一种水下机器人用浮力均衡机构制造技术

本发明专利技术公开了一种水下机器人用浮力均衡机构，包括外壳、外油囊、活塞式内油囊，所述外油囊环绕外壳外壁设置，所述活塞式内油囊设置在外壳内腔且外壁与外壳的内腔壁密封滑动连接；所述外油囊通过调节系统与活塞式内油囊连通并调节外油囊和活塞式内油囊内的油量。本发明专利技术提供的浮力均衡机构可解决水下机器人浮力状态不稳定导致整体性能受影响和浮力调节装置功耗较大的问题，具有结构简单、工作可靠、高效率、回油无动力、广泛适应的特点。广泛适应的特点。广泛适应的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种水下机器人用浮力均衡机构


[0001]本专利技术涉及水下机器人浮力均衡机构，具体地说是一种布置于浮心位置用于均衡水下机器人浮力状态的机构。

技术介绍

[0002]水下机器人作为一种水下测量、工作平台，是人类探索海洋最重要的手段，已经广泛应用在海洋科学研究、海洋工程、海洋资源勘探、救援打捞，海底探测、海洋生物研究与追踪等领域。
[0003]现有浮力调节机制调节能力不足，使航行器航行过程中阻力增大，能量消耗提升并且不利于提高AUV的机动性能。仿造海洋生物的浮力调节机制，在AUV(自主式水下航行器)上装备可以实现主动水域自适应的浮力调节系统，系统通过传感器主动测量外部水域参数的变化，并通过传感器测量结果，自动调整由于水域环境不同海水密度变化造成的重力与浮力差值的改变，这样可以有效的避免系统依靠操舵克服重力与浮力差值改变的问题，从而减小了整个航行过程的阻力，直接节省了系统的能源。另外，通常为确保AUV的安全在配平时使AUV具有一定的正浮力，但该正浮力也需要通过操舵来克服，而需要消耗额外能量，装备主动水域浮力自适应调节系统后，AUV可在中性状态下航行，完成任务后重新调成正浮力，而不必在航行过程中的额外操舵，从而减少航行的阻力。航行过程中浮力驱动系统是断续工作，且浮力调节系统功率较小，其能耗量相对于克服浮力改变的能耗要小的多。不仅如此，采用浮力调节系统还可以提高AUV的机动性能。
[0004]通常水下机器人在作业工程中要保持稳定的浮力状态，如中性浮力状态，以保证正常稳定的工作状态。然而，海水密度会随着深度变化而发生变化，水下机器人的浮力状态也会随之变化，进而影响水下机器人的运动状态。水下机器人通常由固体材料组成，比海水更加难以压缩，由于水下机器人与海水压缩率的不匹配，造成水下机器人的驱动浮力不断减小，使其在运行过程中需要额外消耗能源来克服海水密度变化的影响。因此研究模块化，结构紧凑、稳定可靠的水下机器人用浮力调节装置，对提高水下机器人整体性能具有重要作用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种结构简单、工作可靠、高效率、回油无动力的水下机器人用被动排油式浮力均衡机构，可解决水下机器人浮力状态不稳定导致整体性能受影响和浮力调节装置功耗较大的问题。水下机器人需要下潜时，浮力调节装置利用外界的压力将液压油压回活塞式内油囊，进而实现无动力回油的目的。该浮力均衡机构通过调节水下机器人的排水体积实现对水下机器人浮力状态的调节。
[0006]本专利技术专利与现已专利技术的浮力均衡机构相较，在浮力调节方面，为被动回油方式，被动回油方式是由于AUV在海下受到外界强压作用，根据外界强压作用下等比例的被动回油，因此此调节过程无能耗，能够降低AUV在浮力调节过程中的能耗。此外本专利技术采用了一
种变径筒的方式，并布置于AUV舯段，是一种新型的布局方式，能够降低调节过程对AUV姿态的影响。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0008]一种水下机器人用浮力均衡机构，包括外壳、外油囊、活塞式内油囊，所述外油囊环绕外壳外壁设置，所述活塞式内油囊设置在外壳内腔且外壁与外壳的内腔壁密封滑动连接；所述外油囊通过调节系统与活塞式内油囊连通并调节外油囊和活塞式内油囊内的油量。
[0009]优选地，所述外壳耐压，且尾部直径渐扩；所述均衡机构设置于水下机器人浮心位置；所述外壳外部还罩设有浮力材料。
[0010]优选地，所述活塞式内油囊、外油囊及壳体均为回转体，且三者同轴设置。
[0011]优选地，所述调节系统包括出油系统和回油系统，所述出油系统包括微型超高压柱塞泵、单向阀，所述回油系统包括两个截止式电磁阀、低压隔膜泵、高压缝隙式节流阀；
[0012]活塞式内油囊内油液通过微型超高压柱塞泵及单向阀流向外油囊的油路为出油油路；
[0013]从外油囊依次通过截止式电磁阀及高压缝隙式节流阀流向活塞式内油囊的油路为低压回油油路；从外油囊内依次通过另一截止式电磁阀及高压缝隙式节流阀流向活塞式内油囊的油路为高压回油油路；
[0014]所述出油油路、低压回油油路、高压回油油路为并联。
[0015]优选地，还包括直流组合电机、联轴器钟罩、联轴器，所述直流组合电机通过联轴器连接并驱动微型超高压柱塞泵运动；所述联轴器外设置联轴器钟罩。
[0016]优选地，所述微型超高压柱塞泵吸油口设置储油舱；所述储油舱为微型超高压柱塞泵和联轴器之间壳体所罩设的腔室；所述储油舱通过管道连通活塞式内油囊。
[0017]优选地，所述微型超高压柱塞泵出口连通单向阀，所述单向阀连通外油囊。
[0018]优选地，所述外油囊通过高压接头及液压管路，一路依次连通截止式电磁阀、高压缝隙式节流阀连接至活塞式内油囊；另一路依次连通另一截止式电磁阀、低压隔膜泵连接至活塞式内油囊。
[0019]优选地，所述单向阀、两个截止式电磁阀、高压缝隙式节流阀、低压隔膜泵的接口集成至液压阀块。
[0020]优选地，所述活塞式内油囊上设有直线电位计，用于实时反馈浮力调节量。
[0021]本专利技术具有以下有益效果及优点：
[0022]1.本专利技术涉及的水下机器人用浮力均衡机构布置于水下机器人的浮心位置，通过内外油囊间油量的调整实现水下机器人浮力状态的改变，活塞式内油囊与外油囊同轴心，因此消除了由于浮力状态调整导致水下机器人俯仰姿态的变化，排油和回油过程中，通过内外油囊的压力差来自动调节油液流向，不需要额外消耗水下机器人的能量，因而节约了能源。
[0023]2.本专利技术由直流电机组合驱动一个微型超高压柱塞泵，为了提高柱塞泵的吸油效率，单独在柱塞泵吸油口设计了一个储油舱，通过微型超高压柱塞泵的旋转实现排油，进而增加水下机器人的浮力，结构简单，效率高，噪声低，安全可靠。
[0024]3.本专利技术由截止式电磁换向阀控制回油油路的开启和关闭，在低压工况下通过隔
膜泵实现主动回油，在高压工况下通过高压缝隙式节流阀借助外界压力实现无动力回油，进而减小水下机器人的浮力，结构简单，功耗小，安全可靠，可以在不同深度回油。
[0025]4.本专利技术通过直线电位计可实时地读取活塞式内油囊液压油的容量，可方便控制调节量。
[0026]5.本专利技术浮力调节能力大，通过调整内、外油囊容积，即可灵活调整最大浮力调节量。
[0027]本专利技术不限于在水下滑翔机及AUV上应用，对于各种需要浮力调节或者浮力驱动的水下机器人本专利技术同样具有较好的效果。
附图说明
[0028]图1是本专利技术的原理示意图；
[0029]图2是本专利技术在水下机器人上的布置位置示意图；
[0030]图3为本专利技术浮力均衡机构的结构示意图；
[0031]图4为本专利技术浮力均衡机构中调节系统结构示意图；
[0032]图5为本专利技术浮力均衡机构中调节系统平面分布示意图；
[0033]图6为本专利技术调节系统中驱动装置结构示意图；
[0034]图7为本专利技术调节系统中调节装置结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下机器人用浮力均衡机构，其特征在于，包括外壳(1)、外油囊(2)、活塞式内油囊(17)，所述外油囊(2)环绕外壳(1)外壁设置，所述活塞式内油囊(17)设置在外壳(1)内腔且外壁与外壳(1)的内腔壁密封滑动连接；所述外油囊(2)通过调节系统与活塞式内油囊(17)连通并调节外油囊(2)和活塞式内油囊(17)内的油量。2.如权利要求1所述的一种水下机器人用浮力均衡机构，其特征在于，所述外壳(1)耐压，且尾部直径渐扩；所述均衡机构设置于水下机器人浮心位置；所述外壳(1)外部还罩设有浮力材料。3.如权利要求1所述的一种水下机器人用浮力均衡机构，其特征在于，所述活塞式内油囊(17)、外油囊(2)及壳体均为回转体，且三者同轴设置。4.如权利要求1所述的一种水下机器人用浮力均衡机构，其特征在于，所述调节系统包括出油系统和回油系统，所述出油系统包括微型超高压柱塞泵(12)、单向阀(6)，所述回油系统包括两个截止式电磁阀(8)、低压隔膜泵(9)、高压缝隙式节流阀(7)；活塞式内油囊(17)内油液通过微型超高压柱塞泵(12)及单向阀(6)流向外油囊(2)的油路为出油油路；从外油囊(2)依次通过截止式电磁阀(8)及高压缝隙式节流阀(7)流向活塞式内油囊(17)的油路为低压回油油路；从外油囊(2)内依次通过另一截止式电磁阀(8)及高压缝隙式节流阀(7)流向活塞式内油囊(17)的油路为高压回油油路；所述出油油路、低压回油油路、高压回油油路为并联。5.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞建成，黄琰，肖丽娜，王振宇，庞云天，乔佳楠，谢宗伯，王冰，王富海，杨全凯，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：