[0001] 本发明涉及水下施工设备技术领域，尤其涉及一种连接器对接设备及安装架和位置调节方法。

[0002] 随着海洋技术的发展，深海管道在海洋工程中的作用越发重要，深海管道广泛应用于尤其输送、流体输送等领域。在使用过程中，有多种原因均会导致管道发生损坏，例如，由于深海管道长期暴露在海水和其他腐蚀性环境中，管道可能会出现腐蚀和磨损，影响其结构完整性和功能；同时，海底地震、滑坡、锚泊事故或其他水下活动可能导致管道受到外部冲击，造成损伤或破裂；以及长期承受压力和温度变化，以及海流等动态载荷，可能导致管道材料疲劳，从而引发裂纹或断裂。

[0003] 为了对损坏的海管进行替换，已有技术多采用连接器替换海管的损坏段，在将连接器送入海底的过程中，如何调整连接器的入水角度和入水方向，以便保证连接器能够与海底导管架的位置相适配，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。

[0049] 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

[0050] 应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

[0051] 尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

[0052] 为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。

[0053] 请参考图1‑图5，本发明提供的安装架1用于连接器对接设备，所述安装架1包括主架体11、高度指示组件、位置调节组件和控制单元；其中，主架体11作为安装架1的基础结构，提供支撑和稳定性。主架体11为多个型材可拆卸连接组成，以便于拆装，组件可重复使用；主架体11由多个型材组成，这些型材之间采用可拆卸的连接方式；型材之间的连接可能采用多种方式，如螺栓连接、卡扣连接或使用专门的快速连接件，这些连接方式确保了主架体11结构的稳定性和耐用性，同时也便于快速拆装。由于型材可以拆卸，主架体11可以根据不同的维修需求进行调整和重组，提高了其在不同环境和工作条件下的适应性；同时，可拆卸的设计也使得主架体11更易于运输和存储，特别适用于体积较大的海底维修作业设备。

[0054] 主架体11上还设置有与水下机器人配合的ROV把手12，在主架体11进入水下区域后，水下机器人通过其机械臂或抓手抓取ROV把手12，并拉或推动主架体11，以便调整主架体11位姿；ROV把手12可以安装在主架体11的侧向或其他位置，确保其位置便于水下机器人操作，同时不影响其他组件的功能。

[0055] 在主架体11上还可以安装防腐蚀金属块13，由于水下环境的腐蚀性较大，为了延长主架体11的使用寿命，可以在主架体11上安装活性高于主架体11材料活性的金属块13，海水中的活性物质会优先与金属块13发生反应，避免了活性物质与主架体11发生反应而腐蚀主架体11。具体地，连接形式通常可以是焊接或螺栓连接，一般会在金属块13和设备之间接入导线，确保两者可靠的电气连接，当金属块13腐蚀后，可以及时更换金属块13，避免造成主架体11腐蚀。

[0056] 位置调节组件安装于所述主架体11与连接器对接设备的法兰对接机构之间，并调节所述法兰对接机构的位置和角度，以便与海管精确对接；位置调节组件的主要功能是调节连接器对接设备的位置和角度，例如，可以通过电机驱动丝杠或滑轨实现线性移动，利用旋转接头则可以实现旋转调节，从而适应不同的对接需求。具体地，电机驱动丝杠或滑轨结构时，丝杠或滑轨可以安装在主架体11上，与连接器对接设备的法兰对接机构相连，电机通过旋转丝杠或驱动滑轨，使得连接器对接设备沿着预设的路径移动，丝杠的运动是线性运动，而滑轨则可以实现直线或曲线运动，从而调节位置和角度。

[0057] 控制单元用于根据所述法兰对接机构的当前位姿生成控制指令，所述控制指令用于控制所述位置调节组件按预设策略运动。在工作过程中，控制单元首先通过传感器监测法兰对接机构的当前位姿，这些传感器可以为位置传感器、角度传感器或位姿传感器等，用于实时获取对接机构的精确位置和角度信息；控制单元接收传感器数据后，根据所需的目标位姿和当前位姿，计算出位姿偏差，计算出位置调节组件需要调整的量；根据计算出的调节量，控制单元生成相应的控制指令，这些指令将指示位置调节组件如何移动，以实现对接机构的位置和角度调整；控制指令通过控制信号输出，传递给位置调节组件，位置调节组件响应这些指令，按照预设的策略运动，从而调节法兰对接机构的位置和角度。

[0058] 在工作过程中，连接器在安装架1的带动下进入水下，在靠近海底导管架时，水下机器人携带的图像采集设备获取安装架1上的法兰对接机构的当前位姿，并将图像传输至控制单元，控制单元根据法兰对接机构的当前位姿生成控制指令，控制指令用于控制位置调节组件按预设策略运动，从而调整对接位置和角度，以便与海管以及导管架精确对接；当角度和位置调节完毕后，安装架1继续下落，并与导管架固定连接，利用安装在主架体11上的高度指示组件固定待维修的海管，确保海管在维修过程中保持稳定。这样，通过设置位置调节组件和控制其运动的控制单元，能够调节连接器以适当的角度和方向入水，从而保证了连接器与导管架的位置相适配，降低了连接器与导管架之间的定位难度，提高了连接器的安装便利性和安装效率。

[0059] 在一些实施例中，所述位置调节组件包括第一伸缩机构14和第二伸缩机构15；其中，所述第一伸缩机构14的一端安装于所述主架体11，另一端安装于所述法兰对接机构的第一安装位，所述第一伸缩机构14在所述控制指令的控制下伸长或者缩短；所述第二伸缩机构15的一端安装于所述主架体11，另一端安装于所述法兰对接机构的第二安装位，所述第二伸缩机构15在所述控制指令的控制下伸长或者缩短；所述第一安装位与所述第二安装位具有预设的纵向距离。应当理解的是，在该实施例中，纵向距离是指沿海管轴向延伸的方向，横向是指海管径向延伸的方向。

[0060] 具体地，位置调节组件用于实现法兰对接机构的位置调节，法兰对接机构被安装在主架体11上，第一和第二伸缩机构15的一端都固定在主架体11上，另一端分别安装在法兰对接机构的第一和第二安装位。在工作过程中，使用传感器(可以为水下机器人搭载的传感器)测量法兰对接机构的当前位姿，包括位置和方向，根据预先设定的目标位姿和当前位姿，计算出位姿偏差；根据位姿偏差，控制单元生成控制指令，这些指令将指导伸缩机构进行相应的伸长或缩短动作。在伸缩机构动作过程中，持续监控法兰对接机构的位姿，并提供反馈给控制单元，根据反馈信息，控制单元可能需要调整控制指令，以确保法兰对接机构达到所需的较为准确的位姿，直到法兰对接机构的位姿偏差在可接受的范围内，伸缩机构停止动作，需要锁定伸缩机构的位置，以确保法兰对接机构在操作过程中保持稳定。

[0061] 在获取当前为位姿时，也可以根据油缸中位移传感器实时获得活塞杆伸出长度，通过与基准值得比较得出当前法兰对接机构的姿态和位置数据，例如，在设备出厂标定中，将油缸完全缩回位置设定为零基准，三个油缸完全缩回时候法兰对接机构(以下简称“机构”)与油缸连接的三个位置形成的平面为基准平面，一旦任何一个油缸活塞杆伸出，则该3点确定的平面就会改变，情况之一，当三个油缸同时伸出相同的长度h，意味着此时3点确定的平面相对于原基准向下平移h；情况之二，当油缸15伸出长度大于或小于两个油缸14伸出长度，则机构会前倾或后仰，当左右两个油缸14伸出长度不同，则机构会向左或向右倾斜；这些偏转值都可以通过油缸内置的传感器来获得并显示出相对于基准的偏移或倾斜程度，这样可以在自动控制中通过控制油缸伸出来实现机构的预设位置。

[0062] 进一步地，为了实现横向平面内的位姿调整，所述第一伸缩机构14和所述第一安装位均为两个，两个所述第一伸缩机构14分别一一对应地与所述第一安装位相连接，两个所述第一安装位具有预设的横向距离。

[0063] 具体地，所述第一伸缩机构14和所述第二伸缩机构15可以均为油缸，也就是说，位置调节机构为三组油缸，油缸设置在主架体11和法兰对接结构之间，通过三个油缸的协调动作，完成连接器入水时的俯仰角、倾斜角以及位置的调节，使得连接器入水后，能够与导向架、海管均具有较为合适的对接位置，提高对接位置准确性，降低对接时的定位难度。

[0064] 为了提高油缸的稳定性，所述位置调节组件还包括第一安装横梁16和第二安装横梁17，第一伸缩机构14通过第一安装横梁16安装在主架体11上，第二伸缩机构15通过第二安装横梁17安装在主架体11上。具体地，主架体11上安装有两个纵梁18，沿纵梁18的纵向开设有多个安装孔，所述第一安装横梁16和第二安装横梁17在纵向上可移动地安装于所述主架体11，所述第一伸缩机构14的一端安装于所述第一安装横梁16，所述第二伸缩机构15的一端安装于所述第二安装横梁17；也就是说，根据连接器的规格，第一安装横梁16和第二安装横梁17可以选择合适位置的安装孔与纵梁18固定连接，从而调整第一安装横梁16和第二安装横梁17在纵梁18上的安装位置。

[0065] 在一些实施例中，所述高度指示组件包括第一安装杆19、第二安装杆110和调节结构，所述第一安装杆19安装于所述法兰对接机构的第一侧，所述第二安装杆110安装于所述法兰对接机构的第二侧，所述第一安装杆19与所述第二安装杆110通过所述调节结构调节间距；所述第一侧和所述第二侧分别位于所述法兰对接机构的径向两侧。调节结构包括两个横向安装板111，横向安装板111上开设多个安装孔，第一安装杆19和第二安装杆110选择适当的安装孔安装在横向安装板111上。

[0066] 第一安装杆19和第二安装杆110用于显示法兰对接机构相对于框架的位置高度，为了便于观察，在第一安装杆19和第二安装杆110上均设置有刻度值。

[0067] 为了提高设备与导管架之间的定位性能，安装架1还包括定位组件，所述定位组件安装于所述主架体11，所述主架体11通过所述定位组件与导管架定位连接。具体地，定位组件包括粗定位结构和精定位结构，其中粗定位结构包括开设在主架体11侧向的耳板112上的定位孔113和导管架上设置的导向柱114，到达水下指定位置后，定位孔113套设在导向柱114上，以实现初步定位；精定位结构包括设置在导管架上的导向柱114和设置在主架体11上的导向套筒，在到达安装位置后，导向柱114插入导向套筒内，实现进一步的定位。为了实现导向柱114插入时的导向，导向柱114为锥台结构。

[0068] 进一步的，为了配合起吊机构，安装架1还包括起吊机构，所述起吊机构与所述主架体11在横向和/或纵向上可移动地固定连接；起吊机构安装在主架体11的顶部，且起吊机构沿水平方向(包括横向和纵向)可调，以改变吊装位置，适应海床倾角，进一步提高与导管架位置的匹配性。具体地，起吊机构包括起吊梁115和安装在起吊梁115上的调节板116，调节板116上沿横向开设有多个起吊孔，以便吊钩可选择地钩挂在起吊孔上，以实现起吊位置的横向可调；同时，起吊梁115可选择地安装在纵梁18的安装孔上，以实现起吊位置的纵向可调。

[0069] 除了上述安装架1，本发明还提供一种包括该安装架1的连接器对接设备，该连接器对接设备的其他各部分结构请参考现有技术，在此不做赘述。

[0070] 进一步的，本发明还提供一种位置调节方法，基于如上所述的安装架1，如图6所示，所述方法包括以下步骤：

[0071] S110：实时获取连接器对接设备的当前图像；例如，可以利用水下机器人上搭载的摄像头或其他传感器实时获取连接器对接设备的当前图像；

[0072] S120：在所述当前图像中提取所述法兰对接机构的当前位姿，包括当前的位置和角度信息；

[0073] S130：根据当前位姿与预设的目标位姿之间的关系，生成控制指令，所述控制指令用于控制所述位置调节组件按预设策略运动，直至所述当前位姿与目标位姿重合为止；也就是说，计算当前位姿和目标位姿之间的偏差，并根据偏差情况生成控制指令；

[0074] 其中，所述预设策略包括：

[0075] 在第一安装位的当前位置与目标位置的第一距离，大于第二安装位的当前位置与目标位置的第二距离时，所述控制指令控制所述第一伸缩机构14缩短预设长度且/或控制所述第二伸缩机构15伸长预设长度，且所述第一伸缩机构14缩短的长度值与所述第二伸缩机构15伸长的长度值之和、与所述第一距离和所述第二距离的差值相等；

[0076] 在所述第一距离小于第二距离时，所述控制指令控制所述第一伸缩机构14伸长预设长度且/或控制所述第二伸缩机构15缩短预设长度，且所述第一伸缩机构14伸长的长度值与所述第二伸缩机构15缩短的长度值之和、与所述第一距离和所述第二距离的差值相等；

[0077] 以导管架为基准面，在处于一侧的第一安装位低于处于另一侧的第一安装位时，所述控制指令控制位于低位的第一伸缩机构14伸长，且/或，控制位于高位的第一伸缩机构14缩短。

[0078] 也就是说，该预设策略可以基于比较第一安装位和第二安装位当前位置与目标位置之间的距离，当第一安装位的当前位置与目标位置的第一距离大于第二安装位的当前位置与目标位置的第二距离时，策略开始发挥作用。根据距离比较的结果，控制第一伸缩机构14和第二伸缩机构15进行相应的调整，如果第一安装位距离较远，则第一伸缩机构14将缩短预设长度；而如果第二安装位距离较远，则第二伸缩机构15将伸长预设长度；调整过程中，第一伸缩机构14缩短的长度值和第二伸缩机构15伸长的长度值之和应等于第一安装位与目标位置的距离减去第二安装位与目标位置的距离的差值，最终达到精确对接的目的。

[0079] 进一步的，导管架作为基准面，用于确定第一安装位的高低位置，当第一安装位处于一侧低于另一侧时，识别出低位和高位的第一安装位；根据高低位置，控制低位的第一伸缩机构14伸长，以提升其高度；同时，控制高位的第一伸缩机构14缩短，以降低其高度，通过这种调整，实现高低位置的平衡，确保安装架1与导管架的对接位置准确性。

[0080] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。