一种记忆合金驱动的水下姿态控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种记忆合金驱动的水下姿态控制装置。缸体中空空腔，柱塞装在缸体中间的活动通道内并和活动通道密封连接，柱塞外端面的缸体活动通道内装有储水囊，储水囊经通孔和外界水环境联通，柱塞在活动通道中移动带动储水囊扩张或者收缩；柱塞和缸体周围内壁之间安装连接有可变调整组件；可变调整组件包括记忆合金牵引模块和棘条制动模块，记忆合金牵引模块包括偏置弹簧、牵引记忆合金弹簧、牵引合金丝热交换管，棘条制动模块包括单向齿、棘爪、套筒、复位弹簧、棘条记忆合金弹簧、棘条合金丝热交换管。本发明专利技术可使记忆合金丝相变，牵引可变浮力舱改变浮力，可承受深水压力，不涉及动密封，响应快，能耗低，适用于深水工作环境。

An Underwater Attitude Control Device Driven by Memory Alloy

The invention discloses an underwater attitude control device driven by memory alloy. The cylinder block is hollow, the plunger is installed in the movable passage in the middle of the cylinder block and is sealed with the movable passage. The cylinder block movable passage on the outer end face of the plunger is equipped with a water storage bag. The water storage bag is connected with the external water environment through the through-hole, and the plunger moves in the movable passage to drive the expansion or contraction of the water storage bag. A variable adjustment component is installed between the plunger and the inner wall around the cylinder block; a variable adjustment group is installed. The parts include memory alloy traction module and ratchet brake module. The memory alloy traction module includes bias spring, traction memory alloy spring and heat exchange tube of traction alloy wire. The ratchet brake module includes one-way teeth, ratchet, sleeve, reset spring, ratchet memory alloy spring and ratchet alloy wire heat exchange tube. The invention can change the phase transformation of memory alloy wire, change the buoyancy of traction variable buoyancy chamber, withstand deep water pressure, does not involve dynamic seal, has fast response and low energy consumption, and is suitable for deep water working environment.

【技术实现步骤摘要】
一种记忆合金驱动的水下姿态控制装置
本专利技术涉及了一种水下姿态控制装置，尤其涉及了一种记忆合金驱动的水下姿态控制装置。
技术介绍
水下作业非常危险，所以用水下机器人替代人类在水下长时间作业是最为常见的措施。而为了实现诸如用机械臂水下采样等水下作业，水下机器人需具备最基本的姿态控制功能，即能调整水下机器人因作业或受外力而引起的侧倾运动和俯仰运动。目前，应用最广泛的传统水下姿态控制案例有：通过调整螺旋桨的转速来形成回复力矩；用电机驱动水下装置内部的重物来改变整体重心，形成重力矩；用风机和水泵改变分布在内部的各个平衡舱内气体和水的量，以达到改变重心或浮心，从而形成重力矩或浮力矩等。由于水下装置不同于潜水艇，考虑到方便运输，水下装置应控制其陆地上的质量；考虑到在水下能自由航行，水下装置应控制其体积；考虑到水下能源供给成本高，水下装置应控制其能耗。现有技术缺少了一种适用于深水的低能耗、不需配置重物、更少占用水下装置体积的姿态控制装置。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术所要解决的技术问题是提供了一种记忆合金驱动的水下姿态控制装置，通过特殊的记忆合金驱动结构控制装置水下体积变化，该装置有高效、低能耗、占用体积小、无需配置重物等优势，且可适用于各种深水环境下工作的水下机器人。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术包括可变浮力舱和可变调整组件，所述可变浮力舱包括缸体、柱塞和储水囊，缸体内部中空形成空腔，缸体空腔中间设有活动通道，活动通道外侧壁开设通孔，柱塞装在缸体中间的活动通道内并和活动通道密封连接，柱塞外端面的缸体活动通道内装有储水囊，储水囊的开口密封连接到通孔的内端面，储水囊经通孔和外界水环境联通，柱塞在活动通道中移动带动储水囊扩张或者收缩；柱塞和缸体周围内壁之间安装连接有至少两个可变调整组件。所述可变调整组件包括一个记忆合金牵引模块和一个棘条制动模块，记忆合金牵引模块和棘条制动模块均安装于在可变浮力舱上；所述记忆合金牵引模块包括偏置弹簧、牵引记忆合金弹簧、牵引合金丝热交换管和第一供水驱动系统；柱塞的侧壁径向延伸固定有凸耳结构，偏置弹簧和牵引记忆合金弹簧平行安装在缸体靠近通孔一侧方向的内壁和凸耳结构之间，偏置弹簧和牵引记忆合金弹簧轴向均沿柱塞在活动通道的移动方向安装，牵引合金丝热交换管包裹在牵引记忆合金弹簧外，第一供水驱动系统固定在缸体内壁；第一供水驱动系统向牵引合金丝热交换管供冷/热水来驱动牵引记忆合金弹簧的伸缩变形，进而经凸耳结构带动柱塞在活动通道内移动。所述棘条制动模块包括单向齿、棘爪、套筒、复位弹簧、棘条记忆合金弹簧、棘条合金丝热交换管、第二供水驱动系统；套筒固定在缸体上，套筒侧壁开孔用于穿设布置棘条合金丝热交换管，套筒内安装棘爪，柱塞的侧壁表面设有用于和棘爪配合的单向齿结构；复位弹簧和棘条记忆合金弹簧平行安装在套筒内壁和棘爪之间，偏置弹簧和棘条记忆合金弹簧轴向均垂直于柱塞在活动通道的移动方向安装，棘条合金丝热交换管包裹在棘条记忆合金弹簧外，第二供水驱动系统固定在缸体内壁，第二供水驱动系统向棘条合金丝热交换管供冷/热水来驱动棘条记忆合金弹簧的伸缩变形，进而带动棘爪在套筒内的移动，控制棘爪和单向齿之间啮合或者分离。在偏置弹簧处于压缩状态时安装上牵引记忆合金弹簧，使得处于压缩状态的偏置弹簧/复位弹簧在牵引记忆合金弹簧不提供压力时辅助推动柱塞，使得储水囊膨胀。所述的柱塞根据水下安装环境调整不同的形态。所述的柱塞和缸体周围内壁之间安装连接有多个可变调整组件，多个可变调整组件以柱塞中心轴圆周间隔均布布置。所述的牵引记忆合金弹簧/棘条记忆合金弹簧均为单程记忆合金弹簧，仅记忆高温下的形状。本专利技术可使记忆合金丝相变，从而牵引可变浮力舱改变浮力；水下装置下潜工作时，外界水压一般大于舱内气压，因此与外界联通的储水囊有膨胀趋势，特设计棘条制动模块，基于单向齿和棘爪的啮合，可承受深水压力。本专利技术的有益效果如下：1.本专利技术采用内置热泵的供水驱动系统来驱动记忆合金丝牵引浮力舱，而热泵系统的制热效率永远大于100％，最高可达200％-300％，电机将电能转化机械能的效率一般在60％上下，因此，相比于传统电机驱动，本专利技术具有能量转化率高、低能耗等特点；2.本专利技术所述记忆合金弹簧相变产生的牵引力非常大，通过冷热水强制换热，效率高，且浮力舱可在短时间内完成控制单元的命令，减少了本专利技术的响应时间；3.本专利技术设有棘条制动模块，整个装置能承受深水压力，可在深水环境正常工作；4.本专利技术采用储水囊的设计隔绝外部水域和装置内部，无需做动密封设计，故整体密封处理简单且密封性好。本专利技术装置不涉及动密封，故密封处理简单，记忆合金的热驱动响应快，能耗低，适用于深水工作环境。附图说明图1为本专利技术装置结构的总体示意图；图2为本专利技术棘条制动模块局部放大示意图；图3为本专利技术储水囊4膨胀收缩状态示意图。附图中各标记的部件如下：1是缸体、2是偏置弹簧、3是柱塞、4是储水囊、5是牵引合金丝热交换管、6是牵引记忆合金弹簧、7是第一供水驱动系统、8是棘条制动模块、9是单向齿、10是棘爪、11是套筒、12是复位弹簧、13是第二供水驱动系统；29是棘条记忆合金弹簧、30是棘条合金丝热交换管。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。如图1所示，本专利技术具体实施包括可变浮力舱和可变调整组件，可变浮力舱包括缸体1、柱塞3和储水囊4，缸体1内部中空形成空腔，缸体1空腔中间设有用于柱塞3直线活动的活动通道，活动通道并未贯通延伸到缸体1两端，活动通道外侧壁开设和外界相通的通孔，柱塞3装在缸体1中间的活动通道内并和活动通道密封连接，柱塞3外端面的缸体1活动通道内装有储水囊4，储水囊4的开口密封连接到通孔的内端面，储水囊4经通孔和外界水环境联通，柱塞3在活动通道中轴向移动带动储水囊4扩张或者收缩；柱塞3和缸体1周围内壁之间安装连接有多个可变调整组件，多个可变调整组件以柱塞3中心轴圆周间隔均布布置。如图1所示，可变调整组件包括一个记忆合金牵引模块和一个棘条制动模块，记忆合金牵引模块和棘条制动模块均安装于在可变浮力舱上；记忆合金牵引模块包括偏置弹簧2、牵引记忆合金弹簧6、牵引合金丝热交换管5和第一供水驱动系统7；柱塞3的侧壁径向延伸固定有凸耳结构，凸耳结构垂直于柱塞3在活动通道的移动方向延伸，偏置弹簧2和牵引记忆合金弹簧6平行安装在缸体1靠近通孔一侧方向的内壁和凸耳结构之间，偏置弹簧2和牵引记忆合金弹簧6轴向均沿柱塞3在活动通道的移动方向安装，具体实施中牵引记忆合金弹簧6两端通过铰链固定在缸体1和柱塞3凸耳结构上，牵引合金丝热交换管5包裹在牵引记忆合金弹簧6外，第一供水驱动系统7固定在缸体1内壁；第一供水驱动系统7向牵引合金丝热交换管5供冷/热水来驱动牵引记忆合金弹簧6的伸缩变形，如图3所示，进而经凸耳结构带动柱塞3在活动通道内移动。如图2所示，棘条制动模块8包括单向齿9、棘爪10、套筒11、复位弹簧12、棘条记忆合金弹簧29、棘条合金丝热交换管30、第二供水驱动系统13；套筒11固定在缸体1上，套筒11侧壁开孔用于穿设布置棘条合金丝热交换管30，套筒11内安装棘爪10，柱塞3的侧壁表面设有用于和棘爪10配合的单向齿9结构；复位弹簧12和棘条记忆合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种记忆合金驱动的水下姿态控制装置，其特征在于：包括可变浮力舱和可变调整组件，所述可变浮力舱包括缸体(1)、柱塞(3)和储水囊(4)，缸体(1)内部中空形成空腔，缸体(1)空腔中间设有活动通道，活动通道外侧壁开设通孔，柱塞(3)装在缸体(1)中间的活动通道内并和活动通道密封连接，柱塞(3)外端面的缸体(1)活动通道内装有储水囊(4)，储水囊(4)的开口密封连接到通孔的内端面，储水囊(4)经通孔和外界水环境联通，柱塞(3)在活动通道中移动带动储水囊(4)扩张或者收缩；柱塞(3)和缸体(1)周围内壁之间安装连接有至少两个可变调整组件。

【技术特征摘要】
1.一种记忆合金驱动的水下姿态控制装置，其特征在于：包括可变浮力舱和可变调整组件，所述可变浮力舱包括缸体(1)、柱塞(3)和储水囊(4)，缸体(1)内部中空形成空腔，缸体(1)空腔中间设有活动通道，活动通道外侧壁开设通孔，柱塞(3)装在缸体(1)中间的活动通道内并和活动通道密封连接，柱塞(3)外端面的缸体(1)活动通道内装有储水囊(4)，储水囊(4)的开口密封连接到通孔的内端面，储水囊(4)经通孔和外界水环境联通，柱塞(3)在活动通道中移动带动储水囊(4)扩张或者收缩；柱塞(3)和缸体(1)周围内壁之间安装连接有至少两个可变调整组件。2.根据权利要求1所述的一种记忆合金驱动的水下姿态控制装置，其特征在于：所述可变调整组件包括一个记忆合金牵引模块和一个棘条制动模块，记忆合金牵引模块和棘条制动模块均安装于在可变浮力舱上；所述记忆合金牵引模块包括偏置弹簧(2)、牵引记忆合金弹簧(6)、牵引合金丝热交换管(5)和第一供水驱动系统(7)；柱塞(3)的侧壁径向延伸固定有凸耳结构，偏置弹簧(2)和牵引记忆合金弹簧(6)平行安装在缸体(1)靠近通孔一侧方向的内壁和凸耳结构之间，偏置弹簧(2)和牵引记忆合金弹簧(6)轴向均沿柱塞(3)在活动通道的移动方向安装，牵引合金丝热交换管(5)包裹在牵引记忆合金弹簧(6)外，第一供水驱动系统(7)固定在缸体(1)内壁；第一供水驱动系统(7)向牵引合金丝热交换管(5)供冷/热水来驱动牵引记忆合金弹簧(6)的伸缩变形，进而经凸耳结构带动柱塞(3)在活动通道内移动；所述棘条制动模块(8)包括单向齿(9)、棘爪(10)、套筒(11)、复位弹簧(12)、棘条记忆合金弹簧(29)、棘条合金丝热交换管(30...

【专利技术属性】
技术研发人员：王林翔，应子翔，胡宇天，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33