一种基于虚拟现实技术的远程控制水下管网修补方法与流程

1.本发明涉及一种基于虚拟现实技术的远程控制水下管网修补方法。


背景技术：

2.海洋工程领域的海底管道由于其水下运行工况的特殊性，存在介质腐蚀、船舶抛锚、地质灾害和海洋开发等第三方破坏等风险，并由此引发海底管道损伤事故，海底管道一旦发生损伤后，不仅会造成海洋水体污染，油气资源浪费和海上生产中断，而且还会对其下游及终端用户的正常生产造成不利影响。
3.海底油气管道工程是一项巨大的工程，它对海上油气田的开发于生产起着至关重要的作用，被喻为油气田的生命线。但是海洋管道运输工程风险性较大，一次性投资较多，且管道通常处于海底，所以检查维护，日常管理不便，一旦出了事故，修复极为困难。
4.目前采用的海底油气管道修补一般采用水下机器人修补或人工潜水修补，不仅效率较低，而且修补的质量和精度不高，存在一定的安全隐患。


技术实现要素：

5.本发明目的在于针对现有技术所存在的不足而提供一种基于虚拟现实技术的远程控制水下管网修补方法的技术方案，该水下管网修补方法不仅可以实现远程深海域对水下管道的巡视修补，而且可以大大提高修补的质量和效率，降低了人工操作的劳动强度，提高了安全性，增加对水下管网的巡视和修补频率，确保水下管网稳定运行。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于虚拟现实技术的远程控制水下管网修补方法，其特征在于包括以下步骤：1）水下管网三维建模a、首先根据水下管网的布设图纸确定修补机器人的巡视路径，对修补机器人进行调试，根据水下管网的布设图纸选取合适长度的缆绳，并在缆绳上等间距安装浮标，相邻两个浮标之间的间距与水下管道相邻两个法兰之间的间距相等，通过设置浮标，不仅可以对修补机器人进行引导，提高巡视的效率，而且可以用于固定缆绳，当修补机器人需要对水下管道进行修补时，与缆绳进行固定连接，可以减小水底的水流对修补机器人造成冲击，提高焊接修补的质量；b、然后通过手动操控修补机器人按设定的水下管网巡视路径航行，在每遇到一个法兰时，将浮标固定于相应的法兰上，保证缆绳位于水下管道的上方，便于修补机器人悬停；c、接着在布设浮标的同时，将水下管网的实时画面传输至手动操控端的计算机上，计算机通过接收到的画面和数据进行三维建模，通过三维建模呈现水下管网的整个地形图，便于通过虚拟现实技术对修补机器人进行操控，提高了水下管网巡视和修补的可靠性，同时可以降低人工修补的危险；
d、最后将修补机器人回收检查；2）制作三维设备场景a、首先根据三维模型制作相应的三维设备场景，并将三维模型呈现的地形图输入三维设备场景的屏幕上；b、然后根据三维设备场景制作修补机器人的模型机，将模型机与修补机器人进行电性连接；c、接着操控模型机，根据屏幕上现实的画面对模型机进行操控，并进行调试；通过模型机可以增强操作时的体验感，模型机与修补机器人配合，通过操控模型机实现对修补机器人的控制；3）水下管网巡视及修补a、首先将修补机器人放入水中，通过操控模型机，使修补机器人沿着水下管道的布设路径航行，控制修补机器人与水下管道之间的间距；b、然后通过三维设备场景的屏幕观察水下管道的裂缝情况，当水下管道出现裂缝时，控制修补机器人降低高度，直至修补机器人靠近缆绳，并夹住缆绳；c、接着通过屏幕操控模型机，使修补机器人对水下管道进行修补处理，修补处理结束后，使修补机器人与缆绳脱离，继续对水下管道进行巡视，直至整个水下管网检修完毕。
7.该水下管网修补方法不仅可以实现远程深海域对水下管道的巡视修补，而且可以大大提高修补的质量和效率，降低了人工操作的劳动强度，提高了安全性，增加对水下管网的巡视和修补频率，确保水下管网稳定运行。
8.进一步，步骤1）中的浮标包括固定块，固定块上平行设置有穿线孔和水流通道，水流通道位于穿线孔的上方，缆绳与穿线孔相匹配，固定块的顶部设置有指示灯，指示灯的底部连接有电池组，电池组连接水流发电机，水流发电机位于水流通道内，穿线孔便于对缆绳进行定位，提高修补机器人工作时的稳定性和可靠性，水流通道中流动的水可以推动水流发电机转动，实现发电，产生的电能储存在电池组中，并为指示灯提供电能，指示灯可以引导修补机器人。
9.进一步，修补机器人包括壳体，壳体的内部设置有蓄电池组和控制器，控制器连接蓄电池组，壳体的顶部设置有信号发射接收器，信号发射接收器与控制器电性连接，壳体的端部设置有防护罩，防护罩内设置有主摄像头，主摄像头与控制器电性连接，壳体的两侧对称设置有照明灯、助推器和升降器，壳体的下方对称设置有悬架，悬架通过支架固定连接壳体，悬架的侧面设置有焊接机构，壳体的下方设置有夹紧定位机构，蓄电池组可以为整个修补机器人提供电能，确保修补机器人连续工作，信号发射接收器可以用于传递信号，便于对修补机器人进行控制，防护罩可以起到保护主摄像头的作用，通过主摄像头可以对水下管网进行拍摄，并将数据传输至计算机，提高三维建模的精度，照明灯用于对水下巡视和修补时照明，提高安全性，助推器和升降器用于控制修补机器人的航行路径，悬架不仅便于修补机器人在水中悬停，而且可以连接焊接机构，装夹定位机构用于连接缆绳，提高工作时的稳定性。
10.进一步，壳体内设置有水平距离传感器、深度传感器、gps定位器、速度传感器、水流传感器、压力传感器和温度传感器，水平距离传感器、深度传感器、gps定位器、速度传感
器、水流传感器、压力传感器和温度传感器均与控制器电性连接，水平距离传感器用于监测修补机器人与周围障碍物之间的间距，确保修补机器人安全航行，深度传感器用于监测修补机器人在水下的深度位置，gps定位器用于对修补机器人的当前位置进行监测，速度传感器用于监测修补机器人的航行速度，水流传感器用于监测水流速度，压力传感器用于监测修补机器人当前位置的水压力，温度传感器用于监测修补机器人当前位置的水温。
11.进一步，壳体的顶部设置有吊环，吊环的设计便于对修补机器人进行悬吊，便于放入水中或回收。
12.进一步，焊接机构包括u形块、悬臂和焊接组件，u形块设于悬架的侧面上，悬臂通过转动块连接u形块，转动块上设置有第一电机，焊接组件通过第二电机转动连接在悬臂上，u形块提高了焊接机构与悬架之间连接的稳定性和可靠性，通过第一电机可以带动转动块和悬臂一起转动，满足实际焊接的需要，通过第二电机可以带动焊接组件转动。
13.进一步，焊接组件包括定位板、气缸、摆臂和焊枪，气缸设于定位板上，摆臂通过伸缩杆连接气缸，焊枪通过夹持块转动连接在摆臂上，定位板的侧面上设置有辅助摄像头，通过气缸可以带动伸缩杆移动，进而带动摆臂移动，摆臂可以经夹持块带动焊枪转动，满足焊接的要求，辅助摄像头可以对焊接位置进行近距离拍摄，提高焊接的质量。
14.进一步，夹紧定位机构包括连杆、驱动器和机械手，连杆设于两个支架之间，驱动器设于连杆的底部，机械手连接在驱动器的底部，连杆提高了驱动器安装的稳定性，通过驱动器控制机械手，可以实现对缆绳的夹紧，提高修补机器人悬停时的可靠性。
15.本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：本发明的水下管网修补方法不仅可以实现远程深海域对水下管道的巡视修补，而且可以大大提高修补的质量和效率，降低了人工操作的劳动强度，提高了安全性，增加对水下管网的巡视和修补频率，确保水下管网稳定运行。
附图说明
16.下面结合附图对本发明作进一步说明：图1为本发明一种基于虚拟现实技术的远程控制水下管网修补方法中修补机器人连接在缆绳上的结构示意图；图2为图1的主视图；图3为本发明中修补机器人的结构示意图；图4为本发明中壳体的内部结构示意图；图5为本发明中焊接机构的结构示意图；图6为本发明中焊接组件的结构示意图；图7为本发明中浮标的结构示意图。
17.图中：1
‑
水下管道；2
‑
修补机器人；3
‑
法兰；4
‑
浮标；5
‑
缆绳；6
‑
壳体；7
‑
吊环；8
‑
照明灯；9
‑
助推器；10
‑
升降器；11
‑
信号发射接收器；12
‑
悬架；13
‑
支架；14
‑
连杆；15
‑
驱动器；16
‑
机械手；17
‑
u形块；18
‑
悬臂；19
‑
蓄电池组；20
‑
控制器；21
‑
防护罩；22
‑
主摄像头；23
‑
水平距离传感器；24
‑
深度传感器；25
‑
gps定位器；26
‑
速度传感器；27
‑
水流传感器；28
‑
压力传感器；29
‑
温度传感器；30
‑
转动块；31
‑
第二电机；32
‑
焊接组件；33
‑
定位板；34
‑
气缸；35
‑
辅助摄像头；36
‑
伸缩杆；37
‑
摆臂；38
‑
夹持块；39
‑
焊枪；40
‑
固定块；41
‑
穿线孔；42
‑
指示灯；
43
‑
电池组；44
‑
水流通道；45
‑
水流发电机。
具体实施方式
18.如图1至图7所示，为本发明一种基于虚拟现实技术的远程控制水下管网修补方法，包括以下步骤：1）水下管网三维建模a、首先根据水下管网的布设图纸确定修补机器人2的巡视路径，对修补机器人2进行调试，根据水下管网的布设图纸选取合适长度的缆绳5，并在缆绳5上等间距安装浮标4，相邻两个浮标4之间的间距与水下管道1相邻两个法兰3之间的间距相等，通过设置浮标4，不仅可以对修补机器人2进行引导，提高巡视的效率，而且可以用于固定缆绳5，当修补机器人2需要对水下管道1进行修补时，与缆绳5进行固定连接，可以减小水底的水流对修补机器人2造成冲击，提高焊接修补的质量；浮标4包括固定块40，固定块40上平行设置有穿线孔41和水流通道44，水流通道44位于穿线孔41的上方，缆绳5与穿线孔41相匹配，固定块40的顶部设置有指示灯42，指示灯42的底部连接有电池组43，电池组43连接水流发电机45，水流发电机45位于水流通道44内，穿线孔41便于对缆绳5进行定位，提高修补机器人2工作时的稳定性和可靠性，水流通道44中流动的水可以推动水流发电机45转动，实现发电，产生的电能储存在电池组43中，并为指示灯42提供电能，指示灯42可以引导修补机器人2。
19.b、然后通过手动操控修补机器人2按设定的水下管网巡视路径航行，在每遇到一个法兰3时，将浮标4固定于相应的法兰3上，保证缆绳5位于水下管道1的上方，便于修补机器人2悬停；修补机器人2包括壳体6，壳体6的内部设置有蓄电池组19和控制器20，控制器20连接蓄电池组19，壳体6的顶部设置有信号发射接收器11，信号发射接收器11与控制器20电性连接，壳体6的端部设置有防护罩21，防护罩21内设置有主摄像头22，主摄像头22与控制器20电性连接，壳体6的两侧对称设置有照明灯8、助推器9和升降器10，壳体6的下方对称设置有悬架12，悬架12通过支架13固定连接壳体6，悬架12的侧面设置有焊接机构，壳体6的下方设置有夹紧定位机构，蓄电池组19可以为整个修补机器人2提供电能，确保修补机器人2连续工作，信号发射接收器11可以用于传递信号，便于对修补机器人2进行控制，防护罩21可以起到保护主摄像头22的作用，通过主摄像头22可以对水下管网进行拍摄，并将数据传输至计算机，提高三维建模的精度，照明灯8用于对水下巡视和修补时照明，提高安全性，助推器9和升降器10用于控制修补机器人2的航行路径，悬架12不仅便于修补机器人2在水中悬停，而且可以连接焊接机构，装夹定位机构用于连接缆绳5，提高工作时的稳定性。
20.壳体6内设置有水平距离传感器23、深度传感器24、gps定位器25、速度传感器26、水流传感器27、压力传感器28和温度传感器29，水平距离传感器23、深度传感器24、gps定位器25、速度传感器26、水流传感器27、压力传感器28和温度传感器29均与控制器20电性连接，水平距离传感器23用于监测修补机器人2与周围障碍物之间的间距，确保修补机器人2安全航行，深度传感器24用于监测修补机器人2在水下的深度位置，gps定位器25用于对修补机器人2的当前位置进行监测，速度传感器26用于监测修补机器人2的航行速度，水流传感器27用于监测水流速度，压力传感器28用于监测修补机器人2当前位置的水压力，温度传
感器29用于监测修补机器人2当前位置的水温。
21.壳体6的顶部设置有吊环7，吊环7的设计便于对修补机器人2进行悬吊，便于放入水中或回收。
22.焊接机构包括u形块17、悬臂18和焊接组件32，u形块17设于悬架12的侧面上，悬臂18通过转动块30连接u形块17，转动块30上设置有第一电机，焊接组件32通过第二电机31转动连接在悬臂18上，u形块17提高了焊接机构与悬架12之间连接的稳定性和可靠性，通过第一电机可以带动转动块30和悬臂18一起转动，满足实际焊接的需要，通过第二电机31可以带动焊接组件32转动。
23.焊接组件32包括定位板33、气缸34、摆臂37和焊枪39，气缸34设于定位板33上，摆臂37通过伸缩杆36连接气缸34，焊枪39通过夹持块38转动连接在摆臂37上，定位板33的侧面上设置有辅助摄像头35，通过气缸34可以带动伸缩杆36移动，进而带动摆臂37移动，摆臂37可以经夹持块38带动焊枪39转动，满足焊接的要求，辅助摄像头35可以对焊接位置进行近距离拍摄，提高焊接的质量。
24.夹紧定位机构包括连杆14、驱动器15和机械手16，连杆14设于两个支架13之间，驱动器15设于连杆14的底部，机械手16连接在驱动器15的底部，连杆14提高了驱动器15安装的稳定性，通过驱动器15控制机械手16，可以实现对缆绳5的夹紧，提高修补机器人2悬停时的可靠性。
25.c、接着在布设浮标4的同时，将水下管网的实时画面传输至手动操控端的计算机上，计算机通过接收到的画面和数据进行三维建模，通过三维建模呈现水下管网的整个地形图，便于通过虚拟现实技术对修补机器人2进行操控，提高了水下管网巡视和修补的可靠性，同时可以降低人工修补的危险；d、最后将修补机器人2回收检查；2）制作三维设备场景a、首先根据三维模型制作相应的三维设备场景，并将三维模型呈现的地形图输入三维设备场景的屏幕上；b、然后根据三维设备场景制作修补机器人2的模型机，将模型机与修补机器人2进行电性连接；c、接着操控模型机，根据屏幕上现实的画面对模型机进行操控，并进行调试；通过模型机可以增强操作时的体验感，模型机与修补机器人2配合，通过操控模型机实现对修补机器人2的控制；3）水下管网巡视及修补a、首先将修补机器人2放入水中，通过操控模型机，使修补机器人2沿着水下管道1的布设路径航行，控制修补机器人2与水下管道1之间的间距；b、然后通过三维设备场景的屏幕观察水下管道1的裂缝情况，当水下管道1出现裂缝时，控制修补机器人2降低高度，直至修补机器人2靠近缆绳5，并夹住缆绳5；c、接着通过屏幕操控模型机，使修补机器人2对水下管道1进行修补处理，修补处理结束后，使修补机器人2与缆绳5脱离，继续对水下管道1进行巡视，直至整个水下管网检修完毕。
26.该水下管网修补方法不仅可以实现远程深海域对水下管道1的巡视修补，而且可
以大大提高修补的质量和效率，降低了人工操作的劳动强度，提高了安全性，增加对水下管网的巡视和修补频率，确保水下管网稳定运行。
27.以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。