潜水遥控载具的工具更换控制制造技术

一种接收来自潜水遥控载具(ROV)的数据的系统，该数据与ROV的臂的操作有关。在将臂对接到工具固持器时，系统基于数据来自动地控制臂的移动。在某些情况下，系统实施基于图像的控制。在某些情况下，系统实施力调节控制。在某些情况下系统实施这两者。情况下系统实施这两者。情况下系统实施这两者。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】潜水遥控载具的工具更换控制
优先权要求
[0001]本申请要求于2019年4月5日提交的美国临时专利申请第62/830,104号和2019年7月2日提交的美国专利申请第16/460,467号的优先权权益，所述申请的内容通过引用并入本文。

技术介绍

[0002]在石化勘探和生产中，许多海上油井的深度远远超出潜水员的可及范围。在这些情况下，从水面上方控制潜水遥控载具(ROV)以执行油井的建设和控制中的一些操作。ROV具有机械臂，该机械臂能够安装用于执行这些操作的工具。一些机械臂具有远程地从工具释放和连接到工具的能力，使得当ROV在海底时可以互换不同的工具。
附图说明
[0003]图1是在海底操作的潜水遥控载具(ROV)的透视图；
[0004]图2是具有对接的机械臂的一部分的示例工具固持器的透视图；
[0005]图3A是图2的工具固持器的面板的透视图，并且图3B是具有工具突出穿过面板的阳型安装件的面板的透视图；
[0006]图4是本文所述的系统的一方面的示意图，包括控制接口、传感器和致动器；
[0007]图5是机械臂自动对接到工具固持器的操作步骤的流程图；
[0008]图6是系统的图像反馈控制的操作步骤的流程图；以及
[0009]图7是系统的力调节控制的操作步骤的流程图。
[0010]在所有附图中，相同的附图标记用于指示相同的部分。
具体实施方式
[0011]图1示出了在海底操作的示例潜水遥控载具(ROV)10。ROV 10可由通常在水体表面14上方的船只30(例如，平台、船舶或其他船只)上的人类操作员从控制接口控制，以在水中飞行并执行特定操作。图1的ROV 10包括机械臂16，机械臂16具有附接到其端部的工具18。在某些情况下，ROV10可包括一个或多个附加的臂，诸如抓取器或其他类型的臂，但机械臂16是最灵巧的，机械臂16具有多个枢转和旋转关节22，该多个枢转和旋转关节22使得臂能够在多个自由度上移动。在某些情况下，机械臂16中的关节22共同提供6个自由度(即，沿X
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轴、Y
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轴、Z
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轴、滚动、俯仰和偏航的移动)。每个关节22包括：使得臂16的连接的区段之间能够移动的机械关节，用于驱动关节的移动的一个或多个致动器，以及在某些情况下，一个或多个传感器，诸如位置和力(线性和/或扭矩)传感器。
[0012]控制接口12通信地耦合到浸没在水中的ROV 10。在一些情况下，ROV 10通过系缆管理系统(TMS)24连接到控制接口12，系缆管理系统(TMS)24也浸没在水中并由船只30支撑。操作员经由控制接口12来控制ROV 10来回飞行和执行操作，并且在执行那些操作时经由控制接口12控制TMS 24。脐带缆26在船只30处的控制接口12与TMS 24之间延伸。TMS 24
放出和收起在TMS 24与ROV 10之间延伸的系缆28。脐带缆26和系缆28在控制接口12与TMS 24以及ROV 10之间传送功率(例如，电功率)和数据。在脐带缆26和系缆28上传送的数据包括：到TMS 24和ROV 10的控制信号以及其他控制通信、来自TMS 24和ROV 10处的传感器的输出、以及其他数据。
[0013]ROV 10进而提供功率(例如，电功率和/或液压功率)，并且通过机械臂16与工具18交换数据，从而使得操作员能够经由控制接口12致动和操作工具18。工具18和ROV 10经由机械臂16传送数据，这些数据包括到工具18中的致动器的控制信号、来自工具18中的传感器的输出、以及其他数据，进而可利用控制接口12传送这些数据。
[0014]图1将工具18示出为具有两个部分的钳口，该两个部分可操作以打开和闭合以抓握和固持物体。但是，存在多种不同工具可与ROV一起使用，包括扭矩工具、切割器和其他工具。工具交换器20安装在机械臂16的端部处、在机械臂16与工具18之间，从而成为臂16与工具18之间的接口。工具交换器20使得ROV 10在海底时能够在没有外部帮助的情况下更换工具18。虽然存在许多可在本文中使用的工具交换器20的示例，但2019年4月5日提交的题为“Submersible Remote Operated Vehicle Tool Interchange(潜水遥控载具工具交换器)”的共同未决的美国申请16/376,622示出了可在本文中使用的示例工具交换器20。
[0015]如下文更详细讨论的，操作员可以操作机械臂16以对接到工具存储单元32的工具固持器中。然后，操作员可以致动工具交换器20以从机械臂16释放工具、将机械臂16从工具存储单元32的工具固持器撤回、并将工具18留在工具存储单元中；换言之，收起工具18。随后，操作员可以操作机械臂16以对接在存储不同工具18的不同工具固持器中，并且致动工具交换器20以锁定到不同工具18并与不同工具18建立数据和功率通信；换言之，连接到工具18。此后，操作员可以将机械臂16从工具固持器撤回并在执行操作时使用不同工具18。工具存储单元32可以在ROV 10上、在TMS 24上、在这两个位置和/或在其他地方。工具存储单元32可以是固定工具存储单元(即，具有固定到位的一个或多个工具固持器)或可更换类型(即，具有多个工具固持器，每个工具固持器可移动以选择性地被呈现用于连接到工具或收起工具)。在工具存储单元32是可更换类型的某些情况下，操作员可以使用控制接口12从菜单选择特定工具或工具固持器，并且工具存储单元32将操作以移动工具固持器，从而呈现工具固持器以允许机械臂16连接到工具或收起工具。在某些情况下，工具存储单元32是转盘类型，其中工具固持器被布置在盘上，该盘在其中心轴上旋转以选择性地对齐待呈现的工具固持器。
[0016]图2是可在上述工具存储单元32中使用的示例工具固持器200的透视图。示例工具固持器200示出为具有对接的机械臂，并且更具体地，示出为接收锁定到工具交换器20的工具18。为了图示的清楚，机械臂16的其余部分被省略，但将从工具交换器20的后部向外延伸(类似于图1所示的)。工具固持器200包括具有面板204的壳体202，壳体202在这里示出为框架。壳体202限定插座206，插座206接收并固持工具18，使得该工具在不使用时可被存储。
[0017]在图3A和图3B的透视图中更好地示出了面板204，面板204具有尺寸设计为使工具18通过的开口208。多个引入斜坡210定位在开口208周围。在图3A中，示出了三个引入斜坡210，其围绕开口208均匀分布，但可以提供更少的或附加的引入斜坡210。而且，图2示出了形成在公共环上的引入斜坡210，该公共环固定到面板204的前表面，而图3A示出了分别固定到面板204的前表面的离散的引入斜坡210。引入斜坡210各自具有面朝内倾斜的表面
212，并且引入斜坡210的表面212彼此协作以限定大体上锥形的引导件，朝向开口208，该引导件的直径减小。因此，引入斜坡210能够接触被接收在引入斜坡210的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，包括：接收来自潜水遥控载具(ROV)的关于所述ROV的臂的操作的数据；以及基于所述数据来自动地控制所述臂相对于目标的移动。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，自动地控制所述臂相对于目标的移动包括在将所述臂对接到工具固持器时自动地控制所述臂的移动，其中所述工具固持器是所述目标。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述臂对接到工具固持器包括将所述臂上的工具插入到所述工具固持器中；并且包括从所述臂释放所述工具。4.如权利要求2或3中任一项所述的方法，包括：接收来自人类操作员的标识工具的输入；以及响应于所述输入，操作工具转盘以将包含所述工具的工具固持器呈现到接入位置。5.如权利要求1
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4中任一项所述的方法，其特征在于，接收数据包括接收来自相机的数据，所述数据包括与所述目标相关联的对齐基准的图像；并且其中自动地控制所述臂的移动包括自动地控制所述臂的所述移动以将所述臂相对于所述目标对齐。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述臂相对于所述目标对齐包括将耦合到所述臂的设备相对于所述目标对齐。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述设备包括工具。8.如权利要求1
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7中任一项所述的方法，其特征在于，接收数据包括接收来自所述臂的力传感器的数据；并且其中自动地控制所述臂的移动包括基于力阈值和自动确定的到所述目标的标称路径来自动地控制所述臂的移动。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述力传感器包括扭矩传感器；并且其中自动地控制所述臂的移动包括基于扭矩阈值和自动确定的到所述目标的标称路径来自动地控制所述臂的移动。10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，自动控制所述臂的移动进一步包括基于在与第一所提及的力阈值不同的方向上的第二不同的力阈值来自动地控制所述臂的移动。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，第一所提及的阈值在所述臂的延伸方向上，而所述第二力阈值横向于所述延伸方向，并且其中第一所提及的阈值大于所述第二阈值。12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，接收数据包括接收来自相机的数据，所述数据包括所述目标的图像；并且其中自动地控制所述臂的移动进一步包括基于所述图像来自动地控制所述臂的所述移动以将所述臂相对于所述目标对齐。13.如权利要求1
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12中任一项所述的方法，包括在所述自动地控制期间重复地接收来自人类操作员的臂移动输入。14.一种包括处理器和存储器的系统，所述存储器具有存储在其上的指令，所述指令能操作以使所述系统执行包括以下各项的操作：接收来自潜水ROV的关于所述ROV的臂的操作的数据；以及
基于所述数据来自动地控制所述臂相对于目标的移动。15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，自动地控制包括在将所述臂对接到工具固...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：FMC技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：