本發(fā)明涉及海底管道安裝技術領域，具體涉及一種海底管道安裝伺服機器人，主要用于海底大噸位管道的承插。

背景技術：

隨著能源需求不斷增加以及海洋工程技術不斷進步，世界各地成功鋪設了多種類型、管徑的海底管道，總長度達幾萬公里，海底管道對于能源輸送日趨重要。

海底管道類型眾多，對于玻璃鋼管等不易焊接的管道，在海底進行管道承插時，由于海水波動、能見度差等工況影響，很難保證插入管與承插管同軸度、管道接口的角度偏差、承插深度誤差在要求誤差內(nèi)，最終將導致工程可靠性下降。所以需要海底管道安裝伺服機器人在管道承插過程中自動調(diào)節(jié)，保證承插工程質(zhì)量。

目前，海底管道安裝工程需要工作人員長時間潛入海底進行人工觀測檢查，由于海底工作環(huán)境惡劣，檢測人員工作風險大，檢測精度難以保證，并且檢測效率低下。如何在保證工作人員安全、承插精度高、承插效率高的前提下進行海底管道安裝工作意義重大。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種海底管道安裝伺服機器人，在海底能夠快速、高效的完成管道承插工作。

本發(fā)明目的通過下述技術方案實現(xiàn)：一種海底管道安裝伺服機器人，包括插入機構、承插機構、送進機構、監(jiān)測系統(tǒng)，所述插入機構包括插入主體、插入液壓缸、插入橡膠板、插入滾輪和插入升降螺桿，所述插入滾輪安裝在插入升降螺桿上，所述插入橡膠板安裝在插入液壓缸的活塞桿上，所述插入主體結構為中空三平面周等分柱體，三平面的中垂面相互成120°，三個平面上的兩端對稱布置安裝兩組插入液壓缸和兩組插入升降螺桿，每組各有插入液壓缸3個、插入升降螺桿3個，所述插入滾輪通過插入升降螺桿使其與插入管內(nèi)壁相接觸且可在插入管內(nèi)壁滾動，所述橡膠板面呈圓弧面可在活塞桿伸縮下與插入管內(nèi)壁接觸或分離；所述承插機構包括承插主體、承插液壓缸、承插橡膠板、承插滾輪和承插升降螺桿，所述承插機構各構件結構、作用及安裝與插入機構的對應相同；所述送進機構包括支撐桿、3個送進液壓缸，所述支撐桿通過中空孔與承插主體固定連接且與插入主體構成移動副，插入主體可以在支撐桿上滑動，所述送進液壓缸的缸體固定在承插主體平面上，活塞桿固定在插入主體平面上；插入液壓缸與承插液壓缸均采用力位混合伺服控制；送進液壓缸采用位置伺服控制。

所述監(jiān)測系統(tǒng)包括攝像頭、插入位置傳感器、插入力傳感器、承插位置傳感器、承插力傳感器、送進位置傳感器，所述攝像頭安裝在承插主體上，插入位置傳感器兩端分別與插入主體和插入液壓缸連接，插入力傳感器安裝在插入橡膠板凹槽中，承插位置傳感器兩端分別與承插主體和承插液壓缸連接，承插力傳感器安裝在承插橡膠板凹槽中，送進位置傳感器一端安裝在承插主體上，另一端安裝在插入主體上。

所述插入液壓缸或承插液壓缸活塞桿伸出至插入橡膠板或承插橡膠板接觸到管壁前，采用位置伺服控制，由位置傳感器測量位移大小，以使承插管和插入管的軸線重合；所述插入液壓缸或承插液壓缸活塞桿伸出至插入橡膠板或承插橡膠板接觸到管壁后，采用力伺服控制，由力傳感器測量力的大小，以控制承插動作所需的力；送進液壓缸收縮時采用位置伺服控制，由位置傳感器測量位移大小，以控制承插管或插入管的插入深度誤差。

本發(fā)明的插入機構和承插機構可使其與插入管道和承插管道緊密接觸，通過對液壓缸力位混合伺服控制調(diào)整管道間軸線使其共線，管道軸線對中后送進機構通過對液壓缸的位置伺服控制使兩管道完成承插動作，然后使機器人運動至下一組管道，重復安裝動作，其監(jiān)測系統(tǒng)可以在機器人工作期間對水下作業(yè)現(xiàn)場、管道軸線位置調(diào)控、承插位置精度進行監(jiān)測。

與現(xiàn)有技術中靠人工潛入海底進行作業(yè)，無法保證人員安全、承插精度以及工作效率等因素相比，本發(fā)明可在海底的惡劣的工作環(huán)境中，準確、高效、連續(xù)地完成多個管道的連接，具有安全、方便、可靠且適用性廣泛等特點。

附圖說明

圖1為海底管道安裝伺服機器人結構示意圖。

圖2為圖1所示伺服機器人俯視圖。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步說明：

參見圖1～2，本實施例的海底管道安裝伺服機器人，其包括插入機構、承插機構、送進機構、監(jiān)測系統(tǒng)，插入機構包括插入滾輪1、插入升降螺桿2、插入橡膠板3、插入液壓缸4、插入主體6；承插機構包括承插升降螺桿11、承插橡膠板13、承插液壓缸14、承插主體16、承插滾輪17；送進機構包括支撐桿9、送進液壓缸10；監(jiān)測系統(tǒng)包括插入位置傳感器5、插入力傳感器7、送進位置傳感器8、承插力傳感器12、承插位置傳感器15、攝像頭18。承插主體16與支撐桿9固定連接，插入主體6與支撐桿9構成移動副，可以在支撐桿9上滑動。插入主體6上安裝兩組插入液壓缸4和兩組插入升降螺桿2，每組插入液壓缸有3個，每組插入升降螺桿有3個，都分別安裝在插入主體6的三個平面上，三個平面周等分分布。插入橡膠板3安裝在插入液壓缸4上。插入位置傳感器5兩端分別與插入主體6和插入液壓缸4連接。插入滾輪1安裝在插入升降螺桿2上。插入力傳感器7安裝在插入橡膠板3凹槽中。送進液壓缸10缸體安裝在承插主體16上，送進液壓缸活塞桿安裝在插入主體6上。送進位置傳感器8一端安裝在承插主體16上，另一端安裝在插入主體6上。承插主體16安裝兩組承插液壓缸14和兩組承插升降螺桿11，每組承插液壓缸有3個，每組承插升降螺桿有3個，都分別安裝在承插主體16的三個平面上，三個平面周等分分布。承插橡膠板13安裝在承插液壓缸14上。承插位置傳感器15兩端分別與承插主體16和承插液壓缸14連接。承插滾輪17安裝在承插升降螺桿11上。承插力傳感器12安裝在承插橡膠板13凹槽中。攝像頭18安裝在承插主體16上。

本發(fā)明海底管道安裝伺服機器人工作過程如下：首先海底管道安裝伺服機器人根據(jù)管道的直徑通過插入升降螺桿2調(diào)整插入滾輪1的位置，通過承插升降螺桿11調(diào)整承插滾輪17的位置，使?jié)L輪能夠適合管道直徑。當海底管道安裝伺服機器人進入管道后，發(fā)動機通過行走機構將動力傳遞給插入滾輪1和承插滾輪17，帶動機器人在管道內(nèi)行走，通過攝像頭18，工作人員可以觀察機器人在管道內(nèi)的位置，使機器人插入主體6和承插主體16分別處于插入管和承插管工作位置。兩組承插液壓缸14首先通過位置伺服控制進行同步伸出動作，通過承插位置傳感器15監(jiān)測承插液壓缸14伸出位移，當承插橡膠板13與承插管壁接觸時，通過力伺服控制防止液壓缸出力過大將管道壓損，通過承插力傳感器12監(jiān)測接觸壓力。此時通過位置伺服控制調(diào)節(jié)兩組承插液壓缸14的輸出位移，使6個承插液壓缸伸出長度相同，保證支撐桿9與承插管軸線共線。然后靠近承插管的這組插入液壓缸4先同步伸出，當插入橡膠板3與插入管接觸時，觀察插入力傳感器7的數(shù)值，防止液壓缸出力過大將管道壓損。通過伺服控制調(diào)節(jié)，使靠近承插管的這組插入液壓缸伸出長度與承插液壓缸長度相同。然后通過伺服控制使遠離承插管的這組插入液壓缸4伸出長度與前三組相同，并同時觀察插入力傳感器7的數(shù)值，防止液壓缸出力過大將管道壓損。然后通過位置伺服控制使3個送進液壓缸10同步收縮，通過送進位置傳感器8檢測送進距離。完成承插動作后，插入液壓缸4和承插液壓缸14縮回至初始位置，送進液壓缸10伸出至初始位置。機器人運動到下一組管道重復上述動作，快速、精準、高效的完成管道安裝。