[发明专利]一种海底管道焊接用水下机器人

摘要

一种海底管道焊接用水下机器人。主要由ROV本体、并联机构、支撑框架和抓管机构几部分组成。ROV本体的主要功能为携带水下焊枪完成损坏管道的维修，本体包括框架、垂直推进器、水平推进器、浮力材料、两个不同自由度的机械臂、水下照明装置、摄像装置以及液压电控装置；并联机构与ROV本体之间用回转支承连接，使两部分机械构件可以相对圆周回转，实现位姿调整，扩大焊接机器人工作范围并完成复杂管道焊接维修；支撑框架采用焊接结构件的框架形式；抓管机构基本组成是平行四边形机构，两侧液压缸通过控制其伸长和回缩进而改变平行四边形形状和连带杆的形态，达到抓紧不同直径的海底管道的要求。本种水下机器人能够在水下焊接损坏的海底管道。

主权项

1.一种海底管道焊接用水下机器人，包括机体，以及为机体提供动力和控制命令的液压和电控系统，其特征在于：所述机体由ROV本体(1)、并联机构(2)、支撑框架(3)和抓管机构(4)四部分组成；其中，所述ROV本体(1)为整个系统的载体，主要由载体框架(5)、ROV底板(12)、浮力模块(7)、4个水平推进器(6)、4个垂直推进器(8)、照明摄像系统(9)、一个5自由度机械手(11)和一个7自由度机械手(10)组成；其中，载体框架(5)既是主要承重装置，也是主要搭载装置；ROV底板(12)用螺栓连接在载体框架(5)下方，它用螺栓连接来固定回转支承(31)外圈；浮力模块(7)通过螺栓连接安装在载体框架(5)的上方，为整套装置提供向上的浮力；8个推进器实现整套装置在水下6个自由度的运动；照明摄像系统(9)安装在载体框架(5)的前上方；5自由度机械手(11)主要实现定位功能和一些辅助功能，7自由度机械手(10)负责精细的操作工作；所述并联机构(2)，包括动平台(13)、球铰链(14)、液压缸A(15)、虎克铰链(16)和静平台(17)；其中，动平台(13)通过螺栓与回转支承(31)的内圈连接，回转支承(31)的内圈与小齿轮(32)啮合，小齿轮(32)转动带动回转支承(31)内圈转动，从而使动平台(13)转动；球铰链(14)由球铰座(18)、球铰盖(19)、球头(20)、球头杆(21)组成，球铰座(18)一侧与动平台(13)通过螺栓连接，另一侧与球铰盖(19)通过沉头螺钉连接；球头(20)嵌入到球铰座(18)中，通过球铰盖(19)与球铰座(18)的连接使其球心位置固定，球铰只能转动，不能移动；球头杆(21)通过螺纹与液压缸A(15)连接，球头杆(21)带有外螺纹，液压缸A(15)伸缩杆带有内螺纹；虎克铰链(16)由固定铰座(22)、铰链端盖(23)、十字轴(24)、活动铰(25)、轴套(26)以及连接轴(27)连接后组成；其中活动铰(25)一端为法兰盘(28)，目的是为了将虎克铰链(16)与液压缸A(15)一端用螺栓连接，活动铰(25)上开有两个孔，为了通过两个连接轴(27)和轴上的轴套(26)；一个虎克铰链(16)中有两个铰链端盖(23)，通过螺栓连接在活动铰(25)上；每一组虎克副中的四个旋转轴都是相互正交的；十字轴(24)通过阶梯孔把4个连接轴(27)联系在一起，每个连接轴(27)上都带有2个轴套(26)；固定铰座(22)的吊耳(29)上开有两个孔，为了通过两个连接轴(27)和轴上的轴套(26)，另外两个铰链端盖(23)通过螺栓连接在固定铰座(22)上；固定铰座(22)的法兰盘(30)一侧用螺栓固定在静平台(17)上；支撑框架(3)与并联机构(2)中的静平台(17)焊接在一起；所述支撑框架(3)采用结构件，支撑框架(3)整体是对称分布，两侧框架(33)中分别通过螺栓固定两个浮力模块，用来给整套装置提供向上的浮力；支撑框架中间空隙用来布置抓管机构(4)；抓管机构(4)由抓管基体(34)和回收装置(35)组成；其中，抓管基体(34)包括爪台(36)、连杆(37)、小底爪(38)和液压缸B(39)；抓管基体(34)中的连杆组成了平行四边形机构，两侧结构对称，两平行四边形的底端通过销轴相连的部分称为小底爪；小底爪与平行四边形的短边相连并在运动时跟随平行四边形机构运动；两侧液压缸B通过控制其伸长和回缩进而改变平行四边形形状和小底爪的形态以达到抓紧不同直径的海底管道的要求；两侧机构的同步性通过液压回路控制两液压缸的的同步性来实现，抓管的预紧力通过控制液压缸内液压油的压力来调节；连杆通过销轴(40)与爪台(36)底部连接；回收装置(35)的作用主要是为了回收抓管基体(34)，回收装置(35)由回转支座(41)、回转轴(42)和回收液压缸(43)连接后组成；回转支座(41)通过螺栓固定在并联机构中的静平台(17)上，回转轴(42)连接回转支座(41)和爪台(36)，回收液压缸(43)的两侧连接爪台突出的连接件(44)上，回收液压缸(43)的收缩带动回转轴(42)的回转，从而实现抓管基体(34)的回收。