一种用于海底管道磁记忆检测的水下机器人制造技术

本发明专利技术提供的是一种用于海底管道磁记忆检测的水下机器人，主要为了解决常规ROV对海底管道尤其卧在海床上的管道底部检测不到的难题。其特征在于：本装置包括ROV本体、喷枪除沙机构、附管爬行夹持机构、可变径传感器检测机构以及泥沙抚平机构；其中，ROV本体作为载体为其它装置提供支撑和动力，喷枪除沙机构用于对管道上和底部泥沙的清理，附管爬行夹持机构用于夹持不同直径的管道并实现二次清扫，以确保卡爪上的万向滚轮紧贴于管道爬行不打滑；可变径传感器检测机构用于实现传感器对不同直径管道的锁紧抱合检测。本发明专利技术可实现在较深水域、泥沙覆盖等复杂情况下海底管道的整周全方位无死角检测。

An underwater robot for magnetic memory testing of submarine pipelines

The invention provides an underwater vehicle for magnetic memory detection of submarine pipeline, mainly to solve the problem that conventional ROV can not detect the bottom of submarine pipeline, especially pipeline lying on the sea bed. The device is characterized in that the device comprises a ROV body, a spraying gun sand removal mechanism, a pipe-attached creeping clamping mechanism, a variable-diameter sensor detection mechanism and a sediment leveling mechanism, wherein the ROV body acts as a carrier to provide support and power for other devices, and the spraying gun sand removal mechanism is used to clean up sediment at the top and bottom of the pipeline and a pipe-attached creeping clamp. The holding mechanism is used to clamp pipes of different diameters and carry out the second cleaning to ensure that the universal rollers on the claws are tightly attached to the pipes and do not slip. The variable-diameter sensor detection mechanism is used to realize the locking and locking detection of the sensors for pipes of different diameters. The invention can realize the complete and omni-directional dead-angle-free detection of the submarine pipeline under complex conditions such as deep water area, sediment coverage, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种用于海底管道磁记忆检测的水下机器人
本专利技术涉及一种水下管道磁记忆检测装置，具体的说一种能对海底管道进行全方位磁记忆检测用的水下机器人。
技术介绍
随着我国海洋石油、天然气事业的发展，将有越来越多的石油管道铺设在我国东海及南海等较深水海域，而石油管道是海洋石油运输的生命线，一旦发生泄漏，不仅会带来巨大的经济损失，更会对海洋生态环境造成毁灭性的破坏，因此对海底管道进行及时准确的检测与评价极为重要。现有的ROV对海底管道，尤其卧在海床上的管道底部是难以检测到的，更无法实现对海底管道整周全方位无死角检测。金属磁记忆检测技术，被称为21世纪较有应用前景的绿色无损检测技术之一，通过检测构件表面磁场分布，不仅能够检测出管道宏观缺陷，而且能快速方便地检测应力异常集中和早期隐性损伤的危险区域，而常规无损检测无法解决金属濒临损伤前的早期诊断问题，因此磁记忆检测技术为油气管道失效及寿命评估提供了有力的技术支持，同时磁记忆检测无需人工磁化装置，可以非接触检测，因而操作简便，在海底管道检测领域极富开发潜力并具有独特的优势。但由于磁记忆产生和发展的时间较短，在很多方面需要进一步完善，尤其在海底石油管道检测与评估领域，处于刚刚起步阶段，目前还没有一套完善的技术方案可以将金属磁记忆检测技术和ROV技术结合在一起，构成一种方便快捷、体积小巧、性能可靠、全方位整周无死角的海底管道检测装置。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中所提到的技术问题，本专利技术提供了一种用于海底管道磁记忆检测的水下机器人，该种水下机器人能够解决常规ROV对海底管道尤其卧在海床上的管道底部检测不到的难题，实现对海底管道整周全方位无死角检测。。本专利技术的技术方案是：该种用于海底管道磁记忆检测的水下机器人，包括机体以及为机体提供动力和控制的液压系统和电气系统，其独特之处在于：所述机体包括ROV本体、喷枪除沙机构、附管爬行夹持机构和可变径传感器检测机构；其中所述ROV本体包括载体框架、两个浮力模块、两个探照灯、一个摄像头、一个耐压舱、一个控制箱、2个竖直螺旋推进器和4个水平螺旋推进器；其中，载体框架为各组件提供安装位置，两个浮力模块通过固定箱皮和螺栓连接安装在载体框架的上部，为整套装置提供一定的浮力，两个探照灯通过螺栓连接在浮力模块前部且对称分布，摄像头则同样通过螺栓连接安装在浮力模块的前方中间部位；耐压仓安装在载体框架内部的右后部位，控制箱安装在载体框架内部的中间部位；每个竖直螺旋推进器均由底座、螺旋桨架、螺旋桨和液压马达组成，2个竖直螺旋推进器分别安装在所述ROV本体的两侧，定义ROV本体的长度方向为X轴，宽度方向为Y轴，高度方向为Z轴，竖直螺旋推进器的轴线方向与Z轴方向呈15度角，位于载体框架上层，嵌于浮力模块内；4个水平螺旋推进器的轴线方向分别相对于所述ROV本体的X、Y轴方向呈45度夹角，并通过支座安装在载体框架内部的四角，以消除洋流的分力；喷枪除沙机构包括两个五自由度可调压机械喷枪，分别安装在所述载体框架前方并且对称分布；所述五自由度可调压机械喷枪包括手部第一关节、手部第二关节、手部第三关节、手部第四关节和水枪喷头；手部第一关节通过转轴连接在所述载体框架前方两侧，手部第二关节与第一关节、第三关节分别通过铰接连接，手部第三关节与手部第四关节通过转轴配合连接，手部第四关节与水枪喷头通过铰接相连；手部第一关节内部装有液压马达，用于实现手部第一关节周向360°连续稳定的旋转；手部第二关节两端装有液压马达，分别驱动手部第二关节与第一关节、以及第二关节与第三关节的相对旋转，手部第四关节由内部马达驱动，可实现相对第三关节的360度旋转，水枪喷头相对第四关节可进行180度转动；附管爬行夹持机构包括顶部带有弧度的卡爪、可伸缩拉杆、万向滚轮和清扫机构；所述可伸缩拉杆包括弹簧套筒、伸缩弹簧和推杆；其中，卡爪上部通过销轴连接在所述载体框架底部，所述卡爪外侧与可伸缩拉杆通过销钉连接在所述载体框架的底部外侧耳板上；可伸缩拉杆的弹簧套筒一端通过六角螺栓与底座两侧耳板固定，另一端通过伸缩弹簧与推杆的上端连接，当管径处于最小状态，伸缩弹簧处于原长状态，通过弹簧套筒中伸缩弹簧的伸缩，可使卡爪张合以适应夹持不同直径管道；推杆下端与卡爪外侧中间部位耳板铰接，以使得力臂适中和所述卡爪能够实现快速运动；清扫机构位于卡爪的内侧，所述清扫机构包括驱动马达和履带式清洗刷，履带式清洗刷位于卡爪内前侧，通过驱动马达转动使履带式清洗刷工作，以实现对管道上的喷枪除沙时腾起的细沙进行二次清除，以使得卡爪内后侧的万向滚轮紧贴于管道爬行不打滑；可变径传感器检测机构包括上环形检测滑道、左环形检测滑道、右环形检测滑道、扇形齿轮、锁死机构和可变径传感器密封夹持结构；所述锁死机构包括楔形插销、楔形锁芯和压缩弹簧；压缩弹簧一端与楔形锁芯的一侧相连接，另一端固定在左环形检测滑道内侧；当固定在右环形滑道端部的楔形插销插入楔形锁芯里时，楔形锁芯挤压压缩弹簧，通过压缩弹簧的伸缩以及局部齿轮停止转动实现反锁，来达到锁住左右环形检测滑道的目的；上环形检测滑道与ROV本体下部固连，通过扇形齿轮分别与左环形检测滑道、右环形检测滑道上的不完全齿轮啮合，以带动左环形检测滑道和右环形检测滑道同步张合，并通过所述锁死机构达到紧固环抱管道的目的；可变径传感器密封夹持结构包括齿轮组、液压缸套、液压推杆、万向滚轮及传感器密封件；可变径传感器密封夹持结构与上环形检测滑道通过齿轮组配合，其中齿轮组中的4个齿轮分别嵌入上环形检测滑道上下左右4个齿条槽中，两两搭配，形成上下左右对称结构，并可沿周向进行啮合滚动；左环形检测滑道、右环形检测滑道与可变径传感器密封夹持结构的配合以及相对运动关系同上环形滑道一致；左、右环形检测滑道之间的锁紧通过所述锁死结构和扇形齿轮的配合实现左、右环形检测滑道的扣合锁死；齿轮组通过双轴与液压缸套连接，液压缸套里的液压推杆与万向滚轮通过螺纹连接，万向滚轮上附有传感器密封件，通过液压推杆的伸缩，用于适应不同管道的直径，从而实现变径检测功能；传感器密封件可以通过齿轮组沿上环形检测滑道作周向转动，同时可随上环形检测滑道一起沿管道轴向行进，以实现对管道周向与轴向全方位无死角检测；齿轮组的对称结构不仅保证了液压缸套、液压推杆、万向滚轮始终沿径向在一条直线上，使得磁记忆传感器沿径向正对管体，避免传感器因角度倾斜产生测量误差；而且保证了ROV沿管道轴向前进时可变径传感器密封夹持结构不会受洋流干扰而前后晃动，确保检测过程的精确性和稳定性。另外，所述水下机器人还具有一个泥沙抚平机构；泥沙抚平机构包括腿部第一关节、腿部第二关节，腿部第三关节、推土板和液压缸；腿部第一关节通过铰接与ROV本体底座连接；腿部第二关节与腿部第一关节用铰接相连；腿部第三关节与腿部第二关节之间用轴连接，腿部第二关节内部装有液压马达，以驱动腿部第三关节进行360度旋转；推土板一端与腿部第三关节铰接，推土板另一端和液压缸的一端通过铰接相连，液压缸的另一端与腿部第三关节通过铰接相连；腿部第一关节与底座以及腿部第二关节铰接处都装有液压马达。本专利技术具有如下有益效果：本装置具有ROV本体、喷枪除沙机构，附管爬行夹持机构、可变径传感器检测机构和泥沙抚平机构。其中，喷枪除沙机构通过控制水枪喷头的压力和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于海底管道磁记忆检测的水下机器人，包括机体以及为机体提供动力和控制的液压系统和电气系统，其特征在于：所述机体包括ROV本体（1）、喷枪除沙机构（2）、附管爬行夹持机构（3）和可变径传感器检测机构（4）；其中所述ROV本体包括载体框架（101）、两个浮力模块（102）、两个探照灯（103）、一个摄像头（104）、一个耐压舱（105）、一个控制箱（106）、2个竖直螺旋推进器（107）和4个水平螺旋推进器（108）；其中，载体框架（101）为各组件提供安装位置，两个浮力模块（102）通过固定箱皮和螺栓连接安装在载体框架的上部，为整套装置提供一定的浮力，两个探照灯（103）通过螺栓连接在浮力模块前部且对称分布，摄像头（104）则同样通过螺栓连接安装在浮力模块的前方中间部位；耐压仓（105）安装在载体框架内部的右后部位，控制箱（106）安装在载体框架内部的中间部位；每个竖直螺旋推进器（107）均由底座、螺旋桨架、螺旋桨和液压马达组成，2个竖直螺旋推进器（107）分别安装在所述ROV本体的两侧，定义ROV本体（1）的长度方向为X轴，宽度方向为Y轴，高度方向为Z轴，竖直螺旋推进器（107）的轴线方向与Z轴方向呈15度角，位于载体框架（101）上层，嵌于浮力模块（102）内； 4个水平螺旋推进器（108）的轴线方向分别相对于所述ROV本体的X、Y轴方向呈45度夹角，并通过支座安装在载体框架（101）内部的四角，以消除洋流的分力；喷枪除沙机构（2）包括两个五自由度可调压机械喷枪，分别安装在所述载体框架前方并且对称分布；所述五自由度可调压机械喷枪包括手部第一关节（201）、手部第二关节（202）、手部第三关节（203）、手部第四关节（204）和水枪喷头（205）；手部第一关节（201）通过转轴连接在所述载体框架前方两侧，手部第二关节（202）与第一关节（203）、第三关节（203）分别通过铰接连接，手部第三关节（203）与手部第四关节（204）通过转轴配合连接，手部第四关节（204）与水枪喷头（205）通过铰接相连；手部第一关节（201）内部装有液压马达，用于实现手部第一关节（201）周向360°连续稳定的旋转；手部第二关节（202）两端装有液压马达，分别驱动手部第二关节（202）与第一关节（201）、以及第二关节（202）与第三关节（203）的相对旋转，手部第四关节（204）由内部马达驱动，可实现相对第三关节的360度旋转，水枪喷头（205）相对第四关节(204)可进行180度转动；附管爬行夹持机构（3）包括顶部带有弧度的卡爪(301)、可伸缩拉杆（302）、万向滚轮（303）和清扫机构（304）；其中，卡爪（301）上部通过销轴连接在所述载体框架底部，所述卡爪的外侧与可伸缩拉杆（302）通过销钉连接在所述载体框架底部两侧耳板上；可伸缩拉杆（302）包括弹簧套筒（3021）、伸缩弹簧（3022）和推杆（3023），弹簧套筒（3021）上端与载体框架底部两侧耳板铰接，所述弹簧套筒内的伸缩弹簧（3022）与推杆（3023）的上端连接，所述推杆下端与卡爪(301)外侧中间部位的耳板铰接，以使得力臂适中和所述卡爪能够实现快速运动；当管径处于最小状态，所述弹簧套筒中伸缩弹簧（3022）处于原长状态，通过伸缩弹簧（3022）的伸缩，可使卡爪（301）张合以适应夹持不同直径管道；清扫机构（304）位于卡爪（301）的内侧，所述清扫机构包括驱动马达（304‑1）和履带式清洗刷（3042），履带式清洗刷（3042）位于卡爪(301)内前侧，通过驱动马达（3041）转动使履带式清洗刷（3042）工作，以实现对管道上的喷枪除沙时腾起的细沙进行二次清除，以使得卡爪(301)内后侧的万向滚轮(303)紧贴于管道爬行不打滑；可变径传感器检测机构（4）包括上环形检测滑道（401）、左环形检测滑道（402）、右环形检测滑道（403）、扇形齿轮（404）、锁死机构和可变径传感器密封夹持结构（405）；所述锁死机构包括楔形插销（406）、楔形锁芯（407）和压缩弹簧（408）；压缩弹簧（408）一端与楔形锁芯（407）的一侧相连接，另一端固定在左环形检测滑道（402）内侧，固定在右环形检测滑道（403）端部的楔形插销（406）插入楔形锁芯（407）里时，楔形锁芯（407）挤压压缩弹簧（408），通过压缩弹簧（408）的伸缩以及扇形齿轮（404）停止转动实现反锁，来达到锁住左右环形检测滑道的目的；上环形检测滑道（401）与ROV本体（1）下部固连，通过扇形齿轮（404）分别与左环形检测滑道（402）、右环形检测滑道(403)上的不完全齿轮啮合，以带动左环形检测滑道（402）和右环形检测滑道(403)同步张合，并通过所述锁死机构达到紧固环抱管道的目的；可变径传感器密封夹持...

【技术特征摘要】
1.一种用于海底管道磁记忆检测的水下机器人，包括机体以及为机体提供动力和控制的液压系统和电气系统，其特征在于：所述机体包括ROV本体（1）、喷枪除沙机构（2）、附管爬行夹持机构（3）和可变径传感器检测机构（4）；其中所述ROV本体包括载体框架（101）、两个浮力模块（102）、两个探照灯（103）、一个摄像头（104）、一个耐压舱（105）、一个控制箱（106）、2个竖直螺旋推进器（107）和4个水平螺旋推进器（108）；其中，载体框架（101）为各组件提供安装位置，两个浮力模块（102）通过固定箱皮和螺栓连接安装在载体框架的上部，为整套装置提供一定的浮力，两个探照灯（103）通过螺栓连接在浮力模块前部且对称分布，摄像头（104）则同样通过螺栓连接安装在浮力模块的前方中间部位；耐压仓（105）安装在载体框架内部的右后部位，控制箱（106）安装在载体框架内部的中间部位；每个竖直螺旋推进器（107）均由底座、螺旋桨架、螺旋桨和液压马达组成，2个竖直螺旋推进器（107）分别安装在所述ROV本体的两侧，定义ROV本体（1）的长度方向为X轴，宽度方向为Y轴，高度方向为Z轴，竖直螺旋推进器（107）的轴线方向与Z轴方向呈15度角，位于载体框架（101）上层，嵌于浮力模块（102）内；4个水平螺旋推进器（108）的轴线方向分别相对于所述ROV本体的X、Y轴方向呈45度夹角，并通过支座安装在载体框架（101）内部的四角，以消除洋流的分力；喷枪除沙机构（2）包括两个五自由度可调压机械喷枪，分别安装在所述载体框架前方并且对称分布；所述五自由度可调压机械喷枪包括手部第一关节（201）、手部第二关节（202）、手部第三关节（203）、手部第四关节（204）和水枪喷头（205）；手部第一关节（201）通过转轴连接在所述载体框架前方两侧，手部第二关节（202）与第一关节（203）、第三关节（203）分别通过铰接连接，手部第三关节（203）与手部第四关节（204）通过转轴配合连接，手部第四关节（204）与水枪喷头（205）通过铰接相连；手部第一关节（201）内部装有液压马达，用于实现手部第一关节（201）周向360°连续稳定的旋转；手部第二关节（202）两端装有液压马达，分别驱动手部第二关节（202）与第一关节（201）、以及第二关节（202）与第三关节（203）的相对旋转，手部第四关节（204）由内部马达驱动，可实现相对第三关节的360度旋转，水枪喷头（205）相对第四关节(204)可进行180度转动；附管爬行夹持机构（3）包括顶部带有弧度的卡爪(301)、可伸缩拉杆（302）、万向滚轮（303）和清扫机构（304）；其中，卡爪（301）上部通过销轴连接在所述载体框架底部，所述卡爪的外侧与可伸缩拉杆（302）通过销钉连接在所述载体框架底部两侧耳板上；可伸缩拉杆（302）包括弹簧套筒（3021）、伸缩弹簧（3022）和推杆（3023），弹簧套筒（3021）上端与载体框架底部两侧耳板铰接，所述弹簧套筒内的伸缩弹簧（3022）与推杆（3023）的上端连接，所述推杆下端与卡爪(301)外侧中间部位的耳板铰接，以使得力臂适中和所述卡爪能够实现快速运动；当管径处于最小状态，所述弹簧套筒中伸缩弹簧（3022）处于原长状态，通过伸缩弹簧（3022）的伸缩，可使卡爪（301）张合以适应夹持不同直径管道；清扫机构（304）位于卡爪（301）的内侧，所述清扫机构包括驱动马达（304-1）和履带式清洗刷（3042），履带式清洗刷（3042）位于卡爪(301)内...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢海燕，张清华，李思岐，俞洋，李文奇，于鑫杰，高胜，冷建成，刘长海，李超，申大山，徐成，
申请(专利权)人：东北石油大学，哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23