一种可更换工具包的深海移动作业装置及其更换方法与流程

1.本发明涉及深海作业设备领域，尤其涉及一种可更换工具包的深海移动作业装置及其更换方法。


背景技术：

2.深海作业设备多种多样，有勘探类型的，比如拖曳电法仪等，有样品采集类的，比如微生物取样器和箱式取样器等。这些设备大多是在水下纯靠拖曳力运动，无主动动力来精确移动位置或进行精确定位采样，使采样质量与采样效率不够理想。深海作业设备的取样装置多为重力触发机构，触发精度较低，而且还容易误触发。此外现有的深海作业设备大多只设置有一种取样装置，功能性较为单一，针对不同的采样需求需要配置多套深海作业设备，增加了作业的资源成本。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可更换工具包的深海移动作业装置及工具包的更换方法。
4.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种可更换工具包的深海移动作业装置，包括工具包模块、移动控制模块和落锁机构，所述工具包模块包括至少2个独立设置的工具包；所述工具包设有取样装置，所述工具包通过取样装置进行水下采样；所述移动控制模块通过落锁机构与工具包形成可拆卸连接；所述移动控制模块包括驱动装置，所述移动控制模块通过驱动装置提供驱动力，可带动工具包在水下进行精确位移。
5.作为上述方案的进一步改进：
6.所述取样装置为多管取样器或重力柱取样器或箱式取样器或水下钻机。
7.所述工具包包括升降装置，所述升降装置与取样装置固定连接，用于控制取样装置的升降位移。
8.所述落锁机构包括导向套、导向杆和卡舌；所述导向套竖直固定连接在移动控制模块的下方，所述导向杆竖直固定连接在工具包的上方，所述导向杆的端部设有锁紧凹槽，所述卡舌横向穿入导向套并可往复伸缩；所述导向杆可与导向套套接，并通过卡舌前伸卡入锁紧凹槽，使导向套与导向杆形成锁紧连接。
9.所述落锁机构还包括液压油缸，所述液压油缸横向固定连接在移动控制模块的下方；所述液压油缸的伸缩杆与卡舌相连接，为卡舌的伸缩提供驱动力。
10.所述卡舌的尾部设有活动空腔，所述伸缩杆的前端设有卡接台，所述伸缩杆与卡舌套接，且所述卡接台卡接在活动空腔内。
11.所述活动空腔的长度大于卡接台的长度，卡舌与伸缩杆为滑动连接，所述卡舌与液压油缸之间设有一复位弹簧，在伸缩杆完全伸出时，所述卡舌通过复位弹簧提供的弹力穿入导向套内部。
12.所述导向套设有供卡舌穿入的开口；所述导向杆的端部为一圆锥台，所述锁紧凹
槽为环形凹槽，所述圆锥台位于锁紧凹槽的上方，所述卡舌前端设置有一导向斜面，当导向杆导入导向套时，所述导向斜面与圆锥台外滑动接触直至卡舌卡进锁紧凹槽。
13.所述驱动装置包括水平移动推进器和竖直升降推进器；所述水平移动推进器用于控制移动控制模块在水中的水平位移，所述水平移动推进器设置有4个，位于同一水平面内呈90
°
旋转对称分布，且推进方向为水平方向；所述竖直升降推进器用于控制移动控制模块在水中的升降位移，所述竖直升降推进器设置有2个，位于同一水平面内，且推进方向为垂直方向。
14.一种深海移动作业装置的工具包更换方法，用上述的可更换工具包的深海移动作业装置进行，具体包括以下步骤：
15.s1：导向安装：选定工具包，将移动控制模块通过起吊装置吊起并移动至工具包的上方，使导向套对齐导向杆；
16.s2：落锁：启动落锁机构的液压油缸使伸缩杆处于完全伸出状态，控制运动控制模块下移，直至锁接完成；
17.s3：解锁：启动落锁机构的液压油缸，使液压油缸完全回缩；
18.s4：导向分离：起吊移动控制模块，直至移动控制模块与工具包完成分离，重复步骤s1直至完成工具包的更换。
19.与现有技术相比，本发明的优点在于：
20.本发明的深海移动作业装置包括移动控制模块与工具包模块，工具包模块包括多个搭载有不同取样设备的工具包。通过移动控制模块与不同工具包的锁接组合，实现工具包可更换，使多个工具包可共用一个移动控制模块进行水下作业，提高了水下作业的便利性，节约了作业的资源成本。进一步移动控制模块设置有驱动装置，移动控制模块可在水下带动工具包进行多个自由度运动，对特定目标进行精准的移动定位，实现自主作业，提高水下作业效率与作业质量。进一步工具包模块设有升降装置，通过升降装置控制工具包中的取样装置完成取样，进一步提升了提高取样精度与取样效率。
附图说明
21.图1是本发明装置实施例结构示意主视图；
22.图2是本发明装置实施例更换工具包结构示意主视图；
23.图3是本发明装置实施例落锁机构导向状态结构示意剖视图；
24.图4是本发明装置实施例落锁机构落锁状态结构示意剖视图；
25.图5是本发明装置实施例解锁状态结构示意剖视图；
26.图6是本发明装置实施例驱动装置结构示意布置图。
27.图中各标号表示：
28.1、移动控制模块；11、驱动装置；12、水平移动推进器；13、竖直升降推进器；2、工具包；21、升降装置；22、取样装置；23、多管取样器；24、箱式取样器；25、水下钻机；3、落锁机构；31、导向套；32、导向杆；321、圆锥台；322、锁紧凹槽；33、液压油缸；34、伸缩杆；341、卡接台；35、复位弹簧；36、卡舌；361、活动空腔；362、导向斜面。
具体实施方式
29.以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
30.装置实施例：
31.图1至图6示出了本发明的可更换工具包的深海移动作业装置的一种实施例，包括工具包模块、移动控制模块1和落锁机构3，所述工具包模块包括至少2个独立设置的工具包2；所述工具包2设有取样装置22，所述工具包2通过取样装置22进行水下采样；所述移动控制模块1通过落锁机构3与工具包2形成可拆卸连接；所述移动控制模块1包括驱动装置11，所述移动控制模块1通过驱动装置11提供驱动力，可带动工具包2在水下进行精确位移。
32.具体请参阅图1和图2，所述的移动控制模块1包含有一防护框架，防护框架的上部设置有一些浮力材料用以增强装置在水中的浮力，深海移动作业装置的一些常规装置如：摄像系统、环境监测系统、惯导、液压系统、扫描深呐等，固定连接在防护框架的内部。移动控制模块1与工具包2通过落锁机构3形成可拆卸连接，从而实现工具包2可更换，根据作业需求，可提前选择带有合适的取样装置22的工具包2与移动控制模块1进行连接，使多个工具包2可共用一个移动控制模块1进行水下作业，实现多个工具包2可共用一套深海监控系统和深海动力系统等设置在移动控制模块1中的装置进行作业动作操作，节约了水下勘察的资源成本。进一步移动控制模块1设置有驱动装置11，移动控制模块1可带动工具包2进行多个自由度运动，对特定目标进行精准的移动定位，实现自主作业，提高水下作业效率与作业质量。
33.本实施例中，所述取样装置22为多管取样器23或重力柱取样器或箱式取样器24或水下钻机25。通过该结构使工具包2搭载有多种不同的取样装置22，提高了深海移动作业装置的适用性，针对不同的取样场景，选取合适的工具包2进行安装取样。
34.本实施例中，所述工具包2包括升降装置21，所述升降装置21与取样装置22固定连接，用于控制取样装置22的升降位移。现有的深海作业设备多为重力触发机构，触发精度较低，而且还容易误触发。具体请参阅图2，工具包2外部也设有一防护框架，升降装置21可为常规的剪刀梁机构固定连接在防护框架的内部上端，取样装置22固定连接在升降装置21的下端，在移动控制块带着工具包2移动至采样点前，剪刀梁机构处于收缩的状态，当工具包2精确定位到沉积物采样点后，控制剪刀梁机构下移，使取样装置22接触沉积物进行采样后，剪刀梁机构上移回收，进一步实现主动采样，提高装置的采样效率与采样精度。
35.本实施例中，所述落锁机构3包括导向套31、导向杆32和卡舌36；所述导向套31竖直固定连接在移动控制模块1的下方，所述导向杆32竖直固定连接在工具包2的上方，所述导向杆32的端部设有锁紧凹槽322，所述卡舌36横向穿入导向套31并可往复伸缩；所述导向杆32可与导向套31套接，并通过卡舌36前伸卡入锁紧凹槽322，使导向套31与导向杆32形成锁紧连接。该结构中，移动控制模块1与工具包2的外部各自设有防护框架，导向套31与导向杆32分别与防护框架固定连接。在对移动控制与工具包2进行安装连接时，将导向套31对准导向杆32套入，通过控制卡舌36前伸，探入导向套31并卡进导向杆32的锁紧凹槽322，使移动控制模块1与工具包2形成锁紧连接。在对移动控制与工具包2包进行拆卸时，通过控制卡舌36回缩，退出锁紧凹槽322，再将移动控制模块1吊起，直至与工具包2分离以完成拆卸。
36.本实施例中，所述落锁机构还包括液压油缸33，所述液压油缸33横向固定连接在移动控制模块1的下方；所述液压油缸33的伸缩杆34与卡舌36相连接，为卡舌36的伸缩提供
驱动力。该结构中，卡舌36与液压油缸33的伸缩杆34固定连接，通过控制液压油缸33伸缩杆34的伸缩即可带动卡舌36进行同步伸缩，也完成落锁或解锁，实现移动控制模块1与工具包2之间的连接或拆卸。
37.本实施例中，所述卡舌36的尾部设有活动空腔361，所述伸缩杆34的前端设有卡接台341，所述伸缩杆34与卡舌36套接，且卡接台341卡接在活动空腔361内。该结构中，卡舌36与伸缩杆34通过套接形成连接，卡舌36的尾部设有伸缩杆34探入的通孔，卡接台341的半径大于伸缩杆34与上述通孔的半径，将卡接台341至于活动空腔361内部，使卡接台341与卡舌36形成卡接，使伸缩杆34的伸缩可同步带动卡舌36进行伸缩。
38.本实施例中，所述活动空腔361的长度大于卡接台341的长度，卡舌36与伸缩杆34为滑动连接，所述卡舌36与液压油缸33之间设有一复位弹簧35，在伸缩杆34完全伸出时，所述复位弹簧35提供弹力使卡舌36探入导向套31内部。在该结构中卡舌36能在活动空腔361与卡接台341的限定下相对伸缩杆34在一定距离内前后滑动，在移动控制模块1与工具包2进行锁紧连接时，控制液压油缸33使伸缩杆34完全伸出。复位弹簧35提供辅助动力，使卡舌36处于完全升出状态并探入导向套31内部，在导向杆32组件探入导向套31内部的过程中，给予卡舌36一作用力将卡舌36回推，使卡舌36回缩直至卡舌36进入锁紧凹槽322后在复位弹簧35的作用下弹出，完成锁紧动作。解锁时，只需启动油缸回缩，带动卡舌36回缩，卡舌36从导向杆32凹槽内脱出，形成落锁状态。
39.本实施例中，所述导向套31设有供卡舌36穿入的开口；所述导向杆32的端部为一圆锥台321，所述锁紧凹槽322为环形凹槽，所述圆锥台321位于锁紧凹槽322的上方，所述卡舌36前端设置有一导向斜面362，当导向杆32导入导向套31时，所述导向斜面362与圆锥台321外滑动接触直至卡舌36卡进锁紧凹槽322。通过该结构，便于使导向杆32分解出一个横向作用力，使卡舌36顺利回缩，便于移动控制模块1与工具包2快速锁接，也一定程度的加强了落锁机构3的结构稳定性。导向套31与导向杆32可设置多组设置，每组都包含有上述的落锁机构3，本实施例中设有4组，以保证锁紧连接的稳定性。
40.本实施例中，所述驱动装置11包括水平移动推进器12和竖直升降推进器13；所述水平移动推进器12用于控制移动控制模块1在水中的水平位移，所述水平移动推进器12设置有4个，位于同一水平面内呈90
°
旋转对称分布，且推进方向为水平方向；所述竖直升降推进器13用于控制移动控制模块1在水中的升降位移，所述竖直升降推进器13设置有2个，位于同一水平面内，且推进方向为垂直方向。
41.该结构中，通过竖直升降推进器13与水平移动推进器12的共同作用，使移动控制模块1在水中可实现在6个自由度上的移动，以便控制其在水下精确定位，以便其为水下作业工具包2提供驱动力进行主动作业。具体请参阅图6，该驱动装置11属于过驱动移动，能够提供水下水平面内精细灵活作业的控制能力，且具备一定的控制冗余能力。为实现特定位置的定点定向或水平面航路跟踪任务，需要通过上层规划与运动控制器进行控制量解算之后，通过实时二次规划分配方法将水平面内各自由度的期望控制量转化至1-4个执行机构，实现四个自由度运动，即纵荡、横荡、横摇、艏摇。在纵荡或横荡运动中，最大可产生推力即4个水平移动推进器12的合力。在横摇运动中，由于设备水下自重约1吨，垂直方向只有2个推进器，所以横摇调整范围较小，只用于装置姿态调整用。在艏摇运动中，最大可产生推力即4个螺旋桨的合力，可实现大角度旋转。遇到不同作业要求时的，移动控制模块1可在水下精
确移动定位，快速更换对应的水下作业工具包2，并为其提供驱动力进行自主作业，实现多功能作业，提高水下作业效率、作业安全与作业质量。
42.方法实施例：
43.一种深海移动作业装置的工具包更换方法，用上述的装置实施例中的可更换工具包的深海移动作业装置进行，具体包括以下步骤：
44.s1：导向安装：选定工具包2，将移动控制模块1通过起吊装置吊起并移动至工具包2的上方，使导向套31对齐导向杆32。
45.s2：落锁：启动落锁机构3的液压油缸33使伸缩杆34处于完全伸出状态，控制运动控制模块下移，直至锁接完成。
46.s3：解锁：启动落锁机构3的液压油缸33，使液压油缸33完全回缩。
47.s4：导向分离：吊起移动控制模块1，直至移动控制模块1与工具包2完成分离，重复步骤s1直至完成工具包2的更换。
48.在步骤s2中，导向杆32导入导向套31内时，卡舌36与导向杆32滑动接触自动收缩，并落锁，实现一键安装功能。
49.具体请参阅图3至图5，在步骤s3中与s4中，工具包2模块在拆卸时，液压油缸33收缩，带动卡舌36缩回，吊起移动控制模块1，导向杆32从导向套31内重力脱出。更换第二个工具包2时只要将移动控制模块1吊至工具包2顶部，对齐导向杆32和导向套31放下即可自动将工具包2与移动控制模块1锁定连接，完成更换。
50.虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

技术特征：
1.一种可更换工具包的深海移动作业装置，其特征在于：包括工具包模块、移动控制模块(1)和落锁机构(3)，所述工具包模块包括至少2个独立设置的工具包(2)；所述工具包(2)设有取样装置(22)，所述工具包(2)通过取样装置(22)进行水下采样；所述移动控制模块(1)通过落锁机构(3)与工具包(2)形成可拆卸连接；所述移动控制模块(1)包括驱动装置(11)，所述移动控制模块(1)通过驱动装置(11)提供驱动力，可带动工具包(2)在水下进行精确位移。2.根据权利要求1所述的可更换工具包的深海移动作业装置，其特征在于：所述取样装置(22)为多管取样器(23)或重力柱取样器或箱式取样器(24)或水下钻机(25)。3.根据权利要求2所述的可更换工具包的深海移动作业装置，其特征在于：所述工具包(2)包括升降装置(21)，所述升降装置(21)与取样装置(22)固定连接，用于控制取样装置(22)的升降位移。4.根据权利要求1所述的可更换工具包的深海移动作业装置，其特征在于：所述落锁机构(3)包括导向套(31)、导向杆(32)和卡舌(36)；所述导向套(31)竖直固定连接在移动控制模块(1)的下方，所述导向杆(32)竖直固定连接在工具包(2)的上方，所述导向杆(32)的端部设有锁紧凹槽(322)，所述卡舌(36)横向穿入导向套(31)并可往复伸缩；所述导向杆(32)可与导向套(31)套接，并通过卡舌(36)前伸卡入锁紧凹槽(322)，使导向套(31)与导向杆(32)形成锁紧连接。5.根据权利要求4所述的可更换工具包的深海移动作业装置，其特征在于：所述落锁机构(3)还包括液压油缸(33)，所述液压油缸(33)横向固定连接在移动控制模块(1)的下方；所述液压油缸(33)的伸缩杆(34)与卡舌(36)相连接，为卡舌(36)的伸缩提供驱动力。6.根据权利要求5所述的可更换工具包的深海移动作业装置，其特征在于：所述卡舌(36)的尾部设有活动空腔(361)，所述伸缩杆(34)的前端设有卡接台(341)，所述伸缩杆(34)与卡舌(36)套接，且所述卡接台(341)卡接在活动空腔(361)内。7.根据权利要求6所述的可更换工具包的深海移动作业装置，其特征在于：所述活动空腔(361)的长度大于卡接台(341)的长度，卡舌(36)与伸缩杆(34)为滑动连接，所述卡舌(36)与液压油缸(33)之间设有一复位弹簧(35)，在伸缩杆(34)完全伸出时，所述卡舌(36)通过复位弹簧(35)提供的弹力穿入导向套(31)内部。8.根据权利要求7所述的可更换工具包的深海移动作业装置，其特征在于：所述导向套(31)设有供卡舌(36)穿入的开口；所述导向杆(32)的端部为一圆锥台(321)，所述锁紧凹槽(322)为环形凹槽，所述圆锥台(321)位于锁紧凹槽(322)的上方，所述卡舌(36)前端设置有一导向斜面(362)，当导向杆(32)导入导向套(31)时，所述导向斜面(362)与圆锥台(321)外滑动接触直至卡舌(36)卡进锁紧凹槽(322)。9.根据权利要求1所述的可更换工具包的深海移动作业装置，其特征在于：所述驱动装置(11)包括水平移动推进器(12)和竖直升降推进器(13)；所述水平移动推进器(12)用于控制移动控制模块(1)在水中的水平位移，所述水平移动推进器(12)设置有4个，位于同一水平面内呈90
°
旋转对称分布，且推进方向为水平方向；所述竖直升降推进器(13)用于控制移动控制模块(1)在水中的升降位移，所述竖直升降推进器(13)设置有2个，位于同一水平面内，且推进方向为垂直方向。10.一种深海移动作业装置的工具包更换方法，其特征在于：用权利要求7或8所述的可
更换工具包的深海移动作业装置进行，具体包括以下步骤：s1：导向安装：选定工具包(2)，将移动控制模块(1)通过起吊装置吊起并移动至工具包(2)的上方，使导向套(31)对齐导向杆(32)；s2：落锁：启动落锁机构(3)的液压油缸(33)使伸缩杆(34)处于完全伸出状态，控制运动控制模块下移，直至锁接完成；s3：解锁：启动落锁机构(3)的液压油缸(33)，使液压油缸(33)完全回缩；s4：导向分离：起吊移动控制模块(1)，直至移动控制模块(1)与工具包(2)完成分离，重复步骤s1直至完成工具包(2)的更换。

技术总结
本发明公开了一种可更换工具包的深海移动作业装置及其更换方法，装置包括工具包模块、移动控制模块和落锁机构，所述工具包模块包括至少2个独立设置的工具包；所述工具包设有取样装置，所述工具包通过取样装置进行水下采样；所述移动控制模块通过落锁机构与工具包形成可拆卸连接；所述移动控制模块包括驱动装置，所述移动控制模块通过驱动装置提供驱动力，可带动工具包在水下进行精确位移。方法用上述装置进行。通过移动控制模块与不同工具包的锁接组合，实现工具包可更换，节约了作业的资源成本、提升了作业效率。进一步移动控制模块设置有驱动装置，可进行精准的移动定位，实现自主作业，提高水下作业效率与作业质量。提高水下作业效率与作业质量。提高水下作业效率与作业质量。


技术研发人员：李俊 程阳锐 吴冬华 彭建平 黎宙 毛桂庭 郑皓 李满红
受保护的技术使用者：长沙矿冶研究院有限责任公司
技术研发日：2022.11.10
技术公布日：2023/3/14