一种自适应压力补偿浮力装置及调节方法

本发明涉及浮力调节，尤其是涉及一种自适应压力补偿浮力装置及调节方法。

背景技术：

1、浮力调节装置根据使用环境以及工作方式不同可分为体积调控型和重量调控型。重量调控型主要有抛载式，高压气瓶式以及水液压泵-压载水舱式。基本原理是改变装置重量来调节净浮力，常应用于深海环境中，装置体积较大且对某些组件对制作工艺要求较高，如高压海水泵。体积调控型以液压泵-油囊式为主。基本原理是通过调控油囊体积来改变装置的排水量来调节浮力，该种浮力调节方式优点在于控制精确，但调节量受油囊限制而且调节方式较为复杂。

2、现有技术中，如cn114455040a，公开了一种多工况浮力调节装置及调节方法，通过推力组件将内油囊中油液挤压到外油囊改变装置排水体积，但是推力组件在工作时需要直接承受来自海水的压力，因此使用环境受到电机功率的限制。而且气瓶在其内部结构中的放置方式增加了其拆装时的复杂度。再如专利cn201711387767.4公开了一种水下浮力调节装置，利用高压气体作为气源，通过控制电磁阀向浮力调节气囊进行充气和排气从而实现浮力的调控，调节方式简单。但因为仅控制电磁阀的开启与闭合故而调节的精度较低。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种自适应压力补偿浮力装置及调节方法，解决了使用环境受到电机功率的限制和油液泄露造成污染的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种自适应压力补偿浮力装置，包括气缸和电气舱，所述气缸和所述电气舱通过气电一体滑环固定连接，所述气缸包括气缸外壳，所述气缸外壳两端设置有气缸端盖，两个所述气缸端盖之间设置有四根连接柱，所述气缸外壳内部设置有活塞机构；

3、所述电气舱包括电气舱外壳，所述电气舱外壳内部设置有控制机构，所述活塞机构与所述控制机构组成气路系统。

4、优选的，所述活塞机构包括活塞，所述活塞外表面环绕设置有密封圈，所述活塞通过电动推杆和推杆电机与气电一体滑环连接，所述气电一体滑环的下方设置有电机支架，所述活塞靠近所述电动推杆的一侧设置有单向阀一。

5、优选的，所述控制机构包括控制器，所述控制器位于固定板上表面，所述控制器通过通信电缆与气体压力传感器连接，所述气体压力传感器通过三通管和气体管路与压力调节阀连接，所述压力调节阀通过气体管路与减压阀、泄压阀和单向阀二连接。

6、优选的，所述电气舱外壳外部一侧的中央处贯穿开设有进气口，所述进气口通过高压气管与所述减压阀连接。

7、优选的，所述电气舱外壳内部与所述进气口同侧的上方设置有海水压力传感器。

8、优选的，远离所述电气舱外壳一端的所述气缸端盖为透水端盖结构。

9、一种自适应压力补偿浮力装置的调节方法，包括以下步骤：

10、s1、将高压气体通过进气口排入路系统，通过减压阀将气体压力降至调节阀进气端容许范围内；

11、s2、通过控制器发出信号控制压力调节阀开度来控制压缩气体输入气缸内的速率；

12、s3、利用电动推杆带动活塞移动调节浮力，并将压力传感器和海水压力传感器采集的压力信号通过控制器向压力调节阀发出控制信号。

13、优选的，在步骤s2中，若气缸内气压与海水压力的差值大于单向阀二的开启压力，则通过气缸内的单向阀一将气体排出。

14、优选的，在步骤s3中，当设备下潜时，电动推杆带动活塞收缩，减小气缸内的气体体积，降低所受到的浮力；

15、当设备上浮时，电动推杆带动活塞反向移动，增大排水体积，增加所受到的浮力。

16、因此，本发明采用上述结构的一种自适应压力补偿浮力装置及调节方法，具备以下有益效果：

17、(1)本发明缓解了电机工作压力，理论上提高了利用该方法进行浮力调节的装置的工作深度，利用电动推杆行程大、控制精确的优势，弥补了单纯利用调节气囊进行浮力调节时调节精度低的不足。

18、(2)本发明中的装置为外置高压气瓶提供机械接口而不必将气瓶固定在装置内部，这有利于气瓶的拆装、选型以及布放。

19、(3)本发明的工作介质为气体，避免了油液泄露造成污染的问题，并且整套装置整体体积较小，系统简单，降低制作成本的同时为多个装置协同作业以控制水下机器人位姿提供了可能。

20、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种自适应压力补偿浮力装置，其特征在于：包括气缸和电气舱，所述气缸和所述电气舱通过气电一体滑环固定连接，所述气缸包括气缸外壳，所述气缸外壳两端均设置有气缸端盖，两个所述气缸端盖之间设置有四根连接柱，所述气缸外壳的内部设置有活塞机构；

2.根据权利要求1所述的一种自适应压力补偿浮力装置，其特征在于：所述活塞机构包括活塞，所述活塞外表面环绕设置有密封圈，所述活塞通过电动推杆和推杆电机与气电一体滑环连接，所述气电一体滑环的下方设置有电机支架，所述活塞靠近所述电动推杆的一侧设置有单向阀一。

3.根据权利要求1所述的一种自适应压力补偿浮力装置，其特征在于：所述控制机构包括控制器，所述控制器位于固定板上表面，所述控制器通过通信电缆与气体压力传感器连接，所述气体压力传感器通过三通管和气体管路与压力调节阀连接，所述压力调节阀通过气体管路与减压阀、泄压阀和单向阀二连接。

4.根据权利要求2所述的一种自适应压力补偿浮力装置，其特征在于：所述电气舱外壳外部一侧的中央处贯穿开设有进气口，所述进气口通过高压气管与所述减压阀连接。

5.根据权利要求2所述的一种自适应压力补偿浮力装置，其特征在于：所述电气舱外壳内部与所述进气口同侧的上方设置有海水压力传感器。

6.根据权利要求1所述的一种自适应压力补偿浮力装置，其特征在于：远离所述电气舱外壳一端的所述气缸端盖为透水端盖结构。

7.一种自适应压力补偿浮力装置的调节方法，其特征在于：包括以下步骤：

8.根据权利要求6所述的一种自适应压力补偿浮力装置的调节方法，其特征在于：在步骤s2中，若气缸内气压与海水压力的差值大于单向阀二的开启压力，则通过气缸内的单向阀一将气体排出。

9.根据权利要求6所述的一种自适应压力补偿浮力装置的调节方法，其特征在于：在步骤s3中，当设备下潜时，电动推杆带动活塞收缩，减小气缸内的气体体积，降低所受到的浮力；

技术总结本发明公开了一种自适应压力补偿浮力装置及调节方法，属于浮力调节技术领域。通过以高压气瓶作为气源的气路系统为推力组件提供压力补偿以确保其轴向所受压力在额定范围内，解决了使用环境受到电机功率的限制的问题。同时充分发挥了电机精确控制以及行程大的优点，提高浮力调节精度和调节范围。相较于传统的油囊式方案，本发明的工作介质为气体，避免了油液泄露造成污染的问题并且进一步减轻装置整体重量。此外在装置外侧设有机械接口，可以更方便地对气瓶进行拆装且降低了对于气瓶容积的约束。整套装置体积小结构简单且易操作，在实际应用场景中还可以实现多个装置协同作业来实现对水下机器人位姿调整的效果。技术研发人员：吴迪,孙天艺,冯伟峰受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学技术研发日：技术公布日：2024/5/9