[发明专利]可控制浮力系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于将物体锚定在空间中而不需要连接到地面的锚定点的可控制浮力系统。

背景技术

在署名为本申请人的WO 07/036930中描述了一种被适配为当被具有小于空气的特定重力的气体填充时漂浮在空气中的物体，该物体包括中空围绕物，该中空围绕物具有入口，该入口被耦合到压力调整装置，该压力调整装置用于调节该围绕物内部的气体的压力因而确保该围绕物的独自的浮力抵消该物体的重量。建议了大量用于调节该围绕物内部的气体压力的通用方法。因此，根据一个方法，该围绕物是浮力平台的一部分，该浮力平台将物体支撑在空间中并且被建议将气体连接器经由可调整压力阀耦合到该围绕物的入口，因而，可以以受控压力向浮力平台供给气体。通过该装置，可以调整该平台的浮力以便精确地抵消该浮力平台与该依附物体的组合重量，因而当依附不同的物体时允许调整该平台的浮力。

可以使用试验和误差设置可调整压力阀，因而气体压力极其正确以实现用于锚定到该支撑结构或与之集成的物体的浮力。可选择地，可以基于使用的浮力气体、期望的环境条件和要支撑的物体的质量，通知用户提供给浮力支撑结构的合适的气体压力。

还建议使用该中空支撑结构中的弹性膈膜来调整气体压力，并且通过该弹性隔膜的位移来调整该中空支撑结构中的有效气体体积。

虽然当条件被清楚限定并且不受到恒定波动时该装置起作用，但是当环境条件改变时它们不适用于维持恒定高度。具体而言，由于例如气流，WO 07/036930中描述的设备除非被系住否则易于游离。此外，根据不同的环境条件和物体来校准该压力阀的要求可能是不方便的或者可能没有足够的准确性。建议提供遥控推进器以便允许受支撑物体在空间中的受控移动。

美国专利号7,341,224公开了一种具有用于控制垂直移动的电子处理器子系统的微缩机器人监视气球系统。可以使用与气球组件携带并且包括比空气更轻的气体如氦气的气筒控制浮力。在另一个实施方式中，预充气该气球，以便消除将气筒依附到该气球组件的要求。在该情况中，可以增加该气球的有效浮力的唯一方式是扔掉压舱物。并且不管是否提供了外部气筒，可以减小气球的有效浮力的唯一方式是从气球释放气体。在主要要求是将监视系统升高到预先确定高度并且随后将其带回到地面时该方法是可接受的。但是当需要伺服辅助海拔调节时它是不可接受的，因为一旦氦气被释放以便降低浮力，由于氦气的数量不能增加所以没有办法足够地升高浮力。与仅仅提供浮力不同，这是使用氦气来调节浮力的固有问题。此外，当气筒的质量可能大大超过系统的其余部分的质量时对于便携式设备而言携带气筒的要求是不现实的。

US 2006/0065777公开了一种密度控制浮力系统，其具有用于控制阀的处理器，用于允许空气入舱以压缩提升气体的入口阀和用于从舱释放气体以泄压提升气体的出口阀。图3A中显示的飞艇具有坚硬的外壳，该外壳包括提升气体并且包括内弹性舱，该内弹性舱包括可以被调节以控制浮力的空气。控制器控制入口阀和/或泵和出口阀和/或泵的功能和操作以调节气流。

控制器允许在飞艇在飞行员的手动控制之下达到需要的高度之后维持平衡，但是它不能够自动将飞艇非常准确地升高到需要的高度。此外，该操作原理基于密度控制，因而使用外壳内部的提升气体(氦气)与弹性舱内部的空气之间的差分压力来调节气流进出弹性舱以便维持平衡。很显然，当该方法可能对于延伸高度范围上的差分压力可测量的飞艇是可行的，但是压力梯度可忽略的有限高度范围中的使用是不可行的。以观察的角度来看待，在海平面的压力是101325帕并且在5米处是101253帕。在1千米的高度是87836帕并且在10千米的高度是24283帕。因此，虽然海平面与1千米之间的压力梯度显著，但是在5米的高度差上压力差仅仅是72帕，这可能太低而不能作为用于伺服控制系统的实际误差信号。当然，在3米(101282帕)与3.5米(101274帕)上的大气压的差仅仅是8帕并且很显然这不能以作为实际反馈信号。类似地，在飞艇达到目标海拔之后，基于差分压力反馈以±1米的分辨率之内将其维持在该海拔是不可想象的。同样认识到其他环境条件如可以直接或间接用于在高海拔上提供伺服误差信号的温度在低的绝对或差分海拔上不适用。

此外，基于压力变化控制高度允许相对海平面维持高度，但是不容忍地形变化。飞艇对于爬升到足够高的海拔以避开高建筑物和山峦没问题。但是这不适用于相对地面的准确的高度控制。

因此很显然US 2006/0065777无法经受在密闭空间如房间中将物体提升到设定高度或者以在小于1米的准确度以内将物体维持在设定高度。