CN218400933U - 一种水下机器人中央浮力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种水下机器人中央浮力系统，中央浮力系统包括一个中央浮力系统单元，中央浮力系统单元设置在水下机器人中部，用于带动水下机器人在水中上浮和下沉运动，中央浮力系统单元包括密封舱气囊、气泵、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、单向节流调速阀、溢流调压阀、浸水舱气囊、电源和控制装置，密封舱气囊分别与气泵和单向节流调速阀连通，气泵、第一电磁换向阀以及浸水舱气囊的进气端串联连通，单向节流调速阀、第二电磁换向阀以及浸水舱气囊的出气端串联连通，解决现有的潜航器浮力系统结构复杂，调整机器人在水下上沉和下浮的状态速度慢，进而影响机器人在水中运行的深度的问题。

Description

一种水下机器人中央浮力系统

技术领域

本实用新型属于水下机器人潜航技术领域，具体涉及一种水下机器人中央浮力系统。

背景技术

目前水下机器人的潜航有潜航器浮力系统，其中，潜航器浮力系统的种类很多，但是现有的潜航器浮力系统结构复杂，调整机器人在水下上沉和下浮的状态速度慢，进而影响机器人在水中运行的深度。

发明内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种水下机器人中央浮力系统，能够解决现有的潜航器浮力系统结构复杂，调整机器人在水下上沉和下浮的状态速度慢，进而影响机器人在水中运行的深度的问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种水下机器人中央浮力系统，中央浮力系统包括一个中央浮力系统单元，中央浮力系统单元设置在水下机器人中部，用于带动水下机器人在水中上浮和下沉运动；

中央浮力系统单元包括密封舱气囊、气泵、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、单向节流调速阀、溢流调压阀、浸水舱气囊、电源和控制装置；

密封舱气囊分别与气泵和单向节流调速阀连通，气泵、第一电磁换向阀以及浸水舱气囊的进气端串联连通，单向节流调速阀、第二电磁换向阀以及浸水舱气囊的出气端串联连通，溢流调压阀并联连通在单向节流调速阀和第二电磁换向阀串联连接后的串联支路的两端；其中，密封舱气囊设置在浸水舱气囊下方；

电源分别与气泵、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀之间电性连接，控制装置分别与气泵、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀之间信号连接，电源和控制装置之间电性连接和信号连接。

可选的，溢流调压阀的入口端与第二电磁换向阀连通，溢流调压阀的出口端与单向节流调速阀连通。

可选的，第一电磁换向阀为进气用两位两通电磁换向阀，第二电磁换向阀为排气用两位两通电磁换向阀。

可选的，一个中央浮力系统单元还包括管路，密封舱气囊与气泵之间、气泵和第一电磁换向阀之间、第一电磁换向阀与浸水舱气囊之间、浸水舱气囊与第二电磁换向阀之间、第二电磁换向阀与单向节流调速阀之间、单向节流调速阀与密封舱气囊之间、浸水舱气囊与溢流调压阀之间、溢流调压阀与密封舱气囊之间均采用管路连通。

可选的，水下机器人包括主体，主体包括密封舱和浸水舱，密封舱位于浸水舱下方，密封舱气囊、气泵、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、单向节流调速阀、溢流调压阀、电源和控制装置均设置在密封舱内，浸水舱气囊设置在浸水舱内，管路穿过密封舱与位于浸水舱的浸水舱气囊相连通。

可选的，密封舱包括密封舱壳体和密封舱盖，密封舱盖与密封舱壳体之间密封连接，浸水舱为非密封结构，设有进水孔。

可选的，密封舱气囊安装在密封舱壳体内腔后侧，控制装置设置在密封舱气囊的上方，气泵、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、单向节流调速阀和溢流调压阀均安装在密封舱壳体内腔的一侧，密封舱壳体内腔的另一侧安装电源，浸水舱气囊安装在浸水舱中部，以使主体处于平衡状态。

可选的，电源为锂电池，控制装置为集成控制器。

有益效果

本实用新型的实施例中所提供的一种水下机器人中央浮力系统，通过水下机器人中安装一个中央浮力系统单元，且一个中央浮力系统单元是安装在水下机器人的正中央，使水下机器人处于平衡状态，并通过一个中央浮力系统确保水下机器人不会下沉到水底，同时可以上浮在水面。通过密封舱气囊和浸水舱气囊之间的气体相互移动，进而实现水下机器人在水中上浮和下沉。解决了现有的潜航器浮力系统结构复杂，调整机器人在水下上沉和下浮的状态速度慢，进而影响机器人在水中运行的深度的问题。

本实用新型的优点：

(1)采用常闭式两位两通电磁换向阀，可实现此换向阀和气泵停机时浸水舱气囊气体自锁，实现浮力系统的高效节能。

(2)采用陀螺仪姿态控制模块与浮力系统单元配合的控制方式，实现高效、精准浮力调节。

(3)采用密封舱在下，浸水舱在上，浸水舱中心位置布置气囊的配置结构，可实现浸水舱气囊充气和放气过程中保证潜航器整体姿态稳定。

(4)本套系统只需要将浮力控制介质由气体改为轻质油，再将气泵改为油泵即可实现轻质油为介质的浮力系统的转变。

附图说明

图1为本实用新型实施例的中央浮力系统单元原理图；

图2为本实用新型实施例的密封舱的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的浸水舱气囊的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的主体的主视结构示意图；

图5为本实用新型实施例的主体的后视结构示意图。

附图标记表示为：

1、密封舱气囊；2、气泵；3、第一电磁换向阀；4、第二电磁换向阀；5、单向节流调速阀；6、溢流调压阀；7、浸水舱气囊；8、管路；9、电源；10、控制装置；11、主体；110、密封舱；1101、密封舱壳体；1102、密封舱盖；111、浸水舱；12、双密封槽；13、密封垫；14、斜面；15、第一外沿；16、管线孔；17、第二外沿；18、进水孔。

具体实施方式

结合参见图1至图5所示，根据本实用新型的实施例，一种水下机器人中央浮力系统，请参照图1和图2包括一个中央浮力系统单元，一中央浮力系统单元设置在水下机器人中部，用于带动水下机器人在水中上浮和下沉运动；中央浮力系统单元包括密封舱气囊1、气泵2、第一电磁换向阀3、第二电磁换向阀4、单向节流调速阀5、溢流调压阀6、浸水舱气囊7、电源9和控制装置10；密封舱气囊1分别与气泵2和单向节流调速阀5连通，气泵2、第一电磁换向阀3以及浸水舱气囊7的进气端串联连通，单向节流调速阀5、第二电磁换向阀4以及浸水舱气囊7的出气端串联连通，溢流调压阀6并联连通在单向节流调速阀5和第二电磁换向阀4串联连接后的串联支路的两端；其中，密封舱气囊1设置在浸水舱气囊7下方；电源9分别与气泵2、第一电磁换向阀3、第二电磁换向阀4之间电性连接，控制装置10分别与气泵2、第一电磁换向阀3、第二电磁换向阀4之间信号连接，电源9和控制装置10之间电性连接和信号连接。本实用新型通过水下机器人中安装一个中央浮力系统单元，且一个中央浮力系统单元是安装在水下机器人的正中央，使水下机器人处于平衡状态，并通过一个中央浮力系统确保水下机器人不会下沉到水底，同时可以上浮在水面。通过密封舱气囊1和浸水舱气囊7之间的气体相互移动，进而实现水下机器人在水中上浮和下沉。解决了现有的潜航器浮力系统结构复杂，调整机器人在水下上沉和下浮的状态速度慢，进而影响机器人在水中运行的深度的问题。

进一步的，请参照图2和图3，密封舱气囊1位于浸水舱气囊7的下方，便于实现水下机器人上浮和下沉运动。

进一步的，请参照图3，浸水舱气囊7安装在密封舱盖1102上表面的正中央。

进一步的，水下机器人包括主体11，请参照图5、图4，主体11包括密封舱110和浸水舱111，请参照图3，密封舱110包括密封舱壳体1101和密封舱盖1102，密封舱壳体1101和密封舱盖1102及浸水舱111用螺栓螺母副固定连接。密封舱壳体1101和密封舱盖1102配合安装面上都设置有双密封槽12。双密封槽12中安装有密封垫13，密封垫13形状与双密封槽12匹配。

进一步的，密封舱壳体1101整体呈多面体，密封舱壳体1101前方左右两侧有斜面14，减小阻力。上方设有开口，开口一周设有第一外沿15，第一外沿15与密封舱盖1102配合安装面上都设有螺栓孔。密封舱盖1102的外形与密封舱壳体1101的外形匹配，配合面呈多边形，密封舱盖1102上设置有多个管线孔16，用于穿过浮力系统的管线。所有的管线孔16都采用大口向外的圆锥孔，并在装配完成后采用防水胶密封。

进一步的，密封舱盖1102上方配合安装有浸水舱111，浸水舱111主体结构呈多面体形，下方开口，并在下方开口一周设有第二外沿17，此第二外沿与密封舱盖1102配合安装面上都设有多个螺栓孔。浸水舱111的尾部表面开有进水孔18。

进一步的，密封舱气囊1、气泵2、第一电磁换向阀3、第二电磁换向阀4、单向节流调速阀5、溢流调压阀6、电源9和控制装置10均设置在密封舱110内，浸水舱气囊7设置在浸水舱111内，管路8穿过密封舱110与位于浸水舱111的浸水舱气囊7相连通。

进一步的，请参照图2，中央浮力系统单元还包括管路8，密封舱气囊1与气泵2之间、气泵2和第一电磁换向阀3之间、第一电磁换向阀3与浸水舱气囊7之间、浸水舱气囊7与第二电磁换向阀4之间、第二电磁换向阀4与单向节流调速阀5之间、单向节流调速阀5与密封舱气囊1之间、浸水舱气囊7与溢流调压阀6之间、溢流调压阀6与密封舱气囊1之间均采用管路8连通。连通后的部件位于密封舱110内的放置到密封舱110内，位于浸水舱111内的放置到浸水舱111内。第一电磁换向阀3为进气用两位两通电磁换向阀，当水下机器人上浮时，打开进气用两位两通电磁换向阀和气泵2，将密封舱气囊1中的气体抽吸到浸水舱气囊7中，实现水下机器人上浮。第二电磁换向阀4为排气用两位两通电磁换向阀，当水下机器人下沉时，打开排气用两位两通电磁换向阀，关闭进气用两位两通电磁换向阀和气泵2，借助外界水的压力使浸水舱气囊7中的气体排入密封舱气囊1中，实现水下机器人下沉。

进一步的，密封舱气囊1安装在密封舱壳体1101内腔后侧，控制装置10设置在密封舱气囊1的上方，气泵2、第一电磁换向阀3、第二电磁换向阀4、单向节流调速阀5和溢流调压阀6均安装在密封舱壳体1101内腔的一侧，且通过管路8相互连通，密封舱壳体1101内腔的另一侧安装电源9，浸水舱气囊7安装在浸水舱111中部，即浸水舱气囊7安装在浸水舱111内中轴线位置。在主体11处于平衡状态时，位于密封舱110的部件通过粘贴等方式将部件固定在密封舱110内，位于浸水舱111内的浸水舱气囊7也是通过粘贴等方式固定在浸水舱111内腔。

进一步的，溢流调压阀6的入口端与第二电磁换向阀4连通，溢流调压阀6的出口端与单向节流调速阀5连通，是便于通过溢流调压阀6对浸水舱气囊7进行保护，避免浸水舱气囊7的压力过大破坏整体水下机器人的浮力系统。

进一步的，位于密封舱110内的部件之间的安装距离根据实际安装进行选择，确保密封舱110在水中处于平衡状态即可。

进一步的，气泵2由电源9供电，电源9为锂电池。中央浮力系统的电气元件都由控制装置10中浮力控制系统模块控制，控制装置10为集成控制器。

进一步的，集成控制器集成有浮力控制系统模块、陀螺仪姿态控制模块。由集成控制器集中陀螺仪姿态控制模块感知水下机器人的平衡状态，通浮力控制系统模块控制水下机器人实现浮力系统快速、精准调节。

进一步的，浸水舱111为非密封结构。

本实用新型的工作原理：

当水下机器人需要借助浮力系统增加浮力上浮时：

由控制装置10控制气泵2启动、第一电磁换向阀3即进气用两位两通电磁换向阀的处于通路打开状态，控制气泵2启动将密封舱气囊1中的气体抽吸到浸水舱气囊7中。同时，控制装置10控制第二电磁换向阀4即排气用两位两通电磁换向阀处于常闭状态。这样就可以使浸水舱气囊7处于充气状态，增加了水下机器人的整体浮力，打破了重力和浮力的平衡状态，使潜航器借助浮力上浮。

当水下机器人需要借助浮力系统减小浮力下沉时：

由控制装置10控制气泵2停机、第一电磁换向阀3即进气用两位两通电磁换向阀的处于通路闭合状态，同时，控制装置10控制第二电磁换向阀4即排气用两位两通电磁换向阀处于通路打开状态。这样就可以借助外界水的压力使浸水舱气囊7中的气体通过第二电磁换向阀4即排气用两位两通电磁换向阀和单向节流调速阀5排入密封舱气囊1中。这样就减小了水下机器人的整体浮力，打破了重力和浮力的平衡状态，使水下机器人下沉。可以通过单向节流调速阀5调节排气的速度。还可以通过溢流调压阀6实现对浸水舱气囊7的保护。当浸水舱气囊7中的压力超过溢流调压阀6的设定最高压力阈值时，浸水舱气囊7中的气体通过溢流调压阀6通路排入到密封舱气囊1中。浸水舱111的尾部表面开有进水孔18，使浸水舱111与外界水相通。

此外，一个中央浮力系统所用的调节介质也可以是密度比水小的油，对应地，气泵2换成油泵即可。气囊和油囊都是采用非刚性材质制造，一个中央浮力系统的电器由锂电池供电。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

Claims (8)

1.一种水下机器人中央浮力系统，其特征在于，中央浮力系统包括一个中央浮力系统单元，中央浮力系统单元设置在水下机器人中部，用于带动水下机器人在水中上浮和下沉运动；

中央浮力系统单元包括密封舱气囊(1)、气泵(2)、第一电磁换向阀(3)、第二电磁换向阀(4)、单向节流调速阀(5)、溢流调压阀(6)、浸水舱气囊(7)、电源(9)和控制装置(10)；

密封舱气囊(1)分别与气泵(2)和单向节流调速阀(5)连通，气泵(2)、第一电磁换向阀(3)以及浸水舱气囊(7)的进气端串联连通，单向节流调速阀(5)、第二电磁换向阀(4)以及浸水舱气囊(7)的出气端串联连通，溢流调压阀(6)并联连通在单向节流调速阀(5)和第二电磁换向阀(4)串联连接后的串联支路的两端；其中，密封舱气囊(1)设置在浸水舱气囊(7)下方；

电源(9)分别与气泵(2)、第一电磁换向阀(3)、第二电磁换向阀(4)之间电性连接，控制装置(10)分别与气泵(2)、第一电磁换向阀(3)、第二电磁换向阀(4)之间信号连接，电源(9)和控制装置(10)之间电性连接和信号连接。

2.根据权利要求1所述的水下机器人中央浮力系统，其特征在于，溢流调压阀(6)的入口端与第二电磁换向阀(4)连通，溢流调压阀(6)的出口端与单向节流调速阀(5)连通。

3.根据权利要求1所述的水下机器人中央浮力系统，其特征在于，第一电磁换向阀(3)为进气用两位两通电磁换向阀，第二电磁换向阀(4)为排气用两位两通电磁换向阀。

4.根据权利要求1所述的水下机器人中央浮力系统，其特征在于，一个中央浮力系统单元还包括管路(8)，密封舱气囊(1)与气泵(2)之间、气泵(2)和第一电磁换向阀(3)之间、第一电磁换向阀(3)与浸水舱气囊(7)之间、浸水舱气囊(7)与第二电磁换向阀(4)之间、第二电磁换向阀(4)与单向节流调速阀(5)之间、单向节流调速阀(5)与密封舱气囊(1)之间、浸水舱气囊(7)与溢流调压阀(6)之间、溢流调压阀(6)与密封舱气囊(1)之间均采用管路(8)连通。

5.根据权利要求1所述的水下机器人中央浮力系统，其特征在于，水下机器人包括主体(11)，主体(11)包括密封舱(110)和浸水舱(111)，密封舱(110)位于浸水舱(111)下方，密封舱气囊(1)、气泵(2)、第一电磁换向阀(3)、第二电磁换向阀(4)、单向节流调速阀(5)、溢流调压阀(6)、电源(9)和控制装置(10)均设置在密封舱(110)内，浸水舱气囊(7)设置在浸水舱(111)内，管路(8)穿过密封舱(110)与位于浸水舱(111)的浸水舱气囊(7)相连通。

6.根据权利要求5所述的水下机器人中央浮力系统，其特征在于，密封舱(110)包括密封舱壳体(1101)和密封舱盖(1102)，密封舱盖(1102)与密封舱壳体(1101)之间密封连接，浸水舱(111)为非密封结构，设有进水孔(18)。

7.根据权利要求6所述的水下机器人中央浮力系统，其特征在于，密封舱气囊(1)安装在密封舱壳体(1101)内腔后侧，控制装置(10)设置在密封舱气囊(1)的上方，气泵(2)、第一电磁换向阀(3)、第二电磁换向阀(4)、单向节流调速阀(5)和溢流调压阀(6)均安装在密封舱壳体(1101)内腔的一侧，密封舱壳体(1101)内腔的另一侧安装电源(9)，浸水舱气囊(7)安装在浸水舱(111)中部，以使主体(11)处于平衡状态。

8.根据权利要求1所述的水下机器人中央浮力系统，其特征在于，电源(9)为锂电池，控制装置(10)为集成控制器。

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