一种基于形状记忆合金驱动器的自主式水下航行器潜浮装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种基于形状记忆合金驱动器的自主式水下航行器潜浮装置，包含4个主要构件：具有双向记忆效应的SMA螺旋弹簧驱动器、带有限位功能的导杆、活塞和控制单元，结构简单、重量轻；工作过程中SMA弹簧驱动活塞运动，仅输出一维线性运动，不存在电机转动带来的振动、噪音和力矩失衡。本发明专利技术提出的潜浮装置适用于各类AUV，尤其适用于对自重、体积、运行噪音等要求较高的小型AUV。

A submerged floating device for Autonomous Underwater Vehicle Based on shape memory alloy actuator

The invention provides an autonomous underwater vehicle submarine device based on shape memory alloy driver, which consists of four main components: SMA spiral spring driver with bidirectional memory effect, guide rod with limit function, piston and control unit. The structure of the device is simple and the weight is light. It only outputs one-dimensional linear motion, and there is no imbalance of vibration, noise and torque caused by motor rotation. The submersible device of the invention is suitable for all kinds of AUVs, especially for small-sized AUVs with high requirements for self-weight, volume and running noise.

【技术实现步骤摘要】
一种基于形状记忆合金驱动器的自主式水下航行器潜浮装置
本专利技术涉及一种自主式水下航行器潜浮装置，具体是一种基于形状记忆合金驱动器的自主式水下航行器潜浮装置。
技术介绍
自主式水下航行器(AutonomousUnderwaterVehicle，以下简称AUV)是一种集能量存储与转化、推进与导航、信号采集与处理、水下通信、任务管理与控制、自主决策等特征为一体的高科技水下潜航装置，目前在军事和民用方面均已取得了广泛的应用，是未来水下航行技术发展的重要方向之一。AUV潜浮装置主要用于航行器的沉浮和航行姿态调节，是水下航行器的重要组成部分。传统AUV潜浮装置一般使用电机驱动的空气压缩式变体积系统、螺旋桨式升降系统或带有垂直推进器的升降系统。如：文献1“专利：一种小型水下航行器沉浮装置,ZL2016102466433.”公开了一种采用步进电机作为驱动机构的小型水下航行器沉浮装置，通过活塞机构的吸排水实现调节航行器的姿态和沉浮。文献2“专利：超小型水下机器人潜浮装置,ZL2006100244124.”公开了一种采用双出轴电机驱动机构的小型水下机器人潜浮装置，通过圆筒活塞的吸排水实现体积的调节，从而改变水下机器人的整体浮力产生上升或下降的作用力。然而，上述文献中公开的潜浮装置均由传统电机驱动，存在以下缺点：电机驱动的机械潜浮装置通常结构复杂，体积与自重大，不适用于小型AUV；电机驱动结构运转时产生振动和噪音；电动机运转时产生力矩，设计时需要考虑航行器力矩平衡，增加额外设计难度。
技术实现思路
为了克服现有AUV潜浮装置存在的问题，本专利技术提供了一种基于形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy，以下简称SMA)驱动器的自主式水下航行器潜浮装置。该潜浮装置通过具有双向记忆效应的SMA螺旋弹簧驱动器带动AUV内部活塞运动，通过排水与储水改变AUV整体密度，使AUV浮力增大或减小，做出上浮或者下潜动作。在导杆上引入限位器，限制活塞运动范围，防止过大的上浮或下潜作用力。相比背景文献中公开的技术，本专利技术使用SMA螺旋弹簧代替电机驱动活塞运动，结构简单、重量轻，适用于小型AUV；SMA弹簧在驱动活塞运动时，仅输出一维线性运动，不存在电机转动带来的振动与噪音，同时在AUV设计过程中无需考虑力矩平衡，降低了设计难度。本专利技术解决其关键技术问题所采用的技术方案是：所述一种基于形状记忆合金驱动器的自主式水下航行器潜浮装置，包括潜浮装置壳体、活塞；活塞一侧与潜浮装置壳体端面形成活塞腔体，活塞腔体中为压缩气体，活塞另一侧连接驱动单元，且活塞能够在驱动单元作用下沿潜浮装置壳体内侧壁密封滑动；潜浮装置壳体上开有排水孔，排水孔位于活塞运动范围外，活塞运动实现排水与储水；其特征在于：所述驱动单元为具有双向记忆效应的SMA驱动器，SMA驱动器安装在潜浮装置壳体内部的固定结构上。进一步的优选方案，所述一种基于形状记忆合金驱动器的自主式水下航行器潜浮装置，其特征在于：所述具有双向记忆效应的SMA驱动器为温控型SMA螺旋弹簧驱动器。进一步的优选方案，所述一种基于形状记忆合金驱动器的自主式水下航行器潜浮装置，其特征在于：所述温控型SMA螺旋弹簧驱动器的升温过程通过电加热实现，降温过程通过水冷实现。进一步的优选方案，所述一种基于形状记忆合金驱动器的自主式水下航行器潜浮装置，其特征在于：潜浮装置壳体内部具有两个活塞，一个活塞与潜浮装置壳体的一端面形成活塞腔体，另一活塞与潜浮装置壳体的另一端面形成活塞腔体；两个活塞各自连接一个温控型SMA螺旋弹簧驱动器。进一步的优选方案，所述一种基于形状记忆合金驱动器的自主式水下航行器潜浮装置，其特征在于：所述温控型SMA螺旋弹簧驱动器套在可伸缩的导杆上，所述导杆一端与安装在潜浮装置壳体内部的固定结构固定连接，另一端与活塞固定连接。进一步的优选方案，所述一种基于形状记忆合金驱动器的自主式水下航行器潜浮装置，其特征在于：所述温控型SMA螺旋弹簧驱动器套在导杆上，所述导杆一端与安装在潜浮装置壳体内部的固定结构固定连接，另一端与活塞密封滑动配合。进一步的优选方案，所述一种基于形状记忆合金驱动器的自主式水下航行器潜浮装置，其特征在于：所述导杆上安装有限定活塞运动范围的限位器。进一步的优选方案，所述一种基于形状记忆合金驱动器的自主式水下航行器潜浮装置，其特征在于：温控型SMA螺旋弹簧驱动器的控制单元安装在潜浮装置壳体内部，控制单元与温控型SMA螺旋弹簧驱动器构成控制回路，控制温控型SMA螺旋弹簧驱动器通断电。有益效果本专利技术的有益效果是：本专利技术通过SMA弹簧驱动器带动活塞运动进行排储水行为，实现AUV上浮或下潜动作。该潜浮装置仅包含4个主要构件：具有双向记忆效应的SMA螺旋弹簧驱动器、带有限位功能的导杆、活塞和控制单元，结构简单、重量轻；工作过程中SMA弹簧驱动活塞运动，仅输出一维线性运动，不存在电机转动带来的振动、噪音和力矩失衡。本专利技术提出的潜浮装置适用于各类AUV，尤其适用于对自重、体积、运行噪音等要求较高的小型AUV。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是基于SMA驱动器的AUV潜浮装置实施例示意图。图中1为两个圆筒活塞，2为两个SMA螺旋弹簧驱动器，3为四个圆形排水孔，4为中心杆，5为两个带有限位功能的导杆，6为驱动器控制单元。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。本实施例中的基于SMA驱动器的AUV潜浮装置如图1所示。该潜浮装置包含有：两个圆筒活塞1和相应的两个活塞腔体，活塞腔体中为压缩空气，活塞与潜浮装置圆筒壳体内壁密封滑动装配；两个SMA螺旋弹簧驱动器2，套装在两个带有限位功能的导杆5之上；四个位于AUV筒壁上的圆形排水孔3；一个用于固定导杆5的中心杆4，中心杆4固连于驱动器控制单元6之上，同时控制单元6固连于潜浮装置圆筒壳体内壁。该潜浮装置的工作原理如下：装置组装过程中，驱动器控制单元用螺钉固连与潜浮装置圆筒壳体内壁，中心杆用螺钉固连于控制单元顶部，装配过程中保证控制单元和中心杆位于潜浮装置的正中位置；SMA螺旋弹簧套装在导杆之上，共组装两套弹簧-导杆驱动单元，导杆伸缩两向均加入限位器用以控制行程；驱动单元一端通过螺钉固连于圆筒活塞的圆心位置，另一端通过螺钉固连于中心杆之上；圆筒活塞与潜浮装置圆筒壳体内壁滑动装配，装配过程中保证气密性，同时保证排水孔在后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于形状记忆合金驱动器的自主式水下航行器潜浮装置，包括潜浮装置壳体、活塞；活塞一侧与潜浮装置壳体端面形成活塞腔体，活塞腔体中为压缩气体，活塞另一侧连接驱动单元，且活塞能够在驱动单元作用下沿潜浮装置壳体内侧壁密封滑动；潜浮装置壳体上开有排水孔，排水孔位于活塞运动范围外，活塞运动实现排水与储水；其特征在于：所述驱动单元为具有双向记忆效应的SMA驱动器，SMA驱动器安装在潜浮装置壳体内部的固定结构上。

【技术特征摘要】
1.一种基于形状记忆合金驱动器的自主式水下航行器潜浮装置，包括潜浮装置壳体、活塞；活塞一侧与潜浮装置壳体端面形成活塞腔体，活塞腔体中为压缩气体，活塞另一侧连接驱动单元，且活塞能够在驱动单元作用下沿潜浮装置壳体内侧壁密封滑动；潜浮装置壳体上开有排水孔，排水孔位于活塞运动范围外，活塞运动实现排水与储水；其特征在于：所述驱动单元为具有双向记忆效应的SMA驱动器，SMA驱动器安装在潜浮装置壳体内部的固定结构上。2.根据权利要求1所述一种基于形状记忆合金驱动器的自主式水下航行器潜浮装置，其特征在于：所述具有双向记忆效应的SMA驱动器为温控型SMA螺旋弹簧驱动器。3.根据权利要求2所述一种基于形状记忆合金驱动器的自主式水下航行器潜浮装置，其特征在于：所述温控型SMA螺旋弹簧驱动器的升温过程通过电加热实现，降温过程通过水冷实现。4.根据权利要求2或3所述一种基于形状记忆合金驱动器的自主式水下航行器潜浮装置，其特征在于：潜浮装置壳体内部具有两个活塞，一个活塞与潜浮装置壳体的一端面形成活塞腔体，另一活塞与潜浮装置壳体的另一端面形成活塞腔体；两个活塞各自连接一个温...

【专利技术属性】
技术研发人员：王骏，朱继宏，张卫红，高彤，谷小军，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61