CN108116644A - 一种用于自治水下机器人的高精度浮力调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自治水下机器人领域，具体地说是一种用于自治水下机器人的高精度浮力调节装置，包括透水壳体和密封壳体，其中在透水壳体内设有外油囊，在密封壳体内设有内油缸、直流电机、齿轮泵、阀组A和阀组B，其中齿轮泵通过直流电机驱动旋转，内油缸的出油端口与所述齿轮泵的入油端口相连，所述齿轮泵的出油端口与阀组A上的第一端口相连，所述阀组A上的第二端口与外油囊的油口相连，所述外油囊的油口同时还与阀组B的入油端口相连，所述阀组B的出油端口与内油缸与齿轮泵之间的连接管路相连，在阀组A内并联设有单向阀和电磁阀A，在阀组B内串联设有电磁阀B和节流阀。本发明可自主调整水下机器人的浮力，体积小，能耗低，噪音低，可靠性高。

Description

一种用于自治水下机器人的高精度浮力调节装置

技术领域

本发明涉及自治水下机器人领域，具体地说是一种用于自治水下机器人的高精度浮力调节装置。

背景技术

自治水下机器人是一种自带能源、自主控制、能够回收和反复使用的水下航行器。自治水下机器人已经广泛应用于军事、海洋水文和气象调查、海洋环境监测、海底地形探测和测绘、区域内水下障碍物的搜索、复杂海底地形环境下的科学考察等领域。

随着海域和深度的变化，海水的密度及压力均会产生变化，其直接影响自治水下机器人的浮力状态，通常自治水下机器人为了保持正常航行或悬浮作业，需要推进器和舵板配合克服多余的浮力，为了降低能耗并提高自治水下机器人的作业能力和适应性，通常还需要配置浮力调节装置以方便调整自治水下机器人的浮力。

现有技术中，为了保证自治水下机器人在预定深度自主作业，需要在每次作业前人为调整配重，计算繁琐，操作复杂，可靠性较低，而且某些水下机器人装载的浮力调节装置体积较大，成本高，调节精度有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于自治水下机器人的高精度浮力调节装置，可根据不同的作业深度，自主地调整自治水下机器人的浮力，并且能够进行双向浮力调节，体积小，能耗低，噪音低，可靠性高。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种用于自治水下机器人的高精度浮力调节装置，包括透水壳体和密封壳体，其中透水壳体的一端开口，另一端与所述密封壳体连接，在所述透水壳体内设有外油囊，在所述密封壳体内设有内油缸、直流电机、齿轮泵、阀组A和阀组B，其中所述齿轮泵通过所述直流电机驱动旋转，所述内油缸的出油端口与所述齿轮泵的入油端口相连，所述齿轮泵的出油端口与所述阀组A上的第一端口相连，所述阀组A上的第二端口与所述外油囊的油口相连，所述外油囊的油口同时还与所述阀组B的入油端口相连，所述阀组B的出油端口与所述内油缸与齿轮泵之间的连接管路相连，在所述阀组A内并联设有单向阀和电磁阀A，在所述阀组B内串联设有电磁阀B和节流阀。

所述内油缸中的油在所述齿轮泵正转时经所述单向阀进入外油囊中，所述外油囊中的油在所述齿轮泵反转且所述电磁阀A通电时经所述电磁阀A进入内油缸中。

当所述齿轮泵静止时，外油囊中的油在海水压力达到系统设定值且所述电磁阀B通电时经所述电磁阀B和节流阀进入内油缸中。

在所述密封壳体内设有一个框架，所述内油缸、直流电机、齿轮泵、阀组A和阀组B均安装在所述框架上。

所述直流电机与齿轮泵连接并垂直设置于所述内油缸一侧，所述阀组A和阀组B分设所述内油缸下方两侧，在所述密封壳体远离所述透水壳体一端设有水密接插件。

所述阀组A和阀组B与所述外油囊通过一个三通管接头连接。

所述外油囊通过一压盖固定在所述透水壳体上。

在所述内油缸内设有拉绳传感器，所述内油缸包括缸体、透气端盖、活塞和外接端盖，所述透气端盖和外接端盖分设于缸体两端，活塞在所述缸体内移动，拉绳传感器固定在所述透气端盖上，在所述活塞靠近所述透气端盖一侧设有测量端子，所述拉绳传感器通过拉绳与所述测量端子相连。

所述内油缸的缸体为圆柱状。

所述直流电机通过弹性联轴器与所述齿轮泵相连。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明采用分段调节模式，通过直流电机驱动齿轮泵正反转实现外油囊的扩展或收缩，从而改变浮力，而当海水压力达到设定值时，仅需开启阀组B内的电磁阀即可实现整体浮力的减小，有效降低了功耗。

2、本发明在内油缸中设有测量精度较高的拉绳传感器，同时内油缸为形状规则的圆柱体，可以精确地计算进、出油的体积变化量，实现浮力的高精度调节。

3、本发明的整体结构紧凑，各个部件的油路简短，空间利用率高。

4、本发明采用的直流电机通过弹性联轴器直接驱动齿轮泵，无需减速机构，机械效率较高，噪声低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，

图2为图1中省略密封壳体后的结构示意图，

图3为图1中内油缸的结构示意图，

图4为本发明的液压原理图。

其中，1为透水壳体、2为密封壳体、3为内油缸、4为外油囊、5为压盖、6为直流电机、7为齿轮泵、8为阀组A、9为框架、10为水密接插件、11为三通管接头、12为油帽、13为导油槽、14为电磁阀B、15为电磁阀A、16为阀组B、17为绳索、18为活塞、19为透气端盖、20为拉绳传感器、21为测量端子、22为缸体、23为外接端盖、24为单向阀、25为节流阀，26为第一端口，27为第二端口，28为入油端口，29为出油端口，30为连接管路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～4所示，本发明包括透水壳体1、密封壳体2、内油缸3、外油囊4、直流电机6、齿轮泵7、阀组A8和阀组B16，其中透水壳体1的一端为开口与海水相通，另一端与密封壳体2连接使密封壳体2内形成耐压干舱，在所述透水壳体1内设有外油囊4，在所述密封壳体2内设有所述内油缸3、直流电机6、齿轮泵7、阀组A8和阀组B16，如图1和图4所示，所述齿轮泵7通过所述直流电机6驱动旋转，所述内油缸3的出油端口与所述齿轮泵7的入油端口相连，所述齿轮泵7的出油端口与所述阀组A8上的第一端口26相连，所述阀组A8上的第二端口27与所述外油囊4的油口相连，所述阀组B16与所述阀组A8并联设置，其中所述外油囊4的油口与所述阀组B16的入油端口28相连，所述阀组B16的出油端口29与所述内油缸3与齿轮泵7之间的连接管路30相连，各油路通过钢管和卡套接头连接，所述直流电机6则通过弹性联轴器直接驱动齿轮泵7，无需减速机构，机械效率较高，噪声低。

如图4所示，在所述阀组A8内并联设有单向阀24和电磁阀A15，当直流电机6驱动齿轮泵7正转时，将内油缸3中的油经过单向阀24进入外油囊4，使外油囊4的体积增大增加浮力，当直流电机6驱动齿轮泵7反转时，所述电磁阀A15带电，将外油囊4中的油排入内油缸3，使外油囊4的体积减小，减小浮力。

如图4所示，在所述阀组B16内串联设有电磁阀B14和节流阀25，当外油囊4周围的海水压力达到系统设定值时，无需启动齿轮泵7，只需将所述电磁阀B14上电，外油囊4中的油通过节流阀25自动排入内油缸3中，减小浮力。

如图1～2所示，所述外油囊4通过一压盖5固定在所述透水壳体1上，在所述密封壳体2内设有一个框架9，所述内油缸3、直流电机6、齿轮泵7、阀组A8和阀组B16均安装在所述框架9上，其中直流电机6与齿轮泵7连接并垂直设置于所述内油缸3一侧，所述阀组A8和阀组B16分设所述内油缸3下方两侧，另外在所述密封壳体2远离所述透水壳体1一端设有水密接插件10用于与自治水下机器人上的电气系统连接，在所述外油囊4的油口处设有油帽12，所述阀组A8和阀组B16与所述外油囊4油口之间的管路通过一个三通管接头11连接，在所述外油囊4内设有导油槽13。

如图3所示，所述内油缸3为形状规则的圆柱状，在所述内油缸3内设有拉绳传感器20。所述内油缸3包括缸体22、透气端盖19、活塞18和外接端盖23，所述透气端盖19和外接端盖23分设于缸体22两端，活塞18在所述缸体22内移动。拉绳传感器20固定在所述透气端盖19上，测量端子21固定在所述活塞18靠近所述透气端盖19一侧，所述拉绳传感器20通过拉绳17与所述测量端子21相连。当需要增大自治水下机器人的浮力时，内油缸3中的油通过管路排入外油囊4，此时活塞18带着测量端子21向远离所述透气端盖19一侧运动，拉绳传感器20精确地测量出活塞18的直线运动距离，通过测得的直线距离和缸体22内径可以精确的计算出油的体积减小量，即可转化为浮力增大量；当需要减小自治水下机器人的浮力时，外油囊4中的油通过管路排入内油缸3，此时活塞18带着测量端子21向所述透气端盖19方向运动，拉绳传感器20精确地测量出活塞18的直线运动距离，通过测得的直线距离和缸体22内径可以精确的计算出油的体积增大量，即可转化为浮力减小量。本实施例中，所述拉绳传感器20的型号为：KS15MR，生产厂家为：济南开思科技有限公司。

本发明的工作原理为：

本发明采用分段调节模式，阶段一：直流电机6驱动齿轮泵7正转时，将内油缸3中的油经过单向阀24排入外油囊4，使外油囊4的体积增大，从而增大了自治水下机器人的整体排水体积，浮力增大；当直流电机6驱动齿轮泵7反转时，电磁阀A15带电，将外油囊4中的油排入内油缸3，使外油囊4的体积减小，从而使了自治水下机器人的整体排水体积减小，浮力减小。阶段二：外油囊4周围的海水压力达到水下机器人系统设定值时，无需启动齿轮泵7，只需将电磁阀B14上电，外油囊4中的油通过节流阀25自动排入内油缸3，外油囊4的体积减小，自治水下机器人的整体排水体积减小，浮力减小。

在所述内油缸3内设有拉绳传感器20，当内油缸3进出油时，内油缸3中的活塞18会带动测量端子21移动，所述拉绳传感器20可以精确测量出活塞18直线移动距离，通过测得的直线距离和内油缸3的缸体22内径可以精确计算出进、出油的体积大小，即可转化为浮力改变量。

Claims (10)

1.一种用于自治水下机器人的高精度浮力调节装置，其特征在于：包括透水壳体(1)和密封壳体(2)，其中透水壳体(1)的一端开口，另一端与所述密封壳体(2)连接，在所述透水壳体(1)内设有外油囊(4)，在所述密封壳体(2)内设有内油缸(3)、直流电机(6)、齿轮泵(7)、阀组A(8)和阀组B(16)，其中所述齿轮泵(7)通过所述直流电机(6)驱动旋转，所述内油缸(3)的出油端口与所述齿轮泵(7)的入油端口相连，所述齿轮泵(7)的出油端口与所述阀组A(8)上的第一端口(26)相连，所述阀组A(8)上的第二端口(27)与所述外油囊(4)的油口相连，所述外油囊(4)的油口同时还与所述阀组B(16)的入油端口(28)相连，所述阀组B(16)的出油端口(29)与所述内油缸(3)与齿轮泵(7)之间的连接管路(30)相连，在所述阀组A(8)内并联设有单向阀(24)和电磁阀A(15)，在所述阀组B(16)内串联设有电磁阀B(14)和节流阀(25)。

2.根据权利要求1所述的用于自治水下机器人的高精度浮力调节装置，其特征在于：所述内油缸(3)中的油在所述齿轮泵(7)正转时经所述单向阀(24)进入外油囊(4)中，所述外油囊(4)中的油在所述齿轮泵(7)反转且所述电磁阀A(15)通电时经所述电磁阀A(15)进入内油缸(3)中。

3.根据权利要求1所述的用于自治水下机器人的高精度浮力调节装置，其特征在于：当所述齿轮泵(7)静止时，外油囊(4)中的油在海水压力达到系统设定值且所述电磁阀B(14)通电时经所述电磁阀B(14)和节流阀(25)进入内油缸(3)中。

4.根据权利要求1所述的用于自治水下机器人的高精度浮力调节装置，其特征在于：在所述密封壳体(2)内设有一个框架(9)，所述内油缸(3)、直流电机(6)、齿轮泵(7)、阀组A(8)和阀组B(16)均安装在所述框架(9)上。

5.根据权利要求1或4所述的用于自治水下机器人的高精度浮力调节装置，其特征在于：所述直流电机(6)与齿轮泵(7)连接并垂直设置于所述内油缸(3)一侧，所述阀组A(8)和阀组B(16)分设所述内油缸(3)下方两侧，在所述密封壳体(2)远离所述透水壳体(1)一端设有水密接插件(10)。

6.根据权利要求1或4所述的用于自治水下机器人的高精度浮力调节装置，其特征在于：所述阀组A(8)和阀组B(16)与所述外油囊(4)通过一个三通管接头(11)连接。

7.根据权利要求1所述的用于自治水下机器人的高精度浮力调节装置，其特征在于：所述外油囊(4)通过一压盖(5)固定在所述透水壳体(1)上。

8.根据权利要求1所述的用于自治水下机器人的高精度浮力调节装置，其特征在于：在所述内油缸(3)内设有拉绳传感器(20)，所述内油缸(3)包括缸体(22)、透气端盖(19)、活塞(18)和外接端盖(23)，所述透气端盖(19)和外接端盖(23)分设于缸体(22)两端，活塞(18)在所述缸体(22)内移动，拉绳传感器(20)固定在所述透气端盖(19)上，在所述活塞(18)靠近所述透气端盖(19)一侧设有测量端子(21)，所述拉绳传感器(20)通过拉绳(17)与所述测量端子(21)相连。

9.根据权利要求8所述的用于自治水下机器人的高精度浮力调节装置，其特征在于：所述内油缸(3)的缸体(22)为圆柱状。

10.根据权利要求1所述的用于自治水下机器人的高精度浮力调节装置，其特征在于：所述直流电机(6)通过弹性联轴器与所述齿轮泵(7)相连。