一種水下機(jī)器人自排油式浮力調(diào)節(jié)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種浮力調(diào)節(jié)裝置，尤其涉及一種水下機(jī)器人自排油式浮力調(diào)節(jié)
目.ο
【背景技術(shù)】
[0002]水下機(jī)器人以及其他水下裝備都需要在水下不同的深度進(jìn)行工作，因此就需要能對其沉浮運(yùn)動和深度進(jìn)行控制。而且水下是一個能量補(bǔ)給困難的環(huán)境，因此通過主動的推進(jìn)方式控制沉浮是不可取的。因此需要浮力調(diào)節(jié)裝置，通過改變浮力的方式來實現(xiàn)沉浮。
[0003]已有的浮力調(diào)節(jié)的方法有機(jī)械傳動法、主動栗油的方法、拋載法、排水法以及相變法等。
[0004]機(jī)械傳動法通過一系列機(jī)械傳動改變執(zhí)行部件的位置來改變裝置的體積，從而控制沉浮。但因為需要在一段時間內(nèi)維持裝置體積不變，所以傳動過程中需要有機(jī)械自鎖結(jié)構(gòu)。這就導(dǎo)致了整個裝置的能量使用效率低下，浪費(fèi)能量用于克服維持自鎖的靜摩擦力。同時，機(jī)械傳動法因為需要有傳動零件，所以與其他方法相比改變相同的浮力需要更重的機(jī)體重量和更大的裝置體積。另外，通過活塞機(jī)械部件的執(zhí)行操作是剛體與剛體之間位置的變化，這使得在水下受壓的情況下密封問題變得相對其他方法更難解決，降低了裝置的可靠性。比如現(xiàn)有的一大類活塞式浮力調(diào)節(jié)裝置基本原理都是電機(jī)通過螺桿等方式傳動以驅(qū)動活塞改變活塞缸內(nèi)液體(可能是海水也可能是油)體積。這種方式活塞和缸壁之間反復(fù)運(yùn)動下的密封問題會使整個裝置變得不可靠。
[0005]主動栗油的方法是通過液壓油路將油液栗入油囊，通過改變油囊體積改變排水體積，進(jìn)而改變浮力。這種方法也和機(jī)械傳動法一樣也需要解決裝置在一段時間內(nèi)維持體積不變的鎖止能力。因此傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)都有復(fù)雜的閥路系統(tǒng)，增加了裝置的重量和體積。同時，現(xiàn)有的所有油路都在排油時做功的，也即被動排油，并依據(jù)選用的是單向栗和雙向栗，可以分為主動回油和被動回油。被動排油主動回油方案的問題在于當(dāng)深度較淺外界壓力小于流道流阻時主動回油會失效。被動排油被動回油方案的問題在于需要使用雙向栗，相同壓力流量的雙向栗在成本重量體積上都高于單向栗，而回油和排油時都要開啟液壓栗導(dǎo)致更加耗能，且雙向栗正反轉(zhuǎn)不能快速切換，影響控制性能。
[0006]拋載法是通過拋去重物，減小自身重力從而控制浮沉狀態(tài)，然而這一過程是不可逆的，使得裝置只能進(jìn)行一次沉浮。排水法是通過高壓氣體的釋放和壓縮改變排出或吸入的水量，高壓氣體的壓縮主要依靠水栗的工作，由于氣體壓縮過程是非線性的且影響因素很多導(dǎo)致控制困難，且水栗長時間接觸海水可靠性低壽命較短。相變法主要是依靠特殊介質(zhì)在相變過程中的體積變化來調(diào)節(jié)浮力，然而物體相變是復(fù)雜的非線性的熱力學(xué)過程，且相變產(chǎn)生的氣體易壓縮，這就使得控制困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)所具有的缺陷，本實用新型提供了一種水下機(jī)器人自排油式浮力調(diào)節(jié)裝置，是一種工作穩(wěn)定，易于控制，可以實現(xiàn)排油回油快速切換，低功耗且結(jié)構(gòu)緊湊重量輕體積小的浮力調(diào)節(jié)解決方案。用于水下裝置的浮沉控制、定深控制等。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案如下:一種水下機(jī)器人自排油式浮力調(diào)節(jié)裝置，包括:蓄能器、下艙蓋、下閥塊、液控單向閥、上閥塊、栗口壓力傳感器、蓄能器壓力傳感器、深度壓力傳感器、液壓栗電機(jī)總成、換向閥、溢流閥、控制板、艙筒、上艙蓋、皮囊、防水接頭和上位機(jī);其中，
[0009]所述蓄能器、下艙蓋、艙筒、上艙蓋和皮囊依次固定連接，防水接頭固定連接在上艙蓋上；
[0010]所述深度壓力傳感器安裝在下艙蓋上，用于檢測水下深度壓力;上閥塊、液控單向閥和下閥塊通過管路依次相連，下閥塊固定在下艙蓋上；
[0011]所述栗口壓力傳感器和蓄能器壓力傳感器均安裝于下閥塊上;換向閥與上閥塊通過管路相連;液壓栗電機(jī)總成和溢流閥均通過管路與下閥塊相連；
[0012]所述深度壓力傳感器、栗口壓力傳感器和蓄能器壓力傳感器均與控制板相連;控制板通過防水接頭分別與外部電源和上位機(jī)相連。
[0013]進(jìn)一步的，所述下閥塊上表面開有下閥塊第十油口、下閥塊第十一油口和下閥塊第十二油口；下閥塊的側(cè)面開有下閥塊第二油口、下閥塊第三油口、下閥塊第四油口、下閥塊第五油口、下閥塊第六油口、下閥塊第七油口、下閥塊第八油口和下閥塊第九油口；在下閥塊下表面開有下閥塊第一油口；下閥塊內(nèi)部有流道，下閥塊第二油口、下閥塊第三油口、下閥塊第九油口、下閥塊第十二油口通過流道相連;下閥塊第一油口、下閥塊第七油口、下閥塊第八油口、下閥塊第十一油口通過流道相連;下閥塊第四油口、下閥塊第五油口、下閥塊第六油口、下閥塊第十油口通過流道相連；
[0014]下閥塊第一油口通過下艙蓋與蓄能器相連；下閥塊第二油口與液壓栗總成的排油口相連，下閥塊第三油口與溢流閥的進(jìn)油口相連，下閥塊第四油口與溢流閥的出油口相連，下閥塊第五油口與液壓栗總成的回油口相連，下閥塊第六油口與皮囊相連;下閥塊第七油口、下閥塊第八油口和下閥塊第九油口均封死;下閥塊第十油口與液控單向閥的回油口相連，下閥塊第十一油口與液控單向閥的第一工作口相連，下閥塊第十二油口和液控單向閥的進(jìn)油口相連。
[0015]進(jìn)一步的，所述上閥塊上表面開有上閥塊第一油口、上閥塊第二油口、上閥塊第三油口、上閥塊第四油口；其中，換向閥的第二工作口通過上閥塊第一油口與液控單向閥的第二工作口相連，換向閥的出油口通過上閥塊第二油口與液控單向閥的回油口相連，換向閥的第一工作口通過上閥塊第三油口與液控單向閥的第一工作口相連，換向閥的進(jìn)油口通過上閥塊第四油口與液控單向閥的進(jìn)油口相連。
[0016]進(jìn)一步的，控制板包括:第一電源模塊、第二電源模塊、通訊驅(qū)動模塊、參考電壓穩(wěn)壓模塊、第一濾波模塊、第二濾波模塊、第三濾波模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊和單片機(jī);其中，所述第一電源模塊將外部12V電源轉(zhuǎn)成控制板內(nèi)部12V電源;第二電源模塊將控制板內(nèi)部12V電源轉(zhuǎn)5V電源，為單片機(jī)供電；第一電源模塊分別與第二電源模塊和參考電壓穩(wěn)壓模塊相連;栗口壓力傳感器、蓄能器壓力傳感器、深度壓力傳感器、液壓栗總成、換向閥的電源輸入端均與第二電源模塊相連;深度壓力傳感器的信號線與第一濾波模塊相連;栗口壓力傳感器的信號線與第二濾波模塊相連;蓄能器壓力傳感器的信號線與第三濾波模塊相連;第一濾波模塊、第二濾波模塊、第三濾波模塊、參考電壓穩(wěn)壓模塊均與AD轉(zhuǎn)換模塊相連;AD轉(zhuǎn)換模塊與單片機(jī)的輸入端相連;液壓栗總成、換向閥的控制線均與單片機(jī)的輸出端相連;通訊驅(qū)動模塊與單片機(jī)相連;第一電源模塊通過防水接頭的電源線與外部電源相連;通訊驅(qū)動模塊通過防水接頭的信號線與上位機(jī)相連。
[0017]本實用新型與【背景技術(shù)】相比，具有的有益效果是:
[0018]1、采用完全的液壓方案，除了栗和電機(jī)沒有運(yùn)動部件，所有關(guān)鍵密封都采用靜密封，相對機(jī)械傳動方法有更高的密封可靠性，并獲得了更長的壽命。
[0019]2、利用蓄能器的特點(diǎn)，實現(xiàn)主動排油被動回油，在達(dá)到降低能耗提高能源利用率的同時還避免了當(dāng)深度較淺外界壓力小于流道流阻時主動回油失效的問題。相對于現(xiàn)有液壓解決方案來說，既延長了水中續(xù)航時間，又增加了穩(wěn)定性，同時又可實現(xiàn)排油回油兩種狀態(tài)的快速切換。且使用蓄能器這一標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品降低了整個裝置的成本和供應(yīng)難度。
[0020]3、通過使用換向閥、溢流閥，簡化了油路;且通過使用液控單向閥并搭建與其配合的自鎖油路，在不影響功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)上減少了蓄能器在油路內(nèi)部的泄漏，并提高了安全性;并且通過對閥塊的集成設(shè)計減小了油路裝配總體積，使裝置變得緊湊。
【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型的外形不意圖；
[0022]圖2為本實用新型(除油管)的軸測爆炸裝配示意圖；
[0023]圖3為本實用新型的下艙蓋剖切外形示意圖；
[0024]圖4為本實用新型的上艙蓋剖切外形示意圖；
[0025]圖5為本實用新型的艙筒剖切外形示意圖；
[0026]圖6為本實用新型的下閥塊外形示意圖；
[0027]圖7為本實用新型的下閥塊剖切俯視圖；
[0028]圖8為本實用新型的上閥塊剖切外形示意圖；
[0029]圖9為本實用新型的控制板各模塊連接框圖；
[0030]圖10為本實用新型的工作原理圖；
[0031 ]圖11為本實用新型的液壓油路連接圖；
[0032]圖中，蓄能器1、下艙蓋2、下閥塊3、液控單向閥4、上閥塊5、第一油管接頭6、第二油管接頭7、第三油管接頭8、第四油管接頭9、第五油管接頭10、第六油管接頭11、第七油管接頭12、第八油管接頭13、第九油管接頭14、第十油管接頭15、第一油路堵頭16、第二油路堵頭17、第