[发明专利]活塞式浮力调节装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种浮力调节装置，尤其涉及活塞式浮力调节装置。

背景技术

水下机器人以及其他水下装备都需要在水下不同的深度进行工作，因此就需要能对其沉浮运动和深度进行控制。而且水下是一个能量补给困难的环境，因此通过主动的推进方式控制沉浮是不可取的。因此需要浮力调节装置，通过改变浮力的方式来实现沉浮。

已有的浮力调节的方法有机械传动法、主动泵油的方法、抛载法、排水法以及相变法等。普通的机械传动法通过一系列机械传动改变执行部件的位置来改变装置的体积，从而控制沉浮。但因为需要在一段时间内维持装置体积不变，所以传动过程中需要有机械自锁结构。这就导致了整个装置的能量使用效率低下，浪费能量用于克服维持自锁的静摩擦力。主动泵油的方法是通过液压油路将油液泵入油囊，这种方法所使用的液压系统在重量上给装置造成了额外负担，而且液压系统由于渗漏等非线性的存在也会给控制带来额外的困难。抛载法是通过抛去重物，减小自身重力从而控制浮沉状态，然而这一过程是不可逆的，使得装置只能进行一次沉浮。排水法是通过高压气体的释放和压缩改变排出或吸入的水量，高压气体的压缩主要依靠水泵的工作，由于气体压缩过程是非线性的且影响因素很多导致控制困难，且水泵长时间接触海水可靠性低寿命较短。相变法主要是依靠特殊介质在相变过程中的体积变化来调节浮力，然而物体相变是复杂的非线性的热力学过程，且相变产生的气体易压缩，这就使得控制困难。

发明内容

针对现有技术所具有的缺陷，本发明提供了一种活塞式浮力调节装置，是一种使用寿命长，易于控制且低功耗的浮力调节解决方案。用于水下装置的浮沉控制、定深控制等。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种活塞式浮力调节装置，它包括：下舱盖、下法兰块、舱体、正齿轮、正齿轮、电机安装板、电机、上舱盖、皮囊、阀块、电磁阀、软管、缸体、整体式活塞、机架、导套、滚珠丝杠、丝杠螺母、推力球轴承、推力轴承座、深沟球轴承、锁紧螺母、支撑料、密封圈、上法兰块、控制单元、海水压力传感器、油路压力传感器；其中，舱体为管状，其两端外壁上具有外螺纹，上法兰块和下法兰块分别通过螺纹固定联接在舱体的上下两端外壁；下舱盖与舱体之间、上舱盖与舱体之间均设置有密封圈；下舱盖和下法兰块固定联接，上舱盖与上法兰块固定联接；软管的一端穿过上舱盖与皮囊相连；下舱盖具有凸台结构，用来对支撑料进行周向定位；电机通过电机安装板安装在机架上；第一正齿轮和电机输出轴联接，第二正齿轮和滚珠丝杠联接，第一正齿轮和第二正齿轮啮合传动，其传动比为1：1；滚珠丝杠上设置有两个推力球轴承和两个深沟球轴承；深沟球轴承安装于机架下端面的轴承孔中，在深沟球轴承两侧对称设置有两个推力轴承座；两个推力球轴承分别安装在两个推力轴承座内，设置在机架下端的推力球轴承通过锁紧螺母对推力球轴承进行轴向定位，滚珠丝杠在深沟球轴承、推力球轴承和锁紧螺母的约束下只能绕其自身轴旋转；整体式活塞固定在丝杠螺母上，丝杠螺母和滚珠丝杠啮合传动；导套固定联接在机架内；导套为筒状，其内孔形状与整体式活塞的活塞杆形状相同，用来引导整体式活塞的轴向移动和限制整体式活塞的轴向转动；机架上端面具有凸台，与缸体内表面配合，用于缸体的定位，缸体和机架联接；机架与下舱盖之间设置有一个支撑块，支撑块和机架联接；皮囊通过管螺纹联接在上舱盖上，并通过软管的另一端与电磁阀连通；电磁阀通过阀块与缸体相连，所述阀块为内部开有流道的金属块；海水压力传感器、油路压力传感器、电机和电磁阀均与控制单元相连。

所述控制单元包括单片机、电源模块、复位电路、JTAG电路、AD转化模块、时钟电路、外接EEPROM存储器和通讯模块；电源模块与单片机的电源输入管脚相连，复位电路与单片机的复位管脚相连，JTAG电路与单片机的5个IO管脚相连，AD转换模块、时钟电路和外接EEPROM存储器均通过I2C串行总线与单片机的I2C管脚相连，通讯模块通过两个通讯管脚与单片机芯片相连；海水压力传感器和油路压力传感器均与AD转换模块相连，电机和电磁阀均与单片机的输出管脚相连。

本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：

1、采用电磁阀对皮囊内的油液进行锁定替代了自锁螺纹、斜面等传动效率很低的机械式的自锁传动方式，从而提高了能量利用效率，尤其可以延长水中无缆设备的续航。

2、由于采用的是活塞和缸的形式，排油量和排油速度与反馈的活塞的位置和运动速度呈线性关系，使得装置的状态易于控制。

3、本发明把油作为介质并且通过皮囊与水环境隔开，这样可以使运动部件免于腐蚀，从而使得装置使用寿命延长。