[實用新型]一種活塞式浮力調(diào)節(jié)裝置

有效

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• 申請日: 2015-04-16
• 公開（公告）號: CN204737017U
• 公開（公告）日: 2015-11-04
• 發(fā)明（設計）人: 康昌霖;周春琳
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: B63G8/14
• 分類號: B63G8/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

技術(shù)領域

本實用新型涉及一種浮力調(diào)節(jié)裝置，尤其涉及一種活塞式浮力調(diào)節(jié)裝置。

背景技術(shù)

水下機器人以及其他水下裝備都需要在水下不同的深度進行工作，因此就需要能對其沉浮運動和深度進行控制。而且水下是一個能量補給困難的環(huán)境，因此通過主動的推進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。

已有的浮力調(diào)節(jié)的方法有機械傳動法、主動泵油的方法、拋載法、排水法以及相變法等。普通的機械傳動法通過一系列機械傳動改變執(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械自鎖結(jié)構(gòu)。這就導致了整個裝置的能量使用效率低下，浪費能量用于克服維持自鎖的靜摩擦力。主動泵油的方法是通過液壓油路將油液泵入油囊，這種方法所使用的液壓系統(tǒng)在重量上給裝置造成了額外負擔，而且液壓系統(tǒng)由于滲漏等非線性的存在也會給控制帶來額外的困難。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泵的工作，由于氣體壓縮過程是非線性的且影響因素很多導致控制困難，且水泵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，然而物體相變是復雜的非線性的熱力學過程，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

針對現(xiàn)有技術(shù)所具有的缺陷，本實用新型提供了一種活塞式浮力調(diào)節(jié)裝置，是一種使用壽命長，易于控制且低功耗的浮力調(diào)節(jié)解決方案。用于水下裝置的浮沉控制、定深控制等。

為了達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案如下：

一種活塞式浮力調(diào)節(jié)裝置，它包括：下艙蓋、下法蘭塊、艙體、正齒輪、正齒輪、電機安裝板、電機、上艙蓋、皮囊、閥塊、電磁閥、軟管、缸體、整體式活塞、機架、導套、滾珠絲杠、絲杠螺母、推力球軸承、推力軸承座、深溝球軸承、鎖緊螺母、支撐料、密封圈、上法蘭塊、控制單元、海水壓力傳感器、油路壓力傳感器；其中，艙體為管狀，其兩端外壁上具有外螺紋，上法蘭塊和下法蘭塊分別通過螺紋固定聯(lián)接在艙體的上下兩端外壁；下艙蓋與艙體之間、上艙蓋與艙體之間均設置有密封圈；下艙蓋和下法蘭塊固定聯(lián)接，上艙蓋與上法蘭塊固定聯(lián)接；軟管的一端穿過上艙蓋與皮囊相連；下艙蓋具有凸臺結(jié)構(gòu)，用來對支撐料進行周向定位；電機通過電機安裝板安裝在機架上；第一正齒輪和電機輸出軸聯(lián)接，第二正齒輪和滾珠絲杠聯(lián)接，第一正齒輪和第二正齒輪嚙合傳動，其傳動比為1：1；滾珠絲杠上設置有兩個推力球軸承和兩個深溝球軸承；深溝球軸承安裝于機架下端面的軸承孔中，在深溝球軸承兩側(cè)對稱設置有兩個推力軸承座；兩個推力球軸承分別安裝在兩個推力軸承座內(nèi)，設置在機架下端的推力球軸承通過鎖緊螺母對推力球軸承進行軸向定位，滾珠絲杠在深溝球軸承、推力球軸承和鎖緊螺母的約束下只能繞其自身軸旋轉(zhuǎn)；整體式活塞固定在絲杠螺母上，絲杠螺母和滾珠絲杠嚙合傳動；導套固定聯(lián)接在機架內(nèi)；導套為筒狀，其內(nèi)孔形狀與整體式活塞的活塞桿形狀相同，用來引導整體式活塞的軸向移動和限制整體式活塞的軸向轉(zhuǎn)動；機架上端面具有凸臺，與缸體內(nèi)表面配合，用于缸體的定位，缸體和機架聯(lián)接；機架與下艙蓋之間設置有一個支撐塊，支撐塊和機架聯(lián)接；皮囊通過管螺紋聯(lián)接在上艙蓋上，并通過軟管的另一端與電磁閥連通；電磁閥通過閥塊與缸體相連，所述閥塊為內(nèi)部開有流道的金屬塊；海水壓力傳感器、油路壓力傳感器、電機和電磁閥均與控制單元相連。

所述控制單元包括單片機、電源模塊、復位電路、JTAG電路、AD轉(zhuǎn)化模塊、時鐘電路、外接EEPROM存儲器和通訊模塊；電源模塊與單片機的電源輸入管腳相連，復位電路與單片機的復位管腳相連，JTAG電路與單片機的5個IO管腳相連，AD轉(zhuǎn)換模塊、時鐘電路和外接EEPROM存儲器均通過I2C串行總線與單片機的I2C管腳相連，通訊模塊通過兩個通訊管腳與單片機芯片相連；海水壓力傳感器和油路壓力傳感器均與AD轉(zhuǎn)換模塊相連，電機和電磁閥均與單片機的輸出管腳相連。

本實用新型與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是：

1、采用電磁閥對皮囊內(nèi)的油液進行鎖定替代了自鎖螺紋、斜面等傳動效率很低的機械式的自鎖傳動方式，從而提高了能量利用效率，尤其可以延長水中無纜設備的續(xù)航。

2、由于采用的是活塞和缸的形式，排油量和排油速度與反饋的活塞的位置和運動速度呈線性關系，使得裝置的狀態(tài)易于控制。