(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201621406213.5
(22)申请日 2016.12.21
(73)专利权人 中国海洋石油总公司
地址 100010 北京市东城区朝阳门北大街
25号中海油大厦
专利权人 中海油能源发展股份有限公司
中海油能源发展装备技术有限公
司
浙江大学
(72)发明人 寿志成 杨灿军 范锦昌 张小康
张理匡 邱卫忠 李冬翌 黄政明
江平
(74)专利代理机构 上海科盛知识产权代理有限
公司 31225
代理人 王小荣
(51)Int.Cl.B08B 9/023(2006.01)(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利
(54)实用新型名称一种环抱式水下钢结构管道外表面海生物清理机器人(57)摘要本实用新型涉及一种环抱式水下钢结构管道外表面海生物清理机器人，该机器人包括机器人行走单元以及设置在机器人行走单元上的移动式清理单元，机器人行走单元包括相互平行设置的上弧形固定板、下弧形固定板以及分别设置在上弧形固定板与下弧形固定板之间的悬磁吸附组件、行走驱动机构及抬升机构，移动式清理单元包 括设置在上弧形固定板上的弧形固定支架、设置在弧形固定支架上的弧形齿条以及沿周向移动设置在弧形固定支架上并与弧形齿条相啮合的空化水喷射机构。与现有技术相比，本实用新型采用空化水射流的方式对水下钢结构管道外表面的海生物进行清理，清理效率高，清理成本低，工作稳定，便于拆装，安全性好，应用范
围广。权利要求书2页 说明书6页 附图5页CN 206366547 U 2017.08.01
C N 206366547
U
1.一种环抱式水下钢结构管道外表面海生物清理机器人，其特征在于，该机器人包括机器人行走单元以及设置在机器人行走单元上的移动式清理单元，所述的机器人行走单元包括相互平行设置的上弧形固定板(1)、下弧形固定板(2)以及分别设置在上弧形固定板(1)与下弧形固定板(2)之间的悬磁吸附组件、行走驱动机构及抬升机构，所述的移动式清理单元包括设置在上弧形固定板(1)上的弧形固定支架(3)、设置在弧形固定支架(3)上的弧形齿条(4)以及沿周向移动设置在弧形固定支架(3)上并与弧形齿条(4)相啮合的空化水喷射机构，所述的机器人通过悬磁吸附组件吸附在管道表面，在行走驱动机构的作用下沿管道轴向运动，并由空化水喷射机构除去管道外表面的海生物。
2.根据权利要求1所述的一种环抱式水下钢结构管道外表面海生物清理机器人，其特征在于，所述的悬磁吸附组件包括多个沿周向分别布设在上弧形固定板(1)与下弧形固定板(2)之间的永磁块组(37)，所述的永磁块组(37)与管道表面相连一侧的磁场强度大于背离管道表面一侧的磁场强度。
3.根据权利要求1所述的一种环抱式水下钢结构管道外表面海生物清理机器人，其特征在于，所述的行走驱动机构包括并列设置在上弧形固定板(1)与下弧形固定板(2)之间的第一轴向行走轮安装板(5)、第二轴向行走轮安装板(6)、设置在第一轴向行走轮安装板(5)与第二轴向行走轮安装板(6)之间的轴向行走轮(7)、设置在第二轴向行走轮安装板(6)外侧的轴向行走轮步进电机安装筒(8)以及设置在轴向行走轮步进电机安装筒(8)内并与轴向行走轮(7)传动连接的轴向行走轮步进电机(9)。
4.根据权利要求3所述的一种环抱式水下钢结构管道外表面海生物清理机器人，其特征在于，所述的轴向行走轮步进电机安装筒(8)上设有第一水密接插件(10)。
5.根据权利要求1所述的一种环抱式水下钢结构管道外表面海生物清理机器人，其特征在于，所述的抬升机构包括设置在上弧形固定板(1)与下弧形固定板(2)之间的抬升机构连接座(11)、一对沿上弧形固定板(1)与下弧形固定板(2)的径向分别设置在抬升机构连接座(11)上的丝杠固定块(12)、设置在两丝杠固 定块(12)之间的丝杠(13)、移动设置在丝杠(13)上并位于两丝杠固定块(12)之间的丝杆螺母(14)、固定设置在丝杆螺母(14)上的径向抬升轮安装架(15)以及设置在径向抬升轮安装架(15)上的径向抬升轮(16)。
6.根据权利要求5所述的一种环抱式水下钢结构管道外表面海生物清理机器人，其特征在于，所述的抬升机构连接座(11)上还设有与丝杠(13)相平行的导轨(17)以及滑动设置在导轨(17)上并与径向抬升轮安装架(15)固定连接的滑块(18)。
7.根据权利要求1所述的一种环抱式水下钢结构管道外表面海生物清理机器人，其特征在于，所述的弧形固定支架(3)包括设置在上弧形固定板(1)上的下弧形固定支架(31)、一对分别设置在下弧形固定支架(31)两端的弧形固定支架连接板(32)以及设置在两弧形固定支架连接板(32)之间并位于下弧形固定支架(31)上方的上弧形固定支架(33)，所述的弧形齿条(4)设置在上弧形固定支架(33)与下弧形固定支架(31)之间并与弧形固定支架连接板(32)固定连接。
8.根据权利要求7所述的一种环抱式水下钢结构管道外表面海生物清理机器人，其特征在于，所述的空化水喷射机构包括设置在上弧形固定支架(33)与下弧形固定支架(31)之间的滚轮连接架(19)、分别设置在滚轮连接架(19)上下两端的上滚轮组件、下滚轮组件、设置在上滚轮组件与下滚轮组件之间并与弧形齿条(4)相啮合的周向直齿轮驱动组件、设置
在滚轮连接架(19)上的空化水喷嘴连接板(24)以及设置在空化水喷嘴连接板(24)上的空化水喷嘴(25)。
9.根据权利要求8所述的一种环抱式水下钢结构管道外表面海生物清理机器人，其特征在于，
所述的上滚轮组件包括设置在滚轮连接架(19)上端的上滚轮固定板(20)以及分别设置在上滚轮固定板(20)上的外上滚轮(21)、内上滚轮(29)，所述的内上滚轮(29)及外上滚轮(21)分别位于上弧形固定支架(33)的内外两端并可沿上弧形固定支架(33)的端面滚动；
所述的下滚轮组件包括设置在滚轮连接架(19)下端的下滚轮固定板(22)以及分别设置在下滚轮固定板(22)上的外下滚轮(23)、内下滚轮(30)，所述的内下滚轮(30)及外下滚轮(23)分别位于下弧形固定支架(31)的内外两端并可沿下弧形固定支架(31)的端面滚动；
所述的周向直齿轮驱动组件包括设置在滚轮连接架(19)上的周向直齿轮步进 电机安装筒(26)、设置在周向直齿轮步进电机安装筒(26)内的周向直齿轮步进电机(27)以及与周向直齿轮步进电机(27)传动连接并与弧形齿条(4)相啮合的周向直齿轮(28)。
10.根据权利要求1至9任一项所述的一种环抱式水下钢结构管道外表面海生物清理机器人，其特征在于，该装置还包括设置在空化水喷射机构上的第一水下摄像头(34)以及对称设置在下弧形固定板(2)上的第二水下摄像头(35)、第三水下摄像头(36)。
一种环抱式水下钢结构管道外表面海生物清理机器人
技术领域
[0001]本实用新型属于海洋平台海生物清理技术领域，涉及一种环抱式水下钢结构管道外表面海生物清理机器人。
背景技术
[0002]随着海洋资源的广泛利用，世界上海洋平台的数量不断增加。在海平面±5m的范围内，由于潮涨潮汐的影响，海洋平台中钢结构管道的外表面会周期性地接触空气和海水，使得许多海生物在钢结构管道外表面快速繁殖、生长，例如海蛎子、藤壶等，这些海生物不仅增加了海洋平台的重量，也使得海洋平台受海流的作用面积增大，产生了巨大的安全隐患，因此，必须定期清理钢结构管道外表面的海生物。
[0003]目前，普遍采用的水下钢结构管道外表面海生物清理方式为人工水下清理，即由潜水员潜入水下，利用携带的喷砂工具打磨管道外表面，以清理管道外表面的海生物。该方式存在如下弊端：
[0004](1)潜水员存在人身安全隐患，随时可能会有危险发生；
[0005](2)受天气及海洋状况的影响较大，天气及海况稍有变化，便无法开展清理工作，使得该方式在应用时具有较大局限性；
[0006](3)海洋平台的水下钢结构管道交错布设，管架结构复杂，使得人工清理的工作量极大；
[0007](4)喷砂时，在清理掉海生物的同时也会破坏管道外表面的保护层，必须重新上漆才能防止腐蚀，因此加大了后续的工作量，增加了维护成本；
[0008](5)喷砂清理方式还会加重海洋平台上的灰尘污染和噪声污染。
[0009]申请公布号为CN103883840A的中国发明专利公开了一种管道防腐层清理机器人，该管道防腐层清理机器人包括：管架体，其中，管架体由截面为半圆的两个管体对接而成，在管架体内设置第一架体和第二架体；驱动组设置在第一架体上；清理机构，设置在第二架体上；打磨机构，设置在第二架体上，且与清理机构相对设置；控制机构，设置在管架体上。上述专利公布的技术方案中，管道防腐层清理机器人能够在一定程度上减轻人工清理的工作量，但其需要预先将两个半圆的管体套设在管道外表面，并通过销轴连接形成管架体，安装与拆卸不便，且不适用于水下工作，无法对水下钢结构管道外表面海生物进行清理。
实用新型内容
[0010]本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种灵活性好且易于拆装的环抱式水下钢结构管道外表面海生物清理机器人。
[0011]本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0012]一种环抱式水下钢结构管道外表面海生物清理机器人，该机器人包括机器人行走单元以及设置在机器人行走单元上的移动式清理单元，所述的机器人行走单元包括相互平行设置的上弧形固定板、下弧形固定板以及分别设置在上弧形固定板与下弧形固定板之间
的悬磁吸附组件、行走驱动机构及抬升机构，所述的移动式清理单元包括设置在上弧形固定板上的弧形固定支架、设置在弧形固定支架上的弧形齿条以及沿周向移动设置在弧形固定支架上并与弧形齿条相啮合的空化水喷射机构，所述的机器人通过悬磁吸附组件吸附在管道表面，在行走驱动机构的作用下沿管道轴向运动，并由空化水喷射机构除去管道外表面的海生物。抬升机构便于将机器人从管道表面取下。
[0013]上弧形固定板与下弧形固定板的两端通过侧边框相连，上弧形固定板与下弧形固定板之间还设有主电路腔固定板以及分别设置在主电路腔固定板上的主电路腔、线缆固定座，主电路腔内部设有主控板及分别控制各个步进电机的步进电机驱动器，主控板包含一个姿态传感器，用于监测机器人的姿态，并对轴向行走轮的转速进行反馈控制。所述的主电路腔固定板上还设有用于监测机器人位置的液位变送器。
[0014]所述的悬磁吸附组件包括多个沿周向分别布设在上弧形固定板与下弧形固定板之间的永磁块组，所述的永磁块组与管道表面相连一侧的磁场强度大于背离管道表面一侧的磁场强度。
[0015]作为优选的技术方案，所述的永磁块组中，沿轴向依次相连的多个永磁块的磁化方向按照“右、下
、左、上”的顺序依次循环排列，使永磁块组靠近管道表面的一侧的磁场强度较大，使机器人能够吸附在管道表面，同时，永磁块组背离管道表面的一侧磁场强度较小，降低了永磁块组对管道以外的其它铁质物体的吸引力，避免水中的杂物吸附在机器人上影响机器人的正常工作，因而提高了安全性。
[0016]作为优选的技术方案，所述的悬磁吸附组件包括6个沿周向分别布设在上弧形固定板与下弧形固定板之间的永磁块组，且左边3个永磁块组与右边3个永磁块组关于上弧形固定板与下弧形固定板的竖直中轴线对称设置，6个永磁块组中，最左端的永磁块组与最右端的永磁块组分别设置在上弧形固定板与下弧形固定板之间的左右两端，其它的4个永磁块组集中分布在上弧形固定板与下弧形固定板之间的中部。
[0017]所述的行走驱动机构包括并列设置在上弧形固定板与下弧形固定板之间的第一轴向行走轮安装板、第二轴向行走轮安装板、设置在第一轴向行走轮安装板与第二轴向行走轮安装板之间的轴向行走轮、设置在第二轴向行走轮安装板外侧的轴向行走轮步进电机安装筒以及设置在轴向行走轮步进电机安装筒内并与轴向行走轮传动连接的轴向行走轮步进电机。轴向行走轮步进电机带动轴向行走轮在管道外表面沿轴向前进或后退，轴向行走轮步进电机安装筒将轴向行走轮步进电机密封在内部，防止轴向行走轮步进电机中进水而影响正常工作。
[0018]作为优选的技术方案，所述的行走驱动机构共设有两个，并关于上弧形固定板与下弧形固定板的竖直中轴线对称设置，以保证轴向运动的平衡稳定。
[0019]所述的轴向行走轮步进电机安装筒上设有第一水密接插件。轴向行走轮步进电机通过第一水密接插件与轴向行走轮步进电机安装筒外部的导线连接，以传递电源和信号，保证了水密性，能够有效地防止电机进水。
[0020]所述的抬升机构包括设置在上弧形固定板与下弧形固定板之间的抬升机构连接座、一对沿上弧形固定板与下弧形固定板的径向分别设置在抬升机构连接座上的丝杠固定块、设置在两丝杠固定块之间的丝杠、移动设置在丝杠上并位于两丝杠固定块之间的丝杆螺母、固定设置在丝杆螺母上的径向抬升轮安装架以及设置在径向抬升轮安装架上的径向
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议