一种水下机器人用紧凑型浮力调节装置的制作方法

本发明属于水下机器人领域，具体地说是一种水下机器人用紧凑型浮力调节装置。

背景技术：

潜水器是水下科考仪器设备的重要载体，在维护国家海洋权益、开发利用海洋资源、保护海洋生态环境和谋求海洋发展空间等方面发挥十分重要的作用。浮力调节装置是潜水器进行升降运动的关键技术,常用的浮力调节装置有油泵油囊装置以及海水泵吸排系统装置,其中油泵油囊式浮力调节装置由于可靠性高、功耗低，而被广泛应用。然而部分潜水器为了满足小型化、长续航力等特点，对结构紧凑、重量轻和高效率的油泵油囊式浮力调节装置的需求非常迫切。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种水下机器人用紧凑型浮力调节装置，解决小型潜水器全海深范围内自主下潜上浮运动,具有效率高、可靠性高等特点，可在更多对浮力调节装置结构要求紧凑的小型潜水器上拓展应用。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括具有内油囊的内油囊组件及安装于该内油囊组件上的外油囊，还包括动力源、高压柱塞泵、电磁阀、隔膜液体泵、液压阀块及单向阀，其中液压阀块安装于所述内油囊组件上，该液压阀块上分别安装有动力源、电磁阀、隔膜液体泵及柱塞泵固定件，所述高压柱塞泵及单向阀分别安装于柱塞泵固定件上，所述动力源的输出端与高压柱塞泵的转轴连接，驱动高压柱塞泵工作；所述高压柱塞泵的吸油端与内油囊组件中的内油囊连通，该高压柱塞泵输出的高压力油经所述单向阀进入外油囊中；所述内油囊、高压柱塞泵、单向阀及外油囊的油路上并联有回油油路，该回油油路上分别设有电磁阀及隔膜液体泵，所述回油油路的一端位于高压柱塞泵与内油囊之间，回油油路的另一端位于所述外油囊与单向阀之间；所述动力源驱动高压柱塞泵将内油囊中的液压油输入到外油囊中，该外油囊中的液压油在回油时通过所述隔膜液体泵的作用回排到内油囊中。

其中：所述高压柱塞泵的吸油端安装有高压柱塞泵吸油接头，该高压柱塞泵吸油接头与所述内油囊密封连接，所述高压柱塞泵的出油端经单向阀与螺纹连接于液压阀块上的高压管接头通过液压阀块内部通路相连通，所述高压管接头通过钢管与外油囊相连通。

所述液压阀块上螺纹连接有液压阀块出油管接头，所述隔膜液体泵的吸油端安装有隔膜液体泵吸油管接头，该隔膜液体泵吸油管接头通过胶管与所述液压阀块出油管接头相连，所述隔膜液体泵的出油端安装有隔膜液体泵出油管接头，该隔膜液体泵出油管接头通过胶管与高压柱塞泵的吸油端安装的高压柱塞泵吸油接头相连。

所述液压阀块上螺纹连接有深度计，该深度计通过所述液压阀块内部通路与高压柱塞泵输出的高压油连通，用于检测该高压油的压力。

所述液压阀块上安装有防止高压柱塞泵松动的柱塞泵支架，所述动力源为电机减速器，该电机减速器通过电机支架安装于所述柱塞泵支架上，所述电机减速器的输出轴通过联轴器与高压柱塞泵的转轴连接。

所述内油囊组件安装有电位计。

所述外油囊安装于艉部端盖上，该艉部端盖通过艉部拉杆固定在所述内油囊组件上。

本发明的优点与积极效果为：

1.结构紧凑：本发明各机构及元件布置合理、空间利用率高，使得机构结构紧凑，重量轻，成本低，便于装配及维护。

2.效率高：本发明根据潜水器在不同工作压力环境设置两种排油方式，采用高压柱塞泵在水下向外排出高压力液压油，隔膜液体泵在水面向内快速无压力回油。

3.可靠性高：本发明在提升系统效率同时，同步开展可靠性设计工作，并通过相关测试进行试验验证。

4.应用范围广：本发明由于结构紧凑，特别适合在结构要求紧凑的小型潜水器，可在全海深范围内使用。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1中去掉外油囊、艉部端盖、钢管、艉部拉杆、电位计及内油囊组件后的后视图；

图3为本发明的结构原理图；

其中：1为外油囊，2为艉部端盖，3为钢管，4为电机减速器，5为联轴器，6为高压柱塞泵，7为高压柱塞泵吸油接头，8为直线电位计，9为内油囊组件，10为电磁阀，11为高压管接头，12为隔膜液体泵，13为隔膜液体泵出油管接头，14为艉部拉杆，15为隔膜液体泵吸油管接头，16为深度计，17为液压阀块，18为液压阀块出油管接头，19为柱塞泵固定件，20为密封圈，21为单向阀，22为柱塞泵支架，23为电机支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～3所示，本发明包括外油囊1、艉部端盖2、动力源、联轴器5、高压柱塞泵6、电位计8、内油囊组件9、电磁阀10、隔膜液体泵12、深度计16、液压阀块17、柱塞泵固定件19及单向阀21，其中外油囊1安装在艉部端盖2上，艉部端盖2通过艉部拉杆14固定在内皮囊组件9上，外油囊1上连接有钢管3，外油囊1的体积变化可改变潜水器的浮力大小；外油囊1位于艉部端盖2的外侧，浸没在潜水器所处的海水中，艉部端盖2的内侧与潜水器密封连接，艉部端盖2、动力源、联轴器5、高压柱塞泵6、电位计8、内油囊组件9、电磁阀10、隔膜液体泵12、深度计16、液压阀块17、柱塞泵固定件19及单向阀21分别安装在潜水器内，与海水隔离开。

液压阀块17通过螺钉固定在内油囊组件9上，动力源、高压柱塞泵6、电磁阀10、高压管接头11、隔膜液体泵12、深度计16、液压阀块出油管接头18、柱塞泵固定件19及单向阀21均紧凑集成在液压阀块17上，同时高压柱塞泵6、电磁阀10、隔膜液体泵12、深度计16、柱塞泵固定件19及单向阀21可单独拆卸安装，单向阀21通过螺纹连接紧固在柱塞泵固定件19上，高压柱塞泵6螺纹连接于柱塞泵固定件19上，并通过柱塞泵固定件19固定在液压阀块17上，采用密封圈20对液压油进行密封；电磁阀10、高压管接头11、深度计16及液压阀块出油管接头18通过螺纹连接紧固在液压阀块17上，电磁阀10、高压管接头11、深度计16通过液压阀块17内部通路与高压柱塞泵6输出的高压油连通。

柱塞泵支架22安装在液压阀块17上，同时防止高压柱塞泵6松动。本实施例的动力源为电机减速器4，电机支架23通过螺钉安装在柱塞泵支架22上，电机减速器4通过螺钉安装在电机支架23上，电机减速器4的输出轴通过联轴器5与高压柱塞泵6的转轴连接，带动高压柱塞泵6工作。

高压柱塞泵6的吸油端与内油囊组件9中的内油囊连通，该高压柱塞泵6输出的高压力油经单向阀21进入外油囊1中。内油囊、高压柱塞泵6、单向阀21及外油囊1的油路上并联有回油油路，该回油油路上分别设有电磁阀10及隔膜液体泵12，回油油路的一端位于高压柱塞泵6与内油囊之间，回油油路的另一端位于外油囊1与单向阀21之间。电机减速顺4驱动高压柱塞泵6将内油囊中的液压油输入到外油囊1中，该外油囊1中的液压油在回油时通过隔膜液体泵12的作用回排到内油囊中。

本实施例的高压柱塞泵6的吸油端安装有高压柱塞泵吸油接头7，该高压柱塞泵吸油接头7与内油囊密封连接、从内油囊吸出液压油，高压柱塞泵6的出油端经单向阀21与高压管接头11通过液压阀块17内部通路相连通，高压管接头11通过钢管3与外油囊1相连通，高压柱塞泵6输出高压力油通过高压管接头11和钢管3进入外油囊1。

本实施例的液压阀块17上螺纹连接有液压阀块出油管接头18，隔膜液体泵12通过螺钉安装在液压阀块17上，隔膜液体泵12的吸油端安装有隔膜液体泵吸油管接头15，该隔膜液体泵吸油管接头15通过胶管与液压阀块出油管接头18相连；隔膜液体泵12的出油端安装有隔膜液体泵出油管接头13，该隔膜液体泵出油管接头13通过胶管与高压柱塞泵吸油接头7相连；同时，高压柱塞泵吸油接头7连接内油囊，并通过密封圈密封。在电磁阀10工作后，隔膜液体泵12将外油囊1内的液压油经由高压管接头11、液压阀块出油管接头18、隔膜液体泵吸油管接头15、隔膜液体泵出油管接头13、高压柱塞泵吸油接头7排到内油囊中。

本实施例的内油囊组件9上安装有电位计8，该电位计8为现有技术中的直线电信计，通过该电位计8获得内油囊组件9的液压油容积信息。

本实施例的液压阀块17上螺纹连接的深度计16，通过液压阀块17内部通路与高压柱塞泵6输出的高压油连通，用于检测该高压油的压力，进而判断潜水器的下潜深度。

本发明的高压柱塞泵6、电位计8、电磁阀10、隔膜液体泵12、深度计16及液压阀块17均为现有技术，高压柱塞泵6的压力可达500bar。

本发明的工作原理为：

如图3所示，电机减速器4带动高压柱塞泵6工作，把潜水器内油囊中的液压油打到外油囊1，电机减速器4停止后，单向阀21和电磁阀10保证液压油不会回流。由于外油囊1充油量的增加，加大了排水体积，使得潜水器的浮力增加实现上浮。回油时，打开回油路上的电磁阀10，隔膜液体泵12反向旋转，外油囊1中的液压油在隔膜液体泵12的作用下回排到内油囊组件9的内油囊中，实现排水体积的减小，使浮力减小实现下潜。内油囊组件9安装有电位计8，潜水器可以通过该电位计8获得内油囊的容积信息，从而估算出外油囊1的体积变化量，得到浮力大小的改变量并加以控制。

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