一种水下浮力自动调节装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种水下浮力自动调节装置及其使用方法，解决了现有技术水下浮力驱动装置在水下不能自动控制调节自身浮力、且作业能耗高的技术问题。本发明专利技术提供一种水下浮力自动调节装置，包括主控制器和分别与主控制器连接的液压气动蓄能系统、双向抽油泵和用于检测外部环境压力的第一压力传感器；液压气动蓄能系统包括充气式蓄能器和高压气瓶，充气式蓄能器包括可伸缩的气囊腔和油腔，高压气瓶通过第一管路与气囊腔的开口端连接；双向抽油泵的前端口通过第二管路与油腔的开口端相连接；弹性容器的上部贯穿设有注油口，注油口与双向抽油泵的后端口通过管路相连接；同时还提供其使用方法。本发明专利技术广泛应用于水下浮力驱动装置技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种水下浮力自动调节装置及其使用方法
本专利技术涉及属于水下浮力驱动装置
，具体涉及一种水下浮力自动调节装置及其使用方法。
技术介绍
水下浮力驱动装置，例如自主水下航行器(AutonomousUnderwaterVehicle简称水下航行器)和浮力驱动的水下机器人等，均作为一种水下测量、工作平台，已经被广泛应用于科学考察、海洋作业，其应用前景非常广泛。然而，在某些特殊情况下，如水下采样机器人采集样品后，或者焊接机器人由于焊丝消耗重力发生变化时，由于现有绝大多数水下浮力驱动装置上没有设计浮力自动控制装置，自身不能调节水下浮力驱动装置的剩余浮力，使水下浮力驱动装置不能稳定完成作业。而且水下浮力驱动装置在水下悬停时，也急需一种浮力自动调节系统使水下浮力驱动装置能始终保持平衡稳定状态，从而达到减少动力消耗和作业时间，以满足长时间水下作业的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、设计巧妙、使水下浮力驱动装置能够实现在水下自动控制调节其自身浮力的、显著减少能耗的水下浮力自动调节装置及其使用方法。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是：一种水下浮力自动调节装置，包括主控制器和分别与主控制器连接的液压气动蓄能系统、双向抽油泵和用于检测外部环境压力的第一压力传感器；浮力自动调节装置的管路系统依次连接设有液压气动蓄能系统、双向抽油泵和弹性容器；液压气动蓄能系统包括充气式蓄能器和高压气瓶，充气式蓄能器包括一腔体，腔体内一侧为可伸缩的气囊腔，气囊腔外的其余腔体部分为油腔，高压气瓶通过第一管路与气囊腔的开口端连接，第一管路上连接设有带高压减压器的电磁阀；双向抽油泵的前端口通过第二管路与油腔的开口端相连接，第二管路上设置有带供油开关的双向电磁阀；弹性容器的上部贯穿设有注油口，注油口与双向抽油泵的后端口通过第四管路相连接。优选的，弹性容器的材质为热塑性弹性体材料，弹性容器的外部体积大小可根据其内部注油量的变多或变少而发生变大或变小，以在水下给浮力自动调节装置提供不同浮力需求。优选的，第二管路上位于带供油开关的双向电磁阀的前端还连接设有机油滤清器。优选的，弹性容器的上部还贯穿设有排油口，排油口连接第三管路的一端，第三管路的另一端通过三通阀门连接于机油滤清器前端的第二管路上。优选的，第三管路上连接设有排油系统的电磁阀，排油系统的电磁阀为单向阀门。优选的，带高压减压器的电磁阀为单向阀门；第一管路上安装设有第二压力传感器。优选的，浮力自动调节装置的管路系统中的油性液体的体积为20L，所述油性液体为机油AMG-5。优选的，第一压力传感器的灵敏度是所需下潜水下深度范围的0.5％；双向抽油泵的泵容量为40L/min。优选的，弹性容器材质为耐油的PVC热塑性弹性体材料。上述任何一项的一种水下浮力自动调节装置的使用方法，包括以下步骤：1)将水下浮力自动调节装置安装在水下浮力驱动装置上，当起始位置为水下浮力驱动装置在水面上时，浮力自动调节装置的管路系统中的油性液体位于弹性容器中，使水下浮力驱动装置具有正浮力，水下浮力驱动装置浮在水面上，当主控制器接收到命令信号后，再发出指令：打开带高压减压器的电磁阀，通过液压气动蓄能系统中的高压气瓶给充气式蓄能器中的气囊腔内充入指定压力的气体后，第二压力传感器将检测到指定压力的压力信号传输给主控制器，主控制器在收到压力信号后再发出指令：关闭带高压减压器的电磁阀；2)当主控制器接收到下沉命令信号后，主控制器将发出指令：将双向抽油泵的电机接通电源，启动双向抽油泵并同时启动带供油开关的双向电磁阀，控制双向抽油泵反向工作，将弹性容器中油性液体泵入充气式蓄能器中，使弹性容器的外部体积减小，其恒定浮力减小到负浮力，在负浮力的影响下，使水下浮力驱动装置开始以一定的速度垂直向下下沉；当水下浮力驱动装置下沉速度为0.6-0.7m/s时，第一压力传感器将检测到的外部环境压力的压力信号传输给主控制器，主控制器接受到第一压力传感器的检测信号后再发出指令：关闭双向抽油泵和带供油开关的双向电磁阀；3)当水下浮力驱动装置要开始下沉到指定深度处时，主控制器接收到下沉到指定深度处的命令信号后，主控制器通过预算系统预先计算出此种情况下水下浮力驱动装置对应的惯性特征参数，第一压力传感器将检测到的外部环境压力为接近且未到达指定深度处时的压力信号传输给主控制器，主控制器接受到第一压力传感器的检测信号后再发出指令：控制双向抽油泵切换成正向工作，同时启动带供油开关的双向电磁阀，将油性液体从充气式蓄能器中泵入弹性容器中，使弹性容器的外部体积增大，其自身浮力也随之增大，使水下浮力驱动装置下沉速度开始减小；当水下浮力驱动装置下沉速度为0.6-0.7m/s时，第一压力传感器将检测到的外部环境压力的压力信号传输给主控制器，主控制器接受到第一压力传感器的检测信号后再发出指令：关闭双向抽油泵和带供油开关的双向电磁阀；4)当水下浮力驱动装置在下沉过程中，出现水下浮力驱动装置由于其自身浮力的增大而开始上浮时，第一压力传感器将检测到的水下航行器在未到达指定深度处时而由于其自身浮力的增大而开始上浮时的压力信号传输给主控制器，主控制器接受到第一压力传感器的检测信号后再发出指令：控制双向抽油泵切换成反向工作，同时启动带供油开关的双向电磁阀，将油性液体从弹性容器中泵入充气式蓄能器中，使弹性容器的外部体积减小，其自身浮力也随之减小，使水下浮力驱动装置开始缓慢下潜；5)当水下浮力驱动装置在下沉过程中，出现水下浮力驱动装置下沉深度越过指定深度时，第一压力传感器将检测到水下浮力驱动装置越过指定深度时的压力信号传输给主控制器，主控制器接受到第一压力传感器的检测信号后再发出指令：控制双向抽油泵再次反转切换成正向工作，同时启动带供油开关的双向电磁阀，将油性液体从充气式蓄能器中泵入弹性容器中，使弹性容器的外部体积增大，其自身浮力也随之增大，使水下浮力驱动装置开始缓慢上升；6)最后，经过重复步骤4)和步骤5)将油性液体在充气式蓄能器与弹性容器之间迭代运输过程后，使水下浮力驱动装置在指定深度处达到平衡，处于悬停状态后，然后水下浮力驱动装置就可以在指定深度处的水平方向上进行稳定作业。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术的水下浮力自动调节装置，具体来说是一个浮力补偿系统，利用双向抽油泵对油性液体的双向控制来实现弹性容器的体积来实现主动对其自身浮力的控制，而非被动，通过一个双向抽油泵和液压气动蓄能系统，控制弹性容器的体积大小，进而实现浮力的调节，使水下航行器在不同水深的位置补偿不同的浮力以及水下浮力驱动装置本身重量发生变化时浮力的补偿，保证了水下浮力驱动装置在水下浮力最大限度的稳定，进而保证水下浮力驱动装置的稳定作业。(2)本专利技术的水下浮力自动调节装置，可有效地调节水下浮力驱动装置的浮力，一方面，使水下浮力驱动装置能够在水下稳定作业，另一方面，还实现无动力悬停减少消耗来增加作业时间。附图说明图1是本专利技术的实施例1中浮力自动调节装置的管路系统的结构示意图。图中标记：1.双向抽油泵，2.弹性容器，3.充气式蓄能器，4.高压气瓶，5.气囊腔，6.油腔，7.带高压减压器的电磁阀，8.第二压力传感器，9.带供油开关的双向电磁阀，10.注油口，11.机油滤清器，12.排油口，13本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下浮力自动调节装置，其特征在于，包括主控制器和分别与所述主控制器连接的液压气动蓄能系统、双向抽油泵和用于检测外部环境压力的第一压力传感器；所述浮力自动调节装置的管路系统依次连接设有所述液压气动蓄能系统、所述双向抽油泵和弹性容器；所述液压气动蓄能系统包括充气式蓄能器和高压气瓶，所述充气式蓄能器包括一腔体，所述腔体内一侧为可伸缩的气囊腔，所述气囊腔外的其余腔体部分为油腔，所述高压气瓶通过第一管路与所述气囊腔的开口端连接，所述第一管路上连接设有带高压减压器的电磁阀；所述双向抽油泵的前端口通过第二管路与所述油腔的开口端相连接，所述第二管路上设置有带供油开关的双向电磁阀；所述弹性容器的上部贯穿设有注油口，所述注油口与所述双向抽油泵的后端口通过第四管路相连接。

【技术特征摘要】
1.一种水下浮力自动调节装置，其特征在于，包括主控制器和分别与所述主控制器连接的液压气动蓄能系统、双向抽油泵和用于检测外部环境压力的第一压力传感器；所述浮力自动调节装置的管路系统依次连接设有所述液压气动蓄能系统、所述双向抽油泵和弹性容器；所述液压气动蓄能系统包括充气式蓄能器和高压气瓶，所述充气式蓄能器包括一腔体，所述腔体内一侧为可伸缩的气囊腔，所述气囊腔外的其余腔体部分为油腔，所述高压气瓶通过第一管路与所述气囊腔的开口端连接，所述第一管路上连接设有带高压减压器的电磁阀；所述双向抽油泵的前端口通过第二管路与所述油腔的开口端相连接，所述第二管路上设置有带供油开关的双向电磁阀；所述弹性容器的上部贯穿设有注油口，所述注油口与所述双向抽油泵的后端口通过第四管路相连接。2.根据权利要求1所述的一种水下浮力自动调节装置，其特征在于，所述弹性容器的材质为热塑性弹性体材料，所述弹性容器的外部体积大小可根据其内部注油量的变多或变少而发生变大或变小，以在水下给所述浮力自动调节装置提供不同浮力需求。3.根据权利要求1所述的一种水下浮力自动调节装置，其特征在于，所述第二管路上位于所述带供油开关的双向电磁阀的前端还连接设有机油滤清器。4.根据权利要求3所述的一种水下浮力自动调节装置，其特征在于，所述弹性容器的上部还贯穿设有排油口，所述排油口连接第三管路的一端，所述第三管路的另一端通过三通阀门连接于所述机油滤清器前端的所述第二管路上。5.根据权利要求4所述的一种水下浮力自动调节装置，其特征在于，所述第三管路上连接设有排油系统的电磁阀，所述排油系统的电磁阀为单向阀门。6.根据权利要求1所述的一种水下浮力自动调节装置，其特征在于，所述带高压减压器的电磁阀为单向阀门；所述第一管路上安装设有第二压力传感器。7.根据权利要求1所述的一种水下浮力自动调节装置，其特征在于，所述浮力自动调节装置的管路系统中的油性液体的体积为20L，所述油性液体为机油AMG-5。8.根据权利要求1所述的一种水下浮力自动调节装置，其特征在于，所述第一压力传感器的灵敏度为所需下潜水下深度范围的0.5％；所述双向抽油泵的泵容量为40L/min。9.根据权利要求1所述的一种水下浮力自动调节装置，其特征在于，所述弹性容器材质为耐油的PVC热塑性弹性体材料。10.根据权利要求1-9任何一项所述的一种水下浮力自动调节装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将浮力自动调节装置安装在水下浮力驱动装置上，当起始位置为水下浮力驱动装置在水面上时，浮力自动调节装置的管路系统中的油性液体位于弹性容器中，使水下浮力驱动装置具有正浮力，水下浮力驱动装置浮在水面上，当主控制器接收到命令信号后，再发出指令：打开带高压减压器的电磁阀，通过液压气动蓄能系统中的高压气瓶给充气式蓄能器中的气囊腔内充入指定压力的气体后，第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：于昌利，谢尔盖·彼什涅夫，葛润发，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东,37