深水復(fù)雜環(huán)境下大口徑管道溝槽式連接器安裝作業(yè)機(jī)器人的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種深水復(fù)雜環(huán)境下大口徑管道溝槽式連接器安裝作業(yè)機(jī)器人，其整體呈類(lèi)似門(mén)式起重機(jī)形狀，其固定側(cè)翼采用開(kāi)合結(jié)構(gòu)，通過(guò)夾持部打開(kāi)、閉合并夾緊在連接點(diǎn)附近兩根待連接管路上、其機(jī)械臂采用與絲杠滑臺(tái)形成可往復(fù)移動(dòng)式連接。上述系列技術(shù)手段的采用使得本發(fā)明既能進(jìn)行水平管路的連接，又能進(jìn)行傾斜甚至是垂直管路的連接作業(yè)；其機(jī)械臂和固定裝置均可根據(jù)具體連接管路的管徑進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，因而可滿足不同型號(hào)連接器的連接施工需要；而且，采用氣囊和驅(qū)動(dòng)螺旋槳共同配合實(shí)現(xiàn)機(jī)器人水中姿態(tài)調(diào)整，使得機(jī)器人有較高的機(jī)動(dòng)性和靈活性；其主要控制裝置布置在母船上，簡(jiǎn)化了水下作業(yè)部分結(jié)構(gòu)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】深水復(fù)雜環(huán)境下大口徑管道溝槽式連接器安裝作業(yè)機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種深水復(fù)雜環(huán)境下安裝作業(yè)機(jī)器人，尤其涉及一種深水復(fù)雜環(huán)境下大口徑管道溝槽式連接器安裝作業(yè)機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]深海油氣輸送管路的連接安裝操作，其作業(yè)環(huán)境惡劣，對(duì)管道連接施工具有較高的技術(shù)要求。特別是，對(duì)于管路連接的自動(dòng)化操作和安裝質(zhì)量具有嚴(yán)格的要求。
[0003]溝槽式連接器是目前較為先進(jìn)的一種深水復(fù)雜環(huán)境下大口徑管道的連接器，其可靠性高、密封性能好，特別適合深水復(fù)雜環(huán)境下大口徑管道的連接使用。
[0004]隨著我國(guó)海洋油氣田的大力開(kāi)發(fā)，水下輸油氣管道鋪設(shè)安裝的數(shù)量也在急劇增力口。淺水環(huán)境下，一般通過(guò)人工潛水作業(yè)進(jìn)行施工；當(dāng)水深達(dá)到200以上時(shí)，則需借助機(jī)器人才能完成。
[0005]如何不斷完善并保證水下作業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的合理性、操控的精確性與穩(wěn)定性，是確保水下油氣管路安裝質(zhì)量的可靠性與穩(wěn)定性，提高施工效率的基礎(chǔ)。對(duì)于水下尤其管路安裝質(zhì)量而言，管道與管道之間的連接器是一個(gè)關(guān)鍵部件，連接器安裝質(zhì)量的好壞，直接影響整個(gè)管路的鋪設(shè)安裝質(zhì)量。。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中，普遍采用的水下管路連接器為希諾接頭(Haelok)，這是一種高強(qiáng)度、純機(jī)械連接器，其通過(guò)將密封套管擠壓在所需連接的管道上，采用金屬對(duì)金屬的密封與管道外壁成過(guò)盈配合，以實(shí)現(xiàn)管道的密封連接。連接過(guò)程不需要墊圈，也不需要O型圈，且操作簡(jiǎn)便，與焊接相比可節(jié)約70%的時(shí)間。
[0007]但其售價(jià)相對(duì)昂貴，且主要適用于管徑較小的管路連接，目前市場(chǎng)上最大的規(guī)格型號(hào)范圍4-168_，尚無(wú)適用于大口徑管道連接用的。
[0008]近年來(lái)，大口徑管道溝槽式連接器研發(fā)成功并得到了較廣泛的使用，由于與之配套的溝槽式連接器在深水作業(yè)時(shí)的安裝作業(yè)機(jī)器人的研發(fā)滯后，自動(dòng)化程度低、可靠性、操控性能以及作業(yè)靈活度等方面均存在諸多不足，使得溝槽式連接器的適用范圍受到諸多制約限。
[0009]因此，作業(yè)自動(dòng)化程度高、可靠性高、可操作性好、作業(yè)靈活的深水復(fù)雜環(huán)境下使用的大口徑管道溝槽式連接器安裝作業(yè)機(jī)器人對(duì)于縮短作業(yè)時(shí)間、提高施工效率、以及管路連接安裝質(zhì)量等均具有十分重要的意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]本發(fā)明的目的是，提供一種作業(yè)效率高、安裝質(zhì)量好，工作穩(wěn)定性、可靠性好，適于溝槽式連接器自動(dòng)化安裝作業(yè)機(jī)器人，以進(jìn)行深水復(fù)雜環(huán)境下大口徑管道溝槽式連接器的快速安裝。
[0011]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是，一種深水復(fù)雜環(huán)境下大口徑管道溝槽式連接器安裝作業(yè)機(jī)器人，包括與外部母船通訊連接的水壓傳感器、與外部母船連接的供電線路和液壓油輸送管路；其特征在于，整體呈類(lèi)似門(mén)式起重機(jī)形狀，包括橫梁部、左側(cè)機(jī)構(gòu)、右側(cè)機(jī)構(gòu)和機(jī)械臂；其中，左側(cè)機(jī)構(gòu)和右側(cè)機(jī)構(gòu)均為箱型框架式結(jié)構(gòu)，左右手對(duì)稱(chēng)，設(shè)置在橫梁部的兩端；
[0012]所述左側(cè)機(jī)構(gòu)包括固定側(cè)翼和固定上板；所述固定側(cè)翼為開(kāi)合結(jié)構(gòu)，包括左右對(duì)稱(chēng)的用于夾持待安裝作業(yè)管道的兩個(gè)夾持部，所述左右兩個(gè)夾持部分別與所述固定上板的左右兩側(cè)通過(guò)鉸接機(jī)構(gòu)鉸接，當(dāng)所述固定側(cè)翼閉合時(shí)，在其內(nèi)部形成一管狀空腔部；
[0013]每個(gè)夾持部的側(cè)面還分別設(shè)置有一密封圈推動(dòng)液壓缸，所述密封圈推動(dòng)液壓缸的活塞桿端部連接有密封圈推送環(huán)；
[0014]所述管狀空腔部的壁面上設(shè)置有橡膠涂層；
[0015]所述橫梁部為框架結(jié)構(gòu)，所述橫梁部的頂部為矩形框，所述矩形框的四個(gè)頂角處分別設(shè)置有四根支柱，所述四根支柱分別固定在所述左側(cè)機(jī)構(gòu)和右側(cè)機(jī)構(gòu)的固定上板上；以所述矩形框的兩條橫邊的中心點(diǎn)為固定支座的中心點(diǎn)，沿上述兩中心點(diǎn)的連線上設(shè)置有一絲杠滑臺(tái)；
[0016]所述四根支柱上均分別設(shè)置有一固定側(cè)翼開(kāi)合液壓缸，所述固定側(cè)翼開(kāi)合液壓缸的活塞桿分別與其對(duì)應(yīng)的夾持部連接，所述固定側(cè)翼開(kāi)合液壓缸用于驅(qū)動(dòng)所述固定側(cè)翼執(zhí)行開(kāi)合動(dòng)作；
[0017]所述支柱上還設(shè)置有攝像頭；
[0018]所述矩形框的四邊均設(shè)置有若干數(shù)量的驅(qū)動(dòng)螺旋槳；
[0019]所述機(jī)械臂的上部包括第一液壓缸，所述第一液壓缸的基座端套裝在所述絲杠滑臺(tái)上,形成可往復(fù)移動(dòng)式連接；
[0020]所述絲杠滑臺(tái)上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)所述第一液壓缸在所述絲杠滑臺(tái)上往復(fù)移動(dòng)；
[0021]所述機(jī)械臂的下部為機(jī)械手，所述機(jī)械手與所述第一液壓缸的活塞桿通過(guò)連接塊連接；
[0022]所述機(jī)械手用于抓取并執(zhí)行溝槽式連接器的安裝操作，并根據(jù)安裝操作需要進(jìn)行上、下、左、右各方向的移動(dòng)；
[0023]所述左側(cè)機(jī)構(gòu)和右側(cè)機(jī)構(gòu)上均設(shè)置有用于在水下進(jìn)行升降的氣囊；
[0024]所述機(jī)械手包括有爪部、第一液壓缸、第二液壓缸、第三液壓缸、連接器和第四液壓缸；
[0025]所述第二液壓缸數(shù)量為兩個(gè)，其基座分別焊接在所述機(jī)械臂連接塊的兩端，其活塞桿分別沿靠近所述第一液壓缸的活塞桿的方向成倒八字形向內(nèi)伸出，所述第二液壓缸的活塞桿與所述第一液壓缸的活塞桿構(gòu)成一個(gè)平面，并以所述第一液壓缸的活塞桿為對(duì)稱(chēng)軸一左一右相互對(duì)稱(chēng)；
[0026]所述爪部按位置高度分成上、下兩組，總數(shù)量為四個(gè)、相互平行；其中，位置較上的兩個(gè)分別焊接在所述連接塊的兩端，位置靠下的兩個(gè)分別焊接在上述兩個(gè)第二液壓缸的活塞桿末端；
[0027]在執(zhí)行溝槽式連接器安裝工作過(guò)程中，每個(gè)爪部分別插入溝槽式連接器上的對(duì)應(yīng)耳孔內(nèi)，執(zhí)行所述機(jī)械臂的抓取動(dòng)作；
[0028]所述第三液壓缸的基座焊接在所述位置靠下的兩個(gè)爪部中外側(cè)的那個(gè)爪部上；
[0029]所述第四液壓缸的基座與所述第三液壓缸的活塞桿通過(guò)螺紋連接；
[0030]所述第四液壓缸的活塞桿端連接有液壓力矩扳手，所述液壓力矩扳手用于完成溝槽式連接器連接用螺栓的緊固；
[0031]所述第三液壓缸的活塞桿伸縮方向?yàn)榍昂蠓较?，所述第四液壓缸的活塞桿伸縮方向?yàn)樯舷路较颉?br>
[0032]上述技術(shù)方案直接帶來(lái)的技術(shù)效果是，機(jī)器人機(jī)械部分，采用整體呈類(lèi)似門(mén)式起重機(jī)形狀，有利于保證水下作業(yè)機(jī)器人作業(yè)過(guò)程中自身的平衡性和穩(wěn)定性；
[0033]采用固定側(cè)翼采用包括左右對(duì)稱(chēng)的用于夾持待安裝作業(yè)管道的兩個(gè)夾持部的開(kāi)合結(jié)構(gòu)，管路連接施工時(shí)，通過(guò)夾持部打開(kāi)、閉合并夾緊在連接點(diǎn)附近兩根待連接管路上；以及采用機(jī)械臂與絲杠滑臺(tái)形成可往復(fù)移動(dòng)式連接等系列技術(shù)手段，大幅提高了機(jī)器人在進(jìn)行溝槽式連接器的快速定位、找正、自身轉(zhuǎn)向的靈活性、連接器安裝過(guò)程中自身的平衡性等方面的精確性與穩(wěn)定性，從而提高了工作效率，保證了管路連接安裝施工質(zhì)量；
[0034]而且，上述系列技術(shù)手段的采用，使得本發(fā)明的溝槽式連接器自動(dòng)化安裝作業(yè)機(jī)器人，一方面，具有對(duì)管道不同傾角較靈活的適應(yīng)性，其最大適應(yīng)90°極限安裝位置；SP，既能進(jìn)行水平管路的連接，又能進(jìn)行傾斜甚至是垂直管路的連接作業(yè)；另一方面，其機(jī)械臂和固定裝置均可以進(jìn)行調(diào)整，以滿足不同型號(hào)連接器的施工需要；
[0035]此外，采用氣囊和驅(qū)動(dòng)螺旋槳共同配合實(shí)現(xiàn)機(jī)器人水中姿態(tài)調(diào)整，使得機(jī)器人水下作業(yè)過(guò)程中具有較高的機(jī)動(dòng)性和靈活性；其主要控制裝置安放在母船上，簡(jiǎn)化了水下作業(yè)部分結(jié)構(gòu)，增加了整個(gè)機(jī)器人裝置的穩(wěn)定性和運(yùn)行的可靠性。
[0036]作為優(yōu)選，上述矩形框的中心點(diǎn)的上方還設(shè)置有一裝置吊環(huán)，該裝置吊環(huán)位于所述深水復(fù)雜環(huán)境下大口徑管道溝槽式連接器安裝作業(yè)機(jī)器人重心的正上方。
[0037]上述技術(shù)方案直接帶來(lái)的技術(shù)效果是，便于機(jī)器人的吊裝，且吊裝中的平衡性與穩(wěn)定性；此外，該裝置吊環(huán)也便于機(jī)器人外接管路、電線等經(jīng)此處匯集、引出，并與母船連接。
[0038]本發(fā)明還提供一種深水復(fù)雜環(huán)境下大口徑管道溝槽式連接器安裝作業(yè)機(jī)器人的使用方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0039]第一步:首先，在母船上完成溝槽式連接器初步連接，并將初步連接好的溝槽式連接器安放至機(jī)械臂的機(jī)械手上；
[0040]隨后將安裝作業(yè)機(jī)器人進(jìn)行下放至水下安裝作業(yè)位置；
[0041]第二步，當(dāng)攝像頭捕獲到所需連接的管道的具體連接位置的時(shí)候，固定側(cè)翼開(kāi)合液壓缸驅(qū)動(dòng)固定側(cè)翼打開(kāi)，在驅(qū)動(dòng)螺旋槳和氣囊的配合下，機(jī)器人緩慢下降，直至待連接管道整體進(jìn)入管狀空腔部，固定側(cè)翼開(kāi)合液壓缸驅(qū)動(dòng)固定側(cè)翼閉合、夾持住待連接管道；
[0042]第三步，根據(jù)攝像頭傳回的畫(huà)面，操作人員在母船上進(jìn)行操控，通過(guò)機(jī)械臂在絲杠滑臺(tái)上左右調(diào)整，直至機(jī)械臂上的連接器對(duì)準(zhǔn)待連接管道的接口位置；
[0043]密封圈推送環(huán)在密封圈推動(dòng)液壓缸活塞桿的推動(dòng)下，將密封圈推送至待連接管道的接口位置后；
[0044]第一液壓缸伸出，帶動(dòng)溝槽式連接器下放至待連接管道的接口位置；
[0045]第四步，液壓力矩扳手在第三液壓缸和第四液壓缸的驅(qū)動(dòng)下，依次完成溝槽式連接器連接用各螺栓的緊固后，操作人員在母船上進(jìn)行操控，通過(guò)機(jī)械臂在絲杠滑臺(tái)上移動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)械臂向后運(yùn)動(dòng)，使機(jī)械手脫離出溝槽式連接器；
[0046]隨后，固定模塊上的固定翼開(kāi)合液壓缸收縮，固定側(cè)翼打開(kāi)，機(jī)器人從管道上脫離；
[0047]第五步，向氣囊中充氣，使機(jī)器人在浮力的作用下完全離開(kāi)管道、上浮至水面，完成一次水下管道的連接安裝操作。
[0048]上述技術(shù)方案直接帶來(lái)的技術(shù)效果是，深水管道溝槽式連接器安裝作業(yè)機(jī)器人，在進(jìn)行管道連接安裝過(guò)程中，其與母船之間通過(guò)線纜連接，由操作人員在母船上操控機(jī)器人完成各項(xiàng)指定動(dòng)作。工作時(shí)，機(jī)器人攜帶管道連接器下潛入水，母船上的工作人員通過(guò)機(jī)器人攜帶的攝像頭觀察水下作業(yè)情況，在發(fā)現(xiàn)管道接頭位置后首先進(jìn)行機(jī)器人與管道的固定，將機(jī)器人固定在管道上之后，密封圈推送環(huán)在密封圈推動(dòng)液壓缸活塞桿的推動(dòng)下，將密封圈推送至待連接管道的接口位置，再通過(guò)機(jī)器人的安裝機(jī)械臂在操作人員的操作下通過(guò)滑臺(tái)移動(dòng)，使連接器對(duì)準(zhǔn)接口位置，然后安裝機(jī)械臂上的第一液壓缸伸出，將連接器推放在管道接口位置，接著通過(guò)安裝機(jī)械臂上的第二液壓缸將連接器閉合，并通過(guò)液壓力矩扳手實(shí)現(xiàn)緊固螺栓的擰緊。
[0049]采用上述技術(shù)方案的深水管道溝槽式連接器自動(dòng)化安裝作業(yè)機(jī)器人，安裝作業(yè)完畢后，在線纜的拉拽下和氣囊的浮力作用下返回母船。
[0050]采用上述技術(shù)方案的深水管道溝槽式連接器安裝作業(yè)機(jī)器人，其安裝操作的關(guān)鍵部件機(jī)械臂和管狀空腔部的大小均可以進(jìn)行調(diào)整，以滿足不同型號(hào)連接器和不同口徑管道的施工需要。
[0051]上述深水管道溝槽式連接器安裝作業(yè)機(jī)器人替代人工深潛作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了水下無(wú)人作業(yè)，降低了施工的復(fù)雜性與危險(xiǎn)性；同時(shí)，可以減少鋪管作業(yè)中的管道連接時(shí)間、提高管路連接安裝質(zhì)量和工作效率；
[0052]而且，當(dāng)海底油氣管道發(fā)生油氣泄漏時(shí)，利用本技術(shù)可以進(jìn)行快速的修復(fù)，減少油氣泄漏損失及其對(duì)海洋環(huán)境的污染，縮短維修周期，快速恢復(fù)海上油氣田生產(chǎn)；
[0053]此外由于實(shí)現(xiàn)了水下無(wú)人作業(yè)，相應(yīng)地降低了現(xiàn)有技術(shù)人工進(jìn)行深水管道溝槽式連接器安裝作業(yè)的難度與危險(xiǎn)性。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0054]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055]圖2為機(jī)械臂的機(jī)械手部分的工作原理示意圖；
[0056]圖3為溝槽式連接器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0057]圖4為固定側(cè)翼打開(kāi)狀態(tài)時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0058]附圖標(biāo)記說(shuō)明:1連接法蘭、2連接螺栓、3吊耳、4雙耳環(huán)、5單耳環(huán)、6連接銷(xiāo)釘、7管道、8固定側(cè)翼、9固定上板、10氣囊、11固定側(cè)翼開(kāi)合液壓缸、12驅(qū)動(dòng)螺旋槳、13裝置吊環(huán)、14絲杠滑臺(tái)、15橫梁、16第一液壓缸、17爪部、18第二液壓缸、19第三液壓缸、20第四液壓缸、21液壓力矩扳手、22鉸接機(jī)構(gòu)、23密封圈推動(dòng)液壓缸、24密封圈推送環(huán)、25攝像頭、26管狀空腔部。
【具體實(shí)施方式】
[0059]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0060]如圖1、圖2所示，本發(fā)明的深水復(fù)雜環(huán)境下大口徑管道溝槽式連接器安裝作業(yè)機(jī)器人，包括與外部母船通訊連接的水壓傳感器、與外部母船連接的供電線路和液壓油輸送管路；其特征在于，整體呈類(lèi)似門(mén)式起重機(jī)形狀，包括橫梁部、左側(cè)機(jī)構(gòu)、右側(cè)機(jī)構(gòu)和機(jī)械臂；其中，左側(cè)機(jī)構(gòu)和右側(cè)機(jī)構(gòu)均為箱型框架式結(jié)構(gòu)，左右手對(duì)稱(chēng)，設(shè)置在橫梁部的兩端；
[0061]如圖4所示，上述左側(cè)機(jī)構(gòu)包括固定側(cè)翼8和固定上板9 ;上述固定側(cè)翼8為開(kāi)合結(jié)構(gòu)，包括左右對(duì)稱(chēng)的用于夾持待安裝作業(yè)管道7的兩個(gè)夾持部，上述左右兩個(gè)夾持部分別與上述固定上板9的左右兩側(cè)通過(guò)鉸接機(jī)構(gòu)22鉸接，當(dāng)上述固定側(cè)翼8閉合時(shí)，在其內(nèi)部形成一管狀空腔部26 ；
[0062]如圖1、圖2所示，上述每個(gè)夾持部的側(cè)面還分別設(shè)置有一密封圈推動(dòng)液壓缸23，上述密封圈推動(dòng)液壓缸23的活塞桿端部連接有密封圈推送環(huán)24 ；
[0063]上述管狀空腔部26的壁面上設(shè)置有橡膠涂層；
[0064]上述橫梁部為框架結(jié)構(gòu)，上述橫梁部的頂部為矩形框，上述矩形框的四個(gè)頂角處分別設(shè)置有四根支柱，上述四根支柱分別固定在上述左側(cè)機(jī)構(gòu)和右側(cè)機(jī)構(gòu)的固定上板9上；以上述矩形框的兩條橫邊的中心點(diǎn)為固定支座的中心點(diǎn)，沿上述兩中心點(diǎn)的連線上設(shè)置有一絲杠滑臺(tái)；
[0065]上述四根支柱上均分別設(shè)置有一固定側(cè)翼開(kāi)合液壓缸11，上述固定側(cè)翼開(kāi)合液壓缸11的活塞桿分別與其對(duì)應(yīng)的夾持部連接，上述固定側(cè)翼開(kāi)合液壓缸11用于驅(qū)動(dòng)上述固定側(cè)翼8執(zhí)行開(kāi)合動(dòng)作；
[0066]上述支柱上還設(shè)置有攝像頭25 ；
[0067]上述矩形框的四邊均設(shè)置有若干數(shù)量的驅(qū)動(dòng)螺旋槳12 ；
[0068]上述機(jī)械臂的上部包括第一液壓缸16，所述第一液壓缸16的基座端套裝在所述絲杠滑臺(tái)14上，形成可往復(fù)移動(dòng)式連接；
[0069]上述絲杠滑臺(tái)14上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)上述第一液壓缸16在上述絲杠滑臺(tái)14上往復(fù)移動(dòng)；
[0070]上述機(jī)械臂的下部為機(jī)械手，上述機(jī)械手與上述第一液壓缸16的活塞桿通過(guò)連接塊27連接；
[0071]上述機(jī)械手用于抓取并執(zhí)行溝槽式連接器的安裝操作，并根據(jù)安裝操作需要進(jìn)行上、下、左、右各方向的移動(dòng)；
[0072]上述左側(cè)機(jī)構(gòu)和右側(cè)機(jī)構(gòu)上均設(shè)置有用于在水下進(jìn)行升降的氣囊10 ；
[0073]上述機(jī)械手包括有爪部17、第一液壓缸16、第二液壓缸18、第三液壓缸19、連接器和第四液壓缸20 ；
[0074]上述第二液壓缸18數(shù)量為兩個(gè)，其基座分別焊接在上述機(jī)械臂連接塊27的兩端，其活塞桿分別沿靠近上述第一液壓缸的活塞桿的方向成倒八字形向內(nèi)伸出，上述第二液壓缸的活塞桿與上述第一液壓缸的活塞桿構(gòu)成一個(gè)平面，并以上述第一液壓缸的活塞桿為對(duì)稱(chēng)軸一左一右相互對(duì)稱(chēng)；
[0075]上述爪部17按位置高度分成上、下兩組，總數(shù)量為四個(gè)、相互平行；其中，位置較上的兩個(gè)分別焊接在上述連接塊27的兩端，位置靠下的兩個(gè)分別焊接在上述兩個(gè)第二液壓缸的活塞桿末端；
[0076]在執(zhí)行溝槽式連接器安裝工作過(guò)程中，每個(gè)爪部分別插入溝槽式連接器上的對(duì)應(yīng)耳孔內(nèi)，執(zhí)行上述機(jī)械臂的抓取動(dòng)作；
[0077]上述第三液壓缸的基座焊接在所述位置靠下的兩個(gè)爪部17中外側(cè)的那個(gè)爪部上；
[0078]上述第四液壓缸的基座與第三液壓缸的活塞桿通過(guò)螺紋連接，第三液壓缸的活塞桿伸縮方向?yàn)榍昂蠓较?，第四液壓缸的活塞桿伸縮方向?yàn)樯舷路较颉?br>
[0079]上述矩形框的中心點(diǎn)的上方還設(shè)置有一裝置吊環(huán)13，該裝置吊環(huán)13位于所述深水復(fù)雜環(huán)境下大口徑管道溝槽式連接器安裝作業(yè)機(jī)器人重心的正上方。
[0080]本發(fā)明的深水復(fù)雜環(huán)境下大口徑管道溝槽式連接器安裝作業(yè)機(jī)器人的使用方法，包括以下步驟:
[0081]第一步:首先，在母船上完成溝槽式連接器的初步連接，并將初步連接好的溝槽式連接器安放至機(jī)械臂的機(jī)械手上；
[0082]隨后將安裝作業(yè)機(jī)器人進(jìn)行下放至水下安裝作業(yè)位置；
[0083]第二步，當(dāng)攝像頭25捕獲到所需連接的管道的具體連接位置的時(shí)候，固定側(cè)翼開(kāi)合液壓缸11驅(qū)動(dòng)固定側(cè)翼8打開(kāi)，在驅(qū)動(dòng)螺旋槳12和氣囊10的配合下，機(jī)器人緩慢下降，直至待連接管道整體進(jìn)入管狀空腔部26，固定側(cè)翼開(kāi)合液壓缸11驅(qū)動(dòng)固定側(cè)翼8閉合、夾持住待連接管道；
[0084]第三步，根據(jù)攝像頭25傳回的畫(huà)面，操作人員在母船上進(jìn)行操控，通過(guò)機(jī)械臂在絲杠滑臺(tái)14上左右調(diào)整，直至機(jī)械臂上的連接器對(duì)準(zhǔn)待連接管道的接口位置；
[0085]密封圈推送環(huán)24在密封圈推動(dòng)液壓缸活塞桿的推動(dòng)下，將密封圈推送至待連接管道的接口位置后；
[0086]第一液壓缸16伸出，帶動(dòng)溝槽式連接器下放至待連接管道的接口位置；
[0087]第四步，液壓力矩扳手21在第三液壓缸19和第四液壓缸20的驅(qū)動(dòng)下，依次完成溝槽式連接器連接用各螺栓的緊固后，操作人員在母船上進(jìn)行操控，通過(guò)機(jī)械臂在絲杠滑臺(tái)14上移動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)械臂向后運(yùn)動(dòng)，使機(jī)械手脫離出溝槽式連接器；
[0088]隨后，固定模塊上的固定翼開(kāi)合液壓缸11收縮，固定側(cè)翼8打開(kāi),機(jī)器人從管道上脫離。
[0089]第五步，向氣囊10中充氣，使機(jī)器人在浮力的作用下完全離開(kāi)管道、上浮至水面，完成一次水下管道的連接安裝操作。
[0090]為輔助理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明所涉及的溝槽式連接器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0091]如圖3所示，本發(fā)明所涉及的溝槽式連接器，由四個(gè)半圓組成，每個(gè)半圓上都有吊耳3，四個(gè)半圓可以分成相同的兩組，兩組的不同之處在于一組半圓的末端是雙耳環(huán)4，另一組半圓的末端是單耳環(huán)5，單耳環(huán)和雙耳環(huán)可以通過(guò)連接銷(xiāo)釘6進(jìn)行連接。這兩組半圓在一端都有連接法蘭1，可以使用螺栓2將連接法蘭連接到一起。連接器內(nèi)安裝有密封圈對(duì)管道接頭進(jìn)行密封。
[0092]補(bǔ)充說(shuō)明，本發(fā)明的深水復(fù)雜環(huán)境下大口徑管道溝槽式連接器安裝作業(yè)機(jī)器人的裝置吊環(huán)13除用于吊索的安裝外，其所有通信電路、液壓管路和氣動(dòng)管路均通過(guò)裝置吊環(huán)13引出，與母船連接。
【權(quán)利要求】
1.一種深水復(fù)雜環(huán)境下大口徑管道溝槽式連接器安裝作業(yè)機(jī)器人，包括與外部母船通訊連接的水壓傳感器、與外部母船連接的供電線路和液壓油輸送管路；其特征在于，整體呈類(lèi)似門(mén)式起重機(jī)形狀，包括橫梁部、左側(cè)機(jī)構(gòu)、右側(cè)機(jī)構(gòu)和機(jī)械臂；其中，左側(cè)機(jī)構(gòu)和右側(cè)機(jī)構(gòu)均為箱型框架式結(jié)構(gòu)，左右手對(duì)稱(chēng)，設(shè)置在橫梁部的兩端； 所述左側(cè)機(jī)構(gòu)包括固定側(cè)翼和固定上板；所述固定側(cè)翼為開(kāi)合結(jié)構(gòu)，包括左右對(duì)稱(chēng)的用于夾持待安裝作業(yè)管道的兩個(gè)夾持部，所述左右兩個(gè)夾持部分別與所述固定上板的左右兩側(cè)通過(guò)鉸接機(jī)構(gòu)鉸接，當(dāng)所述固定側(cè)翼閉合時(shí)，在其內(nèi)部形成一管狀空腔部； 每個(gè)夾持部的側(cè)面還分別設(shè)置有一密封圈推動(dòng)液壓缸，所述密封圈推動(dòng)液壓缸的活塞桿端部連接有密封圈推送環(huán)； 所述管狀空腔部的壁面上設(shè)置有橡膠涂層； 所述橫梁部為框架結(jié)構(gòu)，所述橫梁部的頂部為矩形框，所述矩形框的四個(gè)頂角處分別設(shè)置有四根支柱，所述四根支柱分別固定在所述左側(cè)機(jī)構(gòu)和右側(cè)機(jī)構(gòu)的固定上板上；以所述矩形框的兩條橫邊的中心點(diǎn)為固定支座的中心點(diǎn)，沿上述兩中心點(diǎn)的連線上設(shè)置有一絲杠滑臺(tái)； 所述四根支柱上均分別設(shè)置有一固定側(cè)翼開(kāi)合液壓缸，所述固定側(cè)翼開(kāi)合液壓缸的活塞桿分別與其對(duì)應(yīng)的夾持部連接，所述固定側(cè)翼開(kāi)合液壓缸用于驅(qū)動(dòng)所述固定側(cè)翼執(zhí)行開(kāi)合動(dòng)作； 所述支柱上還設(shè)置有攝像頭； 所述矩形框的四邊均設(shè)置有若干數(shù)量的驅(qū)動(dòng)螺旋槳； 所述機(jī)械臂的上部包括第一液壓缸，所述第一液壓缸的基座端套裝在所述絲杠滑臺(tái)上，形成可往復(fù)移動(dòng)式連接； 所述絲杠滑臺(tái)上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)所述第一液壓缸在所述絲杠滑臺(tái)上往復(fù)移動(dòng)； 所述機(jī)械臂的下部為機(jī)械手，所述機(jī)械手與所述第一液壓缸的活塞桿通過(guò)連接塊連接; 所述機(jī)械手用于抓取并執(zhí)行溝槽式連接器的安裝操作，并根據(jù)安裝操作需要進(jìn)行上、下、左、右各方向的移動(dòng)； 所述左側(cè)機(jī)構(gòu)和右側(cè)機(jī)構(gòu)上均設(shè)置有用于在水下進(jìn)行升降的氣囊； 所述機(jī)械手包括有爪部、第一液壓缸、第二液壓缸、第三液壓缸、連接器和第四液壓缸； 所述第二液壓缸數(shù)量為兩個(gè)，其基座分別焊接在所述機(jī)械臂連接塊的兩端，其活塞桿分別沿靠近所述第一液壓缸的活塞桿的方向成倒八字形向內(nèi)伸出，所述第二液壓缸的活塞桿與所述第一液壓缸的活塞桿構(gòu)成一個(gè)平面，并以所述第一液壓缸的活塞桿為對(duì)稱(chēng)軸一左一右相互對(duì)稱(chēng)； 所述爪部按位置高度分成上、下兩組，總數(shù)量為四個(gè)、相互平行；其中，位置較上的兩個(gè)分別焊接在所述連接塊的兩端，位置靠下的兩個(gè)分別焊接在上述兩個(gè)第二液壓缸的活塞桿末端; 在執(zhí)行溝槽式連接器安裝工作過(guò)程中，每個(gè)爪部分別插入溝槽式連接器上的對(duì)應(yīng)耳孔內(nèi)，執(zhí)行所述機(jī)械臂的抓取動(dòng)作； 所述第三液壓缸的基座焊接在所述位置靠下的兩個(gè)爪部中外側(cè)的那個(gè)爪部上； 所述第四液壓缸的基座與所述第三液壓缸的活塞桿通過(guò)螺紋連接； 所述第四液壓缸的活塞桿端連接有液壓力矩扳手，所述液壓力矩扳手在所述第四液壓缸的驅(qū)動(dòng)下，用于完成溝槽式連接器連接用螺栓的緊固； 所述第三液壓缸的活塞桿伸縮方向?yàn)榍昂蠓较?，所述第四液壓缸的活塞桿伸縮方向?yàn)樯舷路较颉?br>
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深水復(fù)雜環(huán)境下大口徑管道溝槽式連接器安裝作業(yè)機(jī)器人，其特征在于，所述矩形框的中心點(diǎn)的上方還設(shè)置有一裝置吊環(huán)； 所述裝置吊環(huán)位于所述深水復(fù)雜環(huán)境下大口徑管道溝槽式連接器安裝作業(yè)機(jī)器人重心的正上方。
3.如權(quán)利要求1所述的深水復(fù)雜環(huán)境下大口徑管道溝槽式連接器安裝作業(yè)機(jī)器人的使用方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步:首先，在母船上完成溝槽式連接器的初步連接，并將初步連接好的溝槽式連接器安放至機(jī)械臂的機(jī)械手上； 隨后將安裝作業(yè)機(jī)器人進(jìn)行下放至水下安裝作業(yè)位置； 第二步，當(dāng)攝像頭捕獲到所需連接的管道的具體連接位置的時(shí)候，固定側(cè)翼開(kāi)合液壓缸驅(qū)動(dòng)固定側(cè)翼打開(kāi)，在驅(qū)動(dòng)螺旋槳和氣囊的配合下，機(jī)器人緩慢下降，直至待連接管道整體進(jìn)入管狀空腔部，固定側(cè)翼開(kāi)合液壓缸驅(qū)動(dòng)固定側(cè)翼閉合、夾持住待連接管道； 第三步，根據(jù)攝像頭傳回的畫(huà)面，操作人員在母船上進(jìn)行操控，通過(guò)機(jī)械臂在絲杠滑臺(tái)上左右調(diào)整直至機(jī)械臂上的連接器對(duì)準(zhǔn)待連接管道的接口位置； 密封圈推送環(huán)在密封圈推動(dòng)液壓缸活塞桿的推動(dòng)下，將密封圈推送至待連接管道的接口位置后； 第一液壓缸伸出，帶動(dòng)溝槽式連接器下放至待連接管道的接口位置； 第四步，液壓力矩扳手在第三液壓缸和第四液壓缸的驅(qū)動(dòng)下，依次完成溝槽式連接器連接用各螺栓的緊固后，操作人員在母船上進(jìn)行操控，通過(guò)機(jī)械臂在絲杠滑臺(tái)上移動(dòng)，帶動(dòng)機(jī)械臂向后運(yùn)動(dòng)，使機(jī)械手脫離出溝槽式連接器； 隨后，固定模塊上的固定翼開(kāi)合液壓缸收縮，固定側(cè)翼打開(kāi)，機(jī)器人從管道上脫離；第五步，向氣囊中充氣，使機(jī)器人在浮力的作用下完全離開(kāi)管道、上浮至水面，完成一次水下管道的連接安裝操作。
【文檔編號(hào)】F16L1/26GK104344077SQ201410394908
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】孫朝陽(yáng), 李佳奕, 盛文利, 孫海霞 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)