CN107804442B - 位移检测高精度模块化浮力改变装置及水下机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种位移检测高精度模块化浮力改变装置及水下机器人，属于机器人技术领域。液压油箱和设备舱体通过隔板隔开，液压油箱包括靠近隔板的第一端和远离隔板的第二端，活塞设置于液压油箱内，油柱的一端穿过活塞且抵靠于第二端，另一端穿过隔板与高压油泵连通，油柱的靠近第二端的一端设置有油孔且油孔位于第二端与活塞之间，油囊、双向电磁阀和高压油泵均设置于设备舱体，双向电磁阀与油囊和高压油泵均连通。此装置通过改变油囊体积的大小，精确地改变水下机器人的浮力。水下机器人采用模块化之间的螺杆进行安装，增减不同仓段只需更换相应长度的螺杆即可实现，可以快速响应多应用需求。

Description

位移检测高精度模块化浮力改变装置及水下机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种位移检测高精度模块化浮力改变装置及水下机器人。

背景技术

合理开发利用海洋资源是世界可持续发展的战略选择，作为海洋开发的重要载体，水下机器人在海洋资源及地质勘探、环境监测、水文勘测等方面有着不可替代的作用。

传统的水下机器人浮力一定，不利于水下机器人的使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种位移检测高精度模块化浮力改变装置，通过改变油囊体积的大小，精确地改变水下机器人的浮力。

本发明的另一目的在于提供一种水下机器人，采用模块化之间的螺杆进行安装，增减不同仓段只需更换相应长度的螺杆即可实现，可以快速响应多应用需求。

本发明是采用以下技术方案实现的：

一种位移检测高精度模块化浮力改变装置，适用于水下机器人，包括设备舱体、油囊、双向电磁阀、高压油泵、隔板以及用于感应油囊体积变化的感应装置，感应装置包括液压油箱、活塞和中空的油柱，液压油箱和设备舱体通过隔板隔开，液压油箱包括靠近隔板的第一端和远离隔板的第二端，活塞设置于液压油箱内，油柱的一端穿过活塞且抵靠于第二端，另一端穿过隔板与高压油泵连通，油柱的靠近第二端的一端设置有油孔且油孔位于第二端与活塞之间，油囊、双向电磁阀和高压油泵均设置于设备舱体，双向电磁阀与油囊和高压油泵均连通。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述感应装置还包括活塞位移传感器，活塞位移传感器包括滑轨和传感器座，传感器座设置于设备舱体且与滑轨连接，滑轨的远离传感器座的一端穿过隔板与活塞抵靠。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述感应装置还包括弹簧，弹簧套设于油柱外且弹簧的两端分别与隔板和活塞抵靠。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述液压油箱内设置多个凸台，每个凸台的一端与第二端连接，另一端朝向远离第二端的方向延伸。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述活塞上安装有第一密封垫和第二密封垫，第一密封垫位于活塞和液压油箱之间，第二密封垫位于油柱和活塞之间。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述浮力改变装置还包括多根油囊支撑杆，每根油囊支撑杆的一端与设备舱体连接，另一端朝向远离隔板的方向延伸。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述浮力改变装置还包括连接件，连接件与隔板一体成型，连接件上设置有密封件，密封件位于设备舱体与连接件之间。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述浮力改变装置还包括设置于连接件的第一浮力仓和第二浮力仓，第一浮力位于液压油箱外，第二浮力仓设置于设备舱体外，且第二浮力仓上设置有多个排水孔。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述连接件上设置有多个用于连接螺杆的螺纹孔，连接件上远离螺纹孔的位置设置有多个镂空部。

一种水下机器人，包括头仓、两个上述浮力改变装置、前浮力材料仓、主控仓、后浮力材料仓、尾仓、尾鳍、两个滑翔翼机构和多根螺杆，两个滑翔翼机构分别设置于主控仓的两端，头仓、浮力改变装置、前浮力材料仓、主控仓、后浮力材料仓、浮力改变装置和尾仓之间均通过多根螺杆依次连接，尾鳍连接于尾仓的远离浮力改变装置的一端。

本发明的较佳实施例提供的位移检测高精度模块化浮力改变装置的有益效果是：通过双向电磁阀和高压油泵的控制，使油囊中的液压油流入或流出油囊。当水下机器人上升，需要减小其浮力的时候，高压油泵工作，通过双向电磁阀的控制将油囊中的液压油抽出油囊，使液压油进入油柱中并通过油孔流入液压油箱中，从而使活塞朝向隔板的方向运动，使油囊中的液压油的量减少，从而使浮力改变装置的浮力减小。当水下机器人下降，需要增加其浮力的时候，高压油泵反转，使液压油箱中的液压油通过油孔进入油柱中，再通过高压油泵和双向电磁阀的控制将液压油抽入油囊，使油囊中的液压油的量增多，从而使浮力改变装置的浮力增大。此浮力改变装置通过改变油囊体积的大小，精确地改变水下机器人的浮力。

本发明提供的水下机器人的有益效果是：水下机器人的头仓、浮力改变装置、前浮力材料仓、主控仓、后浮力材料仓、浮力改变装置和尾仓之间均通过多根螺杆依次连接，采用螺杆进行各仓段的安装，增减不同仓段只需更换相应长度的螺杆即可实现，可以快速响应多应用需求。各仓段的连接机械结构标准化，通过外周围的螺杆的连接，通过螺丝固定，方便拆装，并且可根据任务需求，增减不同的仓段实现不同的使命任务。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本发明的保护范围。

图1为本发明实施例1提供的水下机器人的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的水下机器人的连接结构示意图；

图3为本发明实施例2提供的位移检测高精度模块化浮力改变装置的结构示意图；

图4为本发明实施例2提供的位移检测高精度模块化浮力改变装置的剖视图；

图5为本发明实施例2提供的位移检测高精度模块化浮力改变装置的连接结构示意图；

图6为本发明实施例2提供的位移检测高精度模块化浮力改变装置中感应装置的剖视图；

图7为本发明实施例2提供的位移检测高精度模块化浮力改变装置中感应装置的连接结构示意图；

图8为本发明实施例2提供的位移检测高精度模块化浮力改变装置中连接件的结构示意图。

图标：100-水下机器人；110-头仓；200-浮力改变装置；120-前浮力材料仓；130-主控仓；140-后浮力材料仓；150-尾仓；160-尾鳍；170-滑翔翼机构；900-螺杆；210-设备舱体；220-油囊；250-双向电磁阀；270-高压油泵；260-隔板；300-感应装置；230-油囊支撑杆；240-连接件；310-液压油箱；320-活塞；330-油柱；331-油孔；311-第一端；312-第二端；313-油箱壁；340-活塞位移传感器；341-滑轨；342-传感器座；350-弹簧；321-第一密封垫；322-第二密封垫；360-凸台；241-第一O圈槽；242-卡口；243-螺纹孔；244-镂空部。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

实施例1

图1为本实施例提供的水下机器人100的结构示意图；图2为本实施例提供的水下机器人100的连接结构示意图。水下机器人100，包括头仓110、两个上述浮力改变装置200、前浮力材料仓120、主控仓130、后浮力材料仓140、尾仓150、尾鳍160、两个滑翔翼机构170和多根螺杆900，两个滑翔翼机构170分别设置于主控仓130的两端，头仓110、浮力改变装置200、前浮力材料仓120、主控仓130、后浮力材料仓140、浮力改变装置200和尾仓150之间均通过多根螺杆900依次连接，尾鳍160连接于尾仓150的远离浮力改变装置200的一端。

即设置在前浮力材料仓120与头仓110之间的浮力改变装置200和设置在后浮力材料仓140于尾仓150之间的浮力改变装置200的结构和功能都相同。即头仓110、前浮力仓、前浮力材料仓120、主控仓130、后浮力材料仓140、后浮力仓和尾仓150之间均通过多根螺杆900依次连接，尾鳍160连接于尾仓150的远离浮力改变装置200的一端。

浮力仓及主控仓130的外表面均包裹一层浮力材料以增加净浮力，可以减小水下机器人100流体阻力。优选地，在浮力改变装置200、浮力材料仓和主控仓130外表面附有一层0.5mm厚的蒙皮材料。

各仓段的连接机械结构标准化，通过外周围的螺杆900的连接，通过螺丝固定，方便拆装，并且可根据任务需求，增减不同的仓段实现不同的使命任务。得益于标准的多仓连接结构，增减不同仓段只需更换相应长度的螺杆900即可实现，可以快速响应多应用需求。各仓段的连接机械结构标准化，通过外周围的螺杆900的连接，通过螺丝固定，方便拆装，并且可根据任务需求，增减不同的仓段实现不同的使命任务。

实施例2

实施例1中水下机器人100使用本实施例中的位移检测高精度模块化浮力改变装置200，可以通过改变油囊220体积的大小，精确地改变水下机器人100的浮力。即前浮力仓和后浮力仓均使用本实施例中的位移检测高精度模块化浮力改变装置200，使水下机器人100浮力的改变更加精确。

图3为本实施例提供的位移检测高精度模块化浮力改变装置200的结构示意图；图4为本实施例提供的位移检测高精度模块化浮力改变装置200的剖视图；图5为本实施例提供的位移检测高精度模块化浮力改变装置200的连接结构示意图。位移检测高精度模块化浮力改变装置200包括设备舱体210、油囊220、双向电磁阀250、高压油泵270、隔板260、感应装置300、油囊支撑杆230和连接件240。设备舱体210用于安装浮力改变装置200的各部件，感应装置300用于感应油囊220体积的变化。图6为本实施例提供的位移检测高精度模块化浮力改变装置200中感应装置300的剖视图；图7为本实施例提供的位移检测高精度模块化浮力改变装置200中感应装置300的连接结构示意图。感应装置300包括液压油箱310、活塞320和中空的油柱330，液压油箱310和设备舱体210通过隔板260隔开，液压油箱310包括靠近隔板260的第一端311和远离隔板260的第二端312，活塞320设置于液压油箱310内，油柱330的一端穿过活塞320且抵靠于第二端312，另一端穿过隔板260与高压油泵270连通，油柱330的靠近第二端312的一端设置有油孔331且油孔331位于第二端312与活塞320之间，油囊220、双向电磁阀250和高压油泵270均设置于设备舱体210，双向电磁阀250与油囊220和高压油泵270均连通。

双向电磁阀250和高压油泵270的结构为现有技术，本发明中未对其进行更改。通过双向电磁阀250和高压油泵270的控制，使油囊220中的液压油流入或流出油囊220。

当水下机器人100上升，需要减小其浮力的时候，高压油泵270工作，通过双向电磁阀250的控制将油囊220中的液压油抽出油囊220，使液压油进入油柱330中并通过油孔331流入液压油箱310中，从而使活塞320朝向隔板260的方向运动，使油囊220中的液压油的量减少，从而使浮力改变装置200的浮力减小。当水下机器人100下降，需要增加其浮力的时候，高压油泵270反转，使液压油箱310中的液压油通过油孔331进入油柱330中，再通过高压油泵270和双向电磁阀250的控制将液压油抽入油囊220，使油囊220中的液压油的量增多，从而使浮力改变装置200的浮力增大。此浮力改变装置200通过改变油囊220体积的大小，进而改变油囊220排水量的大小，精确地改变水下机器人100的浮力。

本实施例中，液压油箱310为圆柱型，其方便活塞320的设置与移动，减小水下机器人100运动的阻力。液压油箱310的第二端312即为液压油箱310的底板，连接底板和隔板260的圆筒壁即为液压油箱310的油箱壁313，底板、油箱壁313和活塞320之间形成了能够装放液压油的封闭空间。

感应装置300还包括活塞位移传感器340，活塞位移传感器340包括滑轨341和传感器座342，传感器座342设置于设备舱体210且与滑轨341连接，滑轨341的远离传感器座342的一端穿过隔板260与活塞320抵靠，位移传感器的结构为现有技术，本发明中未对其进行更改。本实施例中，位移传感器主要可以测定活塞320到隔板260的距离，由于底板到隔板260的距离一定，活塞320到隔板260的距离越大，则活塞320到底板的距离则越小，那么，液压油箱310中的液压油的含量较少，则油囊220中的液压油较多，油囊220体积较大。若活塞320到隔板260的距离越小，则活塞320到底板的距离则越大，那么，液压油箱310中的液压油的含量较多，则油囊220中的液压油较少，油囊220体积较小。通过位移传感器的设置，能够精确感知油囊220体积大小的详细变化情况，更加精确地控制浮力改变装置200的浮力。

感应装置300还包括弹簧350，弹簧350套设于油柱330外且弹簧350的两端分别与隔板260和活塞320抵靠。当高压油泵270抽取液压油箱310中的液压油时，液压油从油孔331中流入油柱330，由于弹簧350的弹力作用，使活塞320朝向液压油箱310的底板的方向运动，从而也促进了液压油箱310中的液压油通过油孔331流入油柱330，从而进入油囊220，减轻了油泵的负荷。同时，弹簧350的设置还可以保持活塞320与隔板260之间的位移，避免隔板260发生晃动。

活塞320上安装有第一密封垫321和第二密封垫322，第一密封垫321位于活塞320和液压油箱310之间，第二密封垫322位于油柱330和活塞320之间。设置第一密封垫321和第二密封垫322，使液压油箱310的油箱壁313、活塞320和油柱330之间能够起到很好的密封效果，避免液压油箱310与活塞320之间以及活塞320与油柱330之间发生漏油现象。

液压油箱310内设置多个凸台360，每个凸台360的一端与第二端312连接，另一端朝向远离第二端312的方向延伸。即每个凸台360的一端均设置在底板，另一端朝向远离底板的方向延伸。凸台360的设置可以防止活塞320朝向底板的方向过渡下移而堵塞油孔331，同时，避免活塞320与油孔331接触时发生漏油现象。

本实施例中，凸台360设置有五个，五个凸台360均匀设置在底板上，且每个凸台360均与油箱壁313接触。即，五个凸台360均设置在底板的边缘。

油囊支撑杆230设置有多根，每根油囊支撑杆230的一端与设备舱体210连接，另一端朝向远离隔板260的方向延伸。多根油囊支撑杆230之间的空间用来设置油囊220。本实施例中，设置无根油囊支撑杆230，无根油囊支撑杆230均匀设置在设备舱体210上。

连接件240可以用来连接水下机器人100的其他部件，并可以连接浮力改变装置200的其他部件。图8为本实施例提供的位移检测高精度模块化浮力改变装置200中连接件240的结构示意图。连接件240与隔板260一体成型，连接件240上设置有密封件，密封件位于设备舱体210与连接件240之间。即在连接件240靠近设备舱体210的位置设置第一O圈槽241，密封件即O圈设置在第一O圈槽241内，对连接件240与设备舱体210之间进行密封。

液压油箱310的靠近连接件240的位置设置第二O圈槽，O圈设置在第二O圈槽内，对连接件240与液压油箱310之间进行密封。

通过连接件240将设备舱体210和液压油箱310连接起来，设备舱体210也为圆柱型，隔板260为圆形，优选地，设备舱体210的内径与液压油箱310的内径一致，设备舱体210的外径与液压油箱310的外径一致，方便设备舱体210与液压油箱310在连接件240上的安装，并且，结构更加紧凑。

连接件240上设置有第一浮力仓和第二浮力仓，第一浮力位于液压油箱310外，第二浮力仓设置于设备舱体210外，且第二浮力仓上设置有多个排水孔。第一浮力仓和第二浮力仓均为圆柱型，连接件240的端面为圆柱面，使浮力改变装置200的运动阻力更小。

连接件240上设置有多个卡口242，卡口242的延伸方向与油柱330的轴线方向一致，卡口242的外端面与连接件240的外端面齐平，第一浮力仓和第二浮力仓上均设置有卡扣，第一浮力仓和第二浮力仓与连接件240之间通过卡扣和卡口242配合进行固定连接。

设置排水孔可以不影响第二浮力仓吸水和排水，油囊220接触水，由于水的作用，油囊220体积的大小改变，即改变油囊220的排水量，从而改变浮力改变装置200的浮力。本实施例中，第一浮力仓和第二浮力仓外表面均包裹一层浮力材料，且排水孔开设在第二浮力仓并贯穿第二浮力仓外包裹的浮力材料。

当连接件240用来进行仓段之间的连接的时候，连接件240上设置有多个用于连接螺杆900的螺纹孔243，螺纹孔243的轴线方向与油柱330的轴线方向一致，螺杆900穿过螺纹孔243进行螺纹连接，从而进行仓段之间的连接。本实施例中，设置五个螺纹孔243，五个螺纹孔243均匀设置于连接件240上，即可以连接五根螺杆900，使各仓段之间的连接更加牢固。

优选地，连接件240上远离螺纹孔243的位置设置有多个镂空部244。本实施例中，设置有五个镂空部244，即，当连接件240上不需要的结构可以设置成镂空结构，可以减少浮力改变装置200的重量，从而使水下机器人100的重量减轻。

浮力改变装置200遵循模块设计理念，整体设计上紧凑，单个模块能齐全，合理布局仓室结构，保证所有液压管道都处于浮力改变装置200内部。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种位移检测高精度模块化浮力改变装置，适用于水下机器人，其特征在于，包括设备舱体、油囊、双向电磁阀、高压油泵、隔板以及用于感应所述油囊体积变化的感应装置，所述感应装置包括液压油箱、活塞和中空的油柱，所述液压油箱和所述设备舱体通过所述隔板隔开，所述液压油箱包括靠近所述隔板的第一端和远离所述隔板的第二端，所述活塞设置于所述液压油箱内，所述油柱的一端穿过所述活塞且抵靠于所述第二端，另一端穿过所述隔板与所述高压油泵连通，所述油柱的靠近所述第二端的一端设置有油孔且所述油孔位于所述第二端与所述活塞之间，所述油囊、所述双向电磁阀和所述高压油泵均设置于所述设备舱体，所述双向电磁阀与所述油囊和所述高压油泵均连通，所述液压油箱内设置多个凸台，每个凸台的一端与所述第二端连接，另一端朝向远离所述第二端的方向延伸。

2.根据权利要求1所述的位移检测高精度模块化浮力改变装置，其特征在于，所述感应装置还包括活塞位移传感器，所述活塞位移传感器包括滑轨和传感器座，所述传感器座设置于所述设备舱体且与所述滑轨连接，所述滑轨的远离所述传感器座的一端穿过所述隔板与所述活塞抵靠。

3.根据权利要求1所述的位移检测高精度模块化浮力改变装置，其特征在于，所述感应装置还包括弹簧，所述弹簧套设于所述油柱外且所述弹簧的两端分别与所述隔板和所述活塞抵靠。

4.根据权利要求1所述的位移检测高精度模块化浮力改变装置，其特征在于，所述活塞上安装有第一密封垫和第二密封垫，所述第一密封垫位于所述活塞和所述液压油箱之间，所述第二密封垫位于所述油柱和所述活塞之间。

5.根据权利要求1所述的位移检测高精度模块化浮力改变装置，其特征在于，所述浮力改变装置还包括多根油囊支撑杆，每根所述油囊支撑杆的一端与所述设备舱体连接，另一端朝向远离所述隔板的方向延伸。

6.根据权利要求1-5任一项所述的位移检测高精度模块化浮力改变装置，其特征在于，所述浮力改变装置还包括连接件，所述连接件与所述隔板一体成型，所述连接件上设置有密封件，所述密封件位于所述设备舱体与所述连接件之间。

7.根据权利要求6所述的位移检测高精度模块化浮力改变装置，其特征在于，所述浮力改变装置还包括设置于所述连接件的第一浮力仓和第二浮力仓，所述第一浮力位于所述液压油箱外，所述第二浮力仓设置于所述设备舱体外，且所述第二浮力仓上设置有多个排水孔。

8.根据权利要求7所述的位移检测高精度模块化浮力改变装置，其特征在于，所述连接件上设置有多个用于连接螺杆的螺纹孔，所述连接件上远离所述螺纹孔的位置设置有多个镂空部。

9.一种水下机器人，其特征在于，包括头仓、两个权利要求1-8任一项所述的浮力改变装置、前浮力材料仓、主控仓、后浮力材料仓、尾仓、尾鳍、两个滑翔翼机构和多根螺杆，两个所述滑翔翼机构分别设置于所述主控仓的两端，所述头仓、所述浮力改变装置、所述前浮力材料仓、所述主控仓、所述后浮力材料仓、所述浮力改变装置和所述尾仓之间均通过多根所述螺杆依次连接，所述尾鳍连接于所述尾仓的远离所述浮力改变装置的一端。