CN117184373A - 一种用于核辐射环境水下修复重型载具平台及作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于核辐射环境水下修复重型载具平台及作业方法，解决了现有的水下作业机器人作业方式单一、不能满足水下作业的准确定位、固定、行走、爬壁等问题。

Description

一种用于核辐射环境水下修复重型载具平台及作业方法

技术领域

本发明涉及核辐射环境水下修复技术领域，尤其涉及一种用于核辐射环境的水下修复重型载具平台及作业方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

核设施中有很多水下设备和构件，在运维过程中，经过长期高温高压、水下侵泡、核辐射等各种工况的影响，设备和构件的主材或焊缝容易产生各类缺陷或损伤，需进行必要的修复工作，来提高核设施设备和构件的可用性和安全性。核辐射环境水下修复是一项系统性的、集成各类水下作业设备和技术的复杂工作，涉及水下检测、水下焊接增材、水下切割、水下打磨等多种水下作业设备和技术。

在现有技术的水下作业装置，作业方式比较单一，往往不具备池底和池壁贴地行走功能，不能安装适配多种水下作业设备，或者不具备浮游功能，没有固定平台的吸盘，因此，亟需一种具备通用性、可灵活搭载不同作业设备、适用不同工序需求的重型载具平台，能够适应水下修复载具平台浮游、爬壁和贴地行走、吸盘吸附等功能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的是提供一种用于核辐射环境水下修复重型载具平台及该平台的作业方法，以解决现有的水下作业机器人作业方式单一、不能满足水下作业的准确定位、固定、行走、爬壁等问题。

为了实现上述目的，一方面本发明实施例提供了一种用于核辐射环境水下修复重型载具平台，包括车体框架结构、齿轮履带行走机构和螺旋桨动力装置，所述轮履带行走机构和螺旋桨动力装置安装在车体框架结构上；

所述齿轮履带行走机构设有齿轮履带模块，齿轮履带模块包括履带和驱动电机，驱动电机驱动履带沿池底或池壁行走；

所述螺旋桨动力装置包括至少4个径向螺旋桨推进器和至少4个轴向螺旋桨进器，安装在车体框架结构上，为载具平台的运动提供动力，其中，径向螺旋桨推进器的中轴线与载具平台吸附面平行，对称布置在车体框架结构的侧面，轴向螺旋桨推进器的中轴线与载具平台吸附面垂直，对称布置在车体框架结构的两侧。

通过径向和轴向螺旋桨推进器实现水中任意方向的浮游，当载具平台到达指定位置附近后，由于零浮力设计，履带与池壁面几乎不存在摩擦力，或履带与池底的摩擦力较低，通过4个轴向螺旋桨推进器工作将载具平台与壁面或池底贴紧，增加履带与池底或池壁的摩擦力，通过齿轮履带模块将载具平台精确地移动到指定位置，进行检修。

在一些实施例中，还包括吸盘组件，固定安装在车体框架结构底面上。通过吸盘组件将载具平台位置牢牢固定，最后通过搭载在车体框架结构上的多功能机械臂或其它水下作业设备进行水下修复作业。

在一些实施例中，所述吸盘组件为4个，所述吸盘安装板设置在车体框架结构底面四角的位置。

在一些实施例中，所述齿轮履带行走机构安装在车体框架结构的底面上，优选的，车体框架结构和齿轮履带行走机构通过齿轮履带安装支架和角铁连接。

在一些实施例中，所述齿轮履带行走机构还包括升降结构，通过升降结构带动车体框架结构沿垂直吸附面方向做升降运动。

在一些实施例中，所述齿轮履带行走机构还包括电机安装支架，电机安装支架上安装升降电机，升降电机驱动升降结构做升降运动；优选的，电机安装支架固定安装在车体框架结构底面上。齿轮履带行走机构通过升降结构带动车体框架结构在垂直吸附面方向做升降运动。当齿轮履带模块将载具平台精确地移动到指定位置，升降结构带动车体框架结构下降，使安装在车体框架结构底面的吸盘贴合池底或池壁，再通过吸盘吸附动作将载具平台与壁面或池底贴紧，排除吸盘内的空气，将载具平台位置牢牢固定。

在一些实施例中，所述车体框架结构上搭载多功能机械臂或其它水下作业设备。

在一些实施例中，还包括浮力材组件，所述浮力材组件分布在车体框架四周，固定安装在车体框架上。

在一些实施例中，还包括电子仓，电子仓汇总齿轮履带行走机构、吸盘组件、螺旋桨动力装置和灯射组件的供电电缆和信号电缆，并通过脐带电缆连接控制系统连接。

在一些实施例中，还包括灯摄组件，所述灯摄组件包含摄像头、摄像头夹紧支架、摄像头可调整支架。

另一方面，本发明提供了一种水下修复的重型载具平台的作业方法，包括：

通过螺旋桨推进器带动载具平台浮游到大致的工作位置；

当载具平台到达指定工作位置附近后，轴向螺旋桨推进器提供附着力，使载具平台与池底或池壁贴紧；

通过齿轮履带行走机构进行直行或转弯将载具平台精确地移动到指定位置；

通过齿轮履带行走机构升降电机使车体框架结构垂直于池底或池壁下降，使安装在车体框架结构底面的吸盘贴合池底或池壁，通过吸盘吸附动作，使得载具平台牢牢吸附在池底或池壁上，然后载具平台可以开展水下维修作业。

在一些实施例中，当载具平台需要离开时，吸盘组件执行释放动作；齿轮履带行走机构升降电机使车体框架结构垂直于吸附面上升，使吸盘脱离吸附面；螺旋桨推进器带动载具平台浮游移动。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、本发明通过齿轮履带模块和轴向螺旋桨推进器配合，轴向螺旋桨推进器工作为齿轮履带行走机构提供附着力，使载具平台可以在池壁或池底进行可靠的行走。

2、本发明通过螺旋桨推进器使载具平台在水中任意方向浮游，到达位置后，通过控制器进行遥控，齿轮履带模块和轴向螺旋桨推进器配合工作，使载具平台进行更细致的移动，更精准的到达指定位置。

3、本发明载具平台通过吸盘组件牢牢地固定在池壁或池底指定位置，为多功能机械臂或其它水下作业设备提供超强承载性能的安装基座，有利于操作精度的提高。

4、载具平台车体框架结构由槽铝型钢拼焊而成，可以适配安装包括机械臂在内的多种水下作业设备，可以应用在各种水下作业场景。

5、载具平台有多重操作模式，可以通过手持遥控器无线远程操作，同时配备多屏控制台，实时显示水下作业场景，提高了遥控定位和作业的精度。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明水下重型载具平台的结构示意图

图2为本发明水下重型载具平台的齿轮履带行走机构示意图

图3为本发明水下重型载具平台的车体框架结构示意图

图4为本发明水下重型载具平台的螺旋桨布置示意图

图5为本发明水下重型载具平台灯射组件结构示意图

图中：1、吸盘组件；2、齿轮履带行走机构；3、车体框架结构；4、螺旋桨动力装置；5、灯射组件；6、浮力材组件；7、电子仓；8、脐带电缆；9、控制系统；201、角铁；202、齿轮履带模块；203、连接轴；204、升降电机；205、T型换向器；206、联轴器；207、电机安装支架；301、推进器安装板；302、槽铝；303、齿轮履带安装支架；304、吸盘安装板；401、径向螺旋桨推进器；402、轴向螺旋桨推进器；501、摄像头；502、摄像头夹紧支架；503、摄像头可调整支架。

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中现有的水下作业机器人作业方式单一、不能满足水下作业的准确定位、固定、行走、爬壁等多场景使用问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种用于核辐射环境的水下修复重型载具平台及作业方法。

实施例1

本发明一实施例中记载了一种用于核辐射环境的水下修复重型载具平台，包括车体框架结构3、齿轮履带行走机构2、吸盘组件1、浮力材组件6、螺旋桨动力装置4、灯摄组件5、电子仓7、脐带电缆8和控制系统9；所述齿轮履带行走机构2、吸盘组件1、浮力材组件6、螺旋桨动力装置4、灯摄组件5、电子仓7均安装在车体框架结构3上。

如图1和图3所示，所述车体框架结构3由槽铝302、推进器安装板301、吸盘安装板304、齿轮履带安装支架303拼焊而成。所述车体框架结构3上可以搭载安装多功能机械臂或其它水下作业设备，根据不同需求进行作业。所述车体框架结构3中间用槽铝302围合成一个空腔，空腔内设置电子仓7，电子仓7汇总齿轮履带行走机构2、吸盘组件1、螺旋桨动力装置4和灯摄组件5的供电电缆和信号电缆，并通过脐带电缆8与控制系统9连接。所述控制系统9包含多屏控制台和手持遥控器，操作人员通过控制台或手持遥控器对载具平台进行远程操作。

车体框架结构3内设支撑结构，便于安装齿轮履带行走机构2和吸盘组件1。推进器安装板301分别设置在车体框架结构3的侧面，以及四个侧面相接的四个角的位置，其中侧面垂直于吸附面。

所述齿轮履带行走机构2安装在车体框架结构3的底面上，车体框架结构3上固定有齿轮履带安装支架303，齿轮履带行走机构2上固定有角铁201，两者通过齿轮履带安装支架303和角铁201用螺栓连接。

吸盘安装板304共有4个，设置在车体框架结构3底面四个角的位置，所述吸盘组件1总有4个，固定安装在车体框架结构3吸盘安装板304上。浮力材组件6分布在车体框架四周，固定安装在车体框架上，为载具平台提供0浮力。

如图2所示，齿轮履带行走机构2包括升降电机204、电机安装支架207和齿轮履带模块202，两个齿轮履带模块202内分别有驱动电机，通过驱动电机驱动带动履带行走。当两个驱动电机驱动转速相同时，带动履带使载具平台在池底或池壁壁面上进行直线行走，当两个驱动电机驱动转速不同时，带动履带使载具平台在池底或池壁壁面上转弯。

齿轮履带模块202设有升降结构，通过升降电机204驱动升降结构运动，带动齿轮履带行走机构2和车体框架结构3沿垂直吸附面方向作升降运动。当载具平台需要固定时，吸盘需要吸附在池底或池壁，升降结构带动车体沿垂直吸附面方向下降，使吸盘靠近池底或池壁并接触吸附；当载具平台需要移动时，升降结构带动车体沿垂直吸附面方向上升，使吸盘远离池底或池壁并脱离。

如图4所示，所述螺旋桨动力装置4包含8个螺旋桨推进器，为载具平台的运动提供动力。其中4个径向安装，称为径向螺旋桨推进器401；4个轴向安装，称为轴向螺旋桨推进器402。螺旋桨推进器通过推进器安装板301固定在车体框架结构3上。

4个径向螺旋桨推进器401对称安装在车体框架结构3两两侧面相接处，即如图3所示的框架的四个角上，4个径向螺旋桨推进器401中轴线均与吸附面平行。4个轴向螺旋桨推进器402对称安装在车体框架结构3的侧面，径向螺旋桨推进器401和轴向轴向螺旋桨推进器402都设置在在车体框架结构对称中心面位置，4个轴向螺旋浆推进器的中轴线均与吸附面平面垂直。径向螺旋桨推进器401和轴向螺旋桨推进器402的个数可调，如可根据实际需要分别替换为8个、12个、16个。

通过4个径向螺旋桨推进器401和4个轴向轴向螺旋桨推进器402的配合，实现载具平台的任意方向的浮游和翻转，通过4个轴向螺旋桨推进器402的配合工作，提供相对于池底或池壁的推力和吸力，实现载具平台贴紧或离开池底或池壁，4个轴向螺旋桨推进器402为载具平台提供附着力，让载具平台在池底或池壁上可以通过履带进行稳定行走。

如图5所示，所述灯摄组件5包含摄像头501、摄像头夹紧支架502、摄像头可调整支架503，用于对载具平台的周围进行视频监控，实时观察载具平台在水中的作业环境，并在多屏控制台上进行实时显示，方便进行设备准确定位和检修。

本实施例的工作原理为：

本发明的一种可用于核辐射环境的水下修复重型载具平台，通过4个径向螺旋桨推进器401和4个轴向轴向螺旋桨推进器402实现水中任意方向的浮游，当载具平台到达指定位置附近后，通过4个轴向螺旋桨推进器402将载具平台与壁面或池底贴紧，通过齿轮履带模块202将载具平台精确地移动到指定位置，通过齿轮履带行走机构2的升降结构使车体垂直于吸附面下降，使吸盘接触池底或池壁，通过吸盘组件1吸附动作，将载具平台位置牢牢固定，最后通过搭载在车体框架结构3上的多功能机械臂或其它水下作业设备进行水下修复作业。灯摄组件5用于实时观察载具平台在水中的作业环境，并在多屏控制台上进行实时显示。载具平台通过脐带电缆8与控制台连接，操作人员通过控制台或手持遥控器对载具平台进行远程操作。当载具平台需要移动或离开时，吸附组件执行释放动作，然后通过齿轮履带行走机构2升降结构使车体垂直于吸附面上升，使吸盘离开池底或池壁，并通过4个轴向螺旋桨推进器402配合工作将载具平台与壁面或池底脱离，通过4个径向螺旋桨推进器401和4个轴向轴向螺旋桨推进器402实现水中任意方向的浮游，使载具平台到达指定位置附近。

本发明通过齿轮履带模块和轴向螺旋桨推进器配合，轴向螺旋桨推进器工作为齿轮履带行走机构提供附着力，使载具平台可以在池壁或池底进行可靠的行走，通过控制器进行遥控，齿轮履带模块和轴向螺旋桨推进器配合工作，使载具平台进行更细致的移动，更精准的到达指定位置；同时吸盘组件牢牢地固定在池壁或池底指定位置，为多功能机械臂或其它水下作业设备提供超强承载性能的安装基座，有利于操作精度的提高。

实施例2

本发明提供了一种水下修复的重型载具平台的作业方法，包括：

通过径向螺旋桨推进器和轴向螺旋桨推进器带动载具平台浮游到大致的工作位置；

当载具平台到达指定工作位置附近后，轴向螺旋桨推进器提供附着力，使载具平台与池底或池壁贴紧；

通过齿轮履带行走机构进行直行或转弯将载具平台精确地移动到指定位置；

通过齿轮履带行走机构升降电机使车体框架结构垂直于吸附面下降，通过吸盘组件吸附动作，使载具平台牢牢吸附在池底或池壁上，从而进行水下维修作业。

当载具平台需要离开时，吸盘组件执行释放动作，使吸盘脱离池底或池壁；齿轮履带行走机构使车体框架结构垂直于吸附面上升；径向螺旋桨推进器和轴向螺旋桨推进器带动载具平台浮游移动。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种用于核辐射环境水下修复重型载具平台，包括车体框架结构、齿轮履带行走机构和螺旋桨动力装置，所述轮履带行走机构和螺旋桨动力装置安装在车体框架结构上，其特征在于：

所述齿轮履带行走机构设有齿轮履带模块，齿轮履带模块包括履带和驱动电机，驱动电机驱动履带沿池底或池壁行走；

所述螺旋桨动力装置包括至少4个轴向螺旋桨推进器和至少4个径向螺旋桨推进器，安装在车体框架结构上，为载具平台的运动提供动力，其中，径向螺旋桨推进器中轴线与载具平台吸附面平行，对称布置在车体框架结构的四个角上，轴向螺旋桨中轴线与载具平台吸附面垂直，对称布置在车体框架结构的两侧。

2.如权利要求1所述的用于核辐射环境水下修复重型载具平台，其特征在于：还包括吸盘组件，固定安装在车体框架结构吸盘安装板上。

3.如权利要求2所述的用于核辐射环境水下修复重型载具平台，其特征在于：所述吸盘组件为4个，所述吸盘安装板设置在车体框架结构吸附面四角的位置。

4.如权利要求1所述的用于核辐射环境水下修复重型载具平台，其特征在于：所述齿轮履带行走机构安装在车体框架结构的底面上；优选的，车体框架结构和齿轮履带行走机构通过齿轮履带安装支架和角铁连接。

5.如权利要求1所述的用于核辐射环境水下修复重型载具平台，其特征在于：所述齿轮履带行走机构还包括升降结构，通过升降结构带动车体框架结构在垂直吸附面方向做升降运动。

6.如权利要求1所述的用于核辐射环境水下修复重型载具平台，其特征在于：所述齿轮履带行走机构还包括电机安装支架，电机安装支架上安装升降电机，升降电机驱动升降结构做升降运动。

7.如权利要求1所述的用于核辐射环境的水下修复重型载具平台，其特征在于：所述车体框架结构上搭载多功能机械臂或其它水下作业设备。

8.如权利要求1所述的用于核辐射环境的水下修复重型载具平台，其特征在于：还包括浮力材组件，所述浮力材组件分布在车体框架四周，固定安装在车体框架上。

9.如权利要求1所述的用于核辐射环境的水下修复重型载具平台，其特征在于：还包括电子仓，电子仓汇总齿轮履带行走机构、吸盘组件、螺旋桨动力装置和灯射组件的供电电缆和信号电缆，并通过脐带电缆连接控制系统连接。

10.一种水下修复的重型载具平台的作业方法，其特征在于:

通过螺旋桨推进器带动载具平台浮游到大致的工作位置；

当载具平台到达指定工作位置附近后，轴向螺旋桨推进器提供附着力，使载具平台与池底或池壁贴紧；

通过齿轮履带行走机构进行直行或转弯将载具平台精确地移动到指定位置；

通过齿轮履带行走机构升降电机使车体框架结构垂直于吸附面下降，通过吸盘组件吸附动作使载具平台牢牢吸附在池底或池壁上，从而进行水下维修作业；

优选的，当载具平台需要离开时，吸盘组件执行释放动作，齿轮履带行走机构的升降电机使车体框架结构垂直于吸附面上升，使吸盘脱离池底或池壁；

径向螺旋桨推进器和轴向螺旋桨推进器带动载具平台浮游移动。