水下机器人自排油式浮力调节装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种水下机器人自排油式浮力调节装置，蓄能器、下舱盖、舱筒、上舱盖和皮囊依次固定连接，防水接头固定连接在上舱盖上；所述深度压力传感器安装在下舱盖上，用于检测水下深度压力；上阀块、液控单向阀和下阀块通过管路依次相连，下阀块固定在下舱盖上；所述泵口压力传感器和蓄能器压力传感器均安装于下阀块上；换向阀与上阀块通过管路相连；液压泵电机总成和溢流阀均通过管路与下阀块相连；所述深度压力传感器、泵口压力传感器和蓄能器压力传感器均与控制器相连；控制板通过防水接头分别与外部电源和上位机相连。本发明专利技术采用完全的液压方案；通过蓄能器，实现主动排油被动回油；叠加阀块设计使结构紧凑，具有可靠、节能等优点。

【技术实现步骤摘要】
水下机器人自排油式浮力调节装置
本专利技术涉及一种浮力调节装置，尤其涉及一种水下机器人自排油式浮力调节装置。
技术介绍
水下机器人以及其他水下装备都需要在水下不同的深度进行工作，因此就需要能对其沉浮运动和深度进行控制。而且水下是一个能量补给困难的环境，因此通过主动的推进方式控制沉浮是不可取的。因此需要浮力调节装置，通过改变浮力的方式来实现沉浮。已有的浮力调节的方法有机械传动法、主动泵油的方法、抛载法、排水法以及相变法等。机械传动法通过一系列机械传动改变执行部件的位置来改变装置的体积，从而控制沉浮。但因为需要在一段时间内维持装置体积不变，所以传动过程中需要有机械自锁结构。这就导致了整个装置的能量使用效率低下，浪费能量用于克服维持自锁的静摩擦力。同时，机械传动法因为需要有传动零件，所以与其他方法相比改变相同的浮力需要更重的机体重量和更大的装置体积。另外，通过活塞机械部件的执行操作是刚体与刚体之间位置的变化，这使得在水下受压的情况下密封问题变得相对其他方法更难解决，降低了装置的可靠性。比如现有的一大类活塞式浮力调节装置基本原理都是电机通过螺杆等方式传动以驱动活塞改变活塞缸内液体(可能是海水也可能是油)体积。这种方式活塞和缸壁之间反复运动下的密封问题会使整个装置变得不可靠。主动泵油的方法是通过液压油路将油液泵入油囊，通过改变油囊体积改变排水体积，进而改变浮力。这种方法也和机械传动法一样也需要解决装置在一段时间内维持体积不变的锁止能力。因此传统的液压系统都有复杂的阀路系统，增加了装置的重量和体积。同时，现有的所有油路都在排油时做功的，也即被动排油，并依据选用的是单向泵和双向泵，可以分为主动回油和被动回油。被动排油主动回油方案的问题在于当深度较浅外界压力小于流道流阻时主动回油会失效。被动排油被动回油方案的问题在于需要使用双向泵，相同压力流量的双向泵在成本重量体积上都高于单向泵，而回油和排油时都要开启液压泵导致更加耗能，且双向泵正反转不能快速切换，影响控制性能。抛载法是通过抛去重物，减小自身重力从而控制浮沉状态，然而这一过程是不可逆的，使得装置只能进行一次沉浮。排水法是通过高压气体的释放和压缩改变排出或吸入的水量，高压气体的压缩主要依靠水泵的工作，由于气体压缩过程是非线性的且影响因素很多导致控制困难，且水泵长时间接触海水可靠性低寿命较短。相变法主要是依靠特殊介质在相变过程中的体积变化来调节浮力，然而物体相变是复杂的非线性的热力学过程，且相变产生的气体易压缩，这就使得控制困难。
技术实现思路
针对现有技术所具有的缺陷，本专利技术提供了一种水下机器人自排油式浮力调节装置，是一种工作稳定，易于控制，可以实现排油回油快速切换，低功耗且结构紧凑重量轻体积小的浮力调节解决方案。用于水下装置的浮沉控制、定深控制等。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种水下机器人自排油式浮力调节装置，包括：蓄能器、下舱盖、下阀块、液控单向阀、上阀块、泵口压力传感器、蓄能器压力传感器、深度压力传感器、液压泵电机总成、换向阀、溢流阀、控制板、舱筒、上舱盖、皮囊、防水接头和上位机；其中，所述蓄能器、下舱盖、舱筒、上舱盖和皮囊依次固定连接，防水接头固定连接在上舱盖上；所述深度压力传感器安装在下舱盖上，用于检测水下深度压力；上阀块、液控单向阀和下阀块通过管路依次相连，下阀块固定在下舱盖上；所述泵口压力传感器和蓄能器压力传感器均安装于下阀块上；换向阀与上阀块通过管路相连；液压泵电机总成和溢流阀均通过管路与下阀块相连；所述深度压力传感器、泵口压力传感器和蓄能器压力传感器均与控制器相连；控制板通过防水接头分别与外部电源和上位机相连。进一步的，所述下阀块上表面开有下阀块第十油口、下阀块第十一油口和下阀块第十二油口；下阀块的侧面开有下阀块第二油口、下阀块第三油口、下阀块第四油口、下阀块第五油口、下阀块第六油口、下阀块第七油口、下阀块第八油口和下阀块第九油口；在下阀块下表面开有下阀块第一油口；下阀块内部有流道，下阀块第二油口、下阀块第三油口、下阀块第九油口、下阀块第十二油口通过流道相连；下阀块第一油口、下阀块第七油口、下阀块第八油口、下阀块第十一油口通过流道相连；下阀块第四油口、下阀块第五油口、下阀块第六油口、下阀块第十油口通过流道相连；下阀块第一油口通过下舱盖与蓄能器相连；下阀块第二油口与液压泵总成的排油口相连，下阀块第三油口与溢流阀的进油口相连，下阀块第四油口与溢流阀的出油口相连，下阀块第五油口与液压泵总成的回油口相连，下阀块第六油口与皮囊相连；下阀块第七油口、下阀块第八油口和下阀块第九油口均封死；下阀块第十油口与液控单向阀的回油口相连，下阀块第十一油口与液控单向阀的第一工作口相连，下阀块第十二油口和液控单向阀的进油口相连。进一步的，所述上阀块上表面开有上阀块第一油口、上阀块第二油口、上阀块第三油口、上阀块第四油口；其中，换向阀的第二工作口通过上阀块第一油口与液控单向阀的第二工作口相连，换向阀的出油口通过上阀块第二油口与液控单向阀的回油口相连，换向阀的第一工作口通过上阀块第三油口与液控单向阀的第一工作口相连，换向阀的进油口通过上阀块第四油口与液控单向阀的进油口相连。进一步的，控制板包括：第一电源模块、第二电源模块、通讯驱动模块、参考电压稳压模块、第一滤波模块、第二滤波模块、第三滤波模块、AD转换模块和单片机；其中，所述第一电源模块将外部12V电源转成控制板内部12V电源；第二电源模块将控制板内部12V电源转5V电源，为单片机供电；第一电源模块分别与第二电源模块和参考电压稳压模块相连；泵口压力传感器、蓄能器压力传感器、深度压力传感器、液压泵总成、换向阀的电源输入端均与第二电源模块相连；深度压力传感器的信号线与第一滤波模块相连；泵口压力传感器的信号线与第二滤波模块相连；蓄能器压力传感器的信号线与第三滤波模块相连；第一滤波模块、第二滤波模块、第三滤波模块、参考电压稳压模块均与AD转换模块相连；AD转换模块与单片机的输入端相连；液压泵总成、换向阀的控制线均与单片机的输出端相连；通讯驱动模块与单片机相连；第一电源模块通过防水接头的电源线与外部电源相连；通讯驱动模块通过防水接头的信号线与上位机相连。本专利技术与
技术介绍
相比，具有的有益效果是：1、采用完全的液压方案，除了泵和电机没有运动部件，所有关键密封都采用静密封，相对机械传动方法有更高的密封可靠性，并获得了更长的寿命。2、利用蓄能器的特点，实现主动排油被动回油，在达到降低能耗提高能源利用率的同时还避免了当深度较浅外界压力小于流道流阻时主动回油失效的问题。相对于现有液压解决方案来说，既延长了水中续航时间，又增加了稳定性，同时又可实现排油回油两种状态的快速切换。且使用蓄能器这一标准化产品降低了整个装置的成本和供应难度。3、通过使用换向阀、溢流阀，简化了油路；且通过使用液控单向阀并搭建与其配合的自锁油路，在不影响功能实现的基础上减少了蓄能器在油路内部的泄漏，并提高了安全性；并且通过对阀块的集成设计减小了油路装配总体积，使装置变得紧凑。附图说明图1为本专利技术的外形示意图；图2为本专利技术(除油管)的轴测爆炸装配示意图；图3为本专利技术的下舱盖剖切外形示意图；图4为本专利技术的上舱盖剖切外形示意图；图5为本专利技术的舱筒剖切外形示意图；图6为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下机器人自排油式浮力调节装置，其特征在于，包括：蓄能器(1)、下舱盖(2)、下阀块(3)、液控单向阀(4)、上阀块(5)、泵口压力传感器(19)、蓄能器压力传感器(20)、深度压力传感器(21)、液压泵电机总成(22)、换向阀(23)、溢流阀(24)、控制板(25)、舱筒(30)、上舱盖(31)、皮囊(32)、防水接头(33)和上位机等；其中，所述蓄能器(1)、下舱盖(2)、舱筒(30)、上舱盖(31)和皮囊(32)依次固定连接，防水接头(33)固定连接在上舱盖(31)上；所述深度压力传感器(21)安装在下舱盖(2)上，用于检测水下深度压力；上阀块(5)、液控单向阀(4)和下阀块(3)通过管路依次相连，下阀块(3)固定在下舱盖(2)上；所述泵口压力传感器(19)和蓄能器压力传感器(20)均安装于下阀块(3)上；换向阀(23)与上阀块(5)通过管路相连；液压泵电机总成(22)和溢流阀(24)均通过管路与下阀块(3)相连；所述深度压力传感器(21)、泵口压力传感器(19)和蓄能器压力传感器(20)均与控制器(25)相连；控制板(25)通过防水接头(33)分别与外部电源和上位机相连。

【技术特征摘要】
1.一种水下机器人自排油式浮力调节装置，其特征在于，包括：蓄能器(1)、下舱盖(2)、下阀块(3)、液控单向阀(4)、上阀块(5)、泵口压力传感器(19)、蓄能器压力传感器(20)、深度压力传感器(21)、液压泵电机总成(22)、换向阀(23)、溢流阀(24)、控制板(25)、舱筒(30)、上舱盖(31)、皮囊(32)、防水接头(33)和上位机；其中，所述蓄能器(1)、下舱盖(2)、舱筒(30)、上舱盖(31)和皮囊(32)依次固定连接，防水接头(33)固定连接在上舱盖(31)上；所述深度压力传感器(21)安装在下舱盖(2)上，用于检测水下深度压力；上阀块(5)、液控单向阀(4)和下阀块(3)通过管路依次相连，下阀块(3)固定在下舱盖(2)上；所述泵口压力传感器(19)和蓄能器压力传感器(20)均安装于下阀块(3)上；换向阀(23)与上阀块(5)通过管路相连；液压泵电机总成(22)和溢流阀(24)均通过管路与下阀块(3)相连；所述深度压力传感器(21)、泵口压力传感器(19)和蓄能器压力传感器(20)均与控制板(25)相连；控制板(25)通过防水接头(33)分别与外部电源和上位机相连；所述下阀块(3)上表面开有下阀块第十油口(44)、下阀块第十一油口(45)和下阀块第十二油口(46)；下阀块(3)的侧面开有下阀块第二油口(36)、下阀块第三油口(37)、下阀块第四油口(38)、下阀块第五油口(39)、下阀块第六油口(40)、下阀块第七油口(41)、下阀块第八油口(42)和下阀块第九油口(43)；在下阀块(3)下表面开有下阀块第一油口(35)；下阀块(3)内部有流道，下阀块第二油口(36)、下阀块第三油口(37)、下阀块第九油口(43)、下阀块第十二油口(46)通过流道相连；下阀块第一油口(35)、下阀块第七油口(41)、下阀块第八油口(42)、下阀块第十一油口(45)通过流道相连；下阀块第四油口(38)、下阀块第五油口(39)、下阀块第六油口(40)、下阀块第十油口(44)通过流道相连；下阀块第一油口(35)通过下舱盖(2)与蓄能器(1)相连；下阀块第二油口(36)与液压泵总成(22)的排油口相连，下阀块第三油口(37)与溢流阀(24)的进油口相连，下阀块第四油口(38)...

【专利技术属性】
技术研发人员：康昌霖，周春琳，朱琦，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33