CN106741759A - 一种新型储压式水下运动物体姿态控制系统 - Google Patents

一种新型储压式水下运动物体姿态控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新型储压式水下运动物体姿态控制系统，其设有主流管，所述的主流管前、后、左、右四个面上均设有吸水孔矩阵；主流管下方连接增压管路的一端，增压管路的另一端连接储压舱；所述的增压管路从主流管至储压舱的方向上依次设有增压泵和单向阀；所述的增压泵连接压差控制器；所述的储压舱上设有若干扩充口，扩充口通过橡胶软管将执行机构与储压舱相连，所述的执行机构包括舵机和陶瓷阀，所述的舵机设有同步电机和同步电机控制器。本发明的系统仅通过改变执行机构的数量、安装位置以及安装方向就可以控制任意个维度的自由度，具有产生的推力大、姿态控制精确等优点，且结构体积小，能满足水下运动物体姿态控制的小型化、集成化需求。

Description

一种新型储压式水下运动物体姿态控制系统
技术领域
本发明涉及水下运动物体姿态控制技术领域，具体地说，涉及一种新型的储压式水下运动物体姿态控制系统，尤其是针对小型水下运动物体的姿态控制系统。
背景技术
水下运动物体(如潜艇以及鱼雷等)无论是在军事，还是在人类生产生活中都有广泛应用，而对其进行良好的姿态控制是水下运动物体能够顺利完成任务的重要前提和保障。
目前水下运动物体的姿态控制方式通常依靠螺旋桨推进器来实现。该种方式应用较为普遍，但是该方法要求在每一个被控维度上均安装螺旋桨推进器，导致机器人结构较为庞大复杂，且成本较高。中国专利文献CN201210255788.1，公开日2012.10.24，公开了一种载人深潜器节能型水下姿态控制系统，包括定深控制装置、纵倾控制装置，定深控制装置包括耐压水舱和浮力调整水舱，耐压水舱的注水管路通过注水阀与通舷外水阀相接，耐压水舱的排水管路通过排水阀经排水泵与通舷外水阀相接，浮力调整水舱的水管路通过浮力调整水阀与耐压水舱的排水管路连通，同时耐压水舱与压缩空气系统相连通；纵倾控制装置包括首左、首右、尾左、尾右四个内部水舱，首左水舱经由气压分配仪与尾右水舱连通，首右水舱经由气压分配仪与尾左水舱连通；首左水舱通过左舷水管路与尾左水舱连通，首右水舱通过右舷水管路与尾右水舱连通。该发明能够实现载人深潜器的水下深度稳定和纵倾平衡功能，满足系统的节能要求。但该水下姿态控制系统并不适用于小型水下运动物体，且结构较复杂，调节灵活度欠佳。
目前还未见适用于小型水下运动物体，能灵活准确地控制其姿态，且占用水下运动物体内部空间少的控制系统。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种新型储压式水下运动物体姿态控制系统。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种储压式水下运动物体姿态控制系统，设有主流管，所述的主流管下方连接增压管路的一端，所述的增压管路的另一端连接储压舱；所述的增压管路从主流管至储压舱的方向上依次设有增压泵和单向阀；所述的增压泵连接压差控制器；所述的储压舱上设有若干扩充口，所述的扩充口通过软管将执行机构与储压舱相连，所述的执行机构包括舵机和由舵机控制启闭的阀门，所述的舵机设有同步电机和相应的同步电机控制器。
所述的阀门是陶瓷阀。
所述的软管是橡胶软管。
所述的扩充口数目为10个或10个以上。
所述的主流管的外壁上设有对称分布的吸水孔。
所述的主流管的前、后、左、右四个面上均设有吸水孔矩阵。
所述的单向阀设于增压管路和储压舱相连接的部位。
所述的储压舱为长方体状、正方体状或圆柱状，但不仅限于此。
本发明的系统在工作的时候，水下运动物体会通过压差控制器控制增压泵将水压入储压舱内，使储压舱内外的压差保持恒定，当需要在某维度输出力时，同步电机控制器控制同步电机将陶瓷阀打开一定角度，较大的压力就会将储压舱内的水经陶瓷阀压出并产生推力。其具体优点如下：
1、相比于现有技术中的水下运动物体姿态控制系统而言，本发明的系统最大优势是结构小、占用水下运动物体内部空间少、可根据实际需求自由增加执行机构或者通过改变已有执行机构的位置及方向的方式增加或改变水下运动物体的控制自由度。
2、采用陶瓷阀、舵机控制阀门开度，并配合橡胶软管，可以更精确地控制输出推力的大小，同时执行机构可提供较大的推力，陶瓷阀可以使力的输出更为迅速、高效。
3、储压舱内外的压差保持恒定使得推力输出不会受到水深变化的影响，因此本发明的系统可应用于较大的深度。
4、增压机构采用多向均匀吸水增压的方式，即均匀地朝四个方向吸水而不是某单一方向，使得其增压泵在工作时不会因为向单一方向吸水而使得水下运动物体朝某个方向运动，进一步保证了吸水增压时机器人仍能保持姿态稳定。
附图说明
图1是本发明系统的示意图。
图2是储压动作流程图。
图3是姿态调整动作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的具体实施方式作详细说明。
附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：
1.主流管 2.增压管路
3.储压舱 4.增压泵
5.单向阀 6.扩充口
7.橡胶软管 8.执行机构
9.舵机 10.陶瓷阀
实施例1
请参见图1，图1是本发明系统的示意图。所述的系统设有主流管1，所述的主流管1前、后、左、右四个面上均设有吸水孔矩阵11，所述的吸水孔矩阵11是由若干吸水孔呈矩阵状排列而成。主流管1下方连接增压管路2的一端，所述的增压管路2的另一端连接储压舱3。所述增压管路2从主流管1至储压舱3的方向上依次设有增压泵4和单向阀5，具体地，所述的单向阀5设于增压管路2和储压舱3相连接的部位。所述的增压泵4还与压差控制器(图中未示出)相连接。所述的储压舱3为长方体状，四个侧壁设有若干扩充口6，所述的扩充口6通过橡胶软管7将执行机构8与储压舱3相连，所述的执行机构8包括舵机9和陶瓷阀10，所述的舵机9内部设有同步电机和相应的同步电机控制器。
需要说明的是：所述的单向阀5作用是保证输出推力时水流不会经增压管路2流出，优选设于增压管路2和储压舱3相连接的部位，可保证输出推力时水不会流向增压管路2，充分维持内部的稳定。所述的压差控制器作用是通过感应储压舱3的内外压差进而控制增压泵4的启动和关闭，使得储压舱3内外压差保持恒定，压差控制器可装配于增压泵4的内部。所述的舵机9作用是通过改变陶瓷阀8的开度控制水流输出大小进而控制输出力的大小。所述的储压舱3还可以是正方体、圆柱体等形状，便于和水下运动物体相组配，同时便于扩充口6相对对称的排布，这样更易于控制水下运动物体的姿态。所述的橡胶软管7不仅限于此，使用软管即可，但优选为橡胶软管，因其强度、韧性、弹性均十分优异，可使所输出推力更大、更稳定。所述的陶瓷阀10也不仅限于此，使用阀门即可，但优选采用陶瓷阀，可以使力输出更为迅速、高效。
本发明的系统可以将水下运动物体多个维度的控制合并到同一个控制中心，实现水下运动物体姿态控制的小型化、集成化需求，因此具备结构小、占用水下运动物体内部空间少的优势。此外，由于储压舱3是通过扩充口6、橡胶软管7连接执行机构8，因此可根据实际需求自由增加执行机构8或者通过改变已有执行机构8的位置及方向的方式增加或改变水下运动物体的控制自由度，使调节的灵活度和精度大大增加，优选地，所述储压舱3上扩充口6数目为10个或10个以上。由于出水是采用陶瓷阀10、舵机9(内置同步电机控制器和同步电机)控制阀门的开度，因此可以精确控制喷出水流的流量，进而精确控制所产生推力的大小，该结构还具有寿命长、可靠性高等特点；且由于出水是采用橡胶软管7配合尾端的执行机构8来完成，该种结构设计可提供较大的推力。储压舱3内外的压差保持恒定能够使得推力输出不会受到水深变化的影响，因此本发明的系统可应用于较大的深度。再一方面，本发明的系统其增压机构采用多向均匀吸水增压的方式，即均匀地朝四个方向吸水而不是某单一方向，使得增压泵4在工作时不会因为向单一方向吸水导致水下运动物体朝某个方向运动，进而保证了本系统吸水增压时机器人仍能保持姿态稳定。
本发明的系统的具体动作可分为储压动作和姿态调整动作；这两个动作分别独立进行，互不干扰。本系统通过增压泵4启、闭来维持储压舱3的内外压差稳定在设定值；通过控制执行机构8的陶瓷阀10开度，使水从储压舱3被迅速且精确地压出产生姿态控制所需推力，以实现对水下运动物体的姿态控制。具体地，储压动作流程参见图2：首先由压差控制器检测储压舱3内外压差，当其小于设定值时，压差控制器控制增压泵4经由主流管1和单向阀5向储压舱3内吸水增压，持续至压差达到设定值时，压差控制器带动增压泵4停止工作。姿态调整动作流程参见图3：当舵机9内置的同步电机控制器接收到姿态调节指令后，同步电机控制器控制同步电机启动，同步电机带动陶瓷阀10开启一定角度以喷出水进而提供姿态调整所需推力，当水下运动物体姿态达到要求状态后，舵机9再次启动，带动陶瓷阀10至完全闭合。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种储压式水下运动物体姿态控制系统，其特征在于，设有主流管，所述的主流管下方连接增压管路的一端，所述的增压管路的另一端连接储压舱；所述的增压管路从主流管至储压舱的方向上依次设有增压泵和单向阀；所述的增压泵连接压差控制器；所述的储压舱上设有若干扩充口，所述的扩充口通过软管将执行机构与储压舱相连，所述的执行机构包括舵机和由舵机控制启闭的阀门，所述的舵机设有同步电机和相应的同步电机控制器。
2.根据权利要求1所述的储压式水下运动物体姿态控制系统，其特征在于，所述的阀门是陶瓷阀。
3.根据权利要求1所述的储压式水下运动物体姿态控制系统，其特征在于，所述的软管是橡胶软管。
4.根据权利要求1所述的储压式水下运动物体姿态控制系统，其特征在于，所述的扩充口数目为10个或10个以上。
5.根据权利要求1所述的储压式水下运动物体姿态控制系统，其特征在于，所述的主流管的外壁上设有对称分布的吸水孔。
6.根据权利要求5所述的储压式水下运动物体姿态控制系统，其特征在于，所述的主流管的前、后、左、右四个面上均设有吸水孔矩阵。
7.根据权利要求1所述的储压式水下运动物体姿态控制系统，其特征在于，所述的单向阀设于增压管路和储压舱相连接的部位。
8.根据权利要求1所述的储压式水下运动物体姿态控制系统，其特征在于，所述的储压舱为长方体状、正方体状或圆柱状。
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