一種主動平衡耐壓裝備及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于深海潛水器耐壓裝置，尤其設及一種主動平衡耐壓裝備及其控制方 法。
【背景技術】
[0002] "可上九天攬月，可下五洋捉整"，人類對海洋的探索從未停止，21世紀更是被稱為 海洋的世紀，各種深海潛水器也層出不窮，載人下潛深度紀錄也不斷被打破。然而深海的高 壓、海水的流動對潛水器耐壓性、平衡能力W及人員的安全造成不小的威脅。作為潛水器的 重要組成部分，耐壓殼體起著保障下潛過程中內部設備正常工作和人員健康安全的作用， 其重量占潛水器總重的1/4-1/2,因此，一種輕便、高耐壓、穩定、平衡性好的耐壓殼成了較 為理想的追求。
[0003] 海水的流動等外力會對耐壓殼造成擾動，目前技術中，耐壓殼在受到外力后僅靠 耐壓殼的自重及配重來保持內層殼的平衡（自平衡），效果并不理想。一方面，整個過程 漫長，且過程中殼體都處于晃動狀態，運種晃動幅度及時間周期與從人員的安全舒適的角 度W及艙內設備的可靠性方面考慮所要求的晃動幅度及時間周期相差較大，因此，運種自 平衡的效果并不理想。另一方面，現在的潛水器主要通過較為復雜的負反饋閉環控制系統 控制布置在潛水器周圍的多組推進器調節潛水器的姿態并減小晃動W及晃動的時間周期， 然而，此種方法的缺點也是非常明顯的。首先，該種控制系統需要消耗大量的能量，潛水設 備的能源需要分出一部分給控制系統，從而用于動力驅動的能源就少了，影響到潛水設備 的續航，工作周期的縮短對深海工作來說是非常不利的，會增加工作人員的時間緊迫感；其 次，由于其控制環節較多，需要一個較為復雜繁瑣的控制系統及程序，控制過程復雜、繁瑣、 易出錯。
[0004] 因此，需要一種新的技術方案W解決上述技術問題。
【發明內容】
陽〇化]本發明目的是針對現有技術的不足，提供一種主動平衡耐壓裝備及其控制方法， 解決了在耐壓設備受到外力擾動時，耐壓設備可快速依靠自身重量及配重進行平衡調節、 保持穩定的技術問題，W保護人員的安全及工作的精準進行。
[0006] 為實現本發明的目的，本發明提出了一種主動平衡耐壓裝備，該主動平衡耐壓裝 備包括從內向外依次設置的內層殼，中層支架，外層架套裝組成，所述內層殼、中層支架為 中屯、線重合的蛋形結構；所述內層殼與中層支架之間、中層支架與外層架之間均通過一對 軸線過內層殼重屯、的連接軸組件連接，兩對連接軸組件的軸線相互垂直且在同一水平面 內，使得內層殼與中層支架之間、中層支架與外層架之間分別可W相互轉動；其中，每對連 接軸組件中，均有一個連接軸組件與步進電機相連用W調節內層殼與中層支架之間、中層 支架與外層架之間的相互轉動；所述內層殼內部安裝有內層殼配重、巧螺儀和加速度計一 體傳感器及主控系統，所述內層殼配重用于保持內層殼的自平衡，所述巧螺儀和加速度計 一體傳感器用于感測內層殼的運動狀態及傾斜角度，進而通過主控系統控制步進電機w調 節內層殼的平衡。
[0007]本發明的主動平衡耐壓裝備與現有技術相比，內層殼采用蛋形殼體結構，中層支 架采用蛋形鋼架結構，最外層借助潛水器的艙體通過軸承結構與中層架相連組成外層架。 外面兩層支架結構起到固定內層殼體W及平衡調節的作用。當殼體受到外力作用晃動時， 一方面，由于Ξ層結構類似于兩軸巧螺儀結構，耐壓裝備可W通過自身重量及配重進行部 分平衡調節；另一方面，主控系統通過接收巧螺儀和加速度計一體傳感器的反饋信息并控 制步進電機調整內層耐壓殼的轉動W達到平衡，保持穩定，W保護人員的安全及工作的精 準進行。
[0008] 對應地，本發明還提出了主動平衡耐壓裝備的控制方法，該控制方法包括W下步 驟：
[0009] (1)當外層架發生晃動而帶動內層殼的晃動時，所述巧螺儀和加速度計一體傳感 器會分別測得內層殼在X，Y方向上的角速度和角加速度，運時巧螺儀和加速度計一體傳感 器輸出的電壓就會發生變化，在測量范圍內電壓值與角速度為一一對應關系，可W根據所 述巧螺儀和加速度計一體傳感器輸出的電壓分別計算得知內層殼在X，Y兩個方向上的運 動狀態W及傾斜角度；
[0010] (2)使用PLC左側高速A/D模塊將采集到的電壓模擬量轉化為PLC所需要的數字 量，通過化C內部寫入的PID程序進行計算，使用兩個PID，分別對應內層殼的X、Y兩個方 向；
[0011] (3)將巧螺儀和加速度計一體傳感器采集到的信號經過PID程序計算之后，PLC輸 出相應的脈沖信號，主控系統接收脈沖信號，主控系統通過步進電機驅動裝置控制步進電 機的旋轉方向W及旋轉的速度、角度，步進電機按照指令旋轉，內層殼與中層支架之間的步 進電機帶動內層殼旋轉，中層支架與外層架之間的步進電機帶動中層支架和內層殼旋轉， 實現內層殼平衡的調節；
[0012] (4)在步進電機旋轉調節的同時，巧螺儀和加速度計一體傳感器還在繼續采集內 層殼在X，Y兩個方向上的運動狀態W及傾斜角度，主控系統接收采集到的信息、實現信號 的反饋，經過不斷循環，使得內層殼維持在平衡穩定狀態。
[0013] 本發明的主動平衡耐壓裝備的控制方法與現有技術相比：增加主控平衡調節的方 式，可W消除余差，又能夠提高系統的穩定性，控制過程簡單、快速高效，可增加潛水設備的 續航。
【附圖說明】
[0014] 圖1本發明主動平衡耐壓裝備立體圖。
[0015] 圖2為本發明主動平衡耐壓裝備全剖俯視圖。
[0016] 圖3為本發明主動平衡耐壓裝備全剖主視圖。
[0017] 圖4為圖2中內層殼與中層支架第一連接軸組件9局部放大剖視圖。 陽01引圖5為圖2中內層殼與中層支架第二連接軸組件10局部放大剖視圖。
[0019] 圖6為圖5中圓錐滾子軸承、軸、軸承套、軸承端蓋部分連接的局部放大圖。
[0020] 圖7為圖2中中層支架與外層架第Ξ連接軸組件11局部放大剖視圖。
[0021] 圖8為圖2中中層支架與外層架第四連接軸組件12局部放大剖視圖。 陽0巧圖9為圖2中外層架與法蘭連接組件13局部放大剖視圖。
[0023] 圖10電控系統線路連接圖。
[0024] 圖11航空接頭組件局部放大圖。 陽0巧]圖12為內層殼艙蓋的俯視圖。
[0026] 圖13為內層殼艙蓋主視全剖圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面結合附圖和【具體實施方式】，進一步闡明本發明，應理解下述【具體實施方式】僅 用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本 發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0028] 請參閱圖1-3所示，本發明提出了一種主動平衡耐壓裝備，該主動平衡耐壓裝備 包括從內向外依次設置的內層殼1，中層支架2,外層架3(外層潛水器艙體）套裝組成，內 層殼1、中層支架2為中屯、線重合的蛋形結構；內層殼1與中層支架2之間、中層支架2與 外層架3之間均通過一對軸線過內層殼1重屯、的連接軸組件連接，兩對連接軸組件的軸線 相互垂直且在同一水平面內，使得內層殼1與中層支架2之間、中層支架2與外層架3之間 分別可W相互轉動；其中，每對連接軸組件中，均有一個連接軸組件與步進電機相連用W調 節內層殼1與中層支架2之間、中層支架2與外層架3之間的相互轉動；內層殼1內部安裝 有內層殼配重4、巧螺儀和加速度計一體傳感器5及主控系統6,內層殼配重4用于機械保 持內層殼1的自平衡，巧螺儀和加速度計一體傳感器5用于感測內層殼1的運動狀態及傾 斜角度，進而通過主控系統6控制步進電機W調節內層殼1的平衡。其中，巧螺儀和加速度 計一體傳感器5及主控系統6固定在固定臺7上，固定臺7通過Ξ角支架8固定在內層殼 1內部。
[0029] 請結合圖4-6所示，內層殼1與中層支架2之間的一對連接軸組件設置在內層殼1 的長軸上，包括設置在內層殼尖頭部一端的第一連接軸組件9和遠離內層殼尖頭部的另一 端的第二連接抽組件10,第二連接軸組件10上設有第一步進電機1001。
[0030] 第一連接軸91、第二連接軸1002焊接在內層殼1上，第一連接軸91與第二連接 軸1002的外側分別套設有軸承套92/1003,第一連接軸91、第二連接軸1002的軸肩與軸 承套92/1003的內階梯肩之間固定有圓錐滾子軸承93/1004,軸承套92/1003上通過螺釘 94/1005連接有軸承端蓋95/1006,軸承端蓋95/1006與第一連接軸91、第二連接軸1002之 間卡有0型密封圈96/1007,螺釘94/1005與軸套端蓋95/1006之間夾有金屬墊片97/1008、 軸承端蓋95/1006與軸承套92/1003之間也夾有墊片98/1009,第二連接軸1002的遠離內 層殼1的一端設有凹槽并通過鍵1010與第一步進電機1001的電機主軸1011相連，第一步 進電機1001設置在電機艙1012內，電機艙1012的前端連接在第二連接軸1002的軸承套 1003上。其中，0型密封圈彌補了第一連接軸91與第二連接軸1002兩側的非密封線，既保 證了軸承93/1004和電機1001的防水性，又保證了其可更換性，大大增加了耐壓裝備的使 用壽命。電機艙1012的兩側通過焊接的方式與中層支架2連接。
[0031] 請結合圖7-8所示，中層支架2與外層架3之間的一對連接軸組件設置在中層支 架2的短軸上，包括對稱設置在中層支架2短軸相對兩側的第Ξ連接軸組件11和第四連接 抽組件12,第Ξ連接軸組件11上設有第二步進電機110。中層支架2與外層架3之間的 連接方式除外層架3的連接方式與內層殼1與中層支架2連接方式的不同外，第Ξ連接軸 111、第四連接軸121、圓錐滾子軸承112/122、軸承套113/123、軸承端蓋114/124、第二步進 電機110、電機軸115、電機艙116、鍵117相互之間的連接方式及密封方式與內層殼1與中 層支架2的完全相同。
[0032] 請參閱圖9所示，外層架與法蘭連接組件13,包括外層架3與法蘭131通過螺栓 132與螺母133連接，法蘭131與螺母133之間夾設有金屬墊圈134。
[0033] 優選地，內層殼1鐵合金材料或者其他高強度復合材