海上风电桩基海缆掩埋方法、水下运维机器人及介质与流程

1.本发明涉及海上风电运维技术领域，尤其涉及一种海上风电桩基海缆掩埋方法、水下运维机器人及介质。


背景技术：

2.近浅海海上风电通常位于30米左右的浅水海域，风机之间的35kv集电海缆敷埋于2～3米深的海床中，到达风机桩基基础附近时，从海床中出来，加装弯曲限制器后进入风机桩基喇叭口，接入海上风机电气链路。海缆利用风机基础锚固点进行固定，通过敷埋弯曲限制器进行过渡入泥，最终敷埋至预设深度的海床中。海水流速高，海缆铺埋后，海风场投入运行，随着海底洋流、潮汐等环境影响复杂，海床地质条件不稳定，海上风电桩基的局部冲刷，导致海缆裸露。
3.受海底复杂地形、洋流和潮汐等因素影响，随着风机投运时间的延长，底部出现冲刷掏空现象，风机附近海缆会因为冲刷裸露出来。首先，当海缆裸露长度过长时，冲刷引起的振动导致35kv集电海缆与海床和风机基础摩擦，造成疲劳损伤乃至绝缘层破损等不可逆故障发生。其次，当出现海缆限弯器螺栓口扩宽、磨损、脱落现象时，限弯器悬空变相成为割缆器，致使海缆磨损，外钢丝绳散股、海缆铠装及钢丝层损坏，绝缘层被破坏，缆芯导体外露发生接地放电故障；第三，集电电缆在路由区中裸露，受海底冲刷造成移位和悬空，海缆机械应力变化造成故障；第四，集电电缆裸露增大了被过往船只拖网和抛锚损害的几率。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种海上风电桩基海缆掩埋方法、水下运维机器人及介质，旨在解决近浅海海上风电的海缆裸露的技术问题。
5.本发明第一方面提供了一种海上风电桩基海缆掩埋方法，应用于水下运维机器人，所述水下运维机器人搭载高压水枪和机械手，所述掩埋方法包括以下步骤：
6.获取露出海缆的第一位置；
7.控制水下运维机器人移动到所述第一位置；
8.所述高压水枪对第二位置冲刷出海缆槽；
9.所述机械手对滑入所述海缆槽的露出海缆进行掩埋。
10.可选的，所述获取露出海缆的第一位置包括以下步骤：
11.巡检系统获取露出海缆所在的海域范围；
12.获取所述海域范围的海缆声学图像和海缆光学图像；
13.通过所述海缆声学图像和海缆光学图像判断是否为露出海缆，若是，则确定露出海缆的第一位置。
14.可选的，所述高压水枪对第二位置冲刷出海缆槽包括：
15.所述高压水枪从露出海缆的侧边区域，以预定角度向露出海缆的斜下方位置冲刷出具有预定坡度的斜槽。
16.可选的，包括姿态平衡步骤，具体包括：
17.获取高压水枪喷射高压液体时产生的反作用力大小和方向；
18.水下运维机器人产生与所述反作用力大小相等且方向相反的平衡力。
19.可选的，所述姿态平衡步骤包括：
20.获取高压水枪喷射高压液体时产生的反作用力大小和方向；
21.获取水下运维机器人在海面下受到的水流压力和水流方向；
22.根据反作用力大小和方向以及水流压力和水流方向计算出第一合力的方向和大小；
23.水下运维机器人产生与所述第一合力大小相等且方向相反的平衡力。
24.可选的，所述姿态平衡步骤包括：
25.根据高压水枪启动前的预定喷射角度和喷射速度大小计算出高压水枪喷射高压液体产生的反作用力的预定大小和方向；
26.根据反作用力的预定大小和方向调整水下运维机器人搭载的推进器的角度和方向，计算出推进器的预定转速；
27.高压水枪以预定喷射角度、喷射速度与所述推进器以预定转速同时启动。
28.可选的，所述反作用力的大小为：f＝1.56d2ρv
02
/2；
29.其中，d为高压水枪的喷嘴出口直径，ρ为液体密度；v0为高压水枪的射流速度。
30.可选的，包括清理步骤，所述清理步骤包括：
31.所述机械手对所述第二位置以及附近的杂物进行清理。
32.本发明第二方面提供了一种水下运维机器人，用于实现上述的海上风电桩基海缆掩埋方法，所述水下运维机器人包括：
33.壳体；
34.声呐，设于所述壳体，用于获取水下的声学图像；
35.摄像头，设于所述壳体上方，用于获取水下的光学图像；
36.通过所述声呐和所述摄像头获取露出海缆的第一位置；
37.推进器，包括水平推进器和竖直推进器，设置于所述壳体，控制水下运维机器人移动到所述第一位置；
38.陀螺仪，用于获取水下运维机器人的姿态数据；
39.高压水枪，通过机械臂与所述壳体相连，设于所述壳体侧面，所述高压水枪对第二位置冲刷出海缆槽；
40.机械手，与所述高压水枪设于所述壳体的同一侧面，所述机械手对滑入所述海缆槽的露出海缆进行掩埋。
41.控制器，设置于所述壳体，与船体上的操作设备电连接。
42.本发明第三方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，所述指令被处理器执行时实现上述的海上风电桩基海缆掩埋方法。
43.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
44.本发明提供的技术方案中，首先获取水下海缆露出的位置，然后控制搭载有高压水枪的水下运维机器人运动至海缆的露出位置，利用高压水枪冲洗露出海缆附近的海底底泥悬浮，在水流作用下离开露出海缆的底部，形成海缆的槽沟，露出海缆在自身的重力作用
下滑入槽沟中，再通过机械手推动附近的海底底泥进入沟槽中，完成对露出海缆的掩埋，进而避免了露出海缆造成疲劳损伤乃至绝缘层破损等不可逆故障发生。
附图说明
45.一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
46.图1为本发明海上风电桩基海缆掩埋方法的第一个实施例示意图；
47.图2为本发明海上风电桩基海缆掩埋方法的第二个实施例示意图；
48.图3为本发明海上风电桩基海缆掩埋方法的第三个实施例示意图；
49.图4为本发明姿态平衡步骤的另一个实施例；
50.图5为本发明姿态平衡步骤的另一个实施例；
51.图6为本发明海上风电桩基海缆掩埋方法的第四个实施例示意图；
52.图7为本发明水下运维机器人实施例的结构示意图；
53.图8为本发明水下运维机器人实施例信号传输示意图；
54.图9为本发明水下运维机器人精准悬浮控制的流程示意图。
具体实施方式
55.本发明实施例提供了一种海上风电桩基海缆掩埋方法、水下运维机器人及介质，实现了水下露出海缆的定位，通过高压水枪冲刷出海缆槽供露出海缆滑入，在通过机械手对露出海缆进行掩埋。
56.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”或“具有”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
57.敷设海缆时，有专用的敷缆船。这种敷缆船不会“随波逐流”，而是利用动力定位系统精确定位在海上的位置、前进和纠偏，可极大提高敷设的精度以及敷缆船在复杂海况下的施工能力。
58.向海底敷埋海缆作业时，将海缆放入埋设机腹部后，将埋设机吊入水中，搁置在海床面上。然后，启动其自带的高压水泵及埋深监测系统，开始敷埋作业。埋设机随船的拖动而水平移动，喷出的高压水流冲击海底淤泥，二者的联合作用形成初步的断面，同时敷设海缆，随着周围的淤泥坍塌，将海缆埋入海床中。
59.针对已铺设好的海缆裸露问题，本发明提供一种海上风电桩基海缆掩埋方法、水下运维机器人及介质实施例来解决已铺设好的海缆裸露问题，对露出海缆进行再次掩埋。该掩埋方法应用于水下运维机器人，水下运维机器人搭载高压水枪和机械手。
60.本发明提供的实施例适用于35kv集电海缆的裸露掩埋，35kv集电海缆的电缆外径
不超过200mm，尺寸相对较小，通过本实施例提供的掩埋方法和运维机器人就可以实现对裸露海缆的掩埋。
61.为便于理解，下面对本发明实施例的具体流程进行描述，请参照图1，本发明实施例中海上风电桩基海缆掩埋方法的第一个实施例包括：
62.s100、获取露出海缆的第一位置。
63.通过船舶巡检系统初步判定露出海缆的海域，确定海域后，再通过水下运维机器人在该海域内找到露出海缆的具体位置，即露出海缆的第一位置。
64.s200、控制水下运维机器人移动到所述第一位置。
65.可以通过船舶巡检系统搭载的吊缆装置连接水下运维机器人，控制水下运维机器人移动到露出海缆的位置；也可以通过水下运维机器人搭载的推进器控制水下运维机器人移动到露出海缆的位置；又或者通过船舶巡检搭载的吊缆装置与水下运维机器人协同工作，控制水下运维机器人移动到露出海缆的位置。
66.s300、所述高压水枪对第二位置冲刷出海缆槽。
67.高压水枪具体采用高压水射清洗工艺，以水为介质，在高压条件下，利用射流冲击波对第二位置的海底底泥进行冲击，形成沟槽，即海缆槽。通过高压射流喷头腔体的固有频率，可放大反馈压力，增大形成出水压力作用，从而提高射流高压水枪冲刷能力。
68.高压水枪具体由机械手控制移动，通过机械手控制高压水枪的喷射方向和喷射角度，对露出海缆下方的底泥进行射流冲击，使海底底泥悬浮，悬浮后的海底底泥在水流作用下离开裸露海缆的底部，进而形成海缆槽。
69.具体地，高压水枪从露出海缆的侧边区域，以预定角度向露出海缆的斜下方位置冲刷出具有预定坡度的斜槽，该斜槽即海缆槽。斜槽具有一定的宽度、长度和坡度，当斜槽的大小和坡度满足露出海缆的滑入条件时，露出海缆在重力作用下，会沿着斜槽的斜坡滑入至斜槽的底部。
70.s400、所述机械手对滑入所述海缆槽的露出海缆进行掩埋。
71.海缆槽形成后，露出海缆在自身的重力作用下滑入至海缆槽，再通过机械手推动海缆槽附件的海底底泥进入海缆槽，实现对露出海缆的掩埋。又或者在机械手的协同推动下将露出海缆推入至海缆槽内，再推动海缆槽附近的海缆底泥进入海缆槽，完成露出海缆的掩埋。
72.请参照图2，本发明实施例中海上风电桩基海缆掩埋方法的第二个实施例，包括：
73.s100、获取露出海缆的第一位置。
74.通过船舶巡检系统初步判定露出海缆的海域，确定海域后，再通过水下运维机器人在该海域内找到露出海缆的具体位置，即露出海缆的第一位置。
75.具体地，获取露出海缆的第一位置包括：
76.s101、巡检系统获取露出海缆所在的海域范围。
77.由于水下运维机器人在水下移速小于船舶巡检系统的移速，进而在对海上风电桩基海缆巡检时，首先采用船舶巡检系统带着水下运维机器人同步在海上行驶，通过在船体上设置侧扫声呐，从而针对风机桩周边进行初步巡检，待初步巡检表明许进一步检查时，再放下水下运维机器人入水。即通过巡检系统初步确定露出海缆所在海域的范围。
78.具体地，在海上风电桩基安装完成和海缆掩埋后，能够根据安装掩埋时预设的装
置获取桩基安装位置和海缆掩埋位置，获取安装位置和掩埋位置对应的海面信息，并获取海水对桩基的水流冲刷信息；从而根据上述信息确定船体的移动路线和移动速度。需要注意，船体的船速越低，炮点密度越大，探测分辨率越高；固定安装的船速可较大，拖曳调查的船速较低(受制于拖缆强度和入水深度)，深水拖曳的船速最低。
79.进一步，海面信息包括风向、风速、海浪方向和海浪大小，水流冲刷信息包括海底水流方向和水流大小。
80.s102、获取所述海域范围的海缆声学图像和海缆光学图像。
81.控制船舶巡检系统移动至水下运维机器人的下水位后，通过吊缆装置将水下运维机器人下水，控制所述机器人下水移动至所述海域范围，以使水下运维机器人移动至海缆的暴露位置。
82.控制水下运维机器人的前视声呐和摄像头分别获取海缆的声学图像和光学图像。具体地，控制水下运维机器人以海缆裸露状态的位置为中心旋转预设角度，并保持水下运维机器人悬停，得到海缆的声学图像和光学图像。
83.s103、通过所述海缆声学图像和海缆光学图像判断是否为露出海缆，若是，则确定露出海缆的第一位置。
84.水下运维机器人将获取的声学图像和光学图像传输至船舶巡检系统中的数据处理终端进行处理，判断是否为露出海缆，若是则可以确定露出海缆的第一位置，后续控制水下运维机器人移动到第一位置。第一位置为水下运维机器人实施掩埋作业时的停留位置，可以为单一位置点，也可以由多个位置点组成的位置范围区域。
85.在其他实施例中，水下运维机器人还可以将获取的声学图像和光学图像传输至船舶巡检系统中的显示屏幕中进行显示，通过人工观看显示屏幕的图像判断是否为露出海缆。
86.通过水下机器人进入海底进行精确检查，确定船舶初步巡检结果是否正确，提高了巡检结果的准确性。
87.s200、控制水下运维机器人移动到所述第一位置。
88.可以通过船舶巡检系统搭载的吊缆装置连接水下运维机器人，控制水下运维机器人移动到露出海缆的位置；也可以通过水下运维机器人搭载的推进器控制水下运维机器人移动到露出海缆的位置；又或者通过船舶巡检搭载的吊缆装置与水下运维机器人协同工作，控制水下运维机器人移动到露出海缆的位置。
89.s300、所述高压水枪对第二位置冲刷出海缆槽。
90.高压水枪具体采用高压水射清洗工艺，以水为介质，在高压条件下，利用射流冲击波对第二位置的海底底泥进行冲击，形成沟槽，即海缆槽。通过高压射流喷头腔体的固有频率，可放大反馈压力，增大形成出水压力作用，从而提高射流高压水枪冲刷能力。
91.高压水枪具体由机械手控制移动，通过机械手控制高压水枪的喷射方向和喷射角度，对露出海缆下方的底泥进行射流冲击，使海底底泥悬浮，悬浮后的海底底泥在水流作用下离开裸露海缆的底部，进而形成海缆槽。
92.具体地，高压水枪从露出海缆的侧边区域，以预定角度向露出海缆的斜下方位置冲刷出具有预定坡度的斜槽，该斜槽即海缆槽。斜槽具有一定的宽度、长度和坡度，当斜槽的大小和坡度满足露出海缆的滑入条件时，露出海缆在重力作用下，会沿着斜槽的斜坡滑
入至斜槽的底部。
93.s400、所述机械手对滑入所述海缆槽的露出海缆进行掩埋。
94.海缆槽形成后，露出海缆在自身的重力作用下滑入至海缆槽，再通过机械手推动海缆槽附件的海底底泥进入海缆槽，实现对露出海缆的掩埋。又或者在机械手的协同推动下将露出海缆推入至海缆槽内，再推动海缆槽附近的海缆底泥进入海缆槽，完成露出海缆的掩埋。
95.所述高压水枪从露出海缆的侧边区域，以预定角度向露出海缆的斜下方位置冲刷出具有预定坡度的斜槽。
96.请参照图3，本发明实施例中一种海上风电桩基海缆掩埋方法的第三个实施例，包括：
97.s100、获取露出海缆的第一位置。
98.通过船舶巡检系统初步判定露出海缆的海域，确定海域后，再通过水下运维机器人在该海域内找到露出海缆的具体位置，即露出海缆的第一位置。
99.s200、控制水下运维机器人移动到所述第一位置。
100.可以通过船舶巡检系统搭载的吊缆装置连接水下运维机器人，控制水下运维机器人移动到露出海缆的位置；也可以通过水下运维机器人搭载的推进器控制水下运维机器人移动到露出海缆的位置；又或者通过船舶巡检搭载的吊缆装置与水下运维机器人协同工作，控制水下运维机器人移动到露出海缆的位置。
101.s300、所述高压水枪对第二位置冲刷出海缆槽。
102.高压水枪具体采用高压水射清洗工艺，以水为介质，在高压条件下，利用射流冲击波对第二位置的海底底泥进行冲击，形成沟槽，即海缆槽。通过高压射流喷头腔体的固有频率，可放大反馈压力，增大形成出水压力作用，从而提高射流高压水枪冲刷能力。
103.高压水枪具体由机械手控制移动，通过机械手控制高压水枪的喷射方向和喷射角度，对露出海缆下方的底泥进行射流冲击，使海底底泥悬浮，悬浮后的海底底泥在水流作用下离开裸露海缆的底部，进而形成海缆槽。
104.具体地，高压水枪从露出海缆的侧边区域，以预定角度向露出海缆的斜下方位置冲刷出具有预定坡度的斜槽，该斜槽即海缆槽。斜槽具有一定的宽度、长度和坡度，当斜槽的大小和坡度满足露出海缆的滑入条件时，露出海缆在重力作用下，会沿着斜槽的斜坡滑入至斜槽的底部。
105.s400、所述机械手对滑入所述海缆槽的露出海缆进行掩埋。
106.海缆槽形成后，露出海缆在自身的重力作用下滑入至海缆槽，再通过机械手推动海缆槽附件的海底底泥进入海缆槽，实现对露出海缆的掩埋。又或者在机械手的协同推动下将露出海缆推入至海缆槽内，再推动海缆槽附近的海缆底泥进入海缆槽，完成露出海缆的掩埋。
107.所述高压水枪从露出海缆的侧边区域，以预定角度向露出海缆的斜下方位置冲刷出具有预定坡度的斜槽。
108.s500、姿态平衡步骤。
109.姿态平衡步骤用于实现水下运维机器人工作时的姿态平衡。由于通过高压水枪对海底底泥冲刷出海缆槽，高压水枪产生的高压射流会产生反作用力，水下运维机器人在反
作用力的作用下姿态会倾斜，会影响高压水枪的喷射方向，进而造成冲刷点的偏离，因此需要通过姿态平衡的步骤使得水下运维机器人在高压水枪工作时保持姿态的平衡稳定。
110.除此之外，冲刷海缆槽时会扬起大量的泥沙，会使得水下运维机器人所处区域处于浑浊状态。因此通过声呐和摄像头获取环境图像，再根据环境图像去调节水下运维机器人的姿态可行性差，需要通过其他方式使得水下运维机器人自适应调节姿态。
111.姿态平衡的判断可以通过水下运维机器人搭载的陀螺仪判断，陀螺仪可以获取水下运维机器人的倾斜度和平衡度，船上的控制终端根据倾斜度和平衡度计算出水下运维机器人的受力情况。
112.姿态平衡步骤包括：
113.s501、获取高压水枪喷射高压液体时产生的反作用力大小和方向。
114.反作用力f的大小可以通过高压水枪产生的高压水连续射流的压力p和喷嘴出口直径d计算得到，反作用力的方向可以通过控制高压水枪的机械手角度传感器推算得到。
115.具体地，高压水连续射流的压力p(mpa)与射流速度v0(m/s)之间的关系为：p＝ρv
02
/2，所以反作用力的大小为：f＝1.56d2ρv
02
/2；
116.其中，d为高压水枪的喷嘴出口直径，ρ为液体密度；v0为高压水枪的射流速度。
117.上述反作用力的推导过程如下：
118.连续射流的压力p(mpa)与射流速度v0(m/s)之间有下述关系：
119.p＝ρv
02
/2(若一水射流初始速度为915m/s，则需求泵压力为410mpa)，水在200mpa压力下能切割0.2mm的薄钢板。
120.水射流压力分类：
121.a、低压射流：工作压力小于10mpa；
122.b、高压射流：工作压力大于10mpa，小于100mpa；
123.c、超高压射流：工作压力小于100mpa。
124.水的物理性质：
125.密度：标准大气压下，20度常温下纯水密度998kg/m3；
126.粘度:动力粘度η＝1.00510-3
n*s/m2。
127.流体力学基本方程：
[0128]v1
a1＝v2a2(流体连续性方程)
[0129]
p1/ρ+α1v
12
/2+gz1＝p2/ρ+α2v
22
/2+gz2+ghf，
[0130]
上式中每一项的纲量是n*m/kg,即单位质量的能量，p/ρ表示单位质量的压强势能；v2/2表示单位质量的动能；gz表示单位质量的位置势能；ghf表示运动中损失的能量；α表示总流流过断面的实际动能与以平均速度计算的动能的比值，其值总大于1，并与断面流速分布有关，流速分布越不均其值越大，流速分布较均匀时其值近似等于1。
[0131]
对于连续射流在喷嘴截面内外两点应用伯努利方程，忽略两点之间的位能可依得到以下公式
[0132]
p1/ρ+α1v
12
/2＝p2/ρ+α2v
22
/2(1)
[0133]
结合流体连续方程式
[0134]v1
a1＝v2a2ꢀꢀ
(2)
[0135]
喷嘴流道为圆形结构，即a＝πd2/4(3)
[0136]
结合上3各公式可得v＝44.7
[0137]v‑‑‑‑‑
射流速度m/s；
[0138]
p
‑‑‑‑‑
射流压力mpa；
[0139]
注：v指喷嘴出口截面外射流处初速度，p指喷嘴截面内射流压力
[0140]
已知射流速度，可由q＝va得出射流流量，即射流流量等于出口速乘以喷嘴出口面积，即：q
t
＝2.1d2；
[0141]qt
‑‑‑‑
射流流量l/min；
[0142]
p
‑‑‑‑
射流压力mpa；
[0143]d‑‑‑‑
喷嘴出口直径mm；
[0144]
当射流流量及压力确定后，可由下列关系得出射流功率：p＝16.67pq
[0145]
p
‑‑‑‑
射流功率，w；
[0146]
p
‑‑‑‑
射流压力mpa；
[0147]d‑‑‑‑
喷嘴出口直径mm；
[0148]
射流反冲力f：(由动量守恒推导，即f
△
t＝mv
1-mv2)f＝0.745q；
[0149]f‑‑‑‑
射流反冲力，n；
[0150]
p
‑‑‑‑
射流压力mpa；
[0151]d‑‑‑‑
喷嘴出口直径mm；
[0152]
由于q＝2.1d2带入上式得：f＝1.56d2p；
[0153]f‑‑‑‑
射流反冲力，n；
[0154]
p
‑‑‑‑
射流压力mpa；
[0155]d‑‑‑‑
喷嘴出口直径mm；
[0156]
射流起始段、基本段、消散断：
[0157]
射流起始段：射流轴线速度开始衰减断面和喷嘴出口断面之间距离为射流的起始段。其计算经验公式：lf＝(a-bre)d；
[0158]
lf
‑‑‑‑‑
射流起始段长度，mm；
[0159]d‑‑‑‑‑
喷嘴出口直径，mm；
[0160]a‑‑‑‑‑
经验系数，取决于喷嘴的加工精度和内表面加工质量；
[0161]b‑‑‑‑‑
经验系数，主要取决于雷诺数；
[0162]
re
‑‑‑‑
射流起始段雷诺数；
[0163]v‑‑‑‑‑
射流速度，m/s；
[0164]
‑‑‑‑‑
运动粘度，m2/s；对于水为1.0*10-6
∽1.3*10-6
；
[0165]
在10-60mpa、喷嘴直径1-4mm时a1＝84(喷嘴质量差)、a2＝96(喷嘴质量中等)、a3＝84(喷嘴质量优)、b＝68*10-6
；
[0166]
对于射流压力较高、雷诺数re0.4*106时，射流起始段长度直接取决于射流形成条件，而不再和雷诺数有关，此时，lf一般在下式范围内变化：
[0167]
lf＝(53-106)d
[0168]
其余lf/d经验数据查表。
[0169]
射流基本段：在转折面以后消散段之间的区域，射流轴向流速和、及动压力逐渐减少，但射流仍保持完整。
[0170]
射流消散段：基本段以外的区域，此时射流与环境介质已完全混合，射流的轴向速度和动压力相对较低，基本无卷吸能力，外在表现为雾化。
[0171]
射流各段在工程应用中均有不同功能，起始段用于材料切割，基本段用于清洗、除锈、修整加工、抛光、去毛刺等，消散段用于除尘等工艺。
[0172]
在射流起始段两倍长度处(100d-200d),射流轴心处压力衰减为初始压力的一半左右。
[0173]
s502、水下运维机器人产生与所述反作用力大小相等且方向相反的平衡力。
[0174]
通过水下运维机器人搭载的推进器产生平衡力，控制终端获取反作用力的大小和方向后，结合陀螺仪获取的姿态数据计算得到推进器的转速、转向和方向，进而控制推进器产生和反作用力抵消的平衡力，使得水下运维机器人在冲刷出海缆槽的过程中保持姿态平衡。
[0175]
在一实施例中，请参照图4，姿态平衡步骤包括：
[0176]
s501、获取高压水枪喷射高压液体时产生的反作用力大小和方向。
[0177]
反作用力f的大小可以通过高压水枪产生的高压水连续射流的压力p和喷嘴出口直径d计算得到，反作用力的方向可以通过控制高压水枪的机械手角度传感器推算得到。
[0178]
具体地，高压水连续射流的压力p(mpa)与射流速度v0(m/s)之间的关系为：p＝ρv
02
/2，所以反作用力的大小为：f＝1.56d2ρv
02
/2；
[0179]
其中，d为高压水枪的喷嘴出口直径，ρ为液体密度；v0为高压水枪的射流速度。
[0180]
s502、获取水下运维机器人在海面下受到的水流压力和水流方向。
[0181]
由于海面的水下环境并非静水环境，会有海浪产生的水流影响存在，因此计算水下运维机器人的受力情况时，还需要考虑到水流压力和水流方向的影响。水流压力和水流方向可以通过压力传感器获取，或者通过陀螺仪获取水下运维机器人的姿态后，控制终端通过倾斜角度计算出受力情况。
[0182]
s503、根据反作用力大小和方向以及水流压力和水流方向计算出第一合力的方向和大小。
[0183]
控制终端计算出反作用力和水流影响造成的偏转力，再进行合力计算，计算得到第一合力的大小和方向。
[0184]
s504、水下运维机器人产生与所述第一合力大小相等且方向相反的平衡力。
[0185]
控制终端根据计算得到的第一合力大小计算得到抵消第一合力的第二合力，根据第二合力计算得到推进器的转速、转向和方向，并发送控制信号控制推进器运行，实现水下运维机器人的姿态平衡。
[0186]
在一实施例中，请参照图5，为避免高压水枪喷射后根据反作用力计算推进器的推力之间存在延迟，平衡结果存在偏差的影响，提供一种姿态平衡步骤包括：
[0187]
s501、根据高压水枪启动前的预定喷射角度和喷射速度大小计算出高压水枪喷射高压液体产生的反作用力的预定大小和方向。
[0188]
调整好高压水枪的启动位置后，可以获取高压水枪的喷射角度，喷射速度(射流速度)可以根据设定值已知，因而可以在高压水枪喷射前提前计算出高压水枪喷射产生的反作用力的大小和方向。
[0189]
s502、根据反作用力的预定大小和方向调整水下运维机器人搭载的推进器的角度
和方向，计算出推进器的预定转速。
[0190]
反作用力f的大小通过高压水枪产生的高压水连续射流的压力p和喷嘴出口直径d计算得到，高压水连续射流的压力p可以根据高压水枪设定的射流速度v0计算得到，反作用力的方向可以通过控制高压水枪的机械手角度传感器推算得到。
[0191]
具体地，高压水连续射流的压力p(mpa)与射流速度v0(m/s)之间的关系为：p＝ρv
02
/2，所以反作用力的大小为：f＝1.56d2ρv
02
/2；
[0192]
其中，d为高压水枪的喷嘴出口直径，ρ为液体密度；v0为高压水枪的射流速度。
[0193]
水下运维机器人搭载的推进器提前调整好运行角度，设定好转向和转速。
[0194]
s503、高压水枪以预定喷射角度、喷射速度与所述推进器以预定转速同时启动。
[0195]
高压水枪以调整好的喷射角度和设定好的喷射速度，与设定好的推进器同时启动，保持水下运行机器人的姿态平衡，避免延迟造成的调节偏差。
[0196]
请参照图6，本发明实施例中海上风电桩基海缆掩埋方法的第四个实施例包括：
[0197]
s100、获取露出海缆的第一位置。
[0198]
通过船舶巡检系统初步判定露出海缆的海域，确定海域后，再通过水下运维机器人在该海域内找到露出海缆的具体位置，即露出海缆的第一位置。
[0199]
s200、控制水下运维机器人移动到所述第一位置。
[0200]
可以通过船舶巡检系统搭载的吊缆装置连接水下运维机器人，控制水下运维机器人移动到露出海缆的位置；也可以通过水下运维机器人搭载的推进器控制水下运维机器人移动到露出海缆的位置；又或者通过船舶巡检搭载的吊缆装置与水下运维机器人协同工作，控制水下运维机器人移动到露出海缆的位置。
[0201]
s300、清理步骤。
[0202]
机械手对第二位置以及附近的杂物进行清理。具体通过机械手将杂物夹走转移，避免后续冲刷海缆槽时杂物落入到海缆槽中。
[0203]
s400、所述高压水枪对第二位置冲刷出海缆槽。
[0204]
高压水枪具体采用高压水射清洗工艺，以水为介质，在高压条件下，利用射流冲击波对第二位置的海底底泥进行冲击，形成沟槽，即海缆槽。通过高压射流喷头腔体的固有频率，可放大反馈压力，增大形成出水压力作用，从而提高射流高压水枪冲刷能力。
[0205]
高压水枪具体由机械手控制移动，通过机械手控制高压水枪的喷射方向和喷射角度，对露出海缆下方的底泥进行射流冲击，使海底底泥悬浮，悬浮后的海底底泥在水流作用下离开裸露海缆的底部，进而形成海缆槽。
[0206]
具体地，高压水枪从露出海缆的侧边区域，以预定角度向露出海缆的斜下方位置冲刷出具有预定坡度的斜槽，该斜槽即海缆槽。斜槽具有一定的宽度、长度和坡度，当斜槽的大小和坡度满足露出海缆的滑入条件时，露出海缆在重力作用下，会沿着斜槽的斜坡滑入至斜槽的底部。
[0207]
s500、所述机械手对滑入所述海缆槽的露出海缆进行掩埋。
[0208]
海缆槽形成后，露出海缆在自身的重力作用下滑入至海缆槽，再通过机械手推动海缆槽附件的海底底泥进入海缆槽，实现对露出海缆的掩埋。又或者在机械手的协同推动下将露出海缆推入至海缆槽内，再推动海缆槽附近的海缆底泥进入海缆槽，完成露出海缆的掩埋。
[0209]
请参照图7，为本发明提供的水下运维机器人实施例，用于实现上述的海上风电桩基海缆掩埋方法。水下运维机器人包括壳体1、声呐2、摄像头3、推进器4、高压水枪5、机械手6、控制器7和陀螺仪(未示出)。
[0210]
其中壳体1为立方体框架，用于各零部件的安装。
[0211]
声呐2设于壳体1上表面顶部，用于获取水下的声学图像，与控制器7连接，具体采用二维多波束声呐。
[0212]
摄像头3设于壳体1上方，用于获取水下的光学图像，与控制器7连接，具体采用高清摄像机。
[0213]
通过声呐2和摄像头3获取露出海缆的第一位置。
[0214]
推进器4，包括水平推进器42和竖直推进器41，设置于壳体1，与控制器7连接，控制水下运维机器人移动到第一位置。具体地，竖直推进器41的数量为4个，分别位于壳体1的上表面四角，用于控制水下运维机器人竖直方向上的运动；水平推进器42的数量也为4个，呈四角分布与壳体1，用于控制水下运维机器人水平方向上的运动。
[0215]
高压水枪5通过机械臂与壳体1相连，设于壳体1侧面，与控制器7连接，高压水枪5对第二位置冲刷出海缆槽。高压水枪5具体采用高压水枪机械手。
[0216]
陀螺仪，位于壳体1内部，用于获取水下运维机器人的姿态数据，为判断水下运维机器人的倾斜程度提供数据；
[0217]
机械手6与高压水枪5设于壳体1的同一侧面，与控制器7连接，机械手6对滑入海缆槽的露出海缆进行掩埋。机械手具体采用操作型机械手。
[0218]
控制器7设置于壳体1内部，与船体上的操作设备电连接，具体为一种mcu控制系统。
[0219]
还包括浮力块8，设于壳体1的顶部，用于提供浮力。
[0220]
具体地，如图8所示，各部件和模块之间的信号传输示意图。包含水上和水下两部分。水上部分包括岸基供电遥控系统，该岸基供电遥控系统位于船舶上，具体为船舶巡检系统。水下部分包括与岸基供电遥控系统通信连接的mcu控制系统，包括与mcu控制系统通信连接的调速模块，调速模块分别与水平方向推进器和垂直方向推进器通信，水平方向推进器和垂直方向推进器分别与mcu控制系统相连；还包括与mcu控制系统通信连接的陀螺仪模块、二维多波束声呐、水深传感器、高清摄像机、操作型机械手和高压水枪机械手。还包括电源模块，电源模块与水下的调速模块、操作型机械手、高压水枪机械手之间连接。
[0221]
如图9所示，为水下运维机器人根据给定距离及姿态参数、给定位置及偏航参数、给定流量及参数，对推进器的转速转向方向控制和对高压水枪的流量控制，进而实现水下运维机器人精准悬浮控制的流程示意图。
[0222]
本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以为非易失性计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质也可以为易失性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述海上风电桩基海缆掩埋方法的步骤。
[0223]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0224]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用
时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0225]
以上所述，以上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精神和范围。