CN115107969A - 水下浮力调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水下机器人技术领域，特别是涉及水下浮力调节装置，包括水下无人航行器，水下无人航行器中部侧壁固定连接有浮力组件，水下无人航行器底部侧壁固定连接有控制组件，控制组件与浮力组件相连通；浮力组件包括保护壳体，保护壳体与水下无人航行器侧壁固定连接，保护壳体内部设有气囊，气囊与控制组件相连通，保护壳体外壁设有若干按压部，按压部与气囊外壁接触设置。本发明可以达到辅助水下无人航行器下潜和上浮的目的。

Description

水下浮力调节装置

技术领域

本发明涉及水下机器人技术领域，特别是涉及水下浮力调节装置。

背景技术

水下无人航行器(UUV)作为一种海上力量倍增器，有着广泛而重要的军事用途，在未来海战中有不可替代的作用。随着UUV及相关技术的发展，UUV已经被用于执行扫雷、侦察、情报搜集及海洋探测等任务，在未来海战中还可能作为水下武器平台、后勤支持平台等装备使用，因而具有重要意义。一般情况下，通常将UUV设计为水中零浮力。但对于大型、重型UUV，由于排水量较大就不能忽略海水密度对浮力状态的影响，因此亟需一种水下浮力调节装置来辅助UUV下潜和上浮。

发明内容

本发明的目的是提供水下浮力调节装置，以解决上述问题，达到辅助水下无人航行器下潜和上浮的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种水下浮力调节装置，包括水下无人航行器，所述水下无人航行器中部侧壁固定连接有浮力组件，所述水下无人航行器底部侧壁固定连接有控制组件，所述控制组件与所述浮力组件相连通；所述浮力组件包括保护壳体，所述保护壳体与所述水下无人航行器侧壁固定连接，所述保护壳体内部设有气囊，所述气囊与所述控制组件相连通，所述保护壳体外壁设有若干按压部，所述按压部与所述气囊外壁接触设置。

优选的，所述保护壳体包括保护外圈和保护内圈，所述保护内圈内壁与所述水下无人航行器侧壁固定连接，所述保护内圈和所述保护外圈同轴设置，所述保护内圈和所述保护外圈之间设有若干辐板，若干所述辐板沿所述保护内圈周向等间隔设置，所述辐板两端分别与所述保护内圈和所述保护外圈固定连接，所述保护内圈外壁与所述气囊固定连接，所述保护外圈外壁与所述按压部固定连接，所述保护外圈内壁固定连接有压力传感器。

优选的，所述按压部包括气缸支架，所述气缸支架底部与所述保护外圈固定连接，所述气缸支架中部固定连接有气缸，所述气缸伸缩端朝向所述保护外圈圆心，所述气缸伸缩端固定连接有压板组件，所述压板组件远离所述气缸的侧壁与所述气囊接触设置。

优选的，所述压板组件包括固定套，所述固定套顶部侧壁与所述气缸活动端固定连接，所述固定套为内部中空结构，所述固定套两端分别滑动连接有滑动板，所述滑动板靠近所述固定套中部一端与所述固定套弹性连接，所述滑动板远离所述固定套中部一端与所述辐板滑动连接，所述固定套和所述滑动板远离所述气缸一侧与所述气囊接触设置。

优选的，所述固定套中部固定连接有固定块，所述固定块两端通过弹簧与所述滑动板端部弹性连接。

优选的，所述滑动板靠近所述辐板一端转动连接有滚轮，所述辐板靠近所述滑动板一侧开设有滑槽，所述滑槽与所述滚轮滚动连接。

优选的，所述控制组件包括控制箱体，所述控制箱体顶部与所述水下无人航行器固定连接，所述控制箱体内壁固定连接有高压气瓶和蓄电池，所述高压气瓶出口端固定连接有减压阀，所述减压阀出口端通过导气管与所述气囊连通，所述导气管与所述气囊连接处设有进气阀，所述气囊顶部侧壁连通有出气阀，所述控制箱体内壁固定连接有控制器，所述控制箱体外壁固定连接有深度传感器。

优选的，所述控制箱体内部底面固定连接有气瓶支座，所述气瓶支座内壁与所述高压气瓶固定连接，所述控制箱体内部侧壁通过气瓶绑带与所述高压气瓶固定连接，所述控制箱体内部底面固定连接有电池支架，所述电池支架顶面与所述蓄电池固定连接。

本发明具有如下技术效果：浮力组件可以为水下无人航行器提供浮力，辅助水下无人航行器上浮，同时也可消除浮力，使水下无人航行器下潜，控制组件用于控制浮力组件中的气囊充气和放气，当气囊中充气后，整体装置体积增大，重量保持不变，当浮力大于整体装置和水下无人航行器的重力总和时，整体装置带动水下无人航行器上浮，反之气囊将气体排出后，装置和水下无人航行器一起下潜，按压部可防止气囊局部充气过量，防止气囊压力不均导致破裂，气囊由橡胶材料制成，具有良好的弹性。

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明结构示意图；

图2为本发明保护壳体左视图；

图3为本发明按压部结构示意图；

图4为本发明实施例2结构示意图；

其中，1、水下无人航行器；2、保护外圈；3、气囊；4、进气阀；5、出气阀；6、减压阀；7、气瓶支座；8、气瓶绑带；9、高压气瓶；10、电池支架；11、蓄电池；12、深度传感器；13、压力传感器；14、压板组件；15、气缸；16、气缸支架；17、辐板；18、保护内圈；19、滑槽；20、滚轮；21、滑动板；22、固定套；23、固定块；24、弹簧；25、控制箱体；26、控制器；27、柔性垫。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

参照图1-3，本实施例提供一种水下浮力调节装置，包括水下无人航行器1，水下无人航行器1中部侧壁固定连接有浮力组件，水下无人航行器1底部侧壁固定连接有控制组件，控制组件与浮力组件相连通；浮力组件包括保护壳体，保护壳体与水下无人航行器1侧壁固定连接，保护壳体内部设有气囊3，气囊3与控制组件相连通，保护壳体外壁设有若干按压部，按压部与气囊3外壁接触设置。浮力组件可以为水下无人航行器1提供浮力，辅助水下无人航行器1上浮，同时也可消除浮力，使水下无人航行器1下潜，控制组件用于控制浮力组件中的气囊3充气和放气，当气囊3中充气后，整体装置体积增大，重量保持不变，当浮力大于整体装置和水下无人航行器1的重力总和时，整体装置带动水下无人航行器1上浮，反之气囊3将气体排出后，装置和水下无人航行器1一起下潜，按压部可防止气囊3局部充气过量，防止气囊3压力不均导致破裂，气囊3由橡胶材料制成，具有良好的弹性。

进一步优化方案，保护壳体包括保护外圈2和保护内圈18，保护内圈18内壁与水下无人航行器1侧壁固定连接，保护内圈18和保护外圈2同轴设置，保护内圈18和保护外圈2之间设有若干辐板17，若干辐板17沿保护内圈18周向等间隔设置，辐板17两端分别与保护内圈18和保护外圈2固定连接，保护内圈18外壁与气囊3固定连接，保护外圈2外壁与按压部固定连接，保护外圈2内壁固定连接有压力传感器13。保护外圈2和保护内圈18均为圆形结构，辐板17、保护外圈2和保护内圈18均采用铝合金材质，重量轻承载能力强，辐板17、保护外圈2和保护内圈18将气囊3包围起来，起到保护气囊3的作用，防止水中生物等对气囊3造成破坏，当向气囊3充气时，由于气囊3各个位置的深度不同，导致气囊3竖直方向上受到的水压不同，气囊3上部受到的水压较小，充气过程中，气囊3上部变形程度最大，成为整个气囊3薄弱位置，按压部防止气囊3上部产生过大的变形。

进一步优化方案，按压部包括气缸支架16，气缸支架16底部与保护外圈2固定连接，气缸支架16中部固定连接有气缸15，气缸15伸缩端朝向保护外圈2圆心，气缸15伸缩端固定连接有压板组件14，压板组件14远离气缸15的侧壁与气囊3接触设置。气缸支架16用于连接气缸15和保护外圈2，气缸支架16起到支撑气缸15的作用，气缸15的伸长和缩短可带动压板组件14靠近和远离气囊3运动，当气囊3充气膨胀后，压板组件14与气囊3外壁相接触，气缸15缓慢缩短，使压板组件14始终与气囊3外壁接触，并使压板组件14向气囊3外壁施力，防止充气过程中，气囊3顶部急速形变，造成局部受力过大，进而降低气囊3顶部破裂的风险。

进一步优化方案，压板组件14包括固定套22，固定套22顶部侧壁与气缸15活动端固定连接，固定套22为内部中空结构，固定套22两端分别滑动连接有滑动板21，滑动板21靠近固定套22中部一端与固定套22弹性连接，滑动板21远离固定套22中部一端与辐板17滑动连接，固定套22和滑动板21远离气缸15一侧与气囊3接触设置。气缸15直接带动固定套22远离或者靠近保护内圈18中心运动，当气缸15伸长时，固定套22向保护内圈18中心运动，此时固定套22两端的滑动板21向靠近固定套22一侧运动，使固定套22和滑动板21紧贴气囊3。

进一步优化方案，固定套22中部固定连接有固定块23，固定块23两端通过弹簧24与滑动板21端部弹性连接。弹簧24提供弹力，使滑动板21边部贴紧辐板17。

进一步优化方案，滑动板21靠近辐板17一端转动连接有滚轮20，辐板17靠近滑动板21一侧开设有滑槽19，滑槽19与滚轮20滚动连接。通过滚轮20和滑槽19的配合，使滑动板21与辐板17的滑动更加顺滑平稳，固定套22在运动过程中，固定套22和滑动板21随气囊3的大小运动，始终紧贴气囊3外壁，防止气囊3顶部形变量变化过大造成破裂。

进一步优化方案，控制组件包括控制箱体25，控制箱体25顶部与水下无人航行器1固定连接，控制箱体25内壁固定连接有高压气瓶9和蓄电池11，高压气瓶9出口端固定连接有减压阀6，减压阀6出口端通过导气管与气囊3连通，导气管与气囊3连接处设有进气阀4，气囊3顶部侧壁连通有出气阀5，控制箱体25内壁固定连接有控制器26，控制箱体25外壁固定连接有深度传感器12。高压气瓶9为气囊3的充气提供动力源，蓄电池11为装置中各个用电器提供电能，减压阀6将高压气瓶9流出的高压气体减压之后通过导气管冲入到气囊3中，进气阀4控制气囊3的充气，出气阀5控制气囊3的排气，控制器26用于控制各用电器，深度传感器12可测量整体装置处的深度。

进一步优化方案，控制箱体25内部底面固定连接有气瓶支座7，气瓶支座7内壁与高压气瓶9固定连接，控制箱体25内部侧壁通过气瓶绑带8与高压气瓶9固定连接，控制箱体25内部底面固定连接有电池支架10，电池支架10顶面与蓄电池11固定连接。

本实施例的工作过程如下：当水下无人航行器1位于水下需要上浮时，控制器26控制进气阀4和减压阀6打开，高压气体泄压后冲进气囊3内，气囊3的体积逐渐变大，整体装置的浮力增大，当浮力大于整体装置和水下无人航行器1的重力总和时，整体装置带动水下无人航行器1上浮，深度传感器12检测到深度发生变化后，将信号传递给控制器26，控制器26控制进气阀4和减压阀6闭合，在气囊3的体积逐渐变大的过程中，控制器26控制气缸15逐渐缩短，气缸15带动固定套22和滑动板21上移，同时固定套22和滑动板21紧贴气囊3的上表面，防止充气过程中气囊3顶部局部变形过大致使气囊3破裂，随着整体装置的上浮，水压逐渐较小，气囊3进一步膨胀，保护外圈2内壁的压力传感器13，检测到气囊3表面压力达到预设值后，将信号传给控制器26，控制器26控制减压阀6开启，将一步气体排出到气囊3外部，防止气囊3受损；

当需要使水下无人航行器1下潜时，控制器26控制出气阀5打开，同时控制气缸15伸长，使固定套22和滑动板21将气囊3内的气体排出，相比于现有技术中只依靠水压将气囊3中空气排出的方案，此种方式排出气体的速度更快，装置完全位于水中后，气囊3中的空气逐步排净，控制器26控制出气阀5闭合。

实施例2

参照图4，本实施例与实施例1的区别仅在于，保护外圈2内壁固接有柔性垫27，柔性垫27可选用橡胶材质，防止保护外圈2与气囊3直接接触，柔性垫27具有弹性在气囊3快速膨胀的过程中起到一定的缓冲作用，防止气囊3破裂。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种水下浮力调节装置，其特征在于：包括水下无人航行器(1)，所述水下无人航行器(1)中部侧壁固定连接有浮力组件，所述水下无人航行器(1)底部侧壁固定连接有控制组件，所述控制组件与所述浮力组件相连通；所述浮力组件包括保护壳体，所述保护壳体与所述水下无人航行器(1)侧壁固定连接，所述保护壳体内部设有气囊(3)，所述气囊(3)与所述控制组件相连通，所述保护壳体外壁设有若干按压部，所述按压部与所述气囊(3)外壁接触设置。

2.根据权利要求1所述水下浮力调节装置，其特征在于：所述保护壳体包括保护外圈(2)和保护内圈(18)，所述保护内圈(18)内壁与所述水下无人航行器(1)侧壁固定连接，所述保护内圈(18)和所述保护外圈(2)同轴设置，所述保护内圈(18)和所述保护外圈(2)之间设有若干辐板(17)，若干所述辐板(17)沿所述保护内圈(18)周向等间隔设置，所述辐板(17)两端分别与所述保护内圈(18)和所述保护外圈(2)固定连接，所述保护内圈(18)外壁与所述气囊(3)固定连接，所述保护外圈(2)外壁与所述按压部固定连接，所述保护外圈(2)内壁固定连接有压力传感器(13)。

3.根据权利要求2所述水下浮力调节装置，其特征在于：所述按压部包括气缸支架(16)，所述气缸支架(16)底部与所述保护外圈(2)固定连接，所述气缸支架(16)中部固定连接有气缸(15)，所述气缸(15)伸缩端朝向所述保护外圈(2)圆心，所述气缸(15)伸缩端固定连接有压板组件(14)，所述压板组件(14)远离所述气缸(15)的侧壁与所述气囊(3)接触设置。

4.根据权利要求3所述水下浮力调节装置，其特征在于：所述压板组件(14)包括固定套(22)，所述固定套(22)顶部侧壁与所述气缸(15)活动端固定连接，所述固定套(22)为内部中空结构，所述固定套(22)两端分别滑动连接有滑动板(21)，所述滑动板(21)靠近所述固定套(22)中部一端与所述固定套(22)弹性连接，所述滑动板(21)远离所述固定套(22)中部一端与所述辐板(17)滑动连接，所述固定套(22)和所述滑动板(21)远离所述气缸(15)一侧与所述气囊(3)接触设置。

5.根据权利要求4所述水下浮力调节装置，其特征在于：所述固定套(22)中部固定连接有固定块(23)，所述固定块(23)两端通过弹簧(24)与所述滑动板(21)端部弹性连接。

6.根据权利要求4所述水下浮力调节装置，其特征在于：所述滑动板(21)靠近所述辐板(17)一端转动连接有滚轮(20)，所述辐板(17)靠近所述滑动板(21)一侧开设有滑槽(19)，所述滑槽(19)与所述滚轮(20)滚动连接。

7.根据权利要求1所述水下浮力调节装置，其特征在于：所述控制组件包括控制箱体(25)，所述控制箱体(25)顶部与所述水下无人航行器(1)固定连接，所述控制箱体(25)内壁固定连接有高压气瓶(9)和蓄电池(11)，所述高压气瓶(9)出口端固定连接有减压阀(6)，所述减压阀(6)出口端通过导气管与所述气囊(3)连通，所述导气管与所述气囊(3)连接处设有进气阀(4)，所述气囊(3)顶部侧壁连通有出气阀(5)，所述控制箱体(25)内壁固定连接有控制器(26)，所述控制箱体(25)外壁固定连接有深度传感器(12)。

8.根据权利要求7所述水下浮力调节装置，其特征在于：所述控制箱体(25)内部底面固定连接有气瓶支座(7)，所述气瓶支座(7)内壁与所述高压气瓶(9)固定连接，所述控制箱体(25)内部侧壁通过气瓶绑带(8)与所述高压气瓶(9)固定连接，所述控制箱体(25)内部底面固定连接有电池支架(10)，所述电池支架(10)顶面与所述蓄电池(11)固定连接。

Images