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1、(10)申请公布号 CN 103569335 A (43)申请公布日 2014.02.12 CN 103569335 A (21)申请号 201310563399.X (22)申请日 2013.11.14 B63G 8/22(2006.01) (71)申请人 哈尔滨工程大学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南通 大街 145 号哈尔滨工程大学科技处知 识产权办公室 (72)发明人 李晔 王子豪 王奥博 董焰 郝红彬 王骁冰 徐莹 (54) 发明名称 一种滑翔式潜水器用重量调节装置 (57) 摘要 本发明的目的在于提供一种滑翔式潜水器用 重量调节装置， 包括连通管、 水密外壳以及安装在。
2、 水密外壳内的皮囊、 步进电机、 移动压块、 固定压 块和丝杠， 步进电机连接并驱动丝杠， 丝杠与螺母 相配合、 安装在移动压块里， 固定压块位于移动压 块的上方并与水密外壳内壁固定， 皮囊位于移动 压块和固定压块之间， 连通管穿过水密外壳并连 通皮囊与外界， 移动压块和固定压块的外形与皮 囊的外形相适应， 步进电机驱动丝杠进而驱动移 动压块移动， 使得移动压块和固定压块共同挤压 皮囊或收缩， 从而控制皮囊的体积。 本发明结构设 计紧凑， 成本低， 可以调节滑翔式潜水器的重力与 浮力差， 驱动滑翔式潜水器的上浮或下潜， 适用于 小调节量、 小潜深的滑翔式潜水器。 (51)Int.Cl. 权利要。
3、求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103569335 A CN 103569335 A 1/1 页 2 1. 一种滑翔式潜水器用重量调节装置， 其特征是 ： 包括连通管、 水密外壳以及安装在 水密外壳内的皮囊、 步进电机、 移动压块、 固定压块和丝杠， 步进电机连接并驱动丝杠， 丝杠 与螺母相配合、 安装在移动压块里， 固定压块位于移动压块的上方并与水密外壳内壁固定， 皮囊位于移动压块和固定压块之间， 连通管穿过水密外壳并连通皮囊与外界， 移动压块和 固定压块的。
4、外形与皮囊的外形相适应， 步进电机驱动丝杠进而驱动移动压块移动， 使得移 动压块和固定压块共同挤压皮囊或收缩， 从而控制皮囊的体积。 2. 根据权利要求 1 所述的一种滑翔式潜水器用重量调节装置， 其特征是 ： 在水密外壳 外部、 连通管穿过水密外壳的位置固定有第一密封单元， 第一密封单元包括第一密封法兰， 第一密封法兰套装在连通管上， 第一密封法兰的端面压在水密外壳上， 第一密封法兰与连 通管的连接面上安装第一径向密封 O 型圈， 第一密封法兰与水密外壳的连接面上安装第一 端面密封 O 型圈。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的一种滑翔式潜水器用重量调节装置， 其特征是 ： 在水密 外壳。
5、内部、 连通管穿过水密外壳的位置固定有第二密封单元， 第二密封单元包括第二密封 法兰， 第二密封法兰套装在连通管上， 第二密封法兰的端面压在水密外壳上， 第二密封法兰 与连通管的连接面上安装第二径向密封 O 型圈， 第二密封法兰与水密外壳的连接面上安装 第二端面密封 O 型圈。 4. 根据权利要求 1 或 2 所述的一种滑翔式潜水器用重量调节装置， 其特征是 ： 步进电 机上固定电位器， 电位器的移动端子连接移动压块， 移动压块移动时带动电位器的移动端 子移动， 从而获得移动压块的位置进而获得皮囊的体积。 5. 根据权利要求 3 所述的一种滑翔式潜水器用重量调节装置， 其特征是 ： 步进电机上。
6、 固定电位器， 电位器的移动端子连接移动压块， 移动压块移动时带动电位器的移动端子移 动， 从而获得移动压块的位置进而获得皮囊的体积。 权 利 要 求 书 CN 103569335 A 2 1/3 页 3 一种滑翔式潜水器用重量调节装置 技术领域 0001 本发明涉及的是一种滑翔式潜水器， 具体地说是滑翔式潜水器的驱动装置。 背景技术 0002 无人潜水器在可广泛用于海底生物资源探查， 矿产资源采样， 海底地形勘测， 沉物 打捞， 地震地热活动监测， 海洋环境监测， 海洋工程维护等。 0003 滑翔式潜水器是无人潜水器的一种， 是典型的海洋探测平台。它能够在大范围内 运动， 其运动由浮力与重力。
7、差提供， 配合重心在横向和纵向的调整以及主翼、 尾翼， 完成向 前航行以及姿态、 航向角的调整， 它具有低成本、 低噪声、 长航程等优点， 可用于测量大范围 内海水的盐度、 温度、 海流， 甚至可以记录海洋生物声音， 并且可以实现海洋环境数据的在 线传输。 0004 滑翔式潜水器运动的根本动力来自于重力与浮力的差， 因此必须有相应的调节机 构。现有的公布的专利以及发表的文章中， 调节机构一般通过调节潜水器的浮力来实现上 浮或下潜。有一个外置油囊， 然后利用高压油泵、 活塞等方式调节油囊的体积。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供能通过调节滑翔式潜水器自身重量达到改变重力与浮力 差的一种滑。
8、翔式潜水器用重量调节装置。 0006 本发明的目的是这样实现的 ： 0007 本发明一种滑翔式潜水器用重量调节装置， 其特征是 ： 包括连通管、 水密外壳以及 安装在水密外壳内的皮囊、 步进电机、 移动压块、 固定压块和丝杠， 步进电机连接并驱动丝 杠， 丝杠与螺母相配合、 安装在移动压块里， 固定压块位于移动压块的上方并与水密外壳内 壁固定， 皮囊位于移动压块和固定压块之间， 连通管穿过水密外壳并连通皮囊与外界， 移动 压块和固定压块的外形与皮囊的外形相适应， 步进电机驱动丝杠进而驱动移动压块移动， 使得移动压块和固定压块共同挤压皮囊或收缩， 从而控制皮囊的体积。 0008 本发明还可以包括。
9、 ： 0009 1、 在水密外壳外部、 连通管穿过水密外壳的位置固定有第一密封单元， 第一密封 单元包括第一密封法兰， 第一密封法兰套装在连通管上， 第一密封法兰的端面压在水密外 壳上， 第一密封法兰与连通管的连接面上安装第一径向密封 O 型圈， 第一密封法兰与水密 外壳的连接面上安装第一端面密封 O 型圈。 0010 2、 在水密外壳内部、 连通管穿过水密外壳的位置固定有第二密封单元， 第二密封 单元包括第二密封法兰， 第二密封法兰套装在连通管上， 第二密封法兰的端面压在水密外 壳上， 第二密封法兰与连通管的连接面上安装第二径向密封 O 型圈， 第二密封法兰与水密 外壳的连接面上安装第二端面。
10、密封 O 型圈。 0011 3、 步进电机上固定电位器， 电位器的移动端子连接移动压块， 移动压块移动时带 动电位器的移动端子移动， 从而获得移动压块的位置进而获得皮囊的体积。 说 明 书 CN 103569335 A 3 2/3 页 4 0012 本发明的优势在于 ： 本发明结构设计紧凑， 成本低， 可以调节滑翔式潜水器的重力 与浮力差， 驱动滑翔式潜水器的上浮或下潜， 适用于小调节量、 小潜深的滑翔式潜水器。 附图说明 0013 图 1 为本发明的结构示意图 ； 0014 图 2 为本发明的密封结构示意图 ； 0015 图 3 为本发明的系统组成 ； 0016 图 4 为本发明的工作流程图。
11、。 具体实施方式 0017 下面结合附图举例对本发明做更详细地描述 ： 0018 结合图14， 本发明的组成包括步进电机1、 丝杠2、 移动压块3、 电位器4、 固定压 块 5、 皮囊 6、 连通管 7 以及水密外壳 8。皮囊 6 通过连通管 7 与外界相通， 可以与环境水体 进行交换。步进电机 1 带动丝杠 2 转动， 通过一个 “丝杠 - 螺母” 机构， 将步进电机 1 的转动 变为移动压块 3 的往复运动。移动压块 3 连接在电位器 4 上， 其移动可以引起电位器 4 的 输出信号发生变化， 因此控制系统可以通过采集电位器 4 的输出信号得知移动压块 3 的当 前位置。固定压块 5 与移。
12、动压块 3 之间的距离改变， 从而通过施加外力强行改变皮囊 6 的 容积， 控制皮囊 6 从外界吸水或向外界排水， 从而在不改变潜水器排水量大小的情况下， 改 变了潜水器的重量。 0019 步进电机 1 可以达到较高的控制精度， 没有累计误差， 且能提供较大的扭矩。丝杠 2 与步进电机 1 输出轴相连， 通过 “丝杠 - 螺母” 传动机构， 将电机 1 的转动传递给移动压 块 3。移动压块 3 与固定压块 5 共同挤压皮囊 6， 控制皮囊 6 的容积。皮囊 6 采用弹性的橡 胶材料， 当压块挤压时， 其中的水被压出潜水器机体外。当压块收缩时， 由于皮囊 6 自身的 弹性回复力和外界水压， 皮囊。
13、 6 中会自动从外界吸水。皮囊 6 在与连通管 7 的连接处进行 了局部的加强， 橡胶的厚度大于其他位置， 并通过皮囊6出口处的弹性收缩力与连通管7配 合， 实现水密以及抵抗水压。 0020 结合图 2 介绍连通管 7 出口处的密封方法。连通管 7 通过水密外壳 8 上的一处开 口于外界相通， 通过 “” 型圈进行密封。密封处结构主要由连通管 7、 水密外壳 8、 密封法兰 9、 端面密封 “” 型圈 10、 径向密封 “” 型圈 11 组成。图示中左侧为水密舱内部， 右侧为 水密舱外。水密舱内外的隔离主要依靠 “” 型圈的的作用， 法兰的功能是压紧 “” 型圈。 0021 步进电机 1 在开。
14、环控制中可以达到高精度， 且没有累计误差。但为了避免意外丟 步等情况下造成的系统不稳定， 本发明中加入了反馈环节。利用电位器 4 反馈移动压块 3 的位置， 其原理如下 ： 0022 电位器 4 固定于步进电机 1 外壳上， 移动端子连接在移动滑块 3 上， 当移动滑块 3 在步进电机 1 的带动下改变位置时， 会牵动电位器 4 移动端子。基于电位器 4 的本身特点， 移动端子的每个不同位置对应了一个特定的电阻值， 电阻值的变化反映在电位器 4 输出信 号端的电压变化上。电位器 4 的电压输出可以通过模拟 / 数字转换电路采集， 变为控制系 统可以识别并处理的数字信号。通过以上的过程， 实现了。
15、移动滑块 3 的位置与数字信号的 对应关系， 实现了信号反馈的过程。 说 明 书 CN 103569335 A 4 3/3 页 5 0023 整个系统的结构图如图 3 所示。 0024 所有的机械构件中， 电位器 4 与步进电机 1 是直接与控制系统进行电信号交换的 构件 ： 步进电机1接受电机驱动模块发出的驱动脉冲， 电位器4通过模拟/数字采集电路向 控制系统反馈电压信号。 0025 结合图 4 介绍系统调节原理。 0026 本系统的执行器是电机1， 被控对象是皮囊6， 其给定量为皮囊6的容积， 控制量为 实际皮囊 6 的容积。控制系统主要包括信号采集电路以及电机驱动电路等模块。进行调整 时。
16、， 控制器根据给定量， 通过控制电机的转动， 改变移动压块的位置， 来使皮囊 6 达到给定 的容量。通过电位器 4 可以测量移动压块 3 的位置， 将电位器 4 感知的位置与控制系统给 定的位置比对可以得出误差， 然后将误差信号返回给控制系统。 将以上的调节过程重复， 直 到移动压块 3 达到指定位置， 即皮囊 6 的容积与给定的皮囊 6 容积相同为止。 0027 本发明的工作过程如下 ： 0028 当移动压块 3 向后收缩时， 皮囊 6 处在自然舒张的状态， 此时容积大， 皮囊 6 中的 水较多， 滑翔式潜水器的重力大于浮力， 可以实现下潜的动作。当步进电机 1 转动， 推动移 动压块 3 。
17、时， 皮囊 6 受到挤压， 在外力作用下皮囊 6 中的水被排出， 此时滑翔式潜水器的重 力减小。当电机 1 继续转动， 重力值减小至小于浮力值时， 滑翔式潜水器开始受到上浮的 力， 有向上的加速度。 本发明就是通过如此的方式控制滑翔式潜水器的重量， 控制滑翔式潜 水器的上浮或下潜。 0029 本发明主要组成部分是步进电机1、 丝杠2、 移动压块3、 电位器4、 固定压块5、 皮囊 6、 连通管 7 以及水密外壳 8。皮囊 6 位于水密外壳 8 内部， 通过连通管 7 与外界环境相通， 可以向外界排水或者从外界吸水 ； 皮囊6与连通管7之间的通过皮囊6的弹性收缩力配合， 可以抵抗水压 ； 连通管。
18、 7 通过水密舱上的一个开孔与外界进行介质交换， 开孔处利用 “” 型圈密封 ； 皮囊 6 由压块控制吸水或排水， 压块有两个， 一个是静止的固定压块 5， 一个是可 以平移的移动压块 3 ； 移动压块 3 通过步进电机 1 来控制， 步进电机 1 连接在丝杠 2 上， 通 过一个 “丝杠 - 螺母” 机构， 将电机轴的转动转化为移动滑块 3 的往复移动 ； 移动压块 3 与 电位器 4 相连， 可以通过电位器 4 的输出反馈移动压块 3 的位置。 说 明 书 CN 103569335 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103569335 A 6 2/2 页 7 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103569335 A 7 。