一种具有扫描摆臂的海洋石油导管架平台清洗水下机器人的制作方法

1.本发明涉及一种机器人，更具体地说，是涉及一种具有扫描摆臂的海洋石油导管架平台清洗水下机器人。


背景技术：

2.随着人们对于海洋开发水平和利用技术的发展，在海上建设了越来越多的海上水下设施，尤其是越来越多的石油导管架平台。海洋石油导管架平台常年处于海平面以下，因此很容易附着大量的海生物，这些海生物的分泌物会腐蚀水下设施的钢结构，加大结构的受力，削弱水下设施结构的载荷能力。同时根据海上设施作业安全保障要求以及船级社强制要求，有些在设计使用期内的海洋石油导管架平台必须每5年进行定期检测，而超出设计使用年限的导管架平台必须每年进行一次强制检测，这些检测包括外观、焊缝裂纹、结构厚度测量、电位检测等，而进行上述检测前就必须进行清洗。
3.目前在小于50米深的海洋石油导管架平台的清洗作业绝大部分由潜水员完成，而50米以上深的导管架平台清洗作业一般由作业级水下远程控制机器人(rov)完成。
4.而潜水员作业是一种高风险作业，海洋石油导管架平台内部的海流、漩涡以及水下可视性差等特点给水下作业带来了很大安全隐患。再加上清洗作业时使用的高压水枪，进一步增加了水下作业的人员危险性；另外潜水员由于身体原因作业时间受限，工作效率低；而且深潜水员在超过50米水下已基本上无法作业。
5.传统的作业级水下远程控制机器人(rov)需要具有动力定位能力的大型母船支持，设备和作业成本高，且rov的悬停作业易受外界环境的影响，控制难度大，作业效率低。
6.综上，现有海洋石油导管架平台清洗作业存在作业风险大、受环境影响大、作业时间窗口受限、效率低、作业成本高等问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提出一种具有扫描摆臂的海洋石油导管架平台清洗水下机器人，能吸附在导磁体材料的海洋石油导管架平台桩腿上，并做能爬行运动和往复清洗。
8.本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
9.本发明具有扫描摆臂的海洋石油导管架平台清洗水下机器人，包括电子舱底盘、爬行驱动系统、摆臂扫描清洗系统、压力补偿系统、光通系统；
10.所述电子舱底盘具有容纳磁性吸附轮驱动电机的驱动板、配电单元、通讯单元的电子舱；
11.所述爬行驱动系统包括设置于电子舱底盘主梁下方的两个前磁性驱动轮和两个后磁性驱动轮，爬行时所述前磁性驱动轮和后磁性驱动轮吸附于海洋石油导管架平台桩腿上，同时提供机器人运动所需的驱动力，两个前磁性驱动轮通过做差速运动实现机器人的转弯；
12.所述摆臂扫描清洗系统固定在电子舱底盘顶部的前方，包括l型摆臂和高压水喷头；所述l型摆臂一端与蜗轮蜗杆减速机连接，所述蜗轮蜗杆减速机设置于电子舱底盘顶部，且由水下电机驱动，通过水下电机驱动涡轮蜗杆减速机，进而带动l型摆臂做沿机器人前进方向的左右往复摆动运动；所述l型摆臂另一端设置与高压水管连接的高压水喷头，所述高压水喷头位于前磁性驱动轮的前端；
13.所述压力补偿系统包括设置于电子舱底盘顶部的补偿器，所述补偿器通过供油软管为磁性驱动轮和电子舱提供压力补偿油；
14.所述光通系统包括用于观察清洗作业的前视摄像机和前视灯以及用于观察作业效果的后视摄像机和后视灯。
15.所述电子舱底盘底部后端设置有叉形结构，用于固定两个后磁性驱动轮的支撑；所述电子舱底盘的前端下部设置有l型支架，l型支架安装有滑动轴承，滑动轴承内穿设一根连接轴，所述连接轴一端穿过滑动轴承并用销和开口销固定，所述连接轴另一端通过销轴18与前磁性驱动轮的支撑配合连接。
16.每个所述前磁性驱动轮和后磁性驱动轮均采用永磁体或电磁体的结构，内部均配置有驱动电机，每个所述前磁性驱动轮和后磁性驱动轮均为锥形轮；两个前磁性驱动轮彼此间采用外八字角布置，两个后磁性驱动轮彼此间采用外八字角布置，通过外八字角将海洋石油导管架平台桩腿卡在两个磁性驱动轮之间，便于实现机器人在海洋石油导管架平台桩腿上的直线运动。
17.每个所述前磁性驱动轮均配有前轮刮板，每个所述后磁性驱动轮均配有后轮刮板，用于刮出附着在磁性驱动轮上的附着物，避免因附着物造成磁性吸附力减弱而造成机器人从海洋石油导管架平台桩腿脱落。
18.所述l型摆臂包括水平摆臂和空心的竖直摆臂，所述水平摆臂一端通过水平摆臂固定盖与涡轮蜗杆减速机的输出轴连接，涡轮蜗杆减速机的输入轴与设置于电子舱底盘顶部的水下电机连接，所述水平摆臂另一端通过竖直摆臂固定盖与竖直摆臂的顶端连接，所述竖直摆臂的底端通过喷嘴转接头与高压水喷头连接，高压水管从竖直摆臂的中心孔进入喷嘴转接头，高压水喷头实现具有往复运动的扫描清洗。
19.所述高压水喷头与l形摆臂的竖直摆臂之间设置一定的角度，该角度根据所清洗的对象的附着情况进行调节，以优化清洗效果，提高清洗效率。
20.所述前视摄像机、后视摄像机、前视灯、后视灯通过支撑架固定于机器人的顶部，所述前视摄像机、后视摄像机、前视灯、后视灯通过各自的固定座固定于支撑架上。
21.与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
22.(1)本发明专门用于海上水下设施清洗和检测的机器人，同时具有清洗和检测功能。
23.(2)本发明通过水下电机和涡轮蜗杆减速机驱动l型摆臂，进而带动高压水喷头左右往复摆动扫清洗，相较于固定喷头的清洗机器人人，清洗范围大，效率高。
24.(3)本发明机器人作业成本适中，受海洋导管架平台环境影响小，作业时间窗口大，作业灵活，可吸附爬行在导管架平台桩腿上作业，可在导管架平台桩腿的外圆柱面上做直行、转弯和前进后退吸附爬行运动。
附图说明
25.图1是本发明海洋石油导管架平台清洗水下机器人的立体图；
26.图2是本发明海洋石油导管架平台清洗水下机器人的主视图；
27.图3是本发明海洋石油导管架平台清洗水下机器人的右视图；
28.图4是本发明海洋石油导管架平台清洗水下机器人的顶视图；
29.图5是本发明海洋石油导管架平台清洗水下机器人的底视图；
30.图6是本发明机器人的电子舱底盘示意图；
31.图7是本发明机器人吸附在直径为1000的导管架平台桩腿上爬行的示意图；
32.(a)主视图，(b)左视图，(c)俯视图。
33.附图标记：
ⅰ‑
前磁性驱动轮；
ⅱ‑
后磁性驱动轮；
ⅲ‑
电子舱底盘；
ⅳ‑
补偿器；
ⅴ‑
光通系统；
ⅵ‑
摆臂扫描清洗系统；1-前轮刮板；2-连接轴；3-后轮刮板；4-供油软管；5-高压水管；6-竖直摆臂固定盖；7-水平摆臂；8-竖直摆臂；9-喷嘴转接头；10-高压水喷头；11-蜗轮蜗杆减速机；12-水平摆臂固定盖；13-固定座；14-后视灯；15-前视摄像机；16-前视灯；17-后视摄像机；18-销轴；19-支撑架；20-l型支架；21-水下电机。
具体实施方式
34.下面结合附图对本发明作进一步的描述。
35.如图1至图7所示，本发明具有扫描摆臂的海洋石油导管架平台清洗水下机器人，主要包括电子舱底盘ⅲ、爬行驱动系统、摆臂扫描清洗系统ⅵ、压力补偿系统、光通系统
ⅴ
等。
36.所述爬行驱动系统包括设置于电子舱底盘ⅲ主梁下方的两个前磁性驱动轮ⅰ和两个后磁性驱动轮ⅱ，爬行时所述前磁性驱动轮ⅰ和后磁性驱动轮ⅱ可以吸附磁体材料的海洋石油导管架平台桩腿上，同时提供机器人运动所需的驱动力，两个前磁性驱动轮ⅰ通过做差速运动实现机器人的转弯。两个前磁性驱动轮ⅰ和两个后磁性驱动轮ⅱ可以让机器人吸附于海洋石油导管架平台桩腿上做稳定的爬行运动，为清洗作业提供稳定的平台支撑。
37.每个所述前磁性驱动轮ⅰ和后磁性驱动轮ⅱ均可以是永磁体或电磁体的结构，每个所述前磁性驱动轮ⅰ和后磁性驱动轮ⅱ均为锥形轮，内部均配置有驱动电机，可以提供爬行所需的驱动转矩。两个前磁性驱动轮ⅰ彼此间采用外八字角布置，两个后磁性驱动轮ⅱ彼此间采用外八字角布置，通过外八字角可将海洋石油导管架平台桩腿卡在两个磁性驱动轮之间，便于实现机器人在海洋石油导管架平台桩腿上的直线运动。每个所述前磁性驱动轮ⅰ均配有前轮刮板1，每个所述后磁性驱动轮ⅱ均配有后轮刮板3，用于刮出附着在磁性驱动轮上的附着物，避免因附着物造成磁性吸附力减弱而造成机器人从海洋石油导管架平台桩腿脱落。
38.所述电子舱底盘ⅲ具有容纳磁性吸附轮驱动电机的驱动板、配电单元、通讯单元等电子元件的电子舱。所述电子舱底盘ⅲ底部后端设置有叉形结构，用于固定两个后磁性驱动轮ⅱ的支撑。所述电子舱底盘ⅲ的前端下部设置有l型支架20，l型支架20安装有滑动轴承，滑动轴承内穿设一根连接轴2，所述连接轴2一端穿过滑动轴承并用销和开口销固定，所述连接轴2另一端通过销轴18与前磁性驱动轮ⅰ的支撑配合连接。
39.所述摆臂扫描清洗系统ⅵ固定在电子舱底盘ⅲ顶部的前方，包括l型摆臂和高压
水喷头。所述l型摆臂一端与蜗轮蜗杆减速机11连接，所述蜗轮蜗杆减速机11设置于电子舱底盘ⅲ顶部，且由水下电机驱动，通过水下电机21驱动涡轮蜗杆减速机11，进而带动l型摆臂做沿机器人前进方向的左右往复摆动运动。所述l型摆臂另一端设置与高压水管5连接的高压水喷头10，所述高压水喷头10位于前磁性驱动轮ⅰ的前端，机器人在爬行时可进行大面积摆臂往复运动的扫描清洗，提高机器人清洗的效率。
40.所述l型摆臂包括水平摆臂7和空心的竖直摆臂8，所述水平摆臂7一端通过水平摆臂固定盖12与涡轮蜗杆减速机11的输出轴连接，涡轮蜗杆减速机11的输入轴与设置于电子舱底盘ⅲ顶部的水下电机21连接，所述水平摆臂7另一端通过竖直摆臂固定盖6与竖直摆臂8的顶端连接，所述竖直摆臂8的底端通过喷嘴转接头9与高压水喷头10连接，高压水管5从竖直摆臂8的中心孔进入喷嘴转接头9，高压水喷头10实现具有往复运动的扫描清洗。其中，所述高压水喷头10与l形摆臂的竖直摆臂8之间设置一定的角度，该角度可以根据所清洗的对象的附着情况进行调节，以优化清洗效果，提高清洗效率。
41.所述压力补偿系统包括设置于电子舱底盘ⅲ顶部的补偿器ⅳ，所述补偿器ⅳ通过供油软管4为磁性驱动轮和电子舱等空腔提供压力补偿油，将外界海水压力引入到密封系统内的所有空腔中，可以保证水下机器人在水下安全工作，防止外部海水渗漏到系统里。
42.所述光通系统
ⅴ
主要包括用于观察清洗作业的前视摄像机15和前视灯16以及用于观察作业效果的后视摄像机17和后视灯14，提供了照明、摄像及对外通讯的功能。电子舱底盘ⅲ顶部固定有支撑架19，所述前视摄像机15、后视摄像机17、前视灯16、后视灯14通过支撑架19固定于机器人的顶部，所述前视摄像机15、后视摄像机17、前视灯16、后视灯14通过各自的固定座13固定于支撑架19上。
43.尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。