[發明專利]一種深海水下機器人剩余浮力被動消除裝置

有效

• 申請號: 202010050457.9
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111216857B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 李岳明;王小平;張國成;曹建;孫玉山;李曄;張磊;莊佳園
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B63C11/52
• 分類號: B63C11/52;B63G8/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種深海水下機器人剩余浮力被動消除裝置，屬于水下機器人技術領域，裝置主體包括氣囊、底板、閥、密封裝置、壓載固定螺栓、壓載防脫桿、壓載，可壓縮氣囊與底板一側粘接，并且在底板另一側具有水、氣兩個通路及相應的閥和密封裝置，壓載固定螺栓與底板相連，壓載可安裝到壓載固定螺栓并通過壓載防脫桿防止壓載松脫，裝置主體可通過固定孔安裝到機器人載體上。本發明可實現無需任何外部控制的條件下，在預定深度被動地損失定量的浮力，消除深海水下機器人載體增加的剩余浮力，同時不破壞水下機器人在海面的正浮狀態，并且浮力消除量可根據工作水深在機器人下水前進行調整，結構簡單、使用方便。

技術領域

本發明涉及一種零消耗浮力調節裝置，尤其涉及一種深海水下機器人剩余浮力被動消除裝置，屬于水下機器人的浮力調節領域。

背景技術

水下機器人廣泛應用于海洋科考、海洋資源調查、海洋工程，特別是深海水下機器人已經成為人類探索海洋的重要工具。水下機器人在水下作業時，相比于水面海水密度增加以及機器人載體壓縮，機器人所受的浮力會產生變化，會導致重力與浮力不平衡。一般深海水下機器人在工作深度浮力略大于重力，即產生剩余浮力，剩余浮力會影響載體垂向控制效果，為了保證深海水下機器人作業效果，需要通過一定手段來消除剩余浮力。

目前，消除剩余浮力主要有兩種方式，一種是采用動力方式，通過執行機構產生向下的推力，或者機器人載體航行過程中產生向下的水動力，達到垂向受力平衡；另一種方式是減小機器人載體的排水體積或增加機器人載體重量，使浮力與重力重新平衡。使用動力方式會額外消耗一部分能量，主動調整載體的排水體積或增加載體重量需要復雜的機構及能量消耗。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有剩余浮力消除方式需要消耗額外能量及增加系統復雜程度的問題而提供不需要能量消耗的一種深海水下機器人剩余浮力被動消除裝置。

本發明的目的是這樣實現的：包括金屬底板、設置在金屬底板上端的氣囊、設置在金屬底板下端的壓載固定螺栓、設置在壓載固定螺栓上的壓載，壓載固定螺栓與氣囊連通，所述壓載固定螺栓上還設置有防止壓載脫落的壓載防脫桿，壓載固定螺栓的端部中心位置設置有充氣管接口，壓載固定螺栓靠近底板的一端設置有密封裝置，密封裝置上設置有與壓載螺栓連通的氣閥和水閥，通過水閥進行充水或排水，通過氣閥、充氣管接口進行充氣或排氣。

本發明還包括這樣一些結構特征：

1.所述密封裝置包括上下兩個密封裝置a和密封裝置b組成，氣閥設置在密封裝置b上，水閥設置在密封裝置a上。

2.所述金屬底板上還設置有與機器人載體固連的固定孔和固定螺栓。

3.使用時首先將通過水閥向氣囊中充入水，使用密封裝置a對水進行密封，然后將氣囊中的空氣通過氣閥、充氣管接口排空，使用氣筒通過充氣管接口向氣囊充入所需體積的空氣，然后使用密封裝置b對氣體進行密封，然后將所需重量的壓載裝到壓載固定螺栓上，鎖止壓載防脫桿。

4.所述氣筒的充氣管接頭與充氣管接口連接后實現氣囊的充氣，氣筒為透明塑料材質，并標有以毫升為單位的刻度。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：1.本發明通過充氣的氣囊在壓力環境下體積被壓縮，減小了機器人的排水體積，從而實現了無需消耗額外能量的消除機器人剩余浮力。當機器人上浮到水面時，由于環境壓力降低，氣囊內氣體體積膨脹，增加了機器人載體的排水體積，保證機器人在水面能夠保持正浮狀態。2.本發明可按照機器人工作深度進行配置，而不局限于某一固定深度。根據機器人目標工作深度，可提前估算載體將產生的剩余浮力大小，根據機器人在水面及工作深度保持正浮的約束條件，可計算出氣囊需要的氣體體積及壓載重量。3.本發明結構緊湊，模塊化程度高，容易在機器人上部署，可做為通用模塊在不同類型、級別的深海水下機器人系統中應用。

附圖說明

圖1為水下浮力調節裝置主體(未安裝壓載)。