本发明涉及海底海缆运行维护领域，尤其涉及一种有缆水下机器人排除海底海缆障碍物的方法。
背景技术：
传统排除海缆障碍物基本采用潜水员人工下水作业模式，潜水员分区域分段探试，由于人体机能与潜水设备的限制，运维作业人员很难下潜到40m以下水底对海底海缆的运行工作情况进行检查维护，且人工作业时潜水员体力消耗极大，危险系数高，工作效率很低。
目前，水下机器人仅用于对海底海缆的勘察，对于海缆周边的障碍物只是采用避让的方式，对可能造成海底海缆的障碍物并不采取措施，功能简单，需要用其他的设备来清除，效率低，且浪费人力和物力。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种有缆水下机器人排除海底海缆障碍物的方法，以达到增加水下机器人的功能，提高工作效率的目的。为此，本发明采取以下技术方案。
一种有缆水下机器人排除海底海缆障碍物的方法，包括以下步骤：
1）工作船搭载有缆水下机器人系统到达指定海域；有缆水下机器人系统包括有缆水下机器人和操控系统；所述的操控系统与有缆水下机器人之间通过脐带缆相连；
2）有缆水下机器人系统检查完毕后，有缆水下机器人入水缓慢下潜；
3）根据预先设定的海底海缆路由图，结合工作船导航装置和有缆水下机器人水下定位装置，让有缆水下机器人驶至巡检作业点附近位置；
4）有缆水下机器人打开电磁感应探测仪器，以向前搜索模式搜寻海缆，当搜寻到海缆后，有缆水下机器人根据工作船上的操控系统提供的方位、夹角改变其方位，使电磁感应探测仪器的两组线圈处于被测海缆上方；
5）当电磁感应探测仪器两组线圈处于被测海缆上方后，将前向搜索模式改为跟踪模式，从而跟踪海缆；
6）巡检作业时有缆水下机器人悬浮于海底海缆的正上方，并离开海床设定高度；
7）操控系统根据预先设定的海缆路由图及电磁感应探测仪器的指示，控制有缆水下机器人沿海底海缆巡航；
8）有缆水下机器人沿海底海缆路由巡检时，工作船跟随有缆水下机器人航行，船的螺旋桨和侧推器始终连续运转，防止有缆水下机器人的脐带缆被绞入螺旋桨中，同时脐带缆每间隔一定距离可配置重物，以减少脐带缆受推力或浮力的影响；
9）有缆水下机器人作业时前进速度小于2kn，前进速度根据水下能见度和设备采样率，调整前进速度以达到最佳探测效果；
10）操控系统根据有缆水下机器人反馈的声纳和光学设备信息，配合照明设备，监视海缆本体情况，检查海缆路由周边障碍物分布；
11）当海底海缆周边有威胁海缆安全的异物时，控制有缆水下机器人停止前进，利用光学设备和/或声学设备对异常点近观检测、摄影、记录坐标；利用有缆水下机器人携带的工具，包括机械手、剪切器，对小型障碍物拆除作业；对大型障碍物，有缆水下机器人通过机械手将障碍物连接在障碍物清除工作船释放的绳索上，由船上起重设备将障碍物拉出；
12）有缆水下机器人巡航检测时对海缆路由和深度进行记录，并在导航系统中记录有缆水下机器人坐标轨迹；
13）工作完毕后，将有缆水下机器人回收到甲板；检查有缆水下机器人本体及附件是否完好，并用淡水冲洗，避光保存。
本技术方案的有缆水下机器人设机械手、剪切器，代替潜水员完成海底海缆障碍物清除作业，提高了海底海缆运维检修的效率，减少了工作人员排障作业安全风险。同时，有缆水下机器人可实时观察到海底海缆实际运行周边环境和情况，搭载的专用探测设备对海底海缆运行状态进行全面监测，得到海缆运行状态更精确的信息，这对提高海底海缆系统运行维护自动化和智能化具有积极的推进作用。
作为优选技术手段：所述的电磁感应探测仪器包括发信机、探测单元、数据处理装置；发信机向海缆注入正弦波电源信号，探测单元包括多个探头，分别测量海缆周围的电磁场信号强度和方向；数据处理装置内置于水下机器人密封舱内，完成水下探测单元测得信号的分析处理，通过探头与海缆路由的角度、距离信息，计算海缆的埋深和位置，并将该数据信息通过脐带缆上传至操控系统，操控系统记录并实时显示海缆的埋深和位置信息。采用多个探头可以更准确地定位海缆，包括海缆的埋设深度。
作为优选技术手段：所述的探测单元设有三个探头。有效地实现了海缆的位置勘测。
作为优选技术手段：所述的水下机器人包括rov本体、设于rov本体上部的浮体、设于rov本体上的推进器、设于rov本体的照明及摄影装置、设于rov本体前部的电磁感应探测仪器和机械手、用于水下机器人定位的水下定位装置、设于rov本体下方的底脚；所述的机械手包括手爪及与手爪相连的手臂，所述的手臂包括与手爪相连的输出轴、外套于输出轴的是手爪活塞缸缸体；输出轴的前段为与手爪相连的移动段、输出轴的中段为设有螺纹的转动段，转动段与手爪活塞缸缸体之间设有截面呈环形的摆动缸活塞；手爪活塞缸缸体上设有a油口、b油口、c油口、d油口；所述的a油口、b油口与输出轴的移动段相对，以控制输出轴的前后移动；所述的c油口、d油口与摆动缸活塞相对，以控制输出轴的来回转动。其集移动与摆动为一体，结构紧凑，有利于减少体积，降低重量。
有益效果：本技术方案的有缆水下机器人设机械手、剪切器，代替潜水员完成海底海缆障碍物清除作业，提高了海底海缆运维检修的效率，减少了工作人员排障作业安全风险。同时，有缆水下机器人可实时观察到海底海缆实际运行周边环境和情况，搭载的专用探测设备对海底海缆运行状态进行全面监测，得到海缆运行状态更精确的信息，这对提高海底海缆系统运行维护自动化和智能化具有积极的推进作用。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是本发明的有缆水下机器人结构示意图。
图3是本发明的手臂结构示意图。
图中：1-rov本体；2-浮体；3-推进器；4-照明及摄影装置；5-机械手；6-海缆；7-脐带缆；8-声纳；9-底脚；10-电磁感应探测仪器；11-手爪活塞缸缸体；12-摆动缸活塞；13-输出轴。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明包括以下步骤：
s1：工作船搭载有缆水下机器人系统到达指定海域；有缆水下机器人系统包括有缆水下机器人和操控系统；操控系统与有缆水下机器人之间通过脐带缆7相连；
s2：有缆水下机器人系统检查完毕后，有缆水下机器人入水缓慢下潜；
s3：根据预先设定的海底海缆6路由图，结合工作船导航装置和有缆水下机器人水下定位装置，让有缆水下机器人驶至巡检作业点附近位置；
s4：有缆水下机器人打开电磁感应探测仪器10，以向前搜索模式搜寻海缆6，当搜寻到海缆6后，有缆水下机器人根据工作船上的操控系统提供的方位、夹角改变其方位，使电磁感应探测仪器10的两组线圈处于被测海缆6上方；
s5：当电磁感应探测仪器10两组线圈处于被测海缆6上方后，将前向搜索模式改为跟踪模式，从而跟踪海缆6；
s6：巡检作业时有缆水下机器人悬浮于海底海缆6的正上方，并离开海床设定高度；
s7：操控系统根据预先设定的海缆6路由图及电磁感应探测仪器10的指示，控制有缆水下机器人沿海底海缆6巡航；
s8：有缆水下机器人沿海底海缆6路由巡检时，工作船跟随有缆水下机器人航行，船的螺旋桨和侧推器始终连续运转，防止有缆水下机器人的脐带缆7被绞入螺旋桨中，同时脐带缆7每间隔一定距离可配置重物，以减少脐带缆7受推力或浮力的影响；
s9：有缆水下机器人作业时前进速度小于2kn，前进速度根据水下能见度和设备采样率，调整前进速度以达到最佳探测效果；
s10：操控系统根据有缆水下机器人反馈的声纳和光学设备信息，配合照明设备，监视海缆6本体情况，检查海缆6路由周边障碍物分布；
s11：当海底海缆6周边有威胁海缆6安全的异物时，控制有缆水下机器人停止前进，利用光学设备和/或声学设备对异常点近观检测、摄影、记录坐标；利用有缆水下机器人携带的工具，包括机械手5、剪切器，对小型障碍物拆除作业；对大型障碍物，有缆水下机器人通过机械手5将障碍物连接在障碍物清除工作船释放的绳索上，由船上起重设备将障碍物拉出；
s12：有缆水下机器人巡航检测时对海缆6路由和深度进行记录，并在导航系统中记录有缆水下机器人坐标轨迹；
s13：工作完毕后，将有缆水下机器人回收到甲板；检查有缆水下机器人本体及附件是否完好，并用淡水冲洗，避光保存。
本技术方案的有缆水下机器人设机械手5、剪切器，代替潜水员完成海底海缆障碍物清除作业，提高了海底海缆6运维检修的效率，减少了工作人员排障作业安全风险。同时，有缆水下机器人可实时观察到海底海缆6实际运行周边环境和情况，搭载的专用探测设备对海底海缆6运行状态进行全面监测，得到海缆6运行状态更精确的信息，这对提高海底海缆6系统运行维护自动化和智能化具有积极的推进作用。
为了提高海缆6定位的准确性；电磁感应探测仪器10包括发信机、探测单元、数据处理装置；发信机向海缆6注入正弦波电源信号，探测单元包括三个探头，分别测量海缆6周围的电磁场信号强度和方向；数据处理装置内置于水下机器人密封舱内，完成水下探测单元测得信号的分析处理，通过探头与海缆6路由的角度、距离信息，计算海缆6的埋深和位置，并将该数据信息通过脐带缆7上传至操控系统，操控系统记录并实时显示海缆6的埋深和位置信息。采用多个探头可以更准确地定位海缆6，包括海缆6的埋设深度。
如图2所示，为了提高工作的灵活性：水下机器人包括rov本体1、设于rov本体1上部的浮体2、设于rov本体1上的推进器3、设于rov本体1的声纳8和照明及摄影装置4、设于rov本体1前部的电磁感应探测仪器10和机械手5、用于水下机器人定位的水下定位装置、设于rov本体1下方的底脚9。
如图3所示，机械手5包括手爪及与手爪相连的手臂，手臂包括与手爪相连的输出轴13、外套于输出轴13的是手爪活塞缸缸体11；输出轴13的前段为与手爪相连的移动段、输出轴13的中段为设有螺纹的转动段，转动段与手爪活塞缸缸体11之间设有截面呈环形的摆动缸活塞12；手爪活塞缸缸体11上设有a油口、b油口、c油口、d油口；a油口、b油口与输出轴13的移动段相对，以控制输出轴13的前后移动；c油口、d油口与摆动缸活塞12相对，以控制输出轴13的来回转动。当a口进油时,活塞向右运动。由于活塞与缸体3之间有键连接，活塞只能轴向运动不能旋转，输出轴13则发生正向旋转运动。当b口进油时,活塞向左运动，输出轴13则发生反向旋转运动。水下机械手5通过螺旋液压摆动缸的伸长和收缩，实现机械手5腕部的180°来回转动；其集移动与摆动为一体，结构紧凑，有利于减少体积，降低重量。
以上图1、2、3所示的一种有缆水下机器人排除海底海缆障碍物的方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。
1.一种有缆水下机器人排除海底海缆障碍物的方法，其特征在于包括以下步骤：
1）工作船搭载有缆水下机器人系统到达指定海域；有缆水下机器人系统包括有缆水下机器人和操控系统；所述的操控系统与有缆水下机器人之间通过脐带缆（7）相连；
2）有缆水下机器人系统检查完毕后，有缆水下机器人入水缓慢下潜；
3）根据预先设定的海底海缆（6）路由图，结合工作船导航装置和有缆水下机器人水下定位装置，让有缆水下机器人驶至巡检作业点附近位置；
4）有缆水下机器人打开电磁感应探测仪器（10），以向前搜索模式搜寻海缆（6），当搜寻到海缆（6）后，有缆水下机器人根据工作船上的操控系统提供的方位、夹角改变其方位，使电磁感应探测仪器（10）的两组线圈处于被测海缆（6）上方；
5）当电磁感应探测仪器（10）两组线圈处于被测海缆（6）上方后，将前向搜索模式改为跟踪模式，从而跟踪海缆（6）；
6）巡检作业时有缆水下机器人悬浮于海底海缆（6）的正上方，并离开海床设定高度；
7）操控系统根据预先设定的海缆（6）路由图及电磁感应探测仪器（10）的指示，控制有缆水下机器人沿海底海缆（6）巡航；
8）有缆水下机器人沿海底海缆（6）路由巡检时，工作船跟随有缆水下机器人航行，船的螺旋桨和侧推器始终连续运转，防止有缆水下机器人的脐带缆（7）被绞入螺旋桨中，同时脐带缆（7）每间隔一定距离可配置重物，以减少脐带缆（7）受推力或浮力的影响；
9）有缆水下机器人作业时前进速度小于2kn，前进速度根据水下能见度和设备采样率，调整前进速度以达到最佳探测效果；
10）操控系统根据有缆水下机器人反馈的声纳和光学设备信息，配合照明设备，监视海缆（6）本体情况，检查海缆（6）路由周边障碍物分布；
11）当海底海缆（6）周边有威胁海缆（6）安全的异物时，控制有缆水下机器人停止前进，利用光学设备和/或声学设备对异常点近观检测、摄影、记录坐标；利用有缆水下机器人携带的工具，包括机械手（5）、剪切器，对小型障碍物拆除作业；对大型障碍物，有缆水下机器人通过机械手（5）将障碍物连接在障碍物清除工作船释放的绳索上，由船上起重设备将障碍物拉出；
12）有缆水下机器人巡航检测时对海缆（6）路由和深度进行记录，并在导航系统中记录有缆水下机器人坐标轨迹；
13）工作完毕后，将有缆水下机器人回收到甲板；检查有缆水下机器人本体及附件是否完好，并用淡水冲洗，避光保存。
2.根据权利要求1所述的一种有缆水下机器人排除海底海缆障碍物的方法，其特征在于：所述的电磁感应探测仪器（10）包括发信机、探测单元、数据处理装置；发信机向海缆（6）注入正弦波电源信号，探测单元包括多个探头，分别测量海缆（6）周围的电磁场信号强度和方向；数据处理装置内置于水下机器人密封舱内，完成水下探测单元测得信号的分析处理，通过探头与海缆（6）路由的角度、距离信息，计算海缆（6）的埋深和位置，并将该数据信息通过脐带缆（7）上传至操控系统，操控系统记录并实时显示海缆（6）的埋深和位置信息。
3.根据权利要求2所述的一种有缆水下机器人排除海底海缆障碍物的方法，其特征在于：所述的探测单元设有三个探头。
4.根据权利要求2所述的一种有缆水下机器人排除海底海缆障碍物的方法，其特征在于：所述的水下机器人包括rov本体（1）、设于rov本体（1）上部的浮体（2）、设于rov本体（1）上的推进器（3）、设于rov本体（1）的照明及摄影装置（4）、设于rov本体（1）前部的电磁感应探测仪器（10）和机械手（5）、用于水下机器人定位的水下定位装置、设于rov本体（1）下方的底脚（9）；所述的机械手（5）包括手爪及与手爪相连的手臂，所述的手臂包括与手爪相连的输出轴（13）、外套于输出轴（13）的是手爪活塞缸缸体（11）；输出轴（13）的前段为与手爪相连的移动段、输出轴（13）的中段为设有螺纹的转动段，转动段与手爪活塞缸缸体（11）之间设有截面呈环形的摆动缸活塞（12）；手爪活塞缸缸体（11）上设有a油口、b油口、c油口、d油口；所述的a油口、b油口与输出轴（13）的移动段相对，以控制输出轴（13）的前后移动；所述的c油口、d油口与摆动缸活塞（12）相对，以控制输出轴（13）的摆动。
技术总结