本发明属于水下机器人领域，具体涉及一种水下机器人高精度浮力调节装置。
背景技术：
当前，水下机器人被广泛应用于海洋科学研究、海洋资源勘探、海底搜索、救援打捞等水下作业任务中。通常水下机器人在作业过程中要保持稳定的浮力状态，以保证正常稳定的工作状态；然而，水下机器人在海洋中工作时，海水的密度会随着深度变化而发生变化，水下机器人的浮力状态也会随之变化，进而影响其稳定的工作状态，因此就需要浮力调节装置根据不同水域密度调节水下机器人的浮力，达到期望的浮力状态，此外，还可以通过调节水下机器人的浮力控制水下机器人上浮下潜。因此，研究结构简单、稳定可靠、高精度、高效率的浮力调节装置对提高水下机器人整体性能具有重要作用。
目前实现水下机器人上浮下潜的方法主要有三种：一种是利用推进器的推力实现水下机器人的上浮下潜，这种方法会使水下机器人运动更加灵活，但是需要消耗较多的能源；第二种方法是通过抛载重物来实现水下机器人的上浮运动，但是这种方法无法实现下潜运动；第三种方法是通过改变自身的浮力来实现上浮下潜，但是现有的浮力调节装置结构复杂，调节精度有限。
技术实现要素：
为了解决现有技术中的上述问题，即为了实现水下机器人浮力调节装置结构简单、精度高、耗能少，本发明提供了一种水下机器人高精度浮力调节装置，包括安装于密封壳体内的驱动装置、齿轮泵、电磁阀、流量测量装置和内油囊系统，以及安装于透水外壳内的外油囊；
所述驱动装置与所述齿轮泵均安装于油泵电机法兰，且所述驱动装置的输出轴与所述齿轮泵的输入轴连接；
所述流量测量装置装设于油泵电机法兰，所述流量测量装置通过第一连接装置与所述内油囊系统连接；
所述齿轮泵包括第一油口和第二油口，所述第一油口通过第二连接装置与所述流量测量装置连接，所述第二油口通过第三连接装置与所述电磁阀连接；
所述电磁阀装设于油泵电机法兰，且所述电磁阀通过第四连接装置与所述外油囊连接；
在工作状态下，所述内油囊系统中的油在所述齿轮泵正转且所述电磁阀通电时经所述流量测量装置进入所述外油囊，或者，所述外油囊中的油在所述齿轮泵反转且所述电磁阀通电时经所述流量测量装置进入所述内油囊系统。
在一些优选实施例中，所述驱动装置与所述齿轮泵之间通过弹性联轴器连接，并水平设置于所述内油囊系统的一侧，且与所述内油囊系统垂直设置。
在一些优选实施例中，所述内油囊系统包括内油囊、外罩和油囊底盘，所述内油囊通过所述油囊底盘、所述外罩固定安装于密封壳体内。
在一些优选实施例中，所述内油囊系统还包括油囊卡箍，所述外罩通过所述油囊卡箍竖直装设于密封壳体。
在一些优选实施例中，所述内油囊和所述外油囊均为软体油囊，且材质均为tpu聚氨酯聚酯型材料。
在一些优选实施例中，所述流量测量装置为流量计。
在一些优选实施例中，所述电磁阀为两位两通常闭式电磁阀。
在一些优选实施例中，所述透水外壳为流线型；所述透水外壳与水下机器人密封壳体连接；
所述透水外壳上开设有通孔，所述通孔为多个，多个所述通孔均匀设置于所述透水外壳外侧。
在一些优选实施例中，所述第一连接装置包括内油囊接头、第一液压软管和流量测量装置第一接头，所述内油囊接头、所述流量测量装置第一接头分别设置于所述第一液压软管的两端，并用于连通所述内油囊系统和所述流量测量装置；
所述第二连接装置包括流量测量装置第二接头、第二液压软管和油泵第一接头，所述流量测量装置第二接头、所述油泵第一接头分别设置于所述第二液压软管的两端，并用于连通所述流量测量装置和所述齿轮泵；
所述第三连接装置包括油泵第二接头、不锈钢管和电磁阀第一接头，所述油泵第二接头、所述电磁阀第一接头分别设置于所述不锈钢管的两端，并用于连通所述齿轮泵和所述电磁阀；
所述第四连接装置包括电磁阀第二接头、第三液压软管和外油囊接头，所述电磁阀第二接头、所述外油囊接头分别设置于所述第三液压软管的两端，并用于连通所述电磁阀和所述外油囊。
在一些优选实施例中，所述驱动装置为直流伺服电机；所述齿轮泵为双向高压齿轮泵。
本发明的有益效果为：
1)本发明由直流电机驱动一个双向齿轮泵，通过双向齿轮泵的正、反转实现外油囊的扩张或收缩，同时利用流量测量装置准确测量得到内外油囊吸油和排油的体积变化，实现水下机器人浮力的精确调节，结构简单，稳定可靠。
2)本发明由于通过双向齿轮泵的正、反转实现外油囊的扩展或收缩，装置工作稳定，不受外界压力的影响。
3)本发明采用的直流电机通过弹性联轴器直接驱动齿轮泵，无需减速机构，机械效率较高，噪声低。
4)本发明浮力调节能力大，通过调整内、外油囊所容纳液压油的容积，即可灵活调整最大浮力调节量。
5)本发明结构简单，实用性强，便于推广使用。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明的水下机器人高精度浮力调节装置的整体立体结构示意图；
图2是图1另一视角立体结构示意图；
图3是本发明的液压原理图。
附图标记说明：1、直流电机；2、齿轮泵；3、电磁阀；4、流量计；5、内油囊；6、外油囊；7、透水外壳；8、油泵电机法兰；9、油泵电机托架；10、联轴器；11、油泵接头；12、液压软管；13、流量计接头；14、不锈钢管；15、电磁阀接头；16、流量计固定架；17、内油囊接头；18、阀块固定架；19、外油囊接头；20、油囊底盘；21、油囊托架；22、外罩；23、油囊卡箍。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
本发明提供了一种水下机器人高精度浮力调节装置，包括安装于密封壳体内的驱动装置、齿轮泵、电磁阀、流量测量装置和内油囊系统，以及安装于透水外壳内的外油囊；驱动装置与齿轮泵均安装于油泵电机法兰，且驱动装置的输出轴通过联轴器与齿轮泵的输入轴连接并用于直接驱动该齿轮泵；流量测量装置装设于油泵电机法兰，流量测量装置通过第一连接装置与内油囊系统连接，用于精准测量进、出内油囊系统中的液压油体积；齿轮泵包括第一油口和第二油口，第一油口通过第二连接装置与流量测量装置连接，第二油口通过第三连接装置与电磁阀连接；电磁阀装设于油泵电机法兰，且电磁阀通过第四连接装置与外油囊连接；在工作状态下，内油囊系统中的油在齿轮泵正转且电磁阀通电时经流量测量装置进入外油囊，或者，外油囊中的油在齿轮泵反转且电磁阀通电时经流量测量装置进入内油囊系统。
进一步地，当水下机器人需要增加浮力时，电磁阀通电，油路导通，驱动装置驱动齿轮泵顺时针转动，此时，内油囊中的液压油通过流量计、齿轮泵、电磁阀流入外油囊中，使设置于透水外壳中的外油囊体积增大，从而增大水下机器人的排水量，增加水下机器人的浮力。
同样地，当水下机器人需要减少浮力时，电磁阀通电，油路导通，驱动装置驱动齿轮泵逆时针转动，此时，外油囊中的液压油通过电磁阀、齿轮泵、流量计流入内油囊中，使设置于透水外壳中的外油囊体积减小，从而减少水下机器人的排水量，减少水下机器人的浮力。
以下参照附图结合实施例进一步说明本发明。
参照附图1和附图2，本发明提供了一种水下机器人高精度浮力调节装置，包括直流电机1、齿轮泵2、电磁阀3、流量计4、内油囊5、外油囊6、透水外壳7，其中：直流电机1、齿轮泵2、电磁阀3、流量计4、内油囊5位于密封壳体内(图中未示处密封壳体)，透水外壳7与密封壳体连接，外油囊6位于透水外壳7内；直流电机1通过油泵电机法兰8、油泵电机托架9固定在密封壳体内，直流电机1通过联轴器10与齿轮泵2相连；齿轮泵2固定在油泵电机法兰8上；电磁阀3通过阀块固定架18与油泵电机法兰8连接；流量计4通过流量计固定架16与油泵电机法兰8连接。
当直流电机驱动齿轮泵2顺时针旋转时，内油囊5中的液压油经过通过内油囊接头17、液压软管、流量计接头进入流量计4，流量计4的出油端口通过流量计接头13、液压软管12、油泵接头11与齿轮泵2的进油端口连接，齿轮泵2的出油端口通过油泵接头、不锈钢管14、电磁阀接头15与电磁阀3的进油口连接；电磁阀3的出油端口通过电磁阀接头、液压软管、外油囊接头19与外油囊6连接。
进一步地，内油囊5底部通过油囊底盘20和油囊托架21固定于水下机器人密封壳内，内油囊5侧面安装有用于固定油囊的外罩22，外罩22通过油囊卡箍23与密封壳连接，且该外罩竖直设置，保证内油囊进行体积变化时始终处于上下变化状态。
进一步地，直流电机、联轴器与齿轮泵水平设置于内油囊的一侧，同时，流量计和电磁阀设置于其上，保证液压油在之间连通流动后最大程度的减少占用空间，使该浮力调节装置结构紧凑，耗能少，且可实现高精度浮力调节。
进一步地，本发明通过设置流量计，且将流量计与内油囊通过管路直接连接，可以精准测出进出内油囊的液压油的量，实现浮力的高精度测量。
进一步地，直流电机1为直流伺服电机，齿轮泵2为双向高压齿轮泵，本实例直流伺服电机的型号为jm-cp100；双向齿轮泵可购置于意大利vivoil公司，型号为xv-1r系列。
进一步地，电磁阀3为两位两通常闭式电磁阀，通电时，阀门打开油路导通；断电时，阀门关闭油路断开。
进一步地，流量计4可以准确测量得到内油囊吸油和排油的体积变化，再通过测算内油囊待外油囊通路中的储油量，即可精确测量外油囊的储油量变化，进而实现对水下机器人浮力的精确调节，本实例中流量计4的型号为fgr200，流量的测量范围为0.2-25l/min。
进一步地，内油囊5和外油囊6为软体油囊，采用的是tpu聚氨酯聚酯型材料。
进一步地，透水外壳7形状为流线型，透水外壳上开有一系列通孔，使得水能够与透水外壳7内的外油囊6接触。
参照附图1、2的同时参照附图3，当水下机器人需要增加浮力时，控制电磁阀通电，油路导通，同时控制直流电机顺时针转动，通过联轴器带动齿轮泵顺时针旋转，此时，内油囊中的液压油经过电流计、齿轮泵、电磁阀及各个管路进入外油囊，使外油囊的体积增大，从而增大水下机器人的排水量，增加水下机器人的浮力。在这个过程中，利用流量计准确获取内油囊排油的体积，当排油量达到设定的数值时，控制直流伺服电机停止工作，然后关闭电磁阀。
需要减少水下机器人浮力时，打开电磁阀，油路导通，同时控制直流伺服电机逆时针转动，通过联轴器驱动齿轮泵逆时针旋转，此时，齿轮泵从外油囊吸油，从外油囊排出的油依次经过电磁阀、齿轮泵和流量计进入内油囊，使内油囊的体积增大、外油囊的体积减小，从而减少水下机器人的浮力，使水下机器人下沉。在这个过程中，利用流量计准确获取内油囊吸油的体积，当吸油量达到设定的数值时，控制直流伺服电机停止工作，然后关闭电磁阀。
需要保持稳定的水下机器人浮力时，使直流伺服电机停止工作，同时关闭电磁阀，断开油路，使得外油囊内的液压油不会由于水压而回流到内油囊中。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
1.一种水下机器人高精度浮力调节装置，其特征在于，包括安装于密封壳体内的驱动装置、齿轮泵、电磁阀、流量测量装置和内油囊系统，以及安装于透水外壳内的外油囊；
所述驱动装置与所述齿轮泵均安装于油泵电机法兰，且所述驱动装置的输出轴与所述齿轮泵的输入轴连接；
所述流量测量装置装设于油泵电机法兰，所述流量测量装置通过第一连接装置与所述内油囊系统连接；
所述齿轮泵包括第一油口和第二油口，所述第一油口通过第二连接装置与所述流量测量装置连接，所述第二油口通过第三连接装置与所述电磁阀连接；
所述电磁阀装设于油泵电机法兰，且所述电磁阀通过第四连接装置与所述外油囊连接；
在工作状态下，所述内油囊系统中的油在所述齿轮泵正转且所述电磁阀通电时经所述流量测量装置进入所述外油囊，或者，所述外油囊中的油在所述齿轮泵反转且所述电磁阀通电时经所述流量测量装置进入所述内油囊系统。
2.根据权利要求1所述的水下机器人高精度浮力调节装置，其特征在于，所述驱动装置与所述齿轮泵之间通过弹性联轴器连接，并水平设置于所述内油囊系统的一侧，且与所述内油囊系统垂直设置。
3.根据权利要求2所述的水下机器人高精度浮力调节装置，其特征在于，所述内油囊系统包括内油囊、外罩和油囊底盘，所述内油囊通过所述油囊底盘、所述外罩固定安装于密封壳体内。
4.根据权利要求3所述的水下机器人高精度浮力调节装置，其特征在于，所述内油囊系统还包括油囊卡箍，所述外罩通过所述油囊卡箍竖直装设于密封壳体。
5.根据权利要求4所述的水下机器人高精度浮力调节装置，其特征在于，所述内油囊和所述外油囊均为软体油囊，且材质均为tpu聚氨酯聚酯型材料。
6.根据权利要求1所述的水下机器人高精度浮力调节装置，其特征在于，所述流量测量装置为流量计。
7.根据权利要求1所述的水下机器人高精度浮力调节装置，其特征在于，所述电磁阀为两位两通常闭式电磁阀。
8.根据权利要求1所述的水下机器人高精度浮力调节装置，其特征在于，所述透水外壳为流线型；所述透水外壳与水下机器人密封壳体连接；
所述透水外壳上开设有通孔，所述通孔为多个，多个所述通孔均匀设置于所述透水外壳外侧。
9.根据权利要求1所述的水下机器人高精度浮力调节装置，其特征在于，所述第一连接装置包括内油囊接头、第一液压软管和流量测量装置第一接头，所述内油囊接头、所述流量测量装置第一接头分别设置于所述第一液压软管的两端，并用于连通所述内油囊系统和所述流量测量装置；
所述第二连接装置包括流量测量装置第二接头、第二液压软管和油泵第一接头，所述流量测量装置第二接头、所述油泵第一接头分别设置于所述第二液压软管的两端，并用于连通所述流量测量装置和所述齿轮泵；
所述第三连接装置包括油泵第二接头、不锈钢管和电磁阀第一接头，所述油泵第二接头、所述电磁阀第一接头分别设置于所述不锈钢管的两端，并用于连通所述齿轮泵和所述电磁阀；
所述第四连接装置包括电磁阀第二接头、第三液压软管和外油囊接头，所述电磁阀第二接头、所述外油囊接头分别设置于所述第三液压软管的两端，并用于连通所述电磁阀和所述外油囊。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的水下机器人高精度浮力调节装置，其特征在于，所述驱动装置为直流伺服电机；
所述齿轮泵为双向高压齿轮泵。
技术总结