一种海上平台桩腿内壁可变步长自动爬行机器人的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种海上平台桩腿内壁可变步长爬行机器人，机器人总体由上腿组、下腿组、中板、本体上伸缩油缸、本体下伸缩油缸、内导向套筒、外导向套筒、控制柜、油箱等机构组成。机器人可在桩腿内部半圆形柱状空间内自由爬行，并可通过变步长的方式跨越桩腿中间连接处凸缘障碍。机器人可携带桩腿内壁缺陷检测装置或作业装置，代替人工作业，提高桩腿乃至平台系统的安全性，节省检修成本。
【专利说明】
一种海上平台桩腿内壁可变步长自动爬行机器人
技术领域
[0001]本发明涉及一种海上平台粧腿内壁可变步长自动爬行机器人，属于机械设计领域。
【背景技术】
[0002]粧腿是维持海上平台稳固的重大部件，粧腿的安全可靠是确保整个平台系统正常作业的基本条件。实际应用中，受海水浸蚀、碰撞、偏载等因素的影响，粧腿会出现锈蚀、破裂、变形等方面的问题，这些问题若得不到及时处理，会在风、波浪、海流等环境载荷的作用下而不断的恶化与扩大，进而危机粧腿乃至整个平台系统的安全。因此，开发粧腿缺陷检测系统，有利于粧腿结构安全隐患的及时发现与处理。
[0003]目前，粧腿缺陷与隐患的检测主要分现场检测和在坞检修。现场检测主要靠人工爬行及肉眼观察等办法，该方法通常伴随着高空作业，操作难度大，效率低，具有一定的危险性，且可检测范围受限；在坞检修比较彻底，但需要将平台及粧腿拖进船坞进行，需要耗费大量的人力、财力。
[0004]本发明以某海上平台干式粧腿内部结构为原型，该粧腿内部圆柱空间分为两个半圆柱部分，其中一个半圆柱空间安装有多层工作平台、爬梯、护栏等结构，结构较为复杂，不适宜机器人的爬行。另一个半圆柱空间为上下直通式结构，内部结构较为简单。本发明针对该粧腿内部结构特点，开发一种可在粧腿内壁上下直通部分空间自动爬行的机器人，以搭载粧腿内壁缺陷检测设备，实现粧腿内壁缺陷的巡回检测功能。系统应用于平台现场，可及时发现粧腿内壁缺陷，提高粧腿乃至整个平台系统的安全性，节省粧腿检修成本。
【发明内容】
[0005]本发明以某海上平台干式粧腿内部结构为原型，开发一种可在粧腿内壁自动爬行的机器人。机器人可适应粧腿内部半圆形爬行空间的限制，并可跨越两节粧腿连接处的凸缘障碍。为实现上述目标，本发明采用以下技术方案:
机器人总体由上腿组(A)、下腿组(B)、中板(6)、本体上伸缩油缸(10)、本体下伸缩油缸
(13)、内导向套筒(1)、外导向套筒(3)、控制柜(2)、油箱(4)等机构组成。
[0006]上腿组(A)与中板(6)之间通过本体上伸缩油缸(10)、内导向套筒(I)和外导向套筒(3)连接。本体上伸缩油缸(10)底部通过销轴二(11)与支座二(12)铰接，支座二(12)通过螺栓固定在中板(6)端部上表面上。本体上伸缩油缸(10)的活塞杆末端通过销轴一 (9)与支座一 (8)铰接，支座一 (8)通过螺栓固定在上腿组(A)的底板(7)的下表面上。两套本体上伸缩油缸(10)对称安装在上腿组(A)与中板(6)之间的两端。内导向套筒(I)为方管式结构，其底座通过螺栓固定在上腿组(A)的底板(7)端部下表面上。外导向套筒(3)为方管式结构，其底座通过螺栓固定在在中板(6)端部上表面上。内导向套筒(I)与外导向套筒(3)部分重叠套装。每套本体上伸缩油缸(10)两侧各安装一套导向套筒机构。
[0007]下腿组(B)与中板(6)之间通过本体下伸缩油缸(13)、内导向套筒(16)和外导向套筒(19)连接。本体下伸缩油缸(13)底部通过销轴四(17)与支座四(18)铰接，支座四(18)通过螺栓固定在中板(6)端部下表面上。本体下伸缩油缸(13)的活塞杆末端通过销轴三(14)与支座三(15)铰接，支座三(15)通过螺栓固定在下腿组(B)的限位板(5)上。两套本体下伸缩油缸(13)对称安装在下腿组(B)与中板(6)之间的两端。内导向套筒(16)为方管式结构，其底座通过螺栓固定在下腿组(B)的限位板(5)。外导向套筒(19)为方管式结构，其底座通过螺栓固定在在中板(6)端部下表面上。内导向套筒(16)与外导向套筒(19)部分重叠套装。每套本体下伸缩油缸(13)两侧各安装一套导向套筒机构。
[0008]控制柜(2 )通过螺钉固定在中板(6 )的上方，油箱(4 )通过螺钉固定在中板(6 )的下方。
[0009]上腿组(A)与下腿组(B)结构与尺寸完全相同，主要由底板(7)、腿部伸缩缸(19)、一级伸缩杆(32)、二级伸缩杆(33)、腿杆架(20)、顶脚(29)、限位板(5)等部件构成。可伸缩式腿杆分左右两部分，分别由两个腿部伸缩缸(19)控制腿杆的伸缩。
[0010]腿部伸缩缸(19)的底部通过轴销五(24)与支架五(23)铰接，支架五(23)通过螺栓固定在底板(7)上。腿部伸缩缸(19)的活塞杆末端通过轴销六(26)与支架六(27)铰接，支架六(27)通过螺栓固定在腿杆架(20)的内侧。四条腿杆滑道(34)分为两组，分别通过沉头螺钉固定在底板(7)的两端。四个二级伸缩杆(33)分为两组，分别置于对应的腿杆滑道(34)内，并可在腿杆滑道(34)自由滑动，一级伸缩杆(32)穿过二级伸缩杆(33)内部，并可在一定范围内自由伸缩。四个一级伸缩杆(32)分为两组，每两个一级伸缩杆(32)的末端分别通过螺栓固定在腿杆架(20)的两侧。对于右侧腿杆，定长腿杆四(31)及定长腿杆三(25)的一端分别通过螺栓固定在一级伸缩杆(32)的末端，定长腿杆四(31)及定长腿杆三(25)的另一端分别固定一个顶脚支架(30)，顶脚支架(30)分别通过轴销七(28)与一个顶脚(29)铰接，顶脚(29)可以轴销七(28)为轴，并在一定角度范围内摆动，以适应粧腿内部圆弧面的变化。对于右侧腿杆，定长腿杆一(21)及定长腿杆二(22)的一端分别通过螺栓固定在一级伸缩杆(32)的末端，定长腿杆一 (21)及定长腿杆二 (22)的另一端分别固定一个顶脚支架(30)，顶脚支架(30)分别通过轴销七(28)与一个顶脚(29)铰接，顶脚(29)可以轴销七(28)为轴，并在一定角度范围内摆动，以适应粧腿内部圆弧面的变化。两个限位板(5)分别通过螺栓固定在底板(7)的两端。
[0011]与现有技术相比较，本发明具有以下优点:
1、多级伸缩式腿杆机构具有支撑半径大，结构紧促的特点。
[0012]2、本体上、下伸缩油缸的工作行程不同，可实现三种不同的爬行步长。当检测到机器人落脚处有障碍物时，可通过改变步长的方法跨越障碍。
[0013]3、通过液压力张紧，系统在粧腿内附着稳固，并可携带较重的检测或作业设备。同时，机器人腿部与粧腿内壁面的附着力可根据需要进行调节。
【附图说明】
[0014]图1机器人整体装配主视图图2机器人装配左视图
图3机器人腿部机构装配图图4机器人腿部伸缩杆局部剖视图图5机器人顶脚局部主视图图6机器人顶脚局部俯视图
图中:A、上腿组，B、下腿组，1、内导向套筒，2、控制柜，3、外导向套筒，4、油箱，5、限位板，6、中板，7、底板，8、支座一，9、销轴一，10、本体上伸缩油缸，11、销轴二，12、支座二，13、本体下伸缩油缸，14、销轴三，15、支座三，16、内导向套筒，17、销轴四，18、支座四，19、外导向套筒，20、腿杆架，21、定长腿杆一，22、定长腿杆二，23、支架五，24、轴销五，25、定长腿杆三，26、轴销六，27、支架六，28、轴销七，29、顶脚，30、顶脚支架，31、定长腿杆四，32、一级伸缩杆，33、二级伸缩杆，34、腿杆滑道。
【具体实施方式】
[0015]机器人总体由上腿组(A)、下腿组(B)、中板(6)、本体上伸缩油缸(10)、本体下伸缩油缸(13)、内导向套筒(1)、外导向套筒(3)、控制柜(2)、油箱(4)等机构组成。
[0016]上腿组(A)与中板(6)之间通过本体上伸缩油缸(10)、内导向套筒(I)和外导向套筒(3)连接。本体上伸缩油缸(10)底部通过销轴二(11)与支座二(12)铰接，支座二(12)通过螺栓固定在中板(6)端部上表面上。本体上伸缩油缸(10)的活塞杆末端通过销轴一 (9)与支座一 (8)铰接，支座一 (8)通过螺栓固定在上腿组(A)的底板(7)的下表面上。两套本体上伸缩油缸(10)对称安装在上腿组(A)与中板(6)之间的两端。内导向套筒(I)为方管式结构，其底座通过螺栓固定在上腿组(A)的底板(7)端部下表面上。外导向套筒(3)为方管式结构，其底座通过螺栓固定在在中板(6)端部上表面上。内导向套筒(I)与外导向套筒(3)部分重叠套装。每套本体上伸缩油缸(10)两侧各安装一套导向套筒机构。
[0017]下腿组(B)与中板(6)之间通过本体下伸缩油缸(13)、内导向套筒(16)和外导向套筒(19)连接。本体下伸缩油缸(13)底部通过销轴四(17)与支座四(18)铰接，支座四(18)通过螺栓固定在中板(6)端部下表面上。本体下伸缩油缸(13)的活塞杆末端通过销轴三(14)与支座三(15)铰接，支座三(15)通过螺栓固定在下腿组(B)的限位板(5)上。两套本体下伸缩油缸(13)对称安装在下腿组(B)与中板(6)之间的两端。内导向套筒(16)为方管式结构，其底座通过螺栓固定在下腿组(B)的限位板(5)。外导向套筒(19)为方管式结构，其底座通过螺栓固定在在中板(6)端部下表面上。内导向套筒(16)与外导向套筒(19)部分重叠套装。每套本体下伸缩油缸(13)两侧各安装一套导向套筒机构。
[0018]控制柜(2 )通过螺钉固定在中板(6 )的上方，油箱(4 )通过螺钉固定在中板(6 )的下方。
[0019]上腿组(A)与下腿组(B)结构与尺寸完全相同，主要由底板(7)、腿部伸缩缸(19)、一级伸缩杆(32)、二级伸缩杆(33)、腿杆架(20)、顶脚(29)、限位板(5)等部件构成。可伸缩式腿杆分左右两部分，分别由两个腿部伸缩缸(19)控制腿杆的伸缩。
[0020]腿部伸缩缸(19)的底部通过轴销五(24)与支架五(23)铰接，支架五(23)通过螺栓固定在底板(7)上。腿部伸缩缸(19)的活塞杆末端通过轴销六(26)与支架六(27)铰接，支架六(27)通过螺栓固定在腿杆架(20)的内侧。四条腿杆滑道(34)分为两组，分别通过沉头螺钉固定在底板(7)的两端。四个二级伸缩杆(33)分为两组，分别置于对应的腿杆滑道(34)内，并可在腿杆滑道(34)自由滑动，一级伸缩杆(32)穿过二级伸缩杆(33)内部，并可在一定范围内自由伸缩。四个一级伸缩杆(32)分为两组，每两个一级伸缩杆(32)的末端分别通过螺栓固定在腿杆架(20)的两侧。对于右侧腿杆，定长腿杆四(31)及定长腿杆三(25)的一端分别通过螺栓固定在一级伸缩杆(32)的末端，定长腿杆四(31)及定长腿杆三(25)的另一端分别固定一个顶脚支架(30)，顶脚支架(30)分别通过轴销七(28)与一个顶脚(29)铰接，顶脚(29)可以轴销七(28)为轴，并在一定角度范围内摆动，以适应粧腿内部圆弧面的变化。对于右侧腿杆，定长腿杆一(21)及定长腿杆二(22)的一端分别通过螺栓固定在一级伸缩杆
(32)的末端，定长腿杆一 (21)及定长腿杆二 (22)的另一端分别固定一个顶脚支架(30)，顶脚支架(30)分别通过轴销七(28)与一个顶脚(29)铰接，顶脚(29)可以轴销七(28)为轴，并在一定角度范围内摆动，以适应粧腿内部圆弧面的变化。两个限位板(5)分别通过螺栓固定在底板(7)的两端。
[0021]以上所述为本发明的一个实例，我们还可对其机械结构进行一些变换，以应用于其它管式内壁结构的爬行。只要其机器人的机械结构设计思想同本发明所叙述的一致，均应视为本发明所包括的范围。
【主权项】
1.一种海上平台粧腿内壁可变步长爬行机器人，其特征在于:机器人总体由上腿组(A)、下腿组(B)、中板(6)、本体上伸缩油缸(10)、本体下伸缩油缸(13)、内导向套筒(I)、外导向套筒(3 )、控制柜(2 )、油箱(4)等机构组成； 上腿组(A)与中板(6)之间通过本体上伸缩油缸(10)、内导向套筒(I)和外导向套筒(3)连接;本体上伸缩油缸(10)底部通过销轴二(11)与支座二(12)铰接，支座二(12)通过螺栓固定在中板(6)端部上表面上;本体上伸缩油缸(10)的活塞杆末端通过销轴一 (9)与支座一(8)铰接，支座一 (8)通过螺栓固定在上腿组(A)的底板(7)的下表面上;两套本体上伸缩油缸(10)对称安装在上腿组(A)与中板(6)之间的两端；内导向套筒(I)为方管式结构，其底座通过螺栓固定在上腿组(A)的底板(7)端部下表面上;外导向套筒(3)为方管式结构，其底座通过螺栓固定在在中板(6)端部上表面上；内导向套筒(I)与外导向套筒(3)部分重叠套装；每套本体上伸缩油缸(10)两侧各安装一套导向套筒机构； 下腿组(B)与中板(6)之间通过本体下伸缩油缸(13)、内导向套筒(16)和外导向套筒(19)连接;本体下伸缩油缸(13)底部通过销轴四(17)与支座四(18)铰接，支座四(18)通过螺栓固定在中板(6)端部下表面上;本体下伸缩油缸(13)的活塞杆末端通过销轴三(14)与支座三(15)铰接，支座三(15)通过螺栓固定在下腿组(B)的限位板(5)上;两套本体下伸缩油缸(13)对称安装在下腿组(B)与中板(6)之间的两端；内导向套筒(16)为方管式结构，其底座通过螺栓固定在下腿组(B)的限位板(5);外导向套筒(19)为方管式结构，其底座通过螺栓固定在在中板(6)端部下表面上；内导向套筒(16)与外导向套筒(19)部分重叠套装;每套本体下伸缩油缸(13)两侧各安装一套导向套筒机构； 控制柜(2 )通过螺钉固定在中板(6 )的上方，油箱(4 )通过螺钉固定在中板(6)的下方；上腿组(A)与下腿组(B)结构与尺寸完全相同，主要由底板(7)、腿部伸缩缸(19)、一级伸缩杆(32)、二级伸缩杆(33)、腿杆架(20)、顶脚(29)、限位板(5)等部件构成;可伸缩式腿杆分左右两部分，分别由两个腿部伸缩缸(19)控制腿杆的伸缩； 腿部伸缩缸(19)的底部通过轴销五(24)与支架五(23)铰接，支架五(23)通过螺栓固定在底板(7)上;腿部伸缩缸(19)的活塞杆末端通过轴销六(26)与支架六(27)铰接，支架六(27)通过螺栓固定在腿杆架(20)的内侧；四条腿杆滑道(34)分为两组，分别通过沉头螺钉固定在底板(7)的两端；四个二级伸缩杆(33)分为两组，分别置于对应的腿杆滑道(34)内，并可在腿杆滑道(34)自由滑动，一级伸缩杆(32)穿过二级伸缩杆(33)内部，并可在一定范围内自由伸缩；四个一级伸缩杆(32)分为两组，每两个一级伸缩杆(32)的末端分别通过螺栓固定在腿杆架(20)的两侧;对于右侧腿杆，定长腿杆四(31)及定长腿杆三(25)的一端分别通过螺栓固定在一级伸缩杆(32)的末端，定长腿杆四(31)及定长腿杆三(25)的另一端分别固定一个顶脚支架(30)，顶脚支架(30)分别通过轴销七(28)与一个顶脚(29)铰接，顶脚(29)可以轴销七(28)为轴，并在一定角度范围内摆动，以适应粧腿内部圆弧面的变化;对于右侧腿杆，定长腿杆一 (21)及定长腿杆二 (22)的一端分别通过螺栓固定在一级伸缩杆(32)的末端，定长腿杆一 (21)及定长腿杆二 (22)的另一端分别固定一个顶脚支架(30)，顶脚支架(30)分别通过轴销七(28)与一个顶脚(29)铰接，顶脚(29)可以轴销七(28)为轴，并在一定角度范围内摆动，以适应粧腿内部圆弧面的变化;两个限位板(5)分别通过螺栓固定在底板(7)的两端。
【文档编号】B62D57/024GK106032666SQ201610563536
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年7月18日
【发明人】张仕海, 穆胜军, 庄继泽
【申请人】天津职业技术师范大学, 中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司