一种气球自动充放气装置
技术领域
本实用新型涉及气球领域，具体涉及一种气球自动充放气装置。
背景技术
可回收复用的升空气球的自动充放气主要存在以下几个待解决的问题： (1)气球回收时如何定位气球上的充气口以实现放气和充气；(2)在需要快速回收气球放气或快速充气释放气球的场景下，如何提高充放气的速度和效率；(3) 如何在提高充气效率的同时保证对气球实现快速可靠的密封。
本实用新型基于上述几个问题，提出了一种气球自动充放气装置，可以有效地解决上述问题。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种气球自动充放气装置，对于可回收复用的升空气球，可以在气球回收时高效准确定位充气口，在充放气时快速高效地完成充气和放气，且充气后能够迅速对气球实现可靠密封。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
一种气球自动充放气装置，包括第一气球部、第二气球部、密封体、定位块、基座、绳索、绳索收放模块、气体抽充模块，所述第一气球部可随充放气增大或收缩体积，所述第二气球部设置在第一气球部的下方，其上设有气体通孔，所述气体通孔内壁上设有孔径小于气体通孔的阶梯环，所述密封体安装在所述阶梯环的上方，其外径大于所述阶梯环的内径，所述阶梯环和所述密封体均为铁磁性材料且至少有一个具有磁性，所述定位块安装在所述基座上，其上设有过孔，所述基座内设有空腔，空腔上方设有与定位块的过孔相连的通孔，所述第二气球部和所述定位块均为铁磁性材料且至少有一个设有电磁铁绕组，所述绳索的上端与气球下方连接，下端与所述绳索收放模块连接，所述绳索收放模块安装在所述基座的空腔中，所述气体抽充模块与所述空腔连接，用于对空腔及与空腔连通的空间进行充气和抽气。阶梯环和密封体均为铁磁性材料且至少有一个具有磁性的设计目的是，使得密封体在不受其他力的情况下，自动与阶梯环吸合，实现对气球的密封，也就是说，所述密封体充当的是气球充气口的开关，且这个开关是常闭状态，在受到其他向上的作用力的情况下才会打开。而且当气球中充满气之后，由于气球内的气压高于气球外，气球内的气压会对密封体施加一个额外的压紧力，使得密封体进一步与阶梯环贴合，保证更好的密封效果，同理，如果要顶开密封体打开气球的充气口，不但需要克服密封体与阶梯环之间的磁吸力，还需要克服气球内部气压对密封体施加的压紧力。
优选的，还包括顶杆、顶杆驱动模块，所述顶杆为可伸缩杆，由所述顶杆驱动模块控制伸缩，伸长时顶杆的最上端可穿过空腔的通孔和定位块的过孔到达定位块的上方。此顶杆方案是用于顶开密封体的第一种方案。
优选的，所述定位块设有电磁铁绕组，所述密封体为磁铁，所述电磁铁绕组通电后在定位块上方产生的磁场磁感线方向与所述密封体下方的磁感线方向相反。这是用于顶开密封体的第二种方案，依靠电磁铁绕组与密封体之间的磁斥力顶开密封体，这一方案由于不需要顶杆及其配套的机械结构及动力结构，可以使得整个装置更为简单简洁。
进一步的，所述气体抽充装置包括抽气泵、储气罐，所述储气罐的出气口与所述空腔连接，所述抽气泵的进气口与所述空腔连接，所述抽气泵的出气口与所述储气罐的进气口连接，所述储气罐的进气口和出气口均设有阀门。
进一步的，所述阶梯环的上方设有至少两个约束杆，所述约束杆为圆柱形，其上端设有限位部，所述限位部的横截面积大于所述约束杆的横截面积；所述密封体上设有与所述约束杆相配合的密封体通孔。约束杆可以限制密封体的运动方式，使其只能沿约束杆的轴向方向运动，两个或两个以上的约束杆则可以保证密封体运动的稳定性，使其始终与阶梯环平行，约束杆上的限位部则可以限制密封体可移动的行程，使得密封体不至于脱离其与阶梯环之间的磁力作用的范围。
进一步的，所述密封体与所述阶梯环之间设有第一密封垫圈，所述定位块上表面设有第二密封垫圈。密封垫圈的作用是实现更好的气密性。
优选的，所述绳索的上端连接在所述密封体的正下方。
进一步的，本实用新型还包括电源、控制器、气压检测表，所述电源与所述控制器连接，所述控制器与所述气压检测表、所述气体抽充模块、所述电磁铁绕组、所述顶杆驱动模块、所述绳索收放模块均连接。所述气压检测表安装在气球内部，用于充气时监测气球内气压，避免出现过充现象，所述控制器用于控制装置的各个模块，所述电源用于为整个装置供电。
本实用新型的有益效果是：
(1)由于第二气球部与定位块之间采用了磁吸式定位，且充气口在第二气球部的底部中央位置，因此即使气球在空中发生了绕第二气球部轴心线的的旋转，也不影响定位效果，依然可以在气球回收时高效准确地定位充气口然后通过充气口对气球进行充放气；
(2)由于采用的是密封体密封，因此密封体和充气口的直径是可以按需设计的，当直径较大时，就可以快速高效地完成充气和放气；
(3)由于阶梯环和密封体均为铁磁性材料且至少有一个具有磁性，因此密封体在不受其他力的情况下会自动与阶梯环吸合，实现对气球的密封，而且当气球中充满气之后，由于气球内的气压高于气球外，气球内的气压会对密封体施加一个额外的压紧力，使得密封体进一步与阶梯环贴合，可以实现非常可靠的密封效果。另外，当顶开密封体的外力消失之后，密封体会迅速与阶梯环吸合，实现快速密封。
附图说明
图1是本实用新型一种气球自动充放气装置的剖面示意图，图中气球处于已收回状态，密封体已打开。
图2是本实用新型一种气球自动充放气装置的气球下方部位沿竖直方向剖开的剖面示意图，图中气球处于充气释放后的状态，密封体已关闭。
图3是本实用新型一种气球自动充放气装置的零件爆炸示意图。
图4是本实用新型一种气球自动充放气装置下半部分的零件爆炸示意图。
图5是本实用新型一种气球自动充放气装置的气球充气口部位的零件爆炸示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型的实施方式及附图，对本实用新型做进一步详细说明。
如图1-5所示，一种气球自动充放气装置，包括第一气球部402、第二气球部6、密封体5、定位块11、基座2、绳索3、绳索收放模块、气体抽充模块，所述第一气球部402的内部空间403可随充放气增大或收缩体积，所述第二气球部6设置在第一气球部402的下方，包括基体601，基体601中设有气体通孔605，所述气体通孔605内壁上设有孔径小于气体通孔605的阶梯环602，所述密封体5安装在所述阶梯环602的上方，其外径大于所述阶梯环602的内径，所述阶梯环602和所述密封体5均为铁磁性材料且至少有一个具有磁性，所述定位块11安装在所述基座2上，其上设有过孔1101，所述基座内设有空腔204，空腔204上方设有与定位块11的过孔1101相连的通孔202，所述第二气球部6 和所述定位块11均为铁磁性材料且至少有一个设有电磁铁绕组，所述绳索3的上端与气球4下方连接，下端与所述绳索收放模块连接，所述绳索收放模块安装在所述基座2的空腔204中，所述气体抽充模块与所述空腔204连接，用于对空腔204及与空腔204连通的空间进行充气和抽气。
优选的，所述绳索收放模块包括卷线电机13、卷线轮12、绳卷18，所述卷线电机13安装在空腔204中的卷线电机槽205中，所述卷线轮12安装在卷线电机13的转轴上，所述绳卷18缠绕在所述卷线轮12上，绳卷18的自由端部分就是绳索3，为了约束和引导空腔204中绳索3的活动范围，还设有绳索引导体206。
优选的，还包括顶杆7、顶杆驱动模块，所述顶杆7为可伸缩杆，由所述顶杆驱动模块控制伸缩，伸长时顶杆7的最上端可穿过空腔204的通孔202 和定位块11的过孔1101到达定位块11的上方。此顶杆方案是用于顶开密封体的第一种方案。优选的，所述顶杆驱动模块采用滚珠丝杠驱动方案，包括顶杆电机10、联轴器17、丝杠9，约束环8，所述顶杆电机安装在空腔204的底板14 上的顶杆电机槽1401中，所述联轴器17用于连接丝杠9的下端与顶杆电机10 的转轴，所述顶杆7作为丝杠副与丝杠9配合，且在顶杆7的外圆柱面上设有沿母线方向的滑键701，滑键701用于与约束环8上的滑槽801配合，滑槽801设置在约束环的支撑部802上，约束环8固定在定位块11的过孔1101中，在约束环8的滑槽801的约束下，顶杆7只能沿轴向运动，而不能转动。顶杆7上还设有一个缺口702，绳索3可以从缺口702中通过，在顶开所述密封体5的时候不会压着绳索3。除滚珠丝杠方案之外，顶杆驱动模块还可以采用直线电动顶杆，直线电机驱动等其他常见的直线驱动方案。
优选的，所述定位块11设有电磁铁绕组，所述密封体5为磁铁，所述电磁铁绕组通电后在定位块11上方产生的磁场磁感线方向与所述密封体5下方的磁感线方向相反。这是用于顶开密封体5的第二种方案，依靠电磁铁绕组与密封体5之间的磁斥力顶开密封体5，这一方案由于不需要顶杆7及其配套的机械结构及动力结构，可以使得整个装置更为简单简洁。
进一步的，所述气体抽充装置包括抽气泵、储气罐，所述储气罐的出气口与所述空腔204连接，所述抽气泵的进气口与所述空腔204连接，所述抽气泵的出气口与所述储气罐的进气口连接，所述储气罐的进气口和出气口均设有阀门。
进一步的，所述阶梯环602的上方设有至少两个约束杆603，所述约束杆603为圆柱形，其上端设有限位部604，所述限位部604的横截面积大于所述约束杆603的横截面积；所述密封体5上设有与所述约束杆603相配合的密封体通孔504。
进一步的，所述密封体5与所述阶梯环602之间设有第一密封垫圈15，所述定位块11上表面设有第二密封垫圈16。密封垫圈的作用是实现更好的气密性。
优选的，所述绳索3的上端连接在所述密封体5正下方的短杆502上，所述密封体5包括下凸台501，圆片503、短杆502、通孔504。
进一步的，本发明还包括电源、控制器、气压检测表，所述电源与所述控制器连接，所述控制器与所述气压检测表、所述气体抽充模块、所述电磁铁绕组、所述顶杆驱动模块、所述绳索收放模块均连接。所述控制器可以是工业中常用的控制芯片，例如DSP芯片、FPGA芯片、ARM芯片、X86芯片等。
优选的，往气球中充的气体为氦气或氢气。
气球自动充放气装置使用及控制方法实施方式，包括
步骤1，初始化工作状态：打开所述电磁铁绕组，将第二气球部6放置在所述定位块11的上方，在电磁铁绕组产生的磁场作用下，第二气球部6的下端和定位块11的上表面吸合；
步骤2，顶开密封体5：对密封体5施加方向向上的力，顶开靠磁力吸合在阶梯环602上的密封体5，使所述第一气球部402的内部空间403和所述基座2 的空腔204之间实现连通；需要注意的是，这一步骤中顶开密封体5的力，可以来自于顶开密封体5的第一种方案，即顶杆方案，也可以来自于顶开密封体5 的第二种方案，也就是磁斥力方案；
步骤3，充气：打开气体抽充模块并使之往空腔204中充气，由于步骤2完成之后空腔204与第一气球部402的内部空间403是连通的，所充气体可以进入第一气球部402内部，实现对气球4的充气；
步骤4，气球4的密封和释放：充气完成后，撤去对密封体5施加的向上的力，关闭所述电磁铁绕组，由于密封体5不再承受向上的力，在密封体5和阶梯环602之间的磁力作用下，密封体5重新与阶梯环602吸合，实现气球内部空间 403的密封，由于电磁铁绕组的关闭，第二气球部6与定位块11之间的磁场作用力消失，两者之间的吸合解除，然后启动绳索收放模块使绳索3伸长，气球4 在自身气体的浮力下实现升空；
步骤5，气球4的收回：启动绳索收放模块使绳索3缩短，收回气球4，使第二气球部6逐渐靠近所述定位块11的上表面；
步骤6，第二气球部6的定位吸合：打开所述电磁铁绕组，随着绳索3的缩短，第二气球部6与定位块11的距离越来越短，当距离足够短时，第二气球部 6在电磁铁绕组产生的磁场作用下与定位块11吸合；
步骤7，顶开密封体5：重复步骤2的操作；
步骤8，抽气：打开气体抽充模块使之从空腔204中抽气，由于第一气球部 402的内部空间403与所述基座2的空腔204之间是贯通的，因此会在第一气球部402中产生负压，使气球4变瘪，回到初始工作状态。
