料，由两个对称的半蛋形壳 焊接而成，在底部均匀配重；中层支架2采用钢材焊接构架。
[0034] 本发明的蛋形内层壳1是一种仿生特性结构，耐压能力好，同时具有较好的流体 力学特性，内层壳的外形方程为：
[00对
L为长轴，Β为短轴。
[0036] 优选地，巧螺仪和加速度计一体传感器5为两轴巧螺仪和Ξ轴加速度计一体传感 器。主控系统6包括台达SE系列主机可编程控制器配套左侧模拟量模块DVP04AD-SL如包 括A/D转换模块与PLC控制器。
[0037] 请结合图10所示，对应地，本发明还提出了主动平衡耐压装备的控制方法，该控 制方法包括W下步骤：
[0038] (1)当外层架发生晃动而带动内层壳的晃动时，所述巧螺仪和加速度计一体传感 器会分别测得内层壳在X，Y方向上的角速度和角加速度，运时巧螺仪和加速度计一体传感 器输出的电压就会发生变化，在测量范围内电压值与角速度为一一对应关系，可W根据所 述巧螺仪和加速度计一体传感器输出的电压分别计算得知内层壳在X，Y两个方向上的运 动状态W及倾斜角度；
[0039] (2)使用PLC左侧高速A/D模块将采集到的电压模拟量转化为PLC所需要的数字 量，通过化C内部写入的PID程序进行计算，使用两个PID，分别对应内层壳的X、Y两个方 向； W40] 0)将巧螺仪和加速度计一体传感器采集到的信号经过PID程序计算之后，PLC输 出相应的脉冲信号，主控系统接收脉冲信号，主控系统通过步进电机驱动装置控制步进电 机的旋转方向W及旋转的速度、角度，步进电机按照指令旋转，内层壳与中层支架之间的步 进电机带动内层壳旋转，中层支架与外层架之间的步进电机带动中层支架和内层壳旋转， 实现内层壳平衡的调节；
[0041] (4)在步进电机旋转调节的同时，巧螺仪和加速度计一体传感器还在继续采集内 层壳在X，Y两个方向上的运动状态W及倾斜角度，主控系统接收采集到的信息、实现信号 的反馈，经过不断循环，使得内层壳维持在平衡稳定状态。
[0042] 其中，本发明的主动平衡耐压装备的工艺过程如下：
[0043] (1)内层壳、中层架、外层架的装配过程
[0044] 先将内层壳中的内层壳配重、巧螺仪和加速度计一体传感器、主控系统等放入半 蛋形内层壳零件中，再将另一个半蛋形内层壳零件与半蛋形内层壳零件对接并焊接成完整 的内层壳。 阳045]中层支架事先焊接好，中层支架的短轴方向一端焊接有电机舱，电机舱的前端焊 接轴承套，中层支架的短轴的另一端直接焊接轴承套；在中层支架的长轴方向的大端焊接 有电机舱。
[0046] 在内层壳的长轴方向的两端焊接上两个连接轴，将0型密封圈先卡进轴承端盖的 预留槽内，然后将轴承端盖W及圆锥滚子轴承分别套在第一连接轴和第二连接轴上，再将 轴承套分别卡在圆锥滚子轴承上，通过螺钉将轴承端盖分别与轴承套连接在一起，且轴承 端盖与轴承套连接处垫有垫片。再将焊接好的蛋形中层支架与轴承套焊接起来（其中轴承 套是焊接在大端的电机舱上的），蛋形中层支架的长轴与内层壳的长轴共线，将0型密封圈 卡在轴承端盖的预留槽内，再将轴承端盖W及圆锥滚子轴承分别套在两个连接轴上，然后 将运两个轴承组件分别对接进中层支架短轴方向的两个轴承套内，其中留有键槽的连接轴 对接在有电机舱的轴承套内，然后用螺钉将轴承端盖和轴承套连接在一起，最后将两个步 进电机放入电机舱，电机主轴通过键连接方式连接到相应的连接轴上。
[0047] 似内部设备及线路管道
[0048] 请结合图2与图11所示，将设备的固定台焊接在蛋形内层壳内壁上，将本发明采 用的主要电器：巧螺仪和加速度计一体传感器、台达SE系列主机可编程控制器机器配套左 侧模拟量模块0￥?0440-5^降压装置、步进电机驱动器、蓄电池等设备固定在固定台上，在 运些电器的上方架一层平板用W保护电器W及供人员可W在平板上方便行动。电线需要连 接内层壳的1内外两侧，因此，在内层壳1上开有梯形孔，然后将电线集中成束沿着内层壳 1的内壁布线并将电线束穿过内层壳孔道，再将电线连接在航空接头插座141上，然后将航 空接头插座141通过螺钉142连接在内层壳1的孔道中，航空接头组件14的法兰与内层壳 1之间垫有防水密封垫片143,电线由航空接头插头144向外引出，航空接头插头144与航 空接头插座141旋紧；电线连接到事先焊在两个电机舱上116/1012的航空接头组件14上， 再接到步进电机110/1001上。 W例 做舱盖
[0050] 请结合图12-13所示，内层壳1上设有舱盖15,首先将密封圈151放入到内层壳1 的预留槽内，舱盖15的一侧通过连接销轴152与内层壳1相连，舱盖15的另一侧与舱盖压 板153相抵靠且舱盖压板153可压紧舱盖15,舱盖压板153通过舱盖屯、轴154与内层壳1 相连，并由螺钉155顶紧。
[0051] 最后通过螺栓将第Ξ和第四连接轴111/121的法兰连接在潜水器内舱壁上，从而 潜水器内舱壁可W作为耐压壳的外层架3。
【主权项】
1. 一种主动平衡耐压装备，其特征在于：包括从内向外依次设置的内层壳，中层支架， 外层架套装组成，所述内层壳、中层支架为中心线重合的蛋形结构；所述内层壳与中层支架 之间、中层支架与外层架之间均通过一对轴线过内层壳重心的连接轴组件连接，两对连接 轴组件的轴线相互垂直且在同一水平面内，使得内层壳与中层支架之间、中层支架与外层 架之间分别可以相互转动；其中，每对连接轴组件中，均有一个连接轴组件与步进电机相 连用以调节内层壳与中层支架之间、中层支架与外层架之间的相互转动；所述内层壳内部 安装有内层壳配重、陀螺仪和加速度计一体传感器及主控系统，所述内层壳配重用于保持 内层壳的自平衡，所述陀螺仪和加速度计一体传感器用于感测内层壳的运动状态及倾斜角 度，进而通过主控系统控制步进电机以调节内层壳的平衡。2. 如权利要求1所述的主动平衡耐压装备，其特征在于：所述内层壳与中层支架之间 的一对连接轴组件设置在内层壳的长轴上，包括设置在内层壳小头部一端的第一连接轴组 件和远离内层壳尖头部的另一端的第二连接抽组件，所述第二连接轴组件上设有第一步进 电机。3. 如权利要求2所述的主动平衡耐压装备，其特征在于：所述第一连接轴、第二连接轴 焊接在内层壳上，所述第一连接轴与第二连接轴的外侧套设有轴承套，所述第一连接轴、第 二连接轴的轴肩与轴承套的内阶梯肩之间固定有圆锥滚子轴承，所述轴承套上通过螺钉连 接有轴承端盖，所述轴承端盖与第一连接轴、第二连接轴之间卡有〇型密封圈。4. 如权利要求3所述的主动平衡耐压装备，其特征在于：所述第二连接轴的远离内层 壳的一端设有凹槽并通过键与所述第一步进电机的电机主轴相连，所述第一步进电机设置 在电机舱内，所述电机舱连接在第二连接轴的轴承套上。5. 如权利要求1所述的主动平衡耐压装备，其特征在于：所述中层支架与外层架之间 的一对连接轴组件设置在中层支架的短轴上，包括对称设置在中层支架短轴相对两侧的第 三连接轴组件和第四连接轴组件，所述第三连接轴组件上设有第二步进电机。6. 如权利要求1所述的主动平衡耐压装备，其特征在于：所述陀螺仪和加速度计一体 传感器为两轴陀螺仪和三轴加速度计一体传感器。7. 如权利要求1所述的主动平衡耐压装备，其特征在于：所述主控系统包括台达SE系 列主机可编程控制器机器配套左侧高速模拟量模块DVP04AD-SL。8. 如权利要求1所述的主动平衡耐压装备，其特征在于：所述内层壳的外形方程为：9. 如权利要求1所述的主动平衡耐压装备，其特征在于：所述内层壳采用钛合金材料， 由两个对称的半蛋形壳焊接而成，所述中层支架采用钢材焊接构架。10. 如权利要求1-9中任一项所述主动平衡耐压装备的控制方法，其特征在于：包括以 下步骤： (1)当外层架发生晃动而带动内层壳的晃动时，所述陀螺仪和加速度计一体传感器会 分别测得内层壳在X，Y方向上的角速度和角加速度，这时陀螺仪和加速度计一体传感器输 出的电压就〇会发生变化，在测量范围内电压值与角速度为一一对应关系，可以根据所述 陀螺仪和加速度计一体传感器输出的电压分别计算得知内层壳在X，Y两个方向上的运动 状态以及倾斜角度； (2) 主控系统使用PLC左侧高速A/D模块将采集到的电压模拟量转化为PLC所需要的 数字量，通过PLC内部写入的PID程序进行计算，使用两个PID，分别对应内层壳的X、Y两 个方向； (3) 将陀螺仪和加速度计一体传感器采集到的信号经过PID程序计算之后，PLC输出相 应的脉冲信号，主控系统接收脉冲信号，主控系统通过步进电机驱动装置控制步进电机的 旋转方向以及旋转的速度、角度，步进电机按照指令旋转，内层壳与中层支架之间的步进电 机带动内层壳旋转，中层支架与外层架之间的步进电机带动中层支架和内层壳旋转，实现 内层壳平衡的调节； (4) 在步进电机旋转调节的同时，陀螺仪和加速度计一体传感器还在继续采集内层壳 在X，Y两个方向上的运动状态以及倾斜角度，主控系统接收采集到的信息、实现信号的反 馈，经过不断循环，使得内层壳维持在平衡稳定状态。
【专利摘要】本发明公开了一种主动平衡耐压装备及其控制方法，内层壳为蛋形结构，中层支架采用蛋形钢架结构，最外层借助潜水器的舱体通过轴承结构与中层支架相连组成外层架。外面两层支架结构起到固定内层壳以及平衡调节的作用。当壳体受到外力作用晃动时，一方面，由于三层结构类似于两轴陀螺仪结构，耐压装备可以通过自身重量及配重进行部分平衡调节；另一方面，主控系统通过接收陀螺仪和加速度计一体传感器的反馈信息并控制步进电机调整内层和中层耐压壳的转动以达到平衡，保持稳定，以保护人员的安全及工作的精准进行；同时该装备的控制方法中增加了主控平衡调节的方式，能够消除余差且提高系统的稳定性，控制过程简单、快速高效，可增加潜水设备的续航。
【IPC分类】B63G8/26
【公开号】CN105292416
【申请号】CN201510746100
【发明人】张建, 周通, 张璇, 张兵, 冯赛赛, 戴米格, 黄子瑒, 苏世杰, 张纬光, 唐文献
【申请人】江苏科技大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年11月5日