基于燃油传输的海洋机器人衡重状态自主调节装置及方法
【技术领域】
[0001]本专利适用于海洋机器人领域，特别是使用燃机为动力源的海洋机器人。
【背景技术】
[0002]海洋机器人是海洋研究和开发过程中不可或缺的工具，其中部分海洋机器人需要以燃机为动力。这类海洋机器人携带燃油的质量占其总质量的比例会较大，在航行过程中燃油的消耗会使航行体质心、重力及浮力产生较大的变化。此外，海洋机器人的动作、海洋环境的变化等因素也会引起重力、质心及浮心位置的变化。
[0003]为了增加海洋机器人的航行稳定性，应尽量消除质心、重力及浮力变化的影响。传统的方法是在航行体上增设浮力调节装置，但这种方法的调节能力有限，同时也将增加航行体的体积、质量以及系统的复杂程度。
【发明内容】
[0004]本发明目的是提供一种使用海洋机器人的燃油作为自身衡重状态的调节装置及方法，该装置利用舱外软质油箱体积的变化，调节海洋机器人的浮力；利用燃油在不同油箱间的转输，实现对质心位置的调整。
[0005]本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:基于燃油传输的海洋机器人衡重状态自主调节装置，包括燃油箱、供油箱、通气油箱、燃机、燃油泵及电磁控制阀；燃油箱、供油箱的进口都经各自的电磁控制阀通过总进油管路与燃油泵出油口连接；燃油箱、通气油箱的出口都经各自的电磁控制阀通过总出油管路与燃油泵吸油口连接；燃油箱、供油箱的通气口都经各自的电磁控制阀通过单独的通气管路与通气油箱连接，通气油箱的通气口通过过滤器与舱内大气连通；供油箱的出口与燃机连接。
[0006]所述燃油箱为多个，分布于海洋机器人的舱内前、后部以及舱外左、右侧；分布于海洋机器人舱内前、后部的燃油箱数量均至少为两个，分布于舱外左、右侧的燃油箱数量相同且至少为两个。
[0007]所述供油箱、通气油箱、燃机、燃油泵均设置于舱内中部，所述通气油箱设置于燃油泵以及与燃机连接的供油箱之间，且高于供油箱、燃机、燃油泵、燃油箱。
[0008]所述燃油箱中位于航行体舱外同一侧的燃油箱的燃油口，在舱外汇合后经总控制阀、总流量计、总压力计与舱内总进油管路或舱内总出油管路连接。
[0009]基于燃油传输的海洋机器人衡重状态自主调节方法，包括以下步骤:
[0010]海洋机器人在航行过程中根据陀螺仪所检测到的自身姿态数据判断质心位置并将姿态数据转换成垂直方向的所要调节的位移偏移量、前进方向和左右方向所要调节的角度偏移量，根据各方向的偏移量设定燃油传输的燃油量的参考值，并通过流量计实时检测传输的燃油量，通过控制电磁阀使燃油在燃油箱之间传输燃油来调节海洋机器人的衡重状态。
[0011]所述通过控制电磁阀使设定量的燃油在燃油箱之间传输包括以下步骤:
[0012]首先通过控制舱内、外的各个控制阀使定量的燃油在舱内、外的燃油箱之间传输;
[0013]然后通过控制舱内各个控制阀使定量的燃油在舱内前、后部的燃油箱之间传输；
[0014]最后通过控制舱外两侧燃油箱的各个控制阀以及总进油管路控制阀、总出油管路控制阀使定量的燃油在舱外两侧的燃油箱之间传输。
[0015]所述首先通过控制舱内、外的各个控制阀使定量的燃油在舱内、外的燃油箱之间传输包括以下步骤:
[0016]打开舱内通气油箱的通气阀；
[0017]当垂直方向的位移偏移量为负即浮力偏小时，打开舱内某个燃油箱的出口控制阀和通气阀、以及舱外某个燃油箱的燃油控制阀和总进口控制阀；
[0018]当垂直方向的位移偏移量为正即浮力偏大时，打开舱内某个燃油箱的进口控制阀和通气阀、以及舱外某个燃油箱的燃油控制阀和总进口控制阀；
[0019]启动燃油泵使燃油传输，直至陀螺仪检测到的姿态数据转换成的垂直方向位置在设定值的误差范围内为止。
[0020]所述通过控制舱内各个控制阀使定量的燃油在舱内前、后部的燃油箱之间传输包括以下步骤:
[0021]打开舱内通气油箱的通气阀；
[0022]当质心偏前时，打开前部某个燃油箱的出口控制阀和通气阀、以及舱内后部某个燃油箱的进口控制阀和通气阀；
[0023]当质心偏后时，打开后部某个燃油箱的出口控制阀和通气阀、以及舱内前部某个燃油箱的进口控制阀和通气阀；
[0024]启动燃油泵使燃油传输，直至陀螺仪检测到的姿态数据转换成的前进方向角度偏移量在设定值的误差范围内为止。
[0025]所述通过控制舱外两侧燃油箱的各个控制阀以及总进油管路控制阀、总出油管路控制阀使定量的燃油在舱外两侧的燃油箱之间传输包括以下步骤:
[0026]打开左侧舱外某个燃油箱的控制阀和右侧舱外某个燃油箱的控制阀；
[0027]当质心偏左时，打开舱外左侧总出口控制阀、舱外右侧总进口控制阀；
[0028]当质心偏右时，打开舱外右侧总出口控制阀、舱外左侧总进口控制阀；
[0029]启动燃油泵使燃油传输，直至陀螺仪检测到的姿态数据转换成的左右方向角度偏移量在设定值的误差范围内为止。
[0030]当舱内前、后部以及舱外左、右侧的某个燃油箱的油量低于或高于限值时，则停止燃油泵，关闭该燃油箱的控制阀，并将同区域内与其相邻的燃油箱的控制阀打开，启动燃油泵使燃油传输。
[0031]本发明具有以下有益效果及优点:
[0032]1、本发明使用海洋机器人的燃油作为自身衡重状态的调节手段，通过改变海洋机器人两侧舱外软质油箱的燃油量来调节自身的浮力及浮心位置，通过改变各个舱内硬质油箱和舱外软质油箱的燃油量来调节自身的质心。较传统的浮力调节装置不仅具有更大的调节能力，而且结构简单，不增加航行体的体积和质量。
[0033]2、本发明的装置在调节过程中通过传感器实时监测调节的效果，并实时的调整来满足调节要求。
【附图说明】
[0034]图1为该装置结构原理图；
[0035]图2舱内前置油箱向舱内后置油箱传输燃油流程图；
[0036]图3左侧舱外单元向右侧舱外单元传输燃油流程图；
[0037]图4左侧舱外单元向舱内前置油箱传输燃油流程图；
[0038]其中:L1?L3，左侧舱外油箱；L1.1?L3.1，左侧舱外油箱燃油控制阀；L1.2?L3.2，左侧舱外油箱通气控制阀；11.1，左侧舱外总进口控制阀；8.1，左侧舱外进口压力计；7.3，左侧舱外进口流量计；11.2，左侧舱外总出口控制阀；8.2，左侧舱外出口压力计；7.2，左侧舱外出口流量计；
[0039]Rl?R3，右侧舱外油箱；R1.1?R3.1，右侧舱外油箱燃油控制阀；R1.2?R3.2，右侧舱外油箱通气控制阀；12.2，右侧舱外总出口控制阀；7.4，右侧舱外出口流量计；8.4右侧舱外出口压力计；12.1，右侧舱外总进口控制阀；7.5，右侧舱外进口流量计；8.3右侧舱外进口压力计；
[0040]1，前置左侧燃油箱；1.3，前置左侧燃油箱通气阀；1.1，前置左侧燃油箱进口阀；
1.2，前置左侧燃油箱出口阀；2，前置右侧燃油箱；2.3，前置右侧燃油箱通气阀；2.1，前置右侧燃油箱进口阀；2.2，前置右侧燃油箱出口阀；3，柴油机日供油箱；3.2，日供油箱通气阀；3.1,日供油箱燃油阀；4，通气油箱；4.1,通气油箱放油阀；4.2,通气油箱通气阀；4.3,通气过滤器；5，后置左侧燃油箱；5.3，后置左侧燃油箱通气阀；5.1，后置左侧燃油箱进口阀；5.2，后置左侧燃油箱出口阀；6，后置右侧燃油箱；6.3，后置右侧燃油箱通气阀；6.1，后置右侧燃油箱进口阀；6.2，后置右侧燃油箱出口阀；7.1，舱内流量计；13.2，总进油口 ；13.1，总出油口 ；9.1、9.2，燃机；10，燃油泵。
【具体实施方式】
[0041]下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0042]本发明涉及一种基于燃油传输的燃机动力海洋机器人衡重状态自主调节方法及装置。该装置一方面作为海洋机器人的燃油单元，可以存储燃油，为燃机提供燃油；另一方面作为海洋机器人的衡重状态调节装置，可以调节重心位置、浮心位置、浮力大小等衡重参数。该装置通过调节舱外软质油箱的燃油量来调节浮力，可以通过调节舱内硬质油箱和舱外软质油箱的燃油量来调节质心，实现海洋机器人的衡重状态自主调节。
[0043]该装置使用海洋机器人所携带的燃油作为自身衡重状态的调节手段，可以代替传统、独立的浮力调节装置。该装置由舱内硬质油箱、舱外软体油箱、燃油泵、燃机供油箱、传感器及电磁控制阀等构成。所述传感器包括液位传感器、压力传感器、流量传感器。
[0044]该装置需要在海洋机器人的左、右侧舱外以及密封舱内的前、后部四个区域分别放置燃油箱，每个区域放置的燃油箱不少于两个；柴油机和燃油泵放置于密封舱内中部。舱内硬质油箱具有进油口、出油口及通气口，每个口均设有电磁阀；舱外软体油箱有燃油口、通气口，每个口均设有电磁阀；每个舱外燃油单元均有一个总进油口、总出油口。
[0045]舱内燃油