件设于探摸本体上，用于感应探摸本体是否触碰到水下深埋物；

防沉降支腿机构，至少包括分设于水下潜水器底部四角的四个支撑单元，每个所述支撑单元均配置成可收放结构，以旋出水下潜水器底部或旋回水下潜水器底部；

所述水下潜水器上设有喷冲系统，所述喷冲系统通过管路与探摸喷冲组件连接，用于向所述探摸喷冲组件提供高压水。

2.如权利要求1所述的打捞系统，其特征在于，所述感应组件包括：

翘板；设于所述探摸本体底部，且与探摸本体浮动连接；

受力传感器，设于所述探摸本体内部，用于感应翘板所受阻力。

3.如权利要求2所述的打捞系统，其特征在于，所述探摸本体通过安装座与水下潜水器转动连接，所述探摸喷冲组件包括：

供水管路，设于所述安装座上；

水路通道，设于所述探摸本体内部，所述供水管路与水路通道通过气液滑环连接；

所述水路通道上设有若干个喷嘴；所述翘板上设有多个喷冲孔，所述喷嘴与喷冲孔相对应。

4.如权利要求1所述的打捞系统，其特征在于，所述支撑单元均包括：

转动组件，设于水下潜水器底部；

支撑组件，设于所述转动组件远离水下潜水器的一端，用于支撑水下潜水器，所述支撑组件配置成沿竖直方向移动；

所述转动组件带动支撑组件旋出水下潜水器底部或旋回水下潜水器底部。

5.如权利要求4所述的打捞系统，其特征在于，所述转动组件包括：

转轴，固定于水下潜水器的底部；

转臂，一端通过轴承与所述转轴连接，另一端与支撑组件连接；所述转臂与轴承的连接处设有角度传感器，所述角度传感器用于测量转臂转角。

摆动组件，设于所述水下潜水器上，且与转臂连接，用于带动转臂绕转轴转动；

所述摆动组件包括：

固定座，设于所述水下潜水器的底部；

第一摆杆，与所述转臂铰接；

第二摆杆，一端与所述第一摆杆铰接，另一端与所述固定座铰接；

摆动驱动件，设于所述固定座上，与所述第二摆杆连接，用于驱动第二摆杆和第一摆杆摆动，从而带动转臂转动。

6.如权利要求4所述的打捞系统，其特征在于，所述支撑组件包括：

支撑件；位于水下潜水器前端底部的支撑件为滑翘，位于水下潜水器后端底部的支撑件为支撑圆盘；

升降驱动件，设于所述转臂上，且与支撑件连接，用于带动支撑件升降。

7.如权利要求1所述的打捞系统，其特征在于，所述抓取机构包括：

手爪；

手爪驱动件；

伸缩组件，与所述手爪固定连接，用于带动所述手爪伸缩；

抓取喷冲组件，设于所述手爪内部，并通过直线水滑环与所述喷冲系统的管路连接，用于在抓取过程中进一步清除深埋管状物上的淤泥；

触探组件，设于所述手爪顶部，用于打捞过程中触探被手爪抓取的深埋管状物，避免手爪过度合拢。

8.如权利要求7所述的打捞系统，其特征在于，所述抓取喷冲组件包括：

喷冲水路，设于所述伸缩组件内部，并沿伸缩组件内部进入手爪内部，其通过所述直线水滑环与所述喷冲系统的管路连接；

多个隐形喷嘴，设于所述手爪内部，并与喷冲水路连接。

9.如权利要求7所述的打捞系统，其特征在于，所述触探组件包括：

导向柱，设于手爪顶部，其上设有弹簧；

触探板，设于导向柱底部，触探板受深埋管状物挤压时带动导向柱向上移动；

接近开关，设于导向柱上方，用于感应导向柱。

10.如权利要求7所述的打捞系统，其特征在于，所述抓取机构还包括：用于测量手爪合拢力的传感器组，所述传感器组包括：

力传感器和油压传感器中的一个或多个；

所述力传感器设置在手爪驱动件的轴销处；所述油压传感器设置在手爪驱动件的驱动油路上。

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