CN111017169A - 一种微型重力调节装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种微型重力调节装置。包括两个压载水舱、两套执行机构、密封舱和支撑框架；每套执行机构包括蠕动泵、气囊、水泵与水舱连管、水泵与外部连管、气囊与水舱连管，蠕动泵通过水泵与外部连管与外部水环境连通，蠕动泵通过水泵与水舱连管与压载水舱连通，气囊通过气囊与水舱连管与压载水舱连通；两个气囊之间通过气囊连管连通；执行机构设置于支撑框架中，支撑框架中集成有电池舱与控制舱；压载水舱支撑于支撑框架中的水舱支架上；压载水舱、执行机构和支撑框架密封于密封舱中。本发明通过蠕动泵对压载水舱水量进行精准调节，通过控制前后两压载水舱舱室内水的体积，实现对重力及重心位置的调节。

Description

一种微型重力调节装置
技术领域
本发明涉及的是一种水下机器人调节装置，具体地说是一种仿生鱼微型重力调节装置。
背景技术
21世纪是海洋的世纪，随着我国海洋强国的战略不断推进，我国在海洋资源探测与开发、海洋科学数据采集等领域对水下机器人的需求越来越大。传统的遥控水下机器人(ROV)和自治式水下机器人(AUV)均采用螺旋桨推进，噪声大，灵活性差，对于对操纵性及隐蔽性要求较高的海洋作业任务(海洋生物科学研究、海洋生态恢复与保护、深海养殖水质监测等)束手无策。以鱼类为模仿对象的仿生机器鱼充分发挥了鱼类的优势，机动性强、隐蔽性好，但其内部空间有限，缺乏有效的微型浮力/重力调节装置，机器鱼三维空间快速机动能力较弱。
仿生鱼内部空间较小，对水密性要求较高，现有的重心调节装置只能改变重心位置，难以实现机器鱼在零航速时垂直面机动等特殊运动，亟需设计一款用于仿生机器鱼的微型可精确控制的重力调节装置来更好的提升机器鱼三维空间的机动能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单易行，占用内部空间较小，对水密性要求较低的微型重力调节装置。
本发明的目的是这样实现的：
包括两个压载水舱、两套执行机构、密封舱和支撑框架；每套执行机构包括蠕动泵、气囊、水泵与水舱连管、水泵与外部连管、气囊与水舱连管，蠕动泵通过水泵与外部连管与外部水环境连通，蠕动泵通过水泵与水舱连管与压载水舱连通，气囊通过气囊与水舱连管与压载水舱连通；两个气囊之间通过气囊连管连通；执行机构设置于支撑框架中，支撑框架中集成有电池舱与控制舱；压载水舱支撑于支撑框架中的水舱支架上；压载水舱、执行机构和支撑框架密封于密封舱中。
本发明还可以包括：
1.密封舱的舱盖通过密封胶圈密封，水泵与外部连管穿过一侧密封舱盖与水环境连通，另一侧密封舱盖与支撑框架相连，同时舱盖与舱体间设有卡槽。
2.两个气囊在支撑框架内轴对称布置，两个蠕动泵在支撑框架内同轴布置且位于支撑框架轴线处。
3.所述的蠕动泵由驱动器、泵头和软管组成，流体可双向流动。
4.所述的压载水舱的顶部呈弧形，弧形边缘顶端位置开有导气孔，气囊与水舱连管连接于导气孔处，压载水舱的底部开有导液孔，水泵与水舱连管连接于导液孔处。
5.压载水舱安装后与密封舱内壁紧密结合。
本发明提供了一种用于仿生机器鱼的微型重力调节装置，该装置简单易行，有效解决了内部空间较小、水密性要求较高的仿生机器鱼重力调节问题。
本发明的微型重力调节装置包括压载水舱1、执行机构2、密封舱3、支撑框架4四部分。执行机构2主要包括蠕动泵22、气囊连管23、气囊24、水泵与水舱连管21、水泵与外部连管25、气囊与水舱连管26。蠕动泵22通过水泵与外部连管25与外部水环境连通，通过水泵与水舱连管21与压载水舱1连通。两侧气囊24通过气囊连管23连通，通过气囊与水舱连管26与压载水舱1连通。两水舱间通过两个橡胶气囊24以及硬质连管相连接，气囊24的设计有效减缓了水舱中水量变化时气压的变化，在一定程度上提高了该装置的重力调节量。本装置设计了支撑框架4，通过将电池舱32与控制舱33集成于框架内，有效减小了装置的体积。本装置的密封舱3舱盖通过密封胶圈进行密封，水泵与外部连管25穿过左侧密封舱盖与水环境连通。右侧密封舱盖与支撑框架4相连，同时舱盖与舱体间设有卡槽，保证机器鱼运动过程中支架的稳定性。
本发明的装置根据控制器指令，对前后两个压载水舱舱室内的水量进行调节，以实现对仿生机器鱼整体重力及重心位置的调节。本发明的有益效果为：可通过蠕动泵对压载水舱水量进行精准调节，通过控制前后两压载水舱舱室内水的体积，实现对重力及重心位置的调节。气囊的设计有效缓解了舱室内气压升高导致的重力调节量小的问题。支撑框架的设计，合理的布放了连接导管、电源及控制器，有效利用了内部空间，缩小了装置的体积。
附图说明
图1是本发明的微型重力调节装置总体结构图。
图2是执行机构放大图。
图3是支撑框架放大图。
具体实施方式
下面举例对本发明做更详细的描述。
本发明提供的是一种用于仿生机器鱼的小型重力调节装置，包括压载水舱1、执行机构2、密封舱3、支撑框架4。其中执行机构2主要包括蠕动泵22、气囊连管23、气囊24、水泵与水舱连管21、水泵与外部连管25、气囊与水舱连管26。内部支架主要包括水舱支架31、电池舱32、控制舱33。
蠕动泵22、气囊24、控制舱33、电池舱32、采用集成化设计，集成于支撑框架4中。
蠕动泵22通过水泵与外部连管25与外部水环境连通，通过水泵与水舱连管21与压载水舱1连通。两侧气囊24通过气囊连管23连通，通过气囊与水舱连管26与压载水舱1连通。两侧压载水舱1与两气囊24气体相通。
蠕动泵22由三部分组成：驱动器，泵头和软管，流体可双向流动。气囊24为椭球形橡胶材质，具有良好的延展性。气囊连管23、水泵与水舱连管21、水泵与外部连管25、气囊与水舱连管26均为硬质管，不易因气压或水压在设计范围内的变化而发生较大形变。压载水舱1在弧形边缘顶端位置开有导气孔，与气囊与水舱连管26相连通，在底部开有导液孔，与水泵与水舱连管21相连通，且压载水舱1安装后与密封舱3内壁相合。
本实施例的仿生机器鱼微型重力调节装置，用于提高机器鱼三维空间机动能力。
首次布放时，保证压载水舱1中的水达到最大值时，气囊24体积达到最大，从而保证装置内部气压在调节过程中处于最优值。
在实际应用中，首先将两个舱内的水全部抽出，使气囊24体积达到最小值，而后进行机器鱼的零浮力配平。
当机器鱼接受垂直下沉指令时，该微型重力调节装置中的两个蠕动泵22同时工作，吸入相同体积的水量，受舱内压强影响，气囊24体积开始逐渐增大。
当机器鱼姿态需要保持纵倾时，两个蠕动泵22独立工作，分别吸入不同体积水量，使机器鱼与水平面呈以纵倾角。
当机器鱼接受垂直上浮指令时，该微型重力调节装置中的两个蠕动泵22同时工作，排出相同体积的水量，受舱内压强影响，气囊24体积开始逐渐减小。

Claims (8)

1.一种微型重力调节装置，包括两个压载水舱、两套执行机构、密封舱和支撑框架；其特征是：每套执行机构包括蠕动泵、气囊、水泵与水舱连管、水泵与外部连管、气囊与水舱连管，蠕动泵通过水泵与外部连管与外部水环境连通，蠕动泵通过水泵与水舱连管与压载水舱连通，气囊通过气囊与水舱连管与压载水舱连通；两个气囊之间通过气囊连管连通；执行机构设置于支撑框架中，支撑框架中集成有电池舱与控制舱；压载水舱支撑于支撑框架中的水舱支架上；压载水舱、执行机构和支撑框架密封于密封舱中。
2.根据权利要求1所述的微型重力调节装置，其特征是：密封舱的舱盖通过密封胶圈密封，水泵与外部连管穿过一侧密封舱盖与水环境连通，另一侧密封舱盖与支撑框架相连，同时舱盖与舱体间设有卡槽。
3.根据权利要求1所述的微型重力调节装置，其特征是：两个气囊在支撑框架内轴对称布置，两个蠕动泵在支撑框架内同轴布置且位于支撑框架轴线处。
4.根据权利要求1、2或3所述的微型重力调节装置，其特征是：所述的蠕动泵由驱动器、泵头和软管组成。
5.根据权利要求1、2或3所述的微型重力调节装置，其特征是：所述的压载水舱的顶部呈弧形，弧形边缘顶端位置开有导气孔，气囊与水舱连管连接于导气孔处，压载水舱的底部开有导液孔，水泵与水舱连管连接于导液孔处。
6.根据权利要求4所述的微型重力调节装置，其特征是：所述的压载水舱的顶部呈弧形，弧形边缘顶端位置开有导气孔，气囊与水舱连管连接于导气孔处，压载水舱的底部开有导液孔，水泵与水舱连管连接于导液孔处。
7.根据权利要求5所述的微型重力调节装置，其特征是：压载水舱安装后与密封舱内壁紧密结合。
8.根据权利要求6所述的微型重力调节装置，其特征是：压载水舱安装后与密封舱内壁紧密结合。
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