水下操作系统的制作方法

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种水下操作系统。

背景技术：

水下设施，诸如城市排水管道、海洋油气水下生产设备等，在使用过程中，会混入塑料袋、布料、树枝、毛发等杂物淤堵，导致水下设施无法正常工作而造成损失。

当水下设施淤堵后，需要作业人员进入到水底进行疏通工作，效率低，危险系数大；或者，施工将淤堵设备拆卸取出进行疏通，工作量巨大，且人力和资金投入高。

为此，亟需一种能够直接进入水下对水下设施进行疏通作业的机械装置。

技术实现要素：

本发明提供一种水下操作系统，以实现对水下设备进行疏通作业。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面提供一种水下操作系统，包括：水下作业装置、水上操作平台以及通信设备；所述水下作业装置包括：壳体以及均安装在所述壳体上的第一动力设备、第二动力设备、切割设备、摄像设备、照明设备，所述水上操作平台、所述第一动力设备、所述第二动力设备、所述切割设备、所述摄像设备以及所述照明设备分别与所述通信设备电连接；所述第一动力设备安装在所述壳体的尾部，所述第二动力设备安装在所述壳体的头部；所述水上操作平台通过所述通信设备分别向所述第一动力设备、所述第二动力设备、所述切割设备、所述摄像设备以及所述照明设备发送控制命令，从而分别控制所述第一动力设备、所述第二动力设备、所述切割设备、所述摄像设备以及所述照明设备的工作状态。

与现有技术相比，本发明的第一方面提供的水下操作系统具有如下优点：

本发明提供的水下操作系统，利用水上操作平台通过通信设备对水下作业装置的工作状态进行控制，即，操作人员水上通过水上操作平台输入控制指令，通信设备将控制指令发送给水下作业装置的第一动力设备、第二动力设备、切割设备、照明设备以及摄像设备，从而控制第一动力设备、第二动力设备、切割设备、照明设备以及摄像设备的工作状态，摄像设备将拍摄的画面发送到水上操作平台，操作人员根据水下的实时状态对第一动力设备、第二动力设备、切割设备、照明设备以及摄像设备的工作状态进行调整，利用切割设备对淤堵物体进行切割，切割后的淤堵物体在水流的带动下分散，从而实现对淤堵位置的疏通，作业效率高，无需作业人员进入水底，安全可靠。

作为本发明上述水下操作系统的一种改进，所述通信设备为通信线缆。

作为本发明上述水下操作系统的一种改进，所述水下作业装置还包括电源，且所述电源分别与所述动力设备、所述切割设备、所述摄像设备以及所述照明设备电连接。

作为本发明上述水下操作系统的一种改进，所述电源包括安装在所述壳体内的蓄电池和/或设置在水上的外部电源，且所述外部电源通过导线延伸到水下分别与所述动力设备、所述切割设备、所述摄像设备以及所述照明设备电连接。

作为本发明上述水下操作系统的一种改进，所述水下作业装置还包括安装在所述壳体内的定位设备，且所述定位设备与所述通信设备电连接。

作为本发明上述水下操作系统的一种改进，所述水下作业装置还包括固定在所述壳体上的粘接设备，所述粘接设备与所述通信设备电连接；所述水上操作平台通过所述通信设备向所述粘接设备发送控制命令，以控制所述粘接设备的工作状态。

作为本发明上述水下操作系统的一种改进，所述水下作业装置还包括安装在所述壳体上的采集设备，所述采集设备与所述通信设备电连接；所述水上操作平台通过所述通信设备向所述采集设备发送控制命令，以控制所述采集设备的工作状态。

作为本发明上述水下操作系统的一种改进，所述采集设备包括抽吸组件以及储液箱，所述抽吸组件与所述通信设备电连接，且所述抽吸组件的出液口与所述储液箱连通；所述水上操作平台通过所述通信设备向所述抽吸组件发送控制命令，以控制所述抽吸组件抽取液体到储液箱中进行存储。

作为本发明上述水下操作系统的一种改进，所述壳体上设置有至少一个预留接口，用于连接机械操作手臂。

作为本发明上述水下操作系统的一种改进，所述水上操作平台包括与所述通信设备电连接的控制器以及均与所述控制器电连接的操作面板和显示屏；所述操作面板用于输入操作指令；所述控制器根据所述操作指令控制所述动力设备、所述切割设备、所述摄像设备以及所述照明设备的工作状态；所述显示屏用于显示所述工作状态。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本发明提供的水下操作系统所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一部分实施例，这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的水下操作系统的水下作业装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的水下操作系统的电连接示意图。

附图标记说明：

10：水下作业装置；11：壳体；111：防护罩；121：第一动力设备；122：第二动力设备；13：切割设备；14：摄像设备；15：照明设备；16：定位设备；17：粘接设备；18：采集设备；19：预留接口；

20：水上操作平台；21：控制器；22：操作面板；23：显示屏；24：存储器；

30：通信设备。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参照图1和图2，本发明实施例提供一种水下操作系统，其包括：水下作业装置10、水上操作平台20以及通信设备30；水下作业装置10包括：壳体11以及均安装在壳体11上的第一动力设备121、第二动力设备122、切割设备13、摄像设备14、照明设备15，水上操作平台20、第一动力设备121、第二动力设备122、切割设备13、摄像设备14以及照明设备15分别与通信设备30电连接；第一动力设备121安装在壳体11的尾部，第二动力设备122安装在壳体12的头部；水上操作平台20通过通信设备30分别向第一动力设备121、第二动力设备122、切割设备13、摄像设备14以及照明设备15发送控制命令，从而分别控制第一动力设备121、第二动力设备122、切割设备13、摄像设备14以及照明设备15的工作状态。

具体地，壳体11可以是长条形，壳体11也可以是长圆柱形，壳体11还可以是利于在水中行进的流线型结构等，本发明实施例对此不做限定。示例性的，如图1所示，壳体11可以由多节长圆柱形结构形成，既可以伸入到狭长的管道中，多节结构有利于水下作业装置10拐弯。可以理解的是，为了保护壳体11内的各种电器件，壳体11设置有密封防水层。壳体11可以选择具有高强度、耐腐蚀的材质制成，同时对需要部位，例如，接口、缝隙处，进行密封保护，以保证水下作业设备整体在水下巨大压力及各种未知环境下，能够安全作业。

第一动力设备121作为动力装置，其可以包括发动机和螺旋桨，其中，发动机设置在壳体11的内部，螺旋桨设置在壳体11的尾端，螺旋桨将发动机转动功率化为推进力，从而驱动水下作业装置10安装预设方向行进。第一动力设备121还可以是平旋推进器、螺杆等可以驱动是水下设备行进的装置，本发明实施例在此不做限定。第一动力设备121通过通信设备30与水上操作平台20通信连接，第一动力设备121根据接收到的水上操作平台20发送的控制命令行进、后退、转向、加速、减速等。

第二动力设备122作为动力装置，其可以包括发动机和螺旋桨，其中，发动机设置在壳体11的内部，螺旋桨设置在壳体11的头部，螺旋桨将发动机转动功率化为推进力，从而驱动水下作业装置10安装预设方向行进。第二动力设备122还可以是平旋推进器、螺杆等可以驱动是水下设备行进的装置，本发明实施例在此不做限定。第二动力设备122通过通信设备30与水上操作平台20通信连接，第二动力设备122根据接收到的水上操作平台20发送的控制命令行进、后退、转向、加速、减速等。

在其中一种可能的实现方式中，第一动力设备121主要作为水下作业装置10的前进动力，当然，其也可以驱动水下作业装置10转向。第二动力设备122主要作为水下作业装置10的转向动力，当然，其也可以驱动水下作业装置10行进。

切割设备13可以安装在壳体11的中间位置，方便对淤堵物体进行切割。切割设备13可以是伽玛射线切割设备，以对水下瘀堵物体进行直接切割。伽玛射线切割设备发出的射线光束，直接透过水层对瘀堵物体进行切割清理。同时水质可对淤堵物体起到降温、排出和隔离的作用。同时，伽玛射线切割设备也可对水下设备的金属及其他材质进行切割处理，减少工作人员直接进入水下的次数，可通过水上操作平台直接进行相应切割操作。当然，切割设备13还可以是其他能够进行物体切割的设备，在此不做设置。切割设备13通过通信设备30与水上操作平台20通信连接，切割设备13根据接收到的水上操作平台20发送的控制命令启动切割、停止切割、转换切割功率等。

此外，在进行水下切割作业时，水下作业装置10处于悬空位置，如果直接切割，会出现无法到达切割位置等问题。第一动力设备121可以具有动力和转向功能。或者，本发明实施例中水下作业装置10还可以包括锚定设备，在水下作业装置10到达预设位置后，锚定设备锚定在水底或者其他固定物上，方便切割设备13进行切割作业。

由于水底光线较弱，为了方便操作人员观察水底情况而控制第一动力设备121、第二动力设备122和切割设备13的工作状态，本实施例水下作业装置10还包括照明设备15和摄像设备14。其中，摄像设备14可以是现有的任意结构的摄影设备，本发明实施例对此不做限定。摄像设备14可以包括一个摄像头，例如，一个摄像头可以设置在壳体11的头部；摄像设备14也可以包括多个摄像头，例如，两个、三个、四个等，多个摄像头沿壳体11的长度方向间隔设置，或者，本领域技术人员根据第一动力设备121、第二动力设备122、切割设备13以及其他功能作业设备的具体安装位置进行安装。摄像设备14通过通信设备30与水上操作平台20通信连接，摄像设备14根据接收到的水上操作平台20发送的控制命令，进行拍摄角度、拍摄模式等功能变化，并将拍摄的画面通过通信设备30反馈给水上操作平台20。摄像设备14内可以设置有存储芯片，操作人员可以控制摄像设备14进行焦距、光圈等调节，以对画面进行缩放、拍照录像、实时传输和实时存储等功能。

照明设备15可以是led灯、激光灯等，本领域技术人员可以根据实际情况进行设计。照明设备15可以包括一个照明灯，例如，一个照明灯可以设置在壳体11的头部。照明设备15也可以包括多个照明灯，例如，两个、三个、四个等，多个照明灯可以沿壳体11的长度方向间隔设置，或者，本领域技术人员根据第一动力设备121、第二动力设备122、切割设备13以及其他功能作业设备的具体安装位置进行安装，以提高水底的光线亮度，方便操作人员对水底情况进行全面的了解。照明设备15通过通信设备30与水上操作平台20通信连接，照明设备根据接收到水上操作平台20发送的控制命令进行照明强度、照明角度的变化等。

示例性的，参照图1，壳体11的头部设置有弧形的防护罩111，其中防护罩111为透明材质的罩体，其内部安装有照明设备15和摄像设备14，照明设备15为水下作业装置10的行进照明，摄像设备14拍摄下水下环境，并通过通信设备30发送到水上操作平台20，以使操作人员根据摄像设备14发回的水下实际环境控制第一动力设备121和第二动力设备122的工作状态。

摄像设备14和照明设备15可保证远程操作人员清晰有效的观测水下及周边情况，同时可对水下作业装置10的位置进行细致观测，保证在操作过程中的稳定性和有效性。

通信设备30作为水上操作平台20和水下作业设备10之间的数据传输装置，其可以是无线通信设备，其也可以是有线传输电缆。示例性地，通信设备30为通信线缆，通信线缆可抗击水压及水下水流或动物冲击，使得数据的传输更加稳定，保证水下作业装置10被有效操控。当然，本领域技术人员可以根据工作距离的长度设计通信线缆的长度。

为了对水下作业装置10各种功能的实现，本发明实施例中水下作业装置还包括电源(图中并未示出)，且电源分别与第一动力设备121、第二动力设备122、切割设备13、摄像设备14以及照明设备15电连接。电源安装在壳体11的内部，分别对第一动力设备121、第二动力设备122、切割设备13、摄像设备14以及照明设备15供电。在一些实施方式中，电源可以为蓄电池，在作业之前对蓄电池进行充电，在作业时蓄电池放电对第一动力设备121、第二动力设备122、切割设备13、摄像设备14以及照明设备15进行供电。在另一些实施方式中，电源为设置在水上的外部电源(图中并未示出)，且外部电源通过导线延伸到水下分别与第一动力设备121、第二动力设备122、切割设备13、摄像设备14以及照明设备15电连接，保证水下作业装置10有足够的电源动力。当然，电源可以同时包括蓄电池和外部电源，进一步保证水下作业装置10的电源动力。此外，当电源包括外部电源时，其导线可以与通信线缆同线路延伸且导线和通信线缆的外侧包覆有防护层，既可以保护导线和通信线缆免受水底杂物的损坏，又可以防水，进一步保护导线和通信线缆。防护层可抗击水压及水下水流或动物冲击，既保证水下作业装置10可被有效操控，又保证水下作业装置10拥有足够的电源动力。

为了使本领域技术人员更好的理解本发明提供的水下操作系统，下面描述本发明实施例提供的水下操作系统的工作过程：

首先，将水下作业装置10下放到需要切割作业的附近水域，同时通过操作水上操作平台20控制开启摄像设备14、照明设备15以及第一动力设备121、第二动力设备122，操作人员通过摄像设备14发回的影像，通过操作水上操作平台20调整摄像设备14、照明设备15以及第一动力设备121、第二动力设备122的工作状态；当水下作业装置10到达预设作业位置时，操作人员可以控制锚定设备将时下作业装置10锚定在一固定位置，然后操作水上操作平台20启动切割设备13对淤堵位置的淤堵物体进行切割，并通过摄像设备14发回的水下状态画面对切割设备13的工作状态进行调整。切割后的淤堵物体在水流的带动下分散到水中，从而疏通淤堵位置。

本发明实施例提供的水下操作系统，利用水上操作平台通过通信设备对水下作业装置的工作状态进行控制，即，操作人员水上通过水上操作平台输入控制指令，通信设备将控制指令发送给水下作业装置的第一动力设备、第二动力设备、切割设备、照明设备以及摄像设备，从而控制第一动力设备、第二动力设备、切割设备、照明设备以及摄像设备的工作状态，摄像设备将拍摄的画面发送到水上操作平台，操作人员根据水下的实时状态对第一动力设备、第二动力设备、切割设备、照明设备以及摄像设备的工作状态进行调整，利用切割设备对淤堵物体进行切割，切割后的淤堵物体在水流的带动下分散，从而实现对淤堵位置的疏通，作业效率高，无需作业人员进入水底，安全可靠。

在上述实施例的基础上，参照图2，为了进一步准确定位水下作业装置10的位置，本发明实施例中的水下作业装置10还包括安装在壳体11内的定位设备16，且定位设备16与通信设备30电连接。其中，定位设备16可以是gps定位设备、北斗导航定位设备等，本发明实施例对此不做限定。定位设备16将水下作业装置10的实时位置通过通信设备30发送到水上操作平台20上，以使操作人员能够实时获取水下作业装置10的实时位置，并根据水下作业装置10的实时位置调整第一动力设备121、第二动力设备122的工作状态。本实施例中国定位设备既可以保证水下作业设备快速前进到预设作业位置，又可以保证水下作业装置在完成作业后能够成功返回到水上。

在其中一些实施方式中，水下作业装置10还包括固定在壳体11上的粘接设备17，粘接设备17与通信设备30电连接；水上操作平台20通过通信设备30向粘接设备17发送控制命令，以控制粘接设备17的工作状态。

具体地，粘接设备17可以包括液压缸和胶管，胶管内存储有粘接胶体，液压缸的输出杆与胶管内的活塞连接。当需要对裂口或者其他需要拼接粘合的设备进行粘接作业时，操作人员通过水上操作平台30输入控制命令，控制命令通过通信设备30传输给液压缸，液压缸推动活塞将胶管内的粘接胶体从胶管出口内挤出，从而对裂口等进行粘接。当然，胶管的出口还设置有封堵组件，封堵组件可以包括电机以及封堵件，在完成粘接作业后，控制电机驱动封堵件将胶管的出口进行封堵，避免胶体与水进一步接触。可以理解的是，本领域技术人员可以根据实际需要粘接的设备的材料对粘接胶体的类型进行更换，以保证粘接的安全和稳定可靠。粘接设备17也可以是其他可以对裂口等进行粘接的设备，本发明实施例对此不做限定。

在其中一些实施方式中，水下作业装置10还包括安装在壳体11上的采集设备18，采集设备18与通信设备30电连接；水上操作平台20通过通信设备30向采集设备18发送控制命令，以控制采集设备18的工作状态。

具体地，采集设备18用于采集水下预设位置的水质样本，其可以包括采集瓶。采集瓶可以预先放置在壳体11内设置的储藏箱内，当到达指定采集位置后，释放出储藏箱内的采集瓶，对指定位置的水样进行采集。采样过程中，采集瓶通过绳索等连接在壳体11上，避免采集瓶在水流的带动下丢失。在某些实施方式中，采集设备18可以包括抽吸组件以及储液箱，抽吸组件与通信设备30电连接，且抽吸组件的出液口与储液箱连通；水上操作平台20通过通信设备30向抽吸组件发送控制命令，以控制抽吸组件抽取液体到储液箱中进行存储。抽吸组件可对水下物体进行吸取，包括水下瘀堵物体清除、水下物品转移、水下样本采样等操作。储液箱可采集水下瘀堵物体或固态标本等，同时排出水样视情况进行真空保存，在保证安全和稳定的情况下进行最大限度收集。储液箱中可以设置过滤网，对水样和固态标本进行分离过滤，过滤的固态标本存储在储液箱中，过滤的水样可以放置到采样瓶中，以对指定区域内的液体进行采样。储液箱和采样瓶在采集结束后，需要进行密封以保证液体密封不受其他液体或气体污染，保证标本质量。

在其中一些实施方式中，壳体11上设置有至少一个预留接口19，用于连接机械操作手臂，其中，本领域技术人员可以根据实际情况设置预留接口19的数量。机械操作手臂可以通过预留接口19与通信设备30电连接，以与水上操作平台实现数据传输，同时可以通过预留接口19与水下作业装置10的电源电连接，以使电源为其供电。机械操作手臂可以是镊子手臂，以对水下物体，例如，废物、需要拼接的各类结构等，进行抓取，以实现物体的移动。机械操作手臂还可以是机体稳定手臂，即，水下作业装置到10达预设位置后，机体稳定手臂连接到水下固定附着物上，以固定水下作业装置10，避免水流流速过大而冲击水下作业装置10。需要理解的是，本领域技术人员可以根据实际需要在预留接口19连接各种功能性机械操作手臂，在此不做限定。

在其中一些实施方式中，水上操作平台20包括与通信设备30电连接的控制器21以及均与控制器21电连接的操作面板22和显示屏23；操作面板22用于输入操作指令；控制器21根据操作指令控制第一动力设备121、第二动力设备122、切割设备13、摄像设备14以及照明设备15的工作状态；显示屏23用于显示第一动力设备121、第二动力设备122、切割设备13、摄像设备14以及照明设备15的工作状态。

具体地，操作面板22可以是各种功能键按钮，例如，第一动力设备121、第二动力设备122的启动键、关闭键、加速键等、切割设备13的启动键、关闭键、功率调节键等。操作面板22还可以是触摸屏操作面板。

操作者通过操作面板22输入对第一动力设备121、第二动力设备122、切割设备13、摄像设备14、照明设备15、定位设备16、粘接设备17、采集设备18的操作指令，控制器21根据操作指令通过通信设备30将控制命令发送给第一动力设备121、第二动力设备122、切割设备13、摄像设备14、照明设备15、定位设备16、粘接设备17、采集设备18，从而控制第一动力设备121、第二动力设备122、切割设备13、摄像设备14、照明设备15、定位设备16、粘接设备17、采集设备18的工作状态。并且，摄像设备14发回的拍摄画面、定位设备16发回的实时位置以及第一动力设备121、第二动力设备122、切割设备13、照明设备15、粘接设备17、采集设备18的工作状态均可以显示在显示屏23上，以使操作人员根据显示屏23上显示的各个设备的工作状态，调整各个设备。

本实施例提供的水上操作平台还包括存储器24，用于存储摄像设备14拍摄的画面等。本实施例提供的水上操作平台还包括连接端口，用于导出摄像设备14拍摄的画面等，利于后续存档等操作。

综上所述，本发明实施例提供的水下操作系统，具有以下优点：

本发明实施例水下操作系统可减少工人水下作业，同时高效的处理完成水下各个操作。

切割设备可对水下瘀堵物体进行直接切割；粘接设备内配有水下直接粘合金属及其他材质的胶体，保证水下作业装置的正常运转；摄像设备和照明设备可保证远程操控人员的操作准确性，并提供实时监控功能，利于后续资料保存和处理；预留接口设备可根据实际水下情况进行具体机械设备拼接。

水上操作平台针对水下作业装置进行操控和处理；电源为水下作业装置提供电源动力，保证水下作业装置正常运转。

水上操作平台和水下作业装置通过通信设备进行连接，可根据实际距离进行线路调整，保证水下作业装置可在各个水下环境中进行操作。

在以上描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。