立式海管位姿測量方法及測量儀器研究.pdf

1、隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,人們對能源的需求越來越大,傳統(tǒng)的陸上資源已經(jīng)不能滿足社會(huì)發(fā)展所帶來的巨大需求,所以,對海洋資源的開發(fā)變的非常重要。然而我國在海洋工程相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)跟發(fā)達(dá)國家還有較大的差距,特別是在水下管道鋪設(shè)及管道回接技術(shù)方面。因此課題依據(jù)中國海洋石油工程股份有限公司所承擔(dān)的課題——“數(shù)顯式法蘭測量儀項(xiàng)目”,目的是研制出實(shí)驗(yàn)樣機(jī),用于為立式海管回接預(yù)制膨脹彎提供所需要的計(jì)算參數(shù),即測量水下立式海管兩個(gè)法蘭端面中心的相對位置和管

2、線的相對角度。
　　本文對國內(nèi)外水下測量技術(shù)領(lǐng)域的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析和研究,分別介紹了當(dāng)前主要的測量技術(shù)方法水聲測量和GPS測量定位以及對當(dāng)前的拉繩測量系統(tǒng)進(jìn)行了重點(diǎn)的分析。同時(shí)綜合課題技術(shù)指標(biāo)要求,提出了用于水下立式海管位姿測量的數(shù)顯式法蘭測量儀系統(tǒng)的總體方案,具體分為機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和管道位姿算法以及上位機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)。
　　論文對測量儀的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì),采用十字托結(jié)構(gòu)進(jìn)行水平角度測量,通過拉桿進(jìn)行俯仰角度的

3、測量。同時(shí)設(shè)計(jì)了用于立管夾持的底座機(jī)構(gòu),為了便于實(shí)驗(yàn)研究以及增大測量儀的使用范圍,設(shè)計(jì)了一種用于水平管道的底座?？紤]到設(shè)備用于水下環(huán)境,設(shè)計(jì)了基于磁耦合原理的角度編碼器,使動(dòng)密封轉(zhuǎn)化為靜密封,提高了設(shè)備的可靠性。
　　本文重點(diǎn)對立式海管的位姿測量算法進(jìn)行了詳細(xì)研究,通過運(yùn)用機(jī)器人學(xué)相關(guān)理論和空間向量的運(yùn)算,求解了水下兩個(gè)立式海管之間的相對位姿,也對水平管道算法進(jìn)行了運(yùn)算,同時(shí)應(yīng)用懸索理論對測量繩的曲線形狀和繩長進(jìn)行了分析和研究。應(yīng)