CN110329464A - 一种适用于全海深水下机器人的浮力可调节外壳 - Google Patents

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宁大勇
邹玮枫
侯交义
弓永军
张增猛
杜洪伟
陈圣涛
田昊
陈英龙
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    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/001—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations
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    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
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Abstract

本发明提供一种适用于全海深水下机器人的浮力可调节外壳。本发明包括：外壳、置于壳体内的相变材料、用于为相变材料提供热能的供能单元和用于控制供能单元输出的加热功率的控制单元，其中，所述外壳为浮力外壳，外壳的材料为玻璃微珠和硅橡胶混合而成，使得外壳密度及外壳与内部结构的整体密度均小于水的密度。本发明整体密度小于水的密度，可以为水下机器人提供浮力。同时，本发明不具有常规设置的耐压结构，极大的减轻了整体系统的重量，比较完美的解决了水下设备的耐压与防水问题。

Description

一种适用于全海深水下机器人的浮力可调节外壳
技术领域
本发明涉及水下机器人技术领域，尤其涉及一种适用于全海深水下机器人的浮力可调节外壳。
背景技术
耐压浮力外壳是水下潜器的重要组成单元，浮力外壳起着保持潜器结构和调节潜器质量分布的重要作用。以往的浮力材料是功能单一，一旦制作成型质量分布难以再调整，整个系统平均密度大于水，没有净浮力，只能起到浮力调节的功能，其浮力也是固定不可改变。近年来水下机器人发展迅猛，出现了对浮力材料的个性化定制需求，而对潜器的浮力调节也是控制潜器姿态、实现潜器的上浮下潜的重要功能。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种适用于全海深水下机器人的浮力可调节外壳。本发明采用的技术手段如下：
一种适用于全海深水下机器人的浮力可调节外壳，包括：外壳、置于壳体内的相变材料、用于为相变材料提供热能的供能单元和用于控制供能单元输出的加热功率的控制单元，所述外壳为浮力外壳，外壳的材料为玻璃微珠和硅橡胶混合而成，使得外壳及内部结构的整体密度小于水的密度。
进一步地，所述供能单元包括壳体内部设置的加热丝，所述加热丝用于加热所述相变材料，使相变材料产生固液相变作用，相变产生的体积变化被传递到外壳，从而改变壳体的排开水体积，所述加热丝通过防水接头和电源线与供能单元相连。
进一步地，所述壳体内部设有温度传感器，所述温度传感器用于实时监测相变材料温度，温度传感器通过信号线与控制单元相连，控制单元基于温度传感器监测的相变材料温度调整供能单元输出的加热功率。
进一步地，所述壳体开设电源线孔和信号线孔，电源线孔和信号线孔周边紧固有密封块，所述密封块用于保证相变材料与外界密封。
进一步地，所述供能单元具体为耐压电源。
进一步地，所述供能单元和控制单元集成为供能控制单元，所述控制单元具体为控制芯片，所述供能控制单元通过硅橡胶包裹。
本发明具有以下优点：
1、本发明整体密度小于水的密度，可以为水下机器人提供浮力。
2、本发明不具有常规设置的耐压结构，极大的减轻了整体系统的重量，比较完美的解决了水下设备的耐压与防水问题。
3、浮力硅橡胶可个性化定制，具有很好的结构适应性，通过外壳形状的改变可以调节潜器的质量分布。
4、电池与控制芯片集成为一个单元，与壳体单元之间通过带防水接头的电线来连接，电池单元的安装位置不受限制可以用作潜器的配置调整潜器平衡。
5、相变调节可以在超高压环境下以较小的驱动功率实现浮力调节，节约电池能源消耗，有利于潜器的小型化设计。
基于上述理由本发明可在水下机器人等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体结构示意图。
图中：1、控制芯片，2、深海电池，3、密封块、4、加热丝，5、温度传感器，6、相变材料，7、外壳。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
如图1所示，本发明实施例公开了一种适用于全海深水下机器人的浮力可调节外壳，包括：外壳7、置于壳体内的相变材料6、用于为相变材料6提供热能的供能单元和用于控制供能单元输出的加热功率的控制单元，其中，所述外壳7为浮力可调节外壳，外壳7的材料为玻璃微珠和硅橡胶混合而成，使得外壳7及内部结构的整体密度小于水的密度。与以往的相变浮力引擎不同，本发明自身具有净浮力可以代替传统的浮力外壳。本发明在作为浮力外壳功能的同时具有浮力调节功能。本发明可以在潜器浮力不足时增加净浮力值，控制单元也只有加热功能，最大限度地简化了系统，减轻系统重量，提高净浮力值。本发明的壳体可以制作成任意形状，通过调整壳体形状可以调节潜器的质量分布。
作为优选的实施方式，所述供能单元具体为深海电池2，可选用湿式深海电池2，电池内部与环境压力相同，该电池可在万米深海的环境中使用，同时，其还可以作潜器配重使用。
所述供能单元包括壳体内部设置的加热丝4，所述加热丝4用于加热所述相变材料6，使相变材料6产生固液相变作用，相变产生的体积变化被传递到外壳，从而改变壳体的排开水体积，所述加热丝4通过防水接头和电源线与供能单元相连。
所述壳体内部设有温度传感器5，所述温度传感器5用于实时监测相变材料6温度，温度传感器5通过信号线与控制单元相连，控制单元基于温度传感器5监测的相变材料6温度调整供能单元输出的加热功率。
所述壳体开设电源线孔和信号线孔，电源线孔和信号线孔周边紧固有密封块3，所述密封块3用于保证相变材料6与外界密封。
本实施例中，还将所述供能单元和控制单元集成为供能控制单元，所述控制单元具体为控制芯片1，控制芯片1根据实时温度调节加热功率防止相变材料6温度过高影响外壳使用寿命同时达到能源的利用最大化，所述供能控制单元通过硅橡胶包裹，这种包裹方式也免去了笨重的耐压防水结构。
本实施例还提供了一种适用于全海深水下机器人的浮力可调节外壳的具体制作方法，包括如下步骤：
S1、将温度传感器5和加热丝4做好预设的形状；
S2、将其放入相变材料6的模具腔体中；
S3、向模具腔体中浇筑液态相变材料6，直至液态相变材料6充满于第一模具腔体，在真空条件下冷却成型，脱模得到预制相变单元；
S4、在电源线和信号线上安装密封件，将冷却成型的相变材料6放入第二模具，常温浇筑玻璃微珠与硅橡胶混合体将预制相变单元和密封件完全包裹。
S5、外壳固化成型。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种适用于全海深水下机器人的浮力可调节外壳，包括：外壳、置于壳体内的相变材料、用于为相变材料提供热能的供能单元和用于控制供能单元输出的加热功率的控制单元，其特征在于，所述外壳为浮力外壳，外壳的材料为玻璃微珠和硅橡胶混合而成，使得外壳密度及外壳与内部结构的整体密度均小于水的密度。
2.根据权利要求1所述的适用于全海深水下机器人的浮力可调节外壳，其特征在于，所述供能单元具体为深海电池。
3.根据权利要求1所述的适用于全海深水下机器人的浮力可调节外壳，其特征在于，所述供能单元还包括壳体内部设置的加热丝，所述加热丝用于加热所述相变材料，使相变材料产生固液相变作用，相变产生的体积变化被传递到外壳，从而改变壳体的排开水体积，所述加热丝通过防水接头和电源线与供能单元的电源相连。
4.根据权利要求1～3任一项所述的适用于全海深水下机器人的浮力可调节外壳，其特征在于，所述壳体内部设有温度传感器，所述温度传感器用于实时监测相变材料温度，温度传感器通过信号线与控制单元相连，控制单元基于温度传感器监测的相变材料温度调整供能单元输出的加热功率。
5.根据权利要求4所述的适用于全海深水下机器人的浮力可调节外壳，其特征在于，所述壳体开设电源线孔和信号线孔，电源线孔和信号线孔周边紧固有密封块，所述密封块用于保证相变材料与外界密封。
6.根据权利要求1所述的适用于全海深水下机器人的浮力可调节外壳，其特征在于，所述供能单元和控制单元集成为供能控制单元，所述控制单元具体为控制芯片，所述供能控制单元通过硅橡胶包裹。
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