[发明专利]浅海平台基自动检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测浅海石油平台是否存在缺陷的自动检测装置。

背景技术

海洋平台在役期间长年受到各种环境因素的影响，结构构件会受到机械损伤，其材料会产生各种缺陷，这些将严重影响海洋平台和施工的的安全。必须定期或不定期的对其进行各种项目的检测。对于深海检测常采用遥控潜水器(ROV)进行，而浅海检测常使用潜水员进行。考虑到潜水员检测的可靠性不高，在特殊海况下，作业危险性高，并且浅海平台进入海水深度较浅，而且无损检测技术的也越来越成熟，该自动检测装置应用，将能够克服使用潜水员进行人工检测的一些不利因素，方便用于浅海平台和其他设备的检测。

发明内容

要解决的技术问题：本发明要解决的技术问题是提供一种用于浅海平台安全检测的自动化装置，该装置将机械手臂与无损检测技术结合，机械手臂控制图像采集装置(或其他无损检测装置)的运动，使之对平台构件进行图像采集或无损检测。长期以来，浅海石油平台检测依靠潜水员来完成，作业危险性高，并且检测的结果受人工干扰因素较大，准确性和检测速度都难以保证，而采用本装置将能克服上述缺点，提高检测的准确性和效率。

技术方案：自动检测装置主要分为两部分，由机械和控制两部分构成。

机械部分包括机械结构的设计和运动学方程的建立。机械手臂采用旋转折叠式机构，共四个自由度。关节1(O₁)为转动关节，确定所要检测的垂直平面。关节2(O₂)、3(O₃)根据检测的深度要求，转动经计算所得到的角度，使关节4(O₄)到达要求的深度，关节4可调整图像采集装置或其他无损检测仪器，使之处于最佳的检测位置。图像采集装置的位置及运动轨迹由运动学方程完成，通过运动学方程得到各个关节转动的角度，从而由执行部分完成运动。建立运动学方程首先采用D-H法，建立各关节空间坐标系如图1所示，图1中θ₁，θ₂，θ₃，θ₄依次为四个臂的摆角，由齐次坐标变换原理，可得到位于机械手臂最末端的图像采集系统相对于手臂基坐标O(与O₁重合)的位姿矩阵，通过矩阵运算得到运动学方程，末端图像采集装置的位置已给定，通过运动反解得到关节变量θ₁，θ₂，θ₃，θ₄，机械手臂按照这三个角度进行运动，可由图像采集装置到达预期的位置(p_x，p_y，p_z)。

控制部分主要完成对机械手臂关节的控制。此控制系统由上位机、下位机两部分组成。上位机由根据运动学方程所编制的程序进行计算，得到各个关节所要转动的角度，并转换为步进电机转动的脉冲数，通过串口通讯方式发送给下位机，上位机由PC机完成；下位机接受上位机发送的脉冲数，通过驱动电路控制步进电机的转动，下位机由单片机完成

有益效果：用于浅海平台检测的自动机械手臂具有四个自由度，在计算机的控制下，能够在三维空间内运动，到达要检测的位置，精度较高，可提高浅海平台检测的自动化水平。将对近海石油开发有较好的使用价值，并为ROV(遥控潜水器)的开发作先期的工作

附图说明：图1中θ₁，θ₂，θ₃，θ₄依次为四个臂的摆角，l₁，l₂，l₃分别为机械手臂前三个臂，l₁绕垂直于平台的轴转动，l₂，l₃，l₄绕垂直于平面的轴转动。

具体实施方式：一种浅海平台自动检测装置包括控制部分和机械部分。控制部分由PC机、单片机、控制电路完成。根据技术方案中的运动学方程，利用软件VC6.0和软件Matlab结合编程，完成运动学方程的计算，得到关节变量θ₁，θ₂，θ₃，θ₄。此程序完成的功能：输入要检测的位置坐标(p_x，p_y，p_z)，输出四个关节角度值。关节角度值通过串口通讯发送给单片机。串口通讯程序采用VC++6.0标准控件MSComm来实现。单片机完成对步进电机的控制，步进电机根据PC机发送的角度值，将它们转换为相应的脉冲数，经过环形分配，驱动放大，再发送给步进电机，使之完成相应的角度的转动，环形分配由PLD器件完成，驱动放大电路由L298N、L297共同完成。机械部分由机械手臂、联轴器、步进电机构成。四个机械手臂为四根杆，步进电机产生动力，经联轴器带动杆的转动。