CN203786566U - 一种海底电缆检修水下机器人系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海底电缆检修水下机器人系统，包括水面单元和水下单元；水面单元包括：供电电源、水面光端机、操控单元、显示单元；水下单元通过光纤电力复合电缆与所述水面单元连接；水下单元包括水下机器人载体、水下光端机、深度计、陀螺罗经、水下TV、推进装置、高度计、机械手装置、浅地层剖面仪、侧扫声纳装置以及图像合成装置等。本实用新型集成了水下机器人，声纳系统，电缆检测设备等多领域技术手段，建立了一套具有海底电缆水下检修功能的工作平台，能够实现在复杂海洋环境下对海底电缆进行安全检测，并能够进行一定维修工作，对比现有技术，在探测范围和精度上有了极大的提高，降低了工作成本。

Description

一种海底电缆检修水下机器人系统

技术领域

本实用新型涉及海底电缆水下检修领域，具体的说是一种用于海底电缆检测、维修的水下机器人系统。

背景技术

海底电缆是石油开采及输送的生命线，但由于海底电缆的服役环境非常复杂：海浪和海流的冲刷、环境腐蚀、海生物附着、材料老化、机械伤及人为因素均会对海底电缆造成破坏，因此海底电缆的损伤和断裂的事故时有发生，严重影响了海上安全生产，尤其近年来，出现了多次高压的动力电缆断裂事故，带来了较大的经济损失。因此,对海底电缆进行安全检测，探明现有海底电缆铺设状、准确位置及埋设状况，对海底电缆及时维修和更新具有十分重要的意义。

但是目前，由于我国海底电缆建设起步较晚，技术不成熟，尚没有对海底电缆工作状态进行科学检修的有效手段。多采用磁力仪，多波速测量仪等进行探测，但该类设备无法测量海底电缆埋藏深度，鉴于工作水深的限制，以上设备也无法下沉到有效电缆磁异常范围内,电缆磁力异常信号不明显。另外，即使出现了较为先进的水下装备也仅限于检测功能，无法实现检修的目的，总的来说，目前没有一种对海底电缆工作状态进行科学检修的有效手段。

发明内容

鉴于已有技术存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供了一种能够用于海底电缆检修的水下机器人系统，可以行之有效的解决海底电缆工作状态检修问题。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种海底电缆检修水下机器人系统，包括水面单元和水下单元；所述的水面单元包括：用于为整个水下机器人系统提供电力的供电电源，用于光、电信号转换以及水面到水下通信信号转换的水面光端机；所述水下单元通过光纤电力复合电缆与所述水面单元连接；所述水下单元包括：水下机器人载体，用于光、电信号的转换以及水下到水面通信信号的转换的水下光端机，用于为水下机器人系统提供深度信息便于实现控制水下机器人载体垂向运动的深度计，用于获取水下机器人载体首向、纵倾、横摇三个自由度的角度信息便于实现控制水下机器人载体运动动作的陀螺罗经，用于拍摄海底地貌以及周边海洋建筑物的视频图像便于实现操控水下机器人载体以及为海底电缆检测起引导作用的水下TV，由伺服电机驱动且能够控制水下机器人载体运动的推进装置；其特征在于：

所述水面单元还包括：由水面控制终端和手持操控杆组成，用于对水下机器人载体以及所搭载的探测检修装置下达控制指令并接收水下传输信息的操控单元；由若干视频监视器组成，用于显示海底电缆工作状态信息和水下机器人载体运行情况的显示单元；

所述水下单元还包括：用于通过电缆接收供电电源的电力，并转化为水下机器人提供所需电力的水下电源转换装置；用于为水下机器人载体提供距海底的高度信息便于海底电缆探测时水下机器人载体定高巡航控制及电缆探测高度参考的高度计；集成于水下机器人载体上，由操控单元控制动作，用于海底电缆的切割、打磨、维修工作的机械手装置；用于探测一定厚度的海底地层，获取海底电缆布放情况的浅地层剖面仪；用于探测海底地形，利于水下机器人海底操控的侧扫声纳装置。

进一步的，水下单元还包括将所述浅地层剖面仪和所述侧扫声纳装置所获得的图像信息合成为水下机器人载体周围环境及海底的三维立体图像的图像合成装置。

进一步的，所述水下机器人系统还包括：设置于海面上，用于测量水面单元的位置信息的水面定位装置；设置于水下，用于进行水下位置定位的水下定位装置；用于测定海底电缆的路由、埋深及故障点信息的海底电缆检测设备以及将水面定位装置、水下定位装置、电缆检测设备输出的信息进行数据融合，动态输出水下机器人位置及海底电缆及故障点的位置信息便于用户控制操控单元动作的定位信息融合装置。

进一步的，所述推进装置包括平面推进器和垂向推进器；其中，所述平面推进器由若干台导管螺旋桨组成，与载体轴线方向呈45°角布置，控制水下机器人载体的进退、横移以及转首运动；垂向推进器由若干台导管螺旋桨组成，分别布置于水下机器人载体底部且对称分布。

进一步的，所述浅地层剖面仪布置在水下机器人载体底部，探测面垂直向下。

进一步的，所述侧扫声纳装置布置在水下机器人载体左舷和右舷两侧，且探测面与水平面成水平向下倾斜25°～30°。

进一步的，机械手装置布置于水下机器人载体前端。

进一步的，所述水面单元还包括用于水下机器人系统的布放和回收的吊放装置，所述吊放装置起吊点布置于水下机器人载体框架顶端，与载体的重心在同一条铅垂线上，保证载体吊放过程中的稳定性。

进一步的，所述水下机器人系统还可以通过配重铅块和浮力材来不断调整浮态，确保水下机器人所受合力为1～3kg力的微正浮力。

本实用新型具有如下优点：

1、本实用新型集成了水下机器人，声纳系统，电缆检测设备等多领域成熟技术手段，建立了一套具有海底电缆水下检测功能的工作平台，能够实现在复杂海洋环境下对海底电缆进行安全检测，并能够进行一定维修工作，对比现有技术，在探测范围和精度上有了极大的提高，降低了工作成本；

2、本实用新型采用嵌入式控制系统的控制单元，具有高实时性和高可靠性的优点，为了简化用户操作流程、节省检测维修时间，利用现有的图像合成技术以及信息融合技术等对检测采集到的信息进行更为形象、具体、快捷的三维动态显示方式，以提高工作效率。

附图说明

图1为本实用新型海底电缆水下检修系统的结构原理图；

图2为本实用新型推进装置结构示意图。

图中：1、供电电源，2、吊放装置，3、操控单元，4、显示单元，5、水面定位装置，6、定位信息融合装置，7、水面光端机，8、光纤电力复合电缆，9、水下光端机，10、水下电源转换装置，11、深度计，12、高度计，13、陀螺罗经，14、水下TV，15、机械手装置，16、浅地层剖面仪，17、侧扫声纳装置，18、图像合成装置，19、水下定位装置，20、电缆检测设备，21、伺服电机，22～27、导管螺旋桨。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。

如图1所示，整个系统包括位于水面以上的供电电源1、吊放装置2、操控单元3、显示单元4、水面定位装置5、定位信息融合装置6、水面光端机7，连接水上单元和水下单元的光纤电力复合电缆8，以及位于水下的水下光端机9、水下电源转换装置10、深度计11、高度计12、陀螺罗经13、水下TV14、机械手装置15、浅地层剖面仪16、侧扫声纳17、图像合成装置18、水下定位装置19、电缆检测设备20、伺服电机21、导管螺旋桨22～27。

其中：供电电源1为整个水下机器人系统提供电力，本实施例的电源可以为440V/15kw。吊放装置2用于水下机器人载体的布放和回收，其安装在工作母船的船舷附近，起吊点布置于水下机器人载体框架顶端，与载体的重心在同一条铅垂线上，保证载体吊放过程中的稳定性。操控单元3对水下机器人系统下达操控指令，并接收水下传输的信号。显示单元4显示和监测水下检修系统运行情况。

为了便于用户操控，简化用户操作流程，节省操作时间，本系统还利用信息融合技术，加设了定位信息融合装置6，定位信息融合装置6能够将水面定位装置5、水下定位装置19和电缆检测设备20得到的海底电缆的路由、埋深及故障点信息进行数据融合，动态输出水下机器人位置及海底电缆及故障点的位置信息。水面光端机7和水下光端机9用于光、电信号的转换以及水面与水下通信信号的转换，通过光纤、电力复合电缆8连接。水下电源转换装置10将供电电源的电力并转化为水下机器人载体提供所需的电力。深度计11给出水下机器人载体的深度信息，高度计12给出水下机器人载体距海底的高度信息。陀螺罗经13给出水下机器人载体首向、纵倾、横摇三个自由度的角度信息。水下TV14可拍摄近距离海底地貌以及水下机器人载体周围的工作环境，对水下机器人的操控起引导作用。机械手装置15用于海底电缆的切割、打磨、维修等工作，布置于水下机器人载体前端，其操作范围不允许超出载体框架范围。浅地层剖面仪16探测一定厚度的海底地层，获取海底电缆布放情况，布置在水下机器人载体底部，探测面垂直向下，探测范围内无任何遮挡。侧扫声纳装置17探测海底表面地形，布置在水下机器人载体左舷和右舷两侧，探测面水平向下倾斜25～30°，减小了“盲点”的长度，探测范围内无任何遮挡。为了便于用户形象生动了解海底电缆铺设情况以及水下机器人环境等信息，本系统还可以利用图像合成技术，加设图像合成装置18，图像合成装置18能够将浅地层剖面仪14和侧扫声纳15所获得的图像信息合成为水下机器人载体周围环境及海底的三维立体图像。

如图2所示，优选的，整个水下机器人系统由伺服电机21驱动六台导管螺旋桨22～27，实现六自由度的空间运动，完成各类探测任务。其中，4台导管螺旋桨22～25组成平面推进器，与载体轴线方向成45°角布置，控制水下机器人载体的进退、横移以及转首运动；2台导管螺旋桨26、27组成垂向推进器，分别布置于水下机器人载体底端左右两舷且对称分布。

根据水下机器人工作状态，通过配重铅块和浮力材来不断调整浮态，确保水下机器人所受合力为1～3kg力的微正浮力。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海底电缆检修水下机器人系统，包括水面单元和水下单元；所述的水面单元包括：用于为整个水下机器人系统提供电力的供电电源，用于光、电信号转换以及水面到水下通信信号转换的水面光端机；所述水下单元通过光纤电力复合电缆与所述水面单元连接；所述水下单元包括水下机器人载体，用于光、电信号的转换以及水下到水面通信信号的转换的水下光端机，用于为水下机器人系统提供深度信息便于实现控制水下机器人载体垂向运动的深度计，用于获取水下机器人载体首向、纵倾、横摇三个自由度的角度信息便于实现控制水下机器人载体运动的陀螺罗经，用于拍摄海底地貌以及周边海洋建筑物的视频图像便于实现操控水下机器人载体以及为海底电缆检修起引导作用的水下TV，由伺服电机驱动且能够控制水下机器人载体运动的推进装置；其特征在于：

所述水面单元还包括：由水面控制终端和手持操控杆组成，用于对水下机器人载体以及所搭载的探测检修装置下达控制指令并接收水下传输的信息的操控单元；由若干视频监视器组成，用于显示海底电缆工作状态信息和水下机器人载体运行情况的显示单元；

所述水下单元还包括：用于通过电缆接收供电电源的电力，并转化为水下机器人提供所需电力的水下电源转换装置；用于为水下机器人载体提供距海底的高度信息便于海底电缆探测时水下机器人载体定高巡航控制及电缆探测高度参考的高度计；集成于水下机器人载体上，由操控单元控制动作，用于海底电缆的切割、打磨、维修工作的机械手装置；用于探测一定厚度的海底地层，获取海底电缆布放情况的浅地层剖面仪；用于探测海底地形，利于水下机器人海底操控的侧扫声纳装置。

2.根据权利要求1所述的水下机器人系统，其特征在于：所述水下单元还包括：将所述浅地层剖面仪和所述侧扫声纳装置所获得的图像信息合成为水下机器人载体周围环境及海底的三维立体图像的图像合成装置。

3.根据权利要求1所述的水下机器人系统，其特征在于：所述水下机器人系统还包括：设置于海面上，用于测量水面单元的位置信息的水面定位装置；设置于水下，用于进行水下位置定位的水下定位装置；用于测定海底电缆的路由、埋深及故障点信息的海底电缆检测设备。

4.根据权利要求3所述的水下机器人系统，其特征在于：所述水下机器人系统还包括：将水面定位装置、水下定位装置、电缆检测设备输出的信息进行数据融合，动态输出水下机器人位置及海底电缆及故障点的位置信息便于用户控制操控单元动作的定位信息融合装置。

5.根据权利要求1所述的水下机器人系统，其特征在于：所述推进装置包括平面推进器和垂向推进器；其中，所述平面推进器由若干台导管螺旋桨组成，与载体轴线方向成45°角布置，控制水下机器人载体的进退、横移以及转首运动；垂向推进器由若干台导管螺旋桨组成，分别布置于水下机器人载体底部且对称分布。

6.根据权利要求1所述的水下机器人系统，其特征在于：所述浅地层剖面仪布置在水下机器人载体底部，探测面垂直向下。

7.根据权利要求1所述的水下机器人系统，其特征在于：所述侧扫声纳装置布置在水下机器人载体左舷和右舷两侧，且探测面与水平面呈水平向下倾斜25°～30°。

8.根据权利要求1所述的水下机器人系统，其特征在于：机械手装置布置于水下机器人载体前端。

9.根据权利要求1所述的水下机器人系统，其特征在于：所述水面单元还包括用于水下机器人系统的布放和回收的吊放装置，所述吊放装置起吊点布置于水下机器人载体框架顶端，与载体的重心在同一条铅垂线上，保证载体吊放过程中的稳定性。

10.根据权利要求1所述的水下机器人系统，其特征在于：所述水下机器人系统还可以通过配重铅块和浮力材来不断调整浮态，确保水下机器人所受合力为1～3kg力的微正浮力。