CN106828835B - 一种深海水下机器人用自适应浮力微标定集散*** - Google Patents

一种深海水下机器人用自适应浮力微标定集散*** Download PDF

Info

Publication number
CN106828835B
CN106828835B CN201710211900.4A CN201710211900A CN106828835B CN 106828835 B CN106828835 B CN 106828835B CN 201710211900 A CN201710211900 A CN 201710211900A CN 106828835 B CN106828835 B CN 106828835B
Authority
CN
China
Prior art keywords
micro
sacculus
buoyancy
calibration
resilient bladder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710211900.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106828835A (zh
Inventor
宋大雷
郭亭亭
孙伟成
姜迁里
崔志建
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin Haiyi Technology Co.,Ltd.
Original Assignee
Ocean University of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ocean University of China filed Critical Ocean University of China
Priority to CN201710211900.4A priority Critical patent/CN106828835B/zh
Publication of CN106828835A publication Critical patent/CN106828835A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106828835B publication Critical patent/CN106828835B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/52—Tools specially adapted for working underwater, not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B43/00—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for
    • B63B43/02—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for reducing risk of capsizing or sinking
    • B63B43/10—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for reducing risk of capsizing or sinking by improving buoyancy
    • B63B43/14—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for reducing risk of capsizing or sinking by improving buoyancy using outboard floating members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B43/00—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for
    • B63B43/02—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for reducing risk of capsizing or sinking
    • B63B43/10—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for reducing risk of capsizing or sinking by improving buoyancy
    • B63B43/14—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for reducing risk of capsizing or sinking by improving buoyancy using outboard floating members
    • B63B2043/145—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for reducing risk of capsizing or sinking by improving buoyancy using outboard floating members pneumatic, e.g. inflatable on demand

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Toys (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明公开了一种深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***，由复数个自适应浮力微标定装置组成；单个自适应浮力微标定装置包括筒仓、弹性球囊、球囊涨缩机构、动力驱动机构和控制模块；筒仓为一段水密的空心圆筒；动力驱动机构设置在筒仓的内腔；弹性球囊为弹性材料制成的内腔空心半球体且与筒仓的前端以水密结构连接；球囊涨缩机构设置在弹性球囊的内腔；球囊涨缩机构通过伸缩连杆与动力驱动机构连接；设在筒仓内腔的控制模块驱动并控制动力驱动机构的运转。本发明设计合理，结构紧凑，能够实现浮力的微标定和微调整。

Description

一种深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***
技术领域
本发明涉及一种深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***。
背景技术
现有技术中，在建筑工地给即将使用或使用后需要保养的扣件松动螺丝是人工用扳手直接松动，由于需要人工拿扳手去松动，则耗费的工作量比较大，耗费的时日也比较长；而且部分螺丝可能由于生锈等原因人工根本无法松动,工作效率比较低，增加了施工生产过程中的成本，降低了经济效益。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***，由多个自适应浮力微标定装置组成；单个自适应浮力微标定装置(Buoyancy Micro-Calibrate Device，以下缩写为BMCD)包括筒仓(1)、弹性球囊(2)、球囊涨缩机构(3)、动力驱动机构(4)和控制模块(6)；
筒仓(1)由一段空心圆柱体与筒仓(1)的前后两端分别设有的前端盖(101)和后端盖(102)构成了一水密空间；前端盖和后端盖通过设在筒仓内腔的内部安装支架(7)连接；动力驱动机构(4)设置在筒仓的内腔且与内部安装支架(7)连接；
弹性球囊(2)为弹性材料制成且内腔空心的半球体，弹性球囊位于筒仓(1)的前端且与前端盖以水密结构连接；球囊涨缩机构(3)设置在弹性球囊(2)的内腔；
球囊涨缩机构(3)通过伸缩连杆(5)穿过设在前端盖(101)上的伸缩连杆通道接口(106)与动力驱动机构(4)连接；
控制模块(6)设在筒仓(1)的内腔，控制模块(6)驱动并控制动力驱动机构(4)的运转。
作为优选，筒仓(1)采用碳纤维按拓扑结构经复合缠绕而制成；
弹性球囊(2)采用丁腈橡胶制成，可耐压至水下2000米。
作为优选，后端盖(102)上设置有电源端口(103)、通讯端口(104)和工作模式配置端口(105)；
电源端口(103)采用水密接头结构，用以通过外接供电电源或其它带有供电功能的水下模块对其进行供电；
通讯端口(104)设为两个，分别为主通讯端口(104A)和从通讯端口(104B)，均采用水密接头结构；
工作模式配置端口(105)也采用水密接头结构，且可配置为主控端或受控端。
作为优选，弹性球囊(2)通过球囊高压接口(202)与前端盖以水密结构连接；
球囊高压接口(202)为圆环形状，圆环的外侧与弹性球囊(2)的横截直径处胶接，圆环内侧与筒仓(1)的前端盖(101)连接，且接口处设置有轴向密封结构和径向密封结构；
弹性球囊(2)的内腔还设有球囊接口内支架(203)，且球囊接口内支架(203)与前端盖(101)固定连接；所述球囊涨缩机构(3)与球囊接口内支架(203)固定连接。
作为优选，弹性球囊(2)的外周还设有球囊保护罩(201)；球囊保护罩(201)为套在弹性球囊(2)的外周且将弹性球囊的外表面完全覆盖的半球体；球囊保护罩(201)采用ABS塑料制成。
作为优选，球囊涨缩机构(3)包括复数个弹性支撑膜片(301)和与之相适配的膜片支撑杆(304)、空心球(306)、实心球撞针(308)；
复数个弹性支撑膜片(301)均匀分布在弹性球囊(2)的内侧，且每个弹性支撑膜片(301)正面与弹性球囊(2)的内侧表面相接触；
空心球(306)为一设在弹性球囊(2)中央的空心球体，空心球体的表面设置与膜片支撑杆(304)相适配的通孔；空心球(306)上均布通孔，空心球通过底座与球囊接口内支架(203)固定连接；实心球撞针(308)设置在空心球(306)的内腔，伸缩连杆的前端通过前轴套(501)与实心球撞针(308)固定连接；
每个弹性支撑膜片(301)均为圆形弹性膜片，每个弹性支撑膜片(301)背面中心与膜片支撑杆(304)的头端铰接，膜片支撑杆(304)的下部接近尾端处设有轴肩，膜片支撑杆的尾端穿过空心球(306)上的通孔，轴肩大于通孔直径并卡在通孔外侧，且轴肩和尾端之间套有压缩弹簧位于通孔内侧，通过轴肩与压缩弹簧的弹力共同作用将膜片支撑杆竖直设置在通孔中；膜片支撑杆尾端上的凸头与实心球撞针(308)的表面相接触，膜片支撑杆可围绕通孔作环绕并可作轴向窜动。
作为优选，动力驱动机构(4)包括直流力矩电机(401)、蜗轮(402)、蜗杆(403)、主动齿轮(404)、从动齿条(405)；
直流力矩电机(401)的输出轴通过蜗轮(402)蜗杆(403)机构带动主动齿轮(404)转动，主动齿轮与从动齿条(405)啮合，从动齿条的前端通过后轴套(502)与伸缩连杆(5)的后端固定连接，由直流矩力电机通过蜗轮(402)、蜗杆(403)、主动齿轮(404)、从动齿条驱动伸缩连杆作前后往复运动。
作为优选，控制模块(6)包括MCU控制器(601)、电源模块(602)、力矩电机驱动器(603)；
MCU控制器(601)与力矩电机驱动器(603)连接；力矩电机驱动器将MCU控制器(601)的微弱控制信号进行解析和放大，实现对直流力矩电机(401)的驱动；电源模块(602)提供工作电压和电流。
作为优选，筒仓(1)的外侧设有用于连接其他水下作业设备或水下机器人的外部固定支架(9)；外部固定支架上面设有安装用通孔；外部固定支架采用316不锈钢材质制成。
作为优选，实心球撞针(308)采用316不锈钢材质制成。
本发明的有益效果是：
1)本发明彻底摒弃传统依靠油路、高压泵、高压阀等的体积庞大的弊端，使用结构紧凑轻巧的球囊涨缩机构及动力驱动机构，实现对浮力驱动***的机械调节。
2)本发明抛弃现有的外皮囊为带褶皱且为圆柱结构无法耐高压，并且在一定深海压力下形状发生于预期褶皱垂直的方向不同的弊端，设计了半球状的弹性耐压球囊，可实现水下2000米以上的耐压深度，并可配合本套机械和电气机构，实现浮力的微标定和微调整。
3)本发明通过设置蜗轮蜗杆结构并配合齿轮齿条结构，在机械结构尽可能简单、体积小巧的前提下，尽可能提升传动比，从而增大输出力矩；同时，将电机的输出轴和经过蜗轮蜗杆后的输出轴垂向化，尽可能减少圆柱仓的垂直高度，进一步缩小体积；并且巧妙利用了蜗轮蜗杆的自锁功能，当本套自适应浮力微标定装置工作完毕后，通过蜗轮蜗杆结构自锁功能，力矩电机无须通电即可保持力矩，大大节省了能量，为水下作业设备或水下机器人的长航程(时)奠定了基础。
4)本发明设计了全新的球囊涨缩机构，实现对弹性球囊的半球体积均匀调控，具有体积精确可调的功能，最终达到了浮力微整定和微标定的目的。
5)本发明作为包括多个自适应浮力微标定装置(BMCD)的一套完善的具有自适应浮力微调整、微配平和微标定的集散***，其中任意一个自适应浮力微标定装置(BMCD)的硬件组成均相同，采用了通用性结构设计。并且均可通过端口配置成主控端(Host)或受控端(Bus Slave)，分别可充当协调器和节点功能，构成了一个***的网络拓扑结构，信息传递效率较高。同时本套装置可广泛应用到任意的水下作业设备或水下机器人身上，应用范围很广、通用性强。
附图说明
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。
图1是本发明深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***实施例中包含4个BMCD的连接示意图。
图2是本发明深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***实施例的单个BMCD的主视图。
图3是本发明深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***实施例的单个BMCD的右视图。
图4是本发明深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***实施例的单个BMCD的立体结构示意图。
图5是本发明深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***实施例的单个BMCD除去球囊保护罩和深海弹性耐压球囊后的主视图。
图6是本发明深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***实施例的单个BMCD除去球囊保护罩和深海弹性耐压球囊后的仰视图。
图7是本发明深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***实施例的单个BMCD的动力驱动机构的主视图。
图8是本发明深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***实施例的单个BMCD的动力驱动机构的仰视图。
图9是本发明深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***实施例的单个BMCD的球囊涨缩机构的立体结构示意图。
图10是本发明深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***实施例的单个BMCD的球囊涨缩机构的工作示意图。
图11是本发明深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***实施例的单个BMCD的膜片支撑杆连接结构示意图。
图中标记：1-筒仓，101-前端盖，102-后端盖，103-电源端口，104A-主通讯端口，104A-从通讯端口，105-工作模式配置端口，106-伸缩连杆通道接口，2-弹性球囊，201-球囊保护罩，202-球囊高压接口，203-球囊接口内支架，3-球囊涨缩机构，301-弹性支撑膜片，302-膜片铰接柱脚，303-铰接头，304-膜片支撑杆，305-连杆凸头，306-空心球，307-压缩弹簧，308-实心球撞针，309-轴肩，310-垫圈，4-动力驱动机构，401-直流力矩电机，402-蜗轮，403-蜗杆，404-主动齿轮，405-从动齿条，406-齿轮箱，407-动力驱动机构底座，5-伸缩连杆，501-前轴套，502-后轴套，6-控制模块，601-MCU控制器，602-电源模块，603-力矩电机驱动器，7-内部安装支架，8-外部安装架。
具体实施方式
一种深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***，由多个自适应浮力微标定装置(Buoyancy Micro-Calibrate Device，以下简称BMCD)组成，分别命名为BMCD1、BMCD2……BMCDn。每个自适应可配置浮力微标定机构(BMCD)均可配置成主控端(Host)或受控端(BusSlave)。对于上述中的任意一个自适应浮力微标定装置(BMCD)或者说BMCDx(x＝1,2,…，n)，其硬件组成均相同。
图1是由4个MBCD组成的深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***。
单个的BMCD由筒仓1、弹性球囊2、球囊涨缩机构3、动力驱动机构4、伸缩连杆5、控制模块6组成。
在图2中，筒仓1为一空心圆筒，在圆筒的前后两端设有前端盖101和后端盖102，圆筒和前后端盖构成了一段水密空间。前端盖101为圆形实体结构，其与筒仓1通过轴向和径向密封。为了减少重量，筒仓1使用碳纤维利用拓扑结构复合缠绕成具有一定厚度的空心圆筒结构。前端盖101上设置有伸缩连杆通道接口106，伸缩连杆通道接口106是伸缩连杆5在筒仓1和弹性球囊2之间的连接和活动通道。同时在前端盖和后端盖上设置有螺丝孔，方便通过螺栓将筒仓与前端盖101和后端盖102连接起来。螺栓采用了与螺丝孔相应配套的密封螺栓，密封螺栓同样具有横向密封结构和径向密封结构，用于保护筒仓1避免海水进入产生腐蚀。内部安装支架7安装固定在筒仓1的内腔，作为筒仓内腔中安装固定控制模块6和动力驱动机构4的载体。而且前端盖101和后端盖102通过内部安装支架7相互拉紧，防止松动造成密封不严的现象。
内部安装支架7采用316不锈钢制成，具有很好的耐腐蚀性和耐高温强度。
在图3图4和图5中，后端盖102上设置有电源端口103、通讯端口104和工作模式配置端口105。其中电源端口103为水密接头形式，用以通过外接供电电源或其它带有供电功能的水下模块对其进行供电。通讯端口104也采用水密结构形式，将每套自适应可配置浮力微标定机构(BMCD)的两个通讯端口104分别命名为主通讯端口104A和从通讯端口104B(图4、5)。具体工作模式需要与工作模式配置端口105的配置有关，这一部分将在下面陈述。
与电源端口103和通讯端口104机械结构和密封机制类似的，工作模式配置端口105也为水密接头的形式。
组成深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***的各个BMCD工作模式配置端口105按以下方式可配置为主控端(Host)或受控端(Bus Slave)：
1)当组成深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***中的一个BMCD(即BMCD1)的工作模式配置端口105被配置为主控端(Host)时，此时该自适应浮力微标定装置(BMCD1)的主通讯端口104A需要通过水密缆和水下作业设备或水下机器人的通讯接口连接，该自适应浮力微标定装置(BMCD1)相当于一个协调器。
2)组成该***的剩下其余的自适应浮力微标定装置(BMCD)均需将工作模式配置端口105配置为受控端(Bus Slave)，相当于多个节点；而水下作业设备或水下机器人则在整套***中充当了主控器角色。此时配置为主控端(Host)的自适应浮力微标定装置(BMCD1)的从通讯端口104B则通过水密缆和其余所有的被配置为受控端(Bus Slave)的自适应浮力微标定装置(BMCD)的主通讯端口104A和从通讯端口104B依次串联连接。
在图1中，以本实施例由4个BMCD组成的***举例说明：被配置为主控端(Host)的自适应浮力微标定装置(BMCD1)的主通讯端口104A需要通过水密缆连接到水下作业设备或水下机器人的通讯接口，配置为主控端(Host)的自适应浮力微标定装置(BMCD1)的从通讯端口104B则通过水密缆和第一个被配置为受控端(Bus Slave)的自适应浮力微标定装置(BMCD2)的主通讯端口104A连接。然后第一个被配置为受控端(Bus Slave)的自适应浮力微标定装置(BMCD2)的从通讯端口104B和第二个被配置为受控端(Bus Slave)的自适应浮力微标定装置(BMCD3)的主通讯端口104A连接。然后第二个被配置为受控端(Bus Slave)的自适应浮力微标定装置(BMCD3)的从通讯端口104B和第三个被配置为受控端(Bus Slave)的自适应浮力微标定装置(BMCD4)的主通讯端口104A连接。最后，第三个被配置为受控端(BusSlave)的自适应浮力微标定装置(BMCD4)的从通讯端口104B空闲，或与更多的被配置为受控端(Bus Slave)的自适应浮力微标定装置的从通讯端口连接。
4个BMCD的具体连接方式如下(箭头表示连接关系，“+”表示为同一个BMCD)：
水下作业设备或水下机器人的通讯接口→BMCD1主通讯端口104A+BMCD1从通讯端口104B→BMCD2主通讯端口104A+BMCD2从通讯端口104B→BMCD3主通讯端口104A+BMCD3从通讯端口104B→BMCD4主通讯端口104A+BMCD4从通讯端口104B→空闲，或与更多的被配置为受控端(Bus Slave)的自适应浮力微标定装置的从通讯端口连接。
在图2和图4中，弹性球囊2由球囊保护罩201、球囊高压接口202、球囊接口内支架203组成。
弹性球囊2为一半球结构，采用具有弹性的丁腈橡胶制成，可耐压至水下2000米。弹性球囊2的横截直径处与球囊高压接口202连接，球囊高压接口202为圆环结构，圆环外侧与弹性球囊2胶接，圆环内侧与前端盖101连接，并且设置有轴向密封和径向密封。在弹性球囊2的内腔设置球囊接口内支架203，以方便球囊涨缩机构3的安装固定(图4)。球囊接口内支架203固定在前端盖的前面。
在弹性球囊2的外周还设有球囊保护罩201，其作用是保护弹性球囊2不受外界尖锐物体的伤害。
球囊保护罩201用ABS塑料材料制成，是形状和弹性球囊2相仿、体积比弹性球囊2稍大的半球体，其内腔空心并可将弹性球囊2套在里面。球囊保护罩201通过螺栓螺母和筒仓1的前端盖101连接并固定。
由于ABS塑料制成的球囊保护罩201只与前端盖连接但不做水密结构(或还可在球囊保护罩上面开有一些通孔)，因此弹性球囊2并不是完全封闭在球囊保护罩中，球囊保护罩并不影响弹性球囊正常工作。
在图6、图7中，球囊涨缩机构3由多个弹性支撑膜片301和相适配的膜片支撑杆304，以及空心球306、实心球撞针308组成。
弹性支撑膜片301是具有一定弹性功能的圆形膜片，多个弹性支撑膜片301均匀的分布在弹性球囊2半球的内侧表面上，并且弹性支撑膜片只是与内侧表面接触。
每个弹性支撑膜片301的背面中间固定设有圆柱形的膜片铰接柱脚302。另外在膜片支撑杆304的头端设有铰接头303，膜片铰接柱脚302与铰接头303相互铰接，从而使得弹性支撑膜片301与膜片支撑杆304相互铰接。
膜片支撑杆304为圆柱形细长杆形状，下端靠近尾端处设有轴肩309，膜片支撑杆的轴肩和尾端之间套有压缩弹簧307，且压缩弹簧307位于两个垫圈310之间，其尾端设有连杆凸头305，连杆凸头305的末端为凹起的锥形结构。
空心球306为一设在弹性球囊2中央的空心球体，空心球体的表面设置与膜片支撑杆304相适配的通孔。空心球306通过底座固定在球囊接口内支架203上面，实心球撞针308设置在空心球306的内腔。由于伸缩连杆的前端通过前轴套501与实心球撞针固定连接，因此伸缩连杆直接推动实心球撞针在空心球内腔运动(图9)。
在图10中，膜片支撑杆的尾端穿过空心球306上的通孔且轴肩309卡在通孔外侧，膜片支撑杆通过压缩弹簧的弹力竖直设置在通孔中，膜片支撑杆尾端上的连杆凸头305与实心球撞针308的表面相接触，膜片支撑杆可围绕通孔作环绕并可作轴向窜动。
压缩弹簧307为弹性强度较高的弹簧，套在膜片支撑杆的下部，压缩弹簧的下端抵达连杆凸头305上面的垫圈一侧，压缩弹簧的上端则抵住空心球306的内侧。由于轴肩和压缩弹簧的张力支撑的共同作用，使得每个膜片支撑杆能够夹住空心球上通孔的边缘并以竖直状态设置在空心球的各个通孔中。
位于空心球306的内腔的实心球撞针308采用316不锈钢制成，其表面与伸入的所有膜片支撑杆的连杆凸头305接触。
需要说明的是，球囊涨缩机构3中的弹性支撑膜片301直接接触弹性球囊2半球的内侧表面，之间并不通过胶结或其它方式连接。具体原因为：弹性球囊2采用了具有一定弹性的丁腈橡胶材料制成，当在深水中会受压力而紧缩体积变小，进而弹性球囊2直接向内压迫弹性支撑膜片301向内侧靠拢，此时弹性支撑膜片301在弹性球囊2半球的内侧表面的位置会发生变化，因此不能使用刚连接或胶连接。
球囊涨缩机构3可以通过增减体积改变浮力，其工作过程如下(图10)：
1)当实心球撞针308前移，迫使与其表面接触的膜片支撑杆尾端的连杆凸头305向外滑移，导致套在膜片支撑杆下部的压缩弹簧307被压缩，则所有与实心球撞针308表面接触的膜片支撑杆304同时向外滑移，进而带动与膜片支撑杆头端铰接的弹性支撑膜片301沿弹性球囊半径方向向外滑移扩张，使得弹性球囊2的半径向外涨大扩展，相应增加弹性球囊2的排水体积。
2)相反的，当在深海时，因为海水高压会对具有弹性的弹性球囊2施加压力。这里弹性球囊2向内迫使弹性支撑膜片301沿弹性球囊半径方向向内滑移收缩，通过膜片支撑杆也向内滑移，膜片支撑杆的尾端将与之接触的实心球撞针308推向后移。其结果是弹性球囊2的半径向内缩小，相应减小了弹性球囊2的排水体积。
在图7中，动力驱动机构4由直流力矩电机401、蜗轮402、蜗杆403、主动齿轮404、从动齿条405、齿轮箱406、动力驱动机构底座407组成。
蜗轮402、蜗杆403、主动齿轮404安装在齿轮箱406内。
直流力矩电机401装在内部安装支架7上，直流力矩电机401的输出轴与蜗杆403连接，蜗轮402和蜗杆403构成了配套的蜗轮蜗杆机构。主动齿轮404与蜗轮402的轴连接并固定，从动齿条405则安装在动力驱动机构底座407上。蜗轮402、蜗杆403、主动齿轮404和从动齿条405均装在齿轮箱406的里面，齿轮箱体固定在动力驱动机构底座407上。从动齿条405还设有输出轴套408。从动齿条405带动输出轴套408移动。从动齿条405通过后轴套502与伸缩连杆5的后端连接。
动力驱动机构4的工作过程：
1)直流力矩电机401正转，带动蜗杆403正转，通过蜗轮和蜗杆的啮合带动主动齿轮404亦正转，从动齿条405开始前移，进而带动伸缩连杆5前移。
2)相反的，直流力矩电机401反转，带动蜗杆403反转，通过蜗轮和蜗杆的啮合带动主动齿轮404亦反转，从动齿条405开始后移，进而带动伸缩连杆5后移。
整个伸缩连杆5前端装有前轴套501，后端装有后轴套502(图7)，伸缩连杆的前轴套501与实心球撞针l固定连接(图10)。
动力驱动机构4采用蜗轮蜗杆结构能够达到以下三个技术效果：
1)使用蜗轮蜗杆结构，在机械结构尽可能简单、体积小巧的前提下，尽可能提升传动比，从而增大输出力矩。
2)优化了电机的输出轴和经过蜗轮蜗杆后的输出轴的设置，尽可能减少筒仓的垂直高度，进一步缩小体积。
3)蜗轮蜗杆具备自锁功能，当本套自适应浮力微标定装置工作完毕后，不需电流力矩电机继续工作以保持力矩，而是通过蜗轮蜗杆结构自锁功能即可保持力矩，节省能量。
由于内部安装支架7主要安装了动力驱动机构4，控制模块6则安装在内部安装支架7的背面(图6)。
控制模块6由MCU控制器601、电源模块602、力矩电机驱动器603组成(图8)。
MCU控制器601选用STM32F107VCT6控制器，并搭建两层板为控制板，为***的控制核心。电源模块602为整套***提供电源的转换等。
MCU控制器601连接力矩电机驱动器603，对其发出控制信号，继而力矩电机驱动器可驱动直流力矩电机401转动，执行后续动作。力矩电机驱动器603为直流力矩电机401的驱动器，将MCU控制器601的微弱控制信号进行解析和放大，实现对力矩电机的驱动。
为便于将本套装置与其它水下作业设备或水下机器人连接并固定，在筒仓的外侧表面还设置了外部固定架8。外部固定架同样采用了316不锈钢材质制作，形状可根据实际需要设置，并且结构上还设置有安装用通孔。
每个自适应可配置浮力微标定机构(BMCD)均可配置成主控端(Host)或受控端(Bus Slave)，但是在一套具有主控功能的水下作业设备或水下机器人中，只能选择其中一个自适应可配置浮力微标定机构(BMCD)配置为主控端(Host)，这样，其余的BMCD均须配置为受控端(Bus Slave)，并且配置为受控端的BMCD数量不受限制。
整个BMCD的浮力调节工作原理：
1、微标定浮力增加步骤：
步骤1：MCU控制器601驱动力矩电机驱动器603带动直流力矩电机401正转→蜗杆403正转→蜗轮402正转→主动齿轮正转→从动齿条前移，→输出轴套408前移→伸缩连杆5前移。
步骤2：伸缩连杆5前移→实心球撞针308前移→连杆凸头305向外侧滑移→膜片支撑杆上的压缩弹簧307被压缩→膜片支撑杆304分别向外侧滑移→弹性支撑膜片301向外侧滑移扩张→弹性球囊2沿半径向外扩展→其排水体积增加→浮力增大。
2、微标定浮力减少步骤：
步骤1：MCU控制器601驱动力矩电机驱动器603带动直流力矩电机401反转→蜗杆403反转→蜗轮402反转→主动齿轮反转→从动齿条后移，→输出轴套408后移→伸缩连杆5后移。
步骤2：伸缩连杆5后移→实心球型撞针308后移→连杆凸头305向内侧滑移→压缩弹簧307拉伸→膜片支撑杆304向内侧滑移→弹性支撑膜片301向内滑移锁紧(即通过蜗轮蜗杆自动锁紧功能，使得伸缩连杆、实心球撞针停止运动)→弹性球囊2沿半径向内收缩→其排水体积减少→浮力减少。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***，由复数个自适应浮力微标定装置连接组成；其特征在于：单个所述自适应浮力微标定装置包括筒仓(1)、弹性球囊(2)、球囊涨缩机构(3)、动力驱动机构(4)和控制模块(6)；
所述筒仓(1)由一段空心圆筒与位于空心圆筒前后两端的前端盖(101)和后端盖(102)构成了一水密空间；前端盖和后端盖通过设在筒仓内腔的内部安装支架(7)连接；所述动力驱动机构(4)设置在筒仓的内腔且与内部安装支架(7)连接；
所述弹性球囊(2)为弹性材料制成且内腔空心的半球体，弹性球囊位于筒仓(1)的前端且与前端盖以水密结构连接；所述球囊涨缩机构(3)设置在弹性球囊(2)的内腔；
所述球囊涨缩机构(3)通过伸缩连杆(5)穿过设在前端盖(101)上的伸缩连杆通道接口(106)与动力驱动机构(4)连接；
所述控制模块(6)设在筒仓(1)的内腔，所述控制模块(6)驱动并控制动力驱动机构(4)的运转。
2.根据权利要求1所述的深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***，其特征在于：所述筒仓(1)采用碳纤维按拓扑结构经复合缠绕而制成；
所述弹性球囊(2)采用丁腈橡胶制成，可耐压至水下2000米。
3.根据权利要求1所述的深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***，其特征在于：所述后端盖(102)上设置有电源端口(103)、通讯端口(104)和工作模式配置端口(105)；
所述电源端口(103)采用水密接头结构，用以通过外接供电电源或其它带有供电功能的水下模块对其进行供电；
所述通讯端口(104)设为两个，分别为主通讯端口(104A)和从通讯端口(104B)，均采用水密接头结构；
所述工作模式配置端口(105)也采用水密接头结构，且可配置为主控端或受控端。
4.根据权利要求1所述的深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***，其特征在于：所述弹性球囊(2)通过球囊高压接口(202)与前端盖以水密结构连接；
所述球囊高压接口(202)为圆环形状，圆环的外侧与弹性球囊(2)的横截直径处胶接，圆环内侧与筒仓(1)的前端盖(101)连接，且接口处设置有轴向密封结构和径向密封结构；
所述弹性球囊(2)的内腔还设有球囊接口内支架(203)，且球囊接口内支架(203)与前端盖(101)固定连接；所述球囊涨缩机构(3)与球囊接口内支架(203)固定连接。
5.根据权利要求1所述的深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***，其特征在于：所述弹性球囊(2)的外周还设有球囊保护罩(201)；所述球囊保护罩(201)为套在弹性球囊(2)的外周且将弹性球囊的外表面完全覆盖的半球体；所述球囊保护罩(201)采用ABS塑料制成。
6.根据权利要求1或4所述的深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***，其特征在于：所述球囊涨缩机构(3)包括复数个弹性支撑膜片(301)和与之相适配的膜片支撑杆(304)、空心球(306)、实心球撞针(308)；
复数个弹性支撑膜片(301)均匀分布在弹性球囊(2)的内侧，且每个弹性支撑膜片(301)正面与弹性球囊(2)的内侧表面相接触；
所述空心球(306)为一设在弹性球囊(2)中央的空心球体，空心球体的表面设置与膜片支撑杆(304)相适配的通孔；空心球(306)上均布通孔，空心球通过底座与球囊接口内支架(203)固定连接；实心球撞针(308)设置在空心球(306)的内腔，所述伸缩连杆的前端通过前轴套(501)与实心球撞针(308)固定连接；
每个弹性支撑膜片(301)均为圆形弹性膜片，每个弹性支撑膜片(301)背面中心与膜片支撑杆(304)的头端铰接，膜片支撑杆(304)的下部接近尾端处设有轴肩，膜片支撑杆的尾端穿过空心球(306)上的通孔，轴肩大于通孔直径并卡在通孔外侧，且轴肩和尾端之间套有压缩弹簧位于通孔内侧，通过轴肩与压缩弹簧的弹力共同作用将膜片支撑杆竖直设置在通孔中；膜片支撑杆尾端上的凸头与实心球撞针(308)的表面相接触，膜片支撑杆可围绕通孔作环绕并可作轴向窜动。
7.根据权利要求1所述的深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***，其特征在于：所述动力驱动机构(4)包括直流力矩电机(401)、蜗轮(402)、蜗杆(403)、主动齿轮(404)、从动齿条(405)；
所述直流力矩电机(401)的输出轴通过蜗轮(402)蜗杆(403)机构带动主动齿轮(404)转动，主动齿轮与从动齿条(405)啮合，从动齿条的前端通过后轴套(502)与伸缩连杆(5)的后端固定连接，由直流矩力电机通过蜗轮(402)、蜗杆(403)、主动齿轮(404)、从动齿条驱动伸缩连杆作前后往复运动。
8.根据权利要求1所述的深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***，其特征在于：所述控制模块(6)包括MCU控制器(601)、电源模块(602)、力矩电机驱动器(603)；
所述MCU控制器(601)与力矩电机驱动器(603)连接；所述力矩电机驱动器将MCU控制器(601)的微弱控制信号进行解析和放大，实现对直流力矩电机(401)的驱动；所述电源模块(602)提供工作电压和电流。
9.根据权利要求1所述的深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***，其特征在于：所述筒仓(1)的外侧设有用于连接其他水下作业设备或水下机器人的外部固定支架(9)；所述外部固定支架上面设有安装用通孔；所述外部固定支架采用316不锈钢材质制成。
10.根据权利要求6所述的深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***，其特征在于：所述实心球撞针(308)采用316不锈钢材质制成。
CN201710211900.4A 2017-04-01 2017-04-01 一种深海水下机器人用自适应浮力微标定集散*** Active CN106828835B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710211900.4A CN106828835B (zh) 2017-04-01 2017-04-01 一种深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710211900.4A CN106828835B (zh) 2017-04-01 2017-04-01 一种深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106828835A CN106828835A (zh) 2017-06-13
CN106828835B true CN106828835B (zh) 2018-09-11

Family

ID=59141379

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710211900.4A Active CN106828835B (zh) 2017-04-01 2017-04-01 一种深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106828835B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108216535B (zh) * 2018-01-12 2019-12-10 河海大学常州校区 一种水下机器人浮沉装置和浮沉方法
CN108820173B (zh) * 2018-03-26 2019-06-14 中国海洋大学 基于浮力驱动与无轴矢量推进的变形潜水器及其工作方法
CN108674619B (zh) * 2018-04-27 2019-10-11 江苏泰姆仕机器人科技有限公司 一种水下机器人运行姿态的调节装置及方法
CN109018267B (zh) * 2018-08-31 2022-02-11 中国海洋大学 一种全海深水下作业设备用浮力自主配平***
CN109131803B (zh) * 2018-08-31 2022-01-25 中国海洋大学 一种深海作业设备用耐高压浮力自标定装置
CN109703721A (zh) * 2019-01-03 2019-05-03 杭州电子科技大学 一种水下升降式水环境检测装置
CN110510086B (zh) * 2019-08-28 2021-02-02 上海大学 一种实现水下机械臂腕部结构的中性浮力配平装置
CN112937788B (zh) * 2021-03-22 2024-02-06 蚌埠市神舟机械有限公司 基于双体运维船的船舶稳固装备
CN113371162B (zh) * 2021-07-15 2022-03-25 哈尔滨工程大学 一种海底声呐机器人用防缠绕固定架

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1094008A (en) * 1914-01-26 1914-04-21 Miklos Panchula Life-boat.
US4864961A (en) * 1988-06-14 1989-09-12 Slonski Richard M Auxiliary flotation system
CN2611290Y (zh) * 2003-01-06 2004-04-14 广东工业大学 深海作业静止参考坐标装置
CN1987125A (zh) * 2006-11-29 2007-06-27 刘敬喜 一种深海水压动力装置
JP2010051961A (ja) * 2009-11-30 2010-03-11 Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd 液中作業装置及び液中作業方法
CN203581365U (zh) * 2013-11-15 2014-05-07 华中科技大学 一种深海滑翔机的浮力调节装置
CN105129046A (zh) * 2015-07-17 2015-12-09 陈仁多 游轮侧翻伸藏平衡浮护筒
CN205113640U (zh) * 2015-09-24 2016-03-30 李天津 一种浮垫式可拆装便携船体

Also Published As

Publication number Publication date
CN106828835A (zh) 2017-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106828835B (zh) 一种深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***
CN206351450U (zh) 一种机械手辅臂连接件及机械手
CN102506266B (zh) 一种仿生蠕动式管道行走机构及其控制方法
CN109018267A (zh) 一种全海深水下作业设备用浮力自主配平***
CN109131803A (zh) 一种深海作业设备用耐高压浮力自标定装置
CN205928714U (zh) 一种机器人旋转关节驱动模块
CN208789913U (zh) 全海深水下作业设备用浮力自主配平***
CN110900596A (zh) 一种无约束仿生软体节肢机器人及其驱动方法
CN207292348U (zh) 一种深海水下机器人用自适应浮力微标定集散***
CN204604338U (zh) 一种仿生肌肉的柔性驱动器
CN101870352B (zh) 水下机器人用变形机构
CN113427494A (zh) 一种基于介电弹性体仿生水蛇形机器人
CN206733002U (zh) 六自由度液压关节机器人
CN209425474U (zh) 一种人形机器人手臂结构
CN103786169A (zh) 气动旋伸型四螺旋柔性关节
CN208882090U (zh) 深海作业设备用耐高压浮力自标定装置
CN201848333U (zh) 远距离柔性传动喷头摆动机构
CN103661896B (zh) 直线伸缩式人工肌肉关节
CN201089163Y (zh) 一种密封机构
CN105313110A (zh) 一种水下滑翔蛇形机器人
CN103786168A (zh) 气动旋伸型三螺旋柔性关节
CN210793595U (zh) 一种单电机波驱动水下无人潜航器
CN207934812U (zh) 一种旋转导向钻井工具
CN206211790U (zh) 一种电机装配用多工位转盘装置
CN108356848B (zh) 气动人工肌肉与伺服电机混合驱动关节

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20210330

Address after: No. 28-a, innovation and entrepreneurship Park, 4668 Xinbei Road, Tanggu Ocean Science Park, Binhai New Area, Tianjin, 300457

Patentee after: Tianjin Haiyi Technology Co.,Ltd.

Address before: 266000 Shandong Province, Qingdao city Laoshan District Songling Road No. 238

Patentee before: OCEAN University OF CHINA