CN206669221U - 海底管道安装伺服机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种海底管道安装伺服机器人，适用于海底大吨位管道的承插，其主要由承插机构、插入机构、送进机构、监测系统组成。本实用新型的插入机构和承插机构可使其与插入管道和承插管道紧密接触，通过对液压缸力位混合伺服控制调整管道间轴线使其共线，送进机构通过对液压缸的位置伺服控制使两管道完成承插动作，其监测系统可以在机器人工作期间对水下作业现场、管道轴线位置调控、承插位置精度进行监测。与现有技术中靠人工潜入海底进行作业，无法保证人员安全、承插精度以及工作效率等相比，本实用新型可在海底的恶劣的工作环境中，准确、高效、连续地完成多个管道的连接，具有安全、方便、可靠且适用性广泛等特点。

Description

海底管道安装伺服机器人

技术领域

本实用新型涉及海底管道安装技术领域，具体涉及一种海底管道安装伺服机器人，主要用于海底大吨位管道的承插。

背景技术

随着能源需求不断增加以及海洋工程技术不断进步，世界各地成功铺设了多种类型、管径的海底管道，总长度达几万公里，海底管道对于能源输送日趋重要。

海底管道类型众多，对于玻璃钢管等不易焊接的管道，在海底进行管道承插时，由于海水波动、能见度差等工况影响，很难保证插入管与承插管同轴度、管道接口的角度偏差、承插深度误差在要求误差内，最终将导致工程可靠性下降。所以需要海底管道安装伺服机器人在管道承插过程中自动调节，保证承插工程质量。

目前，海底管道安装工程需要工作人员长时间潜入海底进行人工观测检查，由于海底工作环境恶劣，检测人员工作风险大，检测精度难以保证，并且检测效率低下。如何在保证工作人员安全、承插精度高、承插效率高的前提下进行海底管道安装工作意义重大。

发明内容

本实用新型旨在提供一种海底管道安装伺服机器人，在海底能够快速、高效的完成管道承插工作。

本实用新型目的通过下述技术方案实现：一种海底管道安装伺服机器人，包括插入机构、承插机构、送进机构、监测系统，所述插入机构包括插入主体、插入液压缸、插入橡胶板、插入滚轮和插入升降螺杆，所述插入滚轮安装在插入升降螺杆上，所述插入橡胶板安装在插入液压缸的活塞杆上，所述插入主体结构为中空三平面周等分柱体，三平面的中垂面相互成120°，三个平面上的两端对称布置安装两组插入液压缸和两组插入升降螺杆，每组各有插入液压缸3个、插入升降螺杆3个，所述插入滚轮通过插入升降螺杆使其与插入管内壁相接触且可在插入管内壁滚动，所述橡胶板面呈圆弧面可在活塞杆伸缩下与插入管内壁接触或分离；所述承插机构包括承插主体、承插液压缸、承插橡胶板、承插滚轮和承插升降螺杆，所述承插机构各构件结构、作用及安装与插入机构的对应相同；所述送进机构包括支撑杆、3个送进液压缸，所述支撑杆通过中空孔与承插主体固定连接且与插入主体构成移动副，插入主体可以在支撑杆上滑动，所述送进液压缸的缸体固定在承插主体平面上，活塞杆固定在插入主体平面上；插入液压缸与承插液压缸均采用力位混合伺服控制；送进液压缸采用位置伺服控制。

所述监测系统包括摄像头、插入位置传感器、插入力传感器、承插位置传感器、承插力传感器、送进位置传感器，所述摄像头安装在承插主体上，插入位置传感器两端分别与插入主体和插入液压缸连接，插入力传感器安装在插入橡胶板凹槽中，承插位置传感器两端分别与承插主体和承插液压缸连接，承插力传感器安装在承插橡胶板凹槽中，送进位置传感器一端安装在承插主体上，另一端安装在插入主体上。

所述插入液压缸或承插液压缸活塞杆伸出至插入橡胶板或承插橡胶板接触到管壁前，采用位置伺服控制，由位置传感器测量位移大小，以使承插管和插入管的轴线重合；所述插入液压缸或承插液压缸活塞杆伸出至插入橡胶板或承插橡胶板接触到管壁后，采用力伺服控制，由力传感器测量力的大小，以控制承插动作所需的力；送进液压缸收缩时采用位置伺服控制，由位置传感器测量位移大小，以控制承插管或插入管的插入深度误差。

本实用新型的插入机构和承插机构可使其与插入管道和承插管道紧密接触，通过对液压缸力位混合伺服控制调整管道间轴线使其共线，管道轴线对中后送进机构通过对液压缸的位置伺服控制使两管道完成承插动作，然后使机器人运动至下一组管道，重复安装动作，其监测系统可以在机器人工作期间对水下作业现场、管道轴线位置调控、承插位置精度进行监测。

与现有技术中靠人工潜入海底进行作业，无法保证人员安全、承插精度以及工作效率等因素相比，本实用新型可在海底的恶劣的工作环境中，准确、高效、连续地完成多个管道的连接，具有安全、方便、可靠且适用性广泛等特点。

附图说明

图1为海底管道安装伺服机器人结构示意图。

图2为图1所示伺服机器人俯视图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明：

参见图1～2，本实施例的海底管道安装伺服机器人，其包括插入机构、承插机构、送进机构、监测系统，插入机构包括插入滚轮1、插入升降螺杆2、插入橡胶板3、插入液压缸4、插入主体6；承插机构包括承插升降螺杆11、承插橡胶板13、承插液压缸14、承插主体16、承插滚轮17；送进机构包括支撑杆9、送进液压缸10；监测系统包括插入位置传感器5、插入力传感器7、送进位置传感器8、承插力传感器12、承插位置传感器15、摄像头18。承插主体16与支撑杆9固定连接，插入主体6与支撑杆9构成移动副，可以在支撑杆9上滑动。插入主体6上安装两组插入液压缸4和两组插入升降螺杆2，每组插入液压缸有3个，每组插入升降螺杆有3个，都分别安装在插入主体6的三个平面上，三个平面周等分分布。插入橡胶板3安装在插入液压缸4上。插入位置传感器5两端分别与插入主体6和插入液压缸4连接。插入滚轮1安装在插入升降螺杆2上。插入力传感器7安装在插入橡胶板3凹槽中。送进液压缸10缸体安装在承插主体16上，送进液压缸活塞杆安装在插入主体6上。送进位置传感器8一端安装在承插主体16上，另一端安装在插入主体6上。承插主体16安装两组承插液压缸14和两组承插升降螺杆11，每组承插液压缸有3个，每组承插升降螺杆有3个，都分别安装在承插主体16的三个平面上，三个平面周等分分布。承插橡胶板13安装在承插液压缸14上。承插位置传感器15两端分别与承插主体16和承插液压缸14连接。承插滚轮17安装在承插升降螺杆11上。承插力传感器12安装在承插橡胶板13凹槽中。摄像头18安装在承插主体16上。

本实用新型海底管道安装伺服机器人工作过程如下：首先海底管道安装伺服机器人根据管道的直径通过插入升降螺杆2调整插入滚轮1的位置，通过承插升降螺杆11调整承插滚轮17的位置，使滚轮能够适合管道直径。当海底管道安装伺服机器人进入管道后，发动机通过行走机构将动力传递给插入滚轮1和承插滚轮17，带动机器人在管道内行走，通过摄像头18，工作人员可以观察机器人在管道内的位置，使机器人插入主体6和承插主体16分别处于插入管和承插管工作位置。两组承插液压缸14首先通过位置伺服控制进行同步伸出动作，通过承插位置传感器15监测承插液压缸14伸出位移，当承插橡胶板13与承插管壁接触时，通过力伺服控制防止液压缸出力过大将管道压损，通过承插力传感器12监测接触压力。此时通过位置伺服控制调节两组承插液压缸14的输出位移，使6个承插液压缸伸出长度相同，保证支撑杆9与承插管轴线共线。然后靠近承插管的这组插入液压缸4先同步伸出，当插入橡胶板3与插入管接触时，观察插入力传感器7的数值，防止液压缸出力过大将管道压损。通过伺服控制调节，使靠近承插管的这组插入液压缸伸出长度与承插液压缸长度相同。然后通过伺服控制使远离承插管的这组插入液压缸4伸出长度与前三组相同，并同时观察插入力传感器7的数值，防止液压缸出力过大将管道压损。然后通过位置伺服控制使3个送进液压缸10同步收缩，通过送进位置传感器8检测送进距离。完成承插动作后，插入液压缸4和承插液压缸14缩回至初始位置，送进液压缸10伸出至初始位置。机器人运动到下一组管道重复上述动作，快速、精准、高效的完成管道安装。

Claims (3)

1.一种海底管道安装伺服机器人，其特征在于，包括插入机构、承插机构、送进机构、监测系统，所述插入机构包括插入主体、插入液压缸、插入橡胶板、插入滚轮和插入升降螺杆，所述插入滚轮安装在插入升降螺杆上，所述插入橡胶板安装在插入液压缸的活塞杆上，所述插入主体结构为中空三平面周等分柱体，三平面的中垂面相互成120°，三个平面上的两端对称布置安装两组插入液压缸和两组插入升降螺杆，每组各有插入液压缸3个、插入升降螺杆3个，所述插入滚轮通过插入升降螺杆使其与插入管内壁相接触且可在插入管内壁滚动，所述橡胶板面呈圆弧面可在活塞杆伸缩下与插入管内壁接触或分离；所述承插机构包括承插主体、承插液压缸、承插橡胶板、承插滚轮和承插升降螺杆，所述承插机构各构件结构、作用及安装与插入机构的对应相同；所述送进机构包括支撑杆、3个送进液压缸，所述支撑杆通过中空孔与承插主体固定连接且与插入主体构成移动副，插入主体可以在支撑杆上滑动，所述送进液压缸的缸体固定在承插主体平面上，活塞杆固定在插入主体平面上；插入液压缸与承插液压缸均采用力位混合伺服控制；送进液压缸采用位置伺服控制。

2.根据权利要求1所述的海底管道安装伺服机器人，其特征在于，所述监测系统包括摄像头、插入位置传感器、插入力传感器、承插位置传感器、承插力传感器、送进位置传感器，所述摄像头安装在承插主体上，插入位置传感器两端分别与插入主体和插入液压缸连接，插入力传感器安装在插入橡胶板凹槽中，承插位置传感器两端分别与承插主体和承插液压缸连接，承插力传感器安装在承插橡胶板凹槽中，送进位置传感器一端安装在承插主体上，另一端安装在插入主体上。

3.根据权利要求1所述的海底管道安装伺服机器人，其特征在于，所述插入液压缸或承插液压缸活塞杆伸出至插入橡胶板或承插橡胶板接触到管壁前，采用位置伺服控制，由位置传感器测量位移大小，以使承插管和插入管的轴线重合；所述插入液压缸或承插液压缸活塞杆伸出至插入橡胶板或承插橡胶板接触到管壁后，采用力伺服控制，由力传感器测量力的大小，以控制承插动作所需的力；送进液压缸收缩时采用位置伺服控制，由位置传感器测量位移大小，以控制承插管或插入管的插入深度误差。