阅读说明：本技术 一种可变幅移动式深海取样钻机 (Variable-amplitude movable deep sea sampling drilling machine ) 是由 金永平 宁宇 彭佑多 颜健 刘平 于 2021-03-09 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种可变幅移动式深海取样钻机,包括变幅装置、视觉装置、液压装置、控制装置和行走车；所述的视觉装置安装在行走车上,视觉装置包括光源、相机、镜头；所述的变幅装置安装在行走车前端,变幅装置包括钻机、俯仰机构、转盘及动力头b；钻机包括动力头a、滑架、钻架、钻杆、进给油缸、油缸固定腔和钻杆扶座；所述的俯仰机构包括连杆a、固定铰座、动臂油缸、钻架油缸、动臂和连杆b。本发明能够实现俯仰角0°～90°钻探取样和方位角0°～180°钻探取样,提高了取样钻机钻探范围；其引入视觉装置,能够实现取样钻机在海底自动避障和路径规划；其能使钻架左右偏摆,调整钻孔角度,适应海底底质不平的恶劣环境。(The invention provides a variable-amplitude movable deep sea sampling drilling machine which comprises an amplitude variation device, a vision device, a hydraulic device, a control device and a walking vehicle, wherein the amplitude variation device is arranged on the visual device; the vision device is arranged on the walking vehicle and comprises a light source, a camera and a lens; the amplitude variation device is arranged at the front end of the walking vehicle and comprises a drilling machine, a pitching mechanism, a turntable and a power head b; the drilling machine comprises a power head a, a sliding frame, a drilling frame, a drill rod, a feeding oil cylinder, an oil cylinder fixing cavity and a drill rod support; the pitching mechanism comprises a connecting rod a, a fixed hinged support, a movable arm oil cylinder, a drill frame oil cylinder, a movable arm and a connecting rod b. The invention can realize the drilling sampling with the pitch angle of 0-90 degrees and the drilling sampling with the azimuth angle of 0-180 degrees, thereby improving the drilling range of the sampling drilling machine; the visual device is introduced, so that automatic obstacle avoidance and path planning of the sampling drilling machine on the seabed can be realized; the drilling rig can make the drilling rig swing left and right, adjust the drilling angle, and adapt to the rugged severe environment of seabed bottom materials.)

一种可变幅移动式深海取样钻机

技术领域

本发明属于深海取样钻机技术领域，具体是涉及一种可变幅移动式深海取样钻机。

背景技术

海洋蕴藏着极为丰富的矿产资源、生物资源和油气资源，这些资源具有极大的经济和科研探索价值。海洋工程装备是开发、利用、保卫、保护海洋重要技术手段，是实现国家海洋强国战略的重要途径。而深海钻机是开展海洋资源勘探和海底工程地质勘察所必备的关键技术装备。

目前有很多科研单位研究深海取样钻机，中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司研究的一种岩心取样钻机，该钻机能够实现自动化输送两种及以上尺寸的杆件和两种及以上不同直径尺寸的杆件的交替自动化抓取，整机自动化程度高。中南大学研究的一种深海岩芯钻探取样装置，该装置可以携带多根钻筒，提高了单次下海的采集样本数量，成倍提高了深海岩芯钻探取样装置的工作效率。广州海洋地质调查局提出的一种基于移动型深海取样钻机的深海取样方法，能够使深海取样钻机保持悬浮并根据图像的内容不断地调整水平方位至找到下钻点取样。但是上述所研发的钻机只能垂直钻进，同时钻机在海底行走全靠卫星导航定位，成本极高且存在盲区，因此设计一种能全方位钻进和自动导航避障的深海取样钻机对海底资源勘探具有重要的意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种可变幅移动式深海取样钻机，它能够实现俯仰角0°～90°钻探取样和方位角0°～180°钻探取样，提高了取样钻机钻探范围；同时能够实现取样钻机在海底自动避障和路径规划和设计独特的偏摆机构，能使钻架左右偏摆，调整钻孔角度，适应海底底质不平的恶劣环境。

本发明采用的技术方案是：一种可变幅移动式深海取样钻机，其特征是：包括变幅装置、视觉装置、液压装置、控制装置和行走车；所述的视觉装置安装在行走车上，视觉装置包括光源、相机、镜头；所述的变幅装置安装在行走车前端，变幅装置包括钻机、俯仰机构、转盘及动力头b；

钻机包括动力头a、滑架、钻架、钻杆、进给油缸、油缸固定腔和钻杆扶座；所述的进给油缸的缸体安装在油缸固定腔内，钻架固定安装在油缸固定腔上，钻架的下端设有钻杆扶座；所述的钻架上的滑槽，滑架上设有滑块，滑块嵌在滑槽内；滑块与进给油缸的活塞杆铰接；所述的动力头a安装在滑架上，动力头a连接钻杆；

所述的俯仰机构包括连杆a、固定铰座、动臂油缸、钻架油缸、动臂和连杆b；所述的固定铰座固定安装在油缸固定腔上，固定铰座与动臂一端铰接，动臂另一端与转盘铰接，动臂的中部与动臂油缸的一端铰接，动臂油缸的另一端与转盘铰接；连杆a的一端与固定铰座铰接，另一端与连杆b的一端铰接，连杆b的另一端与动臂铰接；钻架油缸的两端分别与连杆b、动臂铰接；所述的转盘通过回转支承安装在行走车上，转盘上设有齿轮，所述的动力头b安装在行走车上，动力头b上安装有主动齿轮，主动齿轮与齿轮啮合；所述的动力头b、动力头a、动臂油缸、钻架油缸分别与液压装置连接，液压装置设有压力补偿器，液压装置、视觉装置分别与控制装置连接。

上述的可变幅移动式深海取样钻机中，所述的行走车包括车架及底盘，所述的底盘包括履带架，履带架的两侧分别设有一组引导轮、托轮、支重轮、传动轮及一行走马达，传动轮与行走马达的输出轴连接；每组引导轮、托轮、支重轮、传动轮上包绕有一履带；所述的车架固定安装在履带架上；行走马达与液压装置连接，底板与履带架铰接。

上述的可变幅移动式深海取样钻机中，所述的变幅装置还包括偏摆机构，偏摆机构包括偏摆油缸，偏摆油缸的两端分别与固定铰座、油缸固定腔铰接。

上述的可变幅移动式深海取样钻机中，所述的固定铰座上设有偏摆铰座b，偏摆铰座a固定在底板上，底板固定在油缸固定腔底部，偏摆油缸的两端分别与偏摆铰座a、偏摆铰座b铰接。

上述的可变幅移动式深海取样钻机中，所述的转盘包括上环板、下环板；上环板与下环板平行设置，上环板与下环板之间通过多个筋板连接，沿圆周方向均匀分布。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明能够实现俯仰角0°～90°钻探取样和方位角0°～180°钻探取样，提高了取样钻机钻探范围；

2、本发明设有视觉装置，能够实现取样钻机在海底自动避障和路径规划；

3、本发明设有偏摆机构，能使钻架左右偏摆，调整钻孔角度，适应海底底质不平的恶劣环境。

附图说明

图1为本发明的结构图。

图2为本发明的主视图。

图3为本发明的变幅装置结构图。

图4为本发明的转盘的结构图。

图5为本发明的动力头b的结构图。

图6为本发明的左视图。

图7为本发明的视觉装置和车架的结构图。

1—变幅装置，1-1—动力头a，1-2—滑架，1-3—钻架，1-4—钻杆，1-5—进给油缸，1-6—固定板a，1-7—油缸固定腔，1-8—固定板b，1-9—钻杆扶座，1-10—动力头b，1-11—连杆a，1-12—动臂铰座a，1-13—固定铰座，1-14—偏摆铰座b，1-15—偏摆油缸，1-16—偏摆铰座a，1-17—底板，1-18—动臂油缸铰座a，1-19—动臂油缸，1-20—动臂油缸铰座b，1-21—转盘，1-22—动臂铰座b，1-23—钻架油缸铰座，1-24—钻架油缸，1-25—动臂，1-26—连杆b，1-27—转盘铰座，1-28—动臂油缸铰座b，1-29—回转齿条，1-30—动力头安装座，1-31—齿轮，2—视觉装置，2-1—光源，2-2—相机、镜头，3—车架，4—液压装置，5—底盘，5-1—引导轮，5-2—履带，5-3—托轮，5-4—支重轮，5-5—履带架，5-6—传动轮，5-7—行走马达。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1和图2所示，本发明包括变幅装置1、视觉装置2、液压装置4、行走车和控制装置。所述的行走车包括车架3和底盘5。所述的底盘包括履带架5-5，履带架5-5的两侧分别设有一组引导轮5-1、托轮5-3、支重轮5-4、传动轮5-6及一行走马达5-7，传动轮5-6与行走马达5-7的输出轴连接。每组引导轮5-1、托轮5-3、支重轮5-4、传动轮5-6上包绕有一履带5-2；所述的车架3固定安装在履带架5-5上；行走马达5-7与液压装置4连接。所述的视觉装置2安装在行走车的车架3上，视觉装置包括光源2-1、相机、镜头2-2；且光源2-1、相机和镜头2-2在俯仰方向均可调。

所述的变幅装置包括钻机、偏摆机构、俯仰运动机构、转盘及动力头b；如图2所示，所述钻机包括动力头a1-1、滑架1-2、钻架1-3、钻杆1-4、进给油缸1-5、固定板a1-6、油缸固定腔1-7、固定板b1-8和钻杆扶座1-9。所述的进给油缸1-5的缸体安装在油缸固定腔1-7内，钻架1-3通过固定板a1-6、固定板b1-8固定安装在油缸固定腔1-7的侧壁上，钻架1-3的下端设有钻杆扶座1-9。所述的钻架1-3上的滑槽，滑架1-2上设有滑块，滑块嵌在滑槽内；滑块与进给油缸1-5的活塞杆铰接。所述的动力头a1-1安装在滑架上，动力头a1-1连接钻杆1-4。

如图3所示，俯仰运动机构包括连杆a1-11、动臂铰座a1-12、固定铰座1-13、动臂油缸铰座a1-18、动臂油缸1-19、动臂油缸铰座b1-20、动臂铰座b1-22、钻架油缸铰座1-23、钻架油缸1-24、动臂1-25和连杆b1-26。所述的固定铰座1-13固定安装在油缸固定腔1-7的侧壁上，固定铰座1-13与动臂1-25一端的动臂铰座a1-12铰接，动臂1-25另一端的动臂铰座b1-22与转盘1-21上的转盘铰座1-27铰接。动臂1-25的中部的动臂油缸铰座a1-18与动臂油缸1-19的一端铰接，动臂油缸1-19的另一端与转盘侧面上的动臂油缸铰座b铰接。连杆a1-11的一端与固定铰座1-13铰接，另一端与连杆b1-26的一端铰接，连杆b1-26的另一端与动臂1-25铰接。钻架油缸1-24的两端分别与连杆b、动臂上的钻架油缸铰座铰接。

如图3所示，所述的变幅装置中偏摆机构包括偏摆铰座b1-14、偏摆油缸1-15、偏摆铰座a1-16和底板1-17。固定铰座上设有偏摆铰座b1-14，偏摆铰座a1-16固定在底板1-17上，底板1-17固定在油缸固定腔底部，偏摆油缸的两端分别与偏摆铰座a、偏摆铰座b铰接。偏摆机构使钻架1-3左右偏摆，调整钻孔角度，适应海底底质不平的恶劣环境。

如图2和图5所示，所述的转盘1-21包括上环板、下环板；上环板与下环板平行设置，上环板与下环板之间通过多个筋板连接，沿圆周方向均匀分布。转盘1-21通过回转支承安装在行走车上，转盘1-21上设有齿轮1-29，所述的动力头b1-10安装在行走车上，动力头1-10上安装有主动齿轮1-31，主动齿轮1-31与齿轮1-29啮合。所述的动力头b1-10、动力头a1-1、动臂油缸1-19、钻架油缸1-24分别与液压装置4连接，液压装置4设有压力补偿器，液压装置、视觉装置2分别与控制装置连接。

本发明的工作原理如下：本发明通过脐带缆下放到海底，通过视觉装置2进行自动避障，同时实现路径规划。当寻找到适合的取样地点时，钻机在俯仰运动机构和转盘的作用下，调整俯仰角和方位角至合适位置，并在偏摆机构的作用下使钻架左右偏摆，调整钻孔角度，适应海底底质不平的恶劣环境，完成钻探取样工作。