一种水下铺管机器人及其铺管方法技术

本发明专利技术提供了一种水下铺管机器人及其铺管方法，水下铺管机器人包括支架结构、铺管吸附平台、管道沟挖掘装置、尘土清理装置、驱动装置、履带吸附装置、推进装置；通过设置履带吸附装置、推进装置，实现水下铺管机器人在母船上行走自主下水和通过推进装置使水下铺管机器人到达预铺管位置和回收位置，减少人工搬运的时间，提高了工作效率；通过设置管道沟挖掘装置，能够充分的使海底的土地变得足够的松散甚至将较硬质的海底或石头打碎；通过铺管吸附平台，能够改变铺管架的角度，使管道能够更方便地放入管道沟，提高了铺管效率。提高了铺管效率。提高了铺管效率。

【技术实现步骤摘要】
一种水下铺管机器人及其铺管方法


[0001]本专利技术涉及海底管道铺设设备领域，更具体地，涉及一种水下铺管机器人及其铺管方法。

技术介绍

[0002]在深海，管道埋设作业受到海水环境因素影响大，不能像浅海管线埋设那样倚靠与水面上的船舶的联系进行挖沟，所以必须需要能够远程操控的有着自主工作能力的挖沟设备。
[0003]在专利一种水力喷射式海底挖沟铺管机器人中，该机器人包括喷射系统、履带行走系统、抽吸扬泥系统、铺管系统和机架，所述喷射系统用于深度挖沟，包括喷射臂、喷嘴、轴流泵和收放液压缸四部分；所述履带行走系统是本种挖沟铺管机器人的行走动力源，包括导向轮、驱动轮、履带架、履带、液压马达、履带张紧装置、托链轮和支重轮；所述抽吸扬泥系统用于将沟内被冲散的泥沙排出沟外，防止泥沙将挖好的沟道掩埋；抽吸扬泥系统包括吸泥管、排泥管、轴流泵和旋转系统；所述铺管系统用于承载和夹持管件，包括托管架、滚轮、托管架滚轴、滚珠丝杠、滚珠丝杠滑件、步进电机、液压缸和起升装置；该机器人虽实现了自主工作能力以及不能同时挖沟和铺管等问题，但是由于海底铺管深度在2.1m～5.6m左右，在松软的海底淤泥之下存在较硬的土或岩石，而抽吸扬泥这种方式对硬土和岩石作用力不大，会使得铺管深度局限，甚至存在铺管时铺管沟内存在的岩石对管道的损伤风险；并且在该机器人需要母船的投放和回收。

技术实现思路

[0004]本专利技术为克服上述现有技术所述的不能应对不同软硬程度的土质进行挖掘管道的工作和需要母船投放和回收缺陷，提供一种水下铺管机器人
[0005]本专利技术的另一目的在于提供一种所述水下铺管机器人的铺管方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种水下铺管机器人，包括支架结构、铺管吸附平台、管道沟挖掘装置、尘土清理装置、驱动装置、履带吸附装置、推进装置；
[0008]所述铺管吸附平台包括铺管架、若干个电磁铁夹和第一伸缩结构，所述铺管架通过若干个第一伸缩结构设置于支架结构的顶部，若干个所述电磁铁夹通过有第一伸缩杆设置于铺管架内壁两侧；
[0009]所述管道沟挖掘装置设置于支架结构的底部，所述管道挖掘装置包括若干个地钻结构和第二伸缩结构，若干个所述地钻结构安装于第二伸缩结构上；
[0010]所述尘土清理装置用于清理管道沟内的土，所述尘土清理装置设置于管道沟挖掘装置的一侧，所述尘土清理装置包括第一液压缸和铲子，所述第一液压缸的输出轴连接铲子；
[0011]所述驱动装置设置于支架结构两侧，所述驱动装置包括若干个步进电机和主动
轮，若干个所述步进电机设置于支架结构上，所述主动轮与步进电机的输出轴传动连接，若干个所述主动轮通过履带传动连接；
[0012]所述履带吸附装置包括若干个电磁铁块，若干个所述电磁铁块嵌入安装在履带上；
[0013]所述推进装置包括第一螺旋桨和传动系统，所述第一螺旋桨对应安装于支架结构两侧，所述第一螺旋桨与传动系统的输出轴传动连接。
[0014]根据上述技术方案设计，履带吸附装置上的电磁铁块通电，水下铺管机器人即可以通过履带吸附装置吸附在母船上，通过驱动装置的步进电机驱动主动轮在母船船体上行走；母船在理想投放位置投放水下铺管机器人，断开履带吸附装置的电力系统，吸附在母船上的水下铺管机器人取消吸附，水下铺管机器人进入理想海域；进入海里后，推进装置运作，传动系统传动带动支架两侧的第一螺旋桨转动，推动水下铺管机器人在水中移动，或使水下铺管机器人能够顺着水流平稳运行，到达管道沟待挖掘位置；水下铺管机器人通过步进电机带动主动轮在海底移动至预铺管位置；管道沟挖掘装置通过第二伸缩结构带动地钻结构，根据预设深度对海底进行松土，甚至将较硬质的海底或石头打碎；尘土清理装置通过第一液压缸带动铲子将管道沟内的障碍物铲出，每对松土一段距离，尘土清理装置便铲出该段距离内的障碍物和尘土；当水下铺管机器人挖掘出预想管道沟长度时，海面上的母船向海底投放管道；传动系统带动第一螺旋桨实现可调节角度运行，水下铺管机器人通过推进装置运动，铺管吸附平台通过第一伸缩杆推动电磁铁夹将管道夹持，夹持紧密地吸附管道至管道沟位置并铺管，若干个第一伸缩结构还可以通过调节伸缩高度来调整角度来承载由母船放下来的管道，使管道更方便地进入管道沟内，此类铺管吸附平台提高了铺管的效率性和稳定性；驱动装置驱动水下铺管机器人行走，并完成管道铺设后，水下铺管机器人通过传动系统调整角度带动第一螺旋桨在海内运行，使水下铺管机器人返回母船所在位置，并恢复履带吸附装置的电力系统，水下铺管机器人通过履带吸附装置吸附于船体表面，通过驱动装置运行回到母船甲板处，此处驱动装置方便水下铺管机器人在海内行走。
[0015]上述水下铺管机器人上还设有摄像头定位系统和远程控制系统，所述远程控制系统的通过控制模块控制支架结构、铺管吸附平台、管道沟挖掘装置、尘土清理装置、驱动装置、履带吸附装置和推进装置，所述远程控制系统的控制模块与通信模块通信连接，所述摄像头定位系统和远程控制系统的通信模块与操控终端通信连接，操作人可以通过操控终端从而实现对摄像头定位系统和远程控制系统的控制，从而控制水下铺管机器人在海底的各种动作。
[0016]进一步地，所述第一伸缩结构包括第二伸缩杆和第二液压缸，所述第二伸缩杆一端连接铺管架底部，另一端连接第二液压缸的输出轴；所述第一伸缩结构为四个，所述支架结构顶部四角向上延伸出四个支撑柱，四个所述第二液压缸分别设置于四个支撑柱内，四个所述第二伸缩杆一端均连接铺管架的底部。
[0017]根据上述技术方案设计，在铺管时，四个第一液压缸分别带动四个第二伸缩杆运作，第二伸缩杆带动铺管架，由于四个第一液压缸可以同步将四个第二伸缩杆同步抬起或只抬起其中一个或几个第二伸缩杆，从而实现以多种角度承载由母船放下来的管道，使管道能够更方便快捷地被放入管道沟内，提高了工作效率。
[0018]进一步地，所述铺管架顶部设有圆弧形通槽，所述电磁铁夹为圆弧形结构，所述电
磁铁夹的中心部设有电磁铁，所述电磁铁夹为四个，四个所述电磁铁夹位置对应设置于铺管架圆弧形通槽内壁两侧。
[0019]根据上述技术方案设计，所述铺管架和电磁铁夹的圆弧形通槽更贴合管道的形状，使电磁铁夹更紧密地吸附夹持管道进行海底铺管工作。
[0020]进一步地，所述第二伸缩结构包括第一伸缩架、第二伸缩架、第三液压缸和第四液压缸，所述第一伸缩架和第二伸缩架均为T字型结构，所述T字型结构两端均设有筒套；所述支架结构两侧对应位置各设有两根平行的定位杆，所述第一伸缩架和第二伸缩架均通过各自T字型结构两端的筒套滑动连接同侧的两根定位杆，所述第一伸缩架的T字型结构底端与第三液压缸的输出轴传动连接，所述第二伸缩架的T字型结构底端与第四液压缸的输出轴传动连接，所述第三液压缸和第四液压缸分别设置于支架结构的两侧，所述第一伸缩架和第二伸缩架通过各自的两侧筒套各连接有第一固定杆和第二固定杆；若干个所述地钻结构均匀设置于第一固定杆和第二固定杆上。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下铺管机器人，其特征在于，包括支架结构(1)、铺管吸附平台(2)、管道沟挖掘装置(3)、尘土清理装置(4)、驱动装置(5)、履带吸附装置(6)、推进装置(7)；所述铺管吸附平台(2)包括铺管架(201)、若干个电磁铁夹(202)和第一伸缩结构，所述铺管架(201)通过若干个第一伸缩结构设置于支架结构(1)的顶部，若干个所述电磁铁夹(202)通过有第一伸缩杆(203)设置于铺管架(201)内壁两侧；所述管道沟挖掘装置(3)设置于支架结构(1)的底部，所述管道挖掘装置包括若干个地钻结构(301)和第二伸缩结构(302)，若干个所述地钻结构(301)安装于第二伸缩结构(302)上；所述尘土清理装置(4)用于清理管道沟内的土，所述尘土清理装置(4)设置于管道沟挖掘装置(3)的一侧，所述尘土清理装置(4)包括第一液压缸和铲子(401)，所述第一液压缸的输出轴连接铲子(401)；所述驱动装置(5)设置于支架结构(1)两侧，所述驱动装置(5)包括若干个步进电机(501)和主动轮(502)，若干个所述步进电机(501)设置于支架结构(1)上，所述主动轮(502)与步进电机(501)的输出轴传动连接，若干个所述主动轮(502)通过履带(503)传动连接；所述履带吸附装置(6)包括若干个电磁铁块(601)，若干个所述电磁铁块(601)嵌入安装在履带(503)上；所述推进装置(7)包括第一螺旋桨(701)和传动系统，所述第一螺旋桨(701)对应安装于支架结构(1)两侧，所述第一螺旋桨(701)与传动系统的输出轴传动连接。2.根据权利要求1所述的水下铺管机器人，其特征在于，所述第一伸缩结构包括第二伸缩杆(204)和第二液压缸，所述第二伸缩杆(204)一端连接铺管架(201)底部，另一端连接第二液压缸的输出轴；所述第一伸缩结构为四个，所述支架结构(1)顶部四角向上延伸出四个支撑柱，四个所述第二液压缸分别设置于四个支撑柱内，四个所述第二伸缩杆(204)一端均连接铺管架(201)的底部。3.根据权利要求1所述的水下铺管机器人，其特征在于，所述铺管架(201)顶部设有圆弧形通槽，所述电磁铁夹(202)为圆弧形结构，所述电磁铁夹(202)的中心部设有电磁铁，所述电磁铁夹(202)为四个，四个所述电磁铁夹(202)位置对应设置于铺管架(201)圆弧形通槽内壁两侧。4.根据权利要求1所述的水下铺管机器人，其特征在于，所述第二伸缩结构(302)包括第一伸缩架(3021)、第二伸缩架(3022)、第三液压缸和第四液压缸，所述第一伸缩架(3021)和第二伸缩架(3022)均为T字型结构，所述T字型结构两端均设有筒套(3023)；所述支架结构(1)两侧对应位置各设有两根平行的定位杆(101)，所述第一伸缩架(3021)和第二伸缩架(3022)均通过各自T字型结构两端的筒套(3023)滑动连接同侧的两根定位杆(101)，所述第一伸缩架(3021)的T字型结构底端与第三液压缸的输出轴传动连接，所述第二伸缩架(3022)的T字型结构底端与第四液压缸的输出轴传动连接，所述第三液压缸和第四液压缸分别设置于支架结构(1)的两侧，所述第一伸缩架(3021)和第二伸缩架(3022)通过各自的两侧筒套(3023)各连接有第一固定杆(3024)和第二固定杆(3025)；若...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴登琦，段伟旭，黄技，侯玲，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：