主動(dòng)式波浪補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種波浪補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)裝置，特別是涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)具有預(yù)測(cè)功能的主動(dòng)式波浪補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著海洋資源的開發(fā)利用，船用起重機(jī)是海洋開發(fā)利用中非常重要的一種工程設(shè)備。與陸地的起重環(huán)境不同，由于波浪的影響，船體產(chǎn)生顛簸，吊裝的重物會(huì)隨著船體的運(yùn)動(dòng)而起伏不定，吊裝繩索的拉力也在隨著改變。對(duì)于深海采礦裝置、深水勘探裝置、水下機(jī)器人等，需要升沉補(bǔ)償系統(tǒng)以盡可能地保證水下裝置的運(yùn)行不受到由于波浪而導(dǎo)致船體運(yùn)動(dòng)的影響。一種具有波浪補(bǔ)償功能的船用起重機(jī)可以保證吊裝過程的平穩(wěn)性和安全性。
[0003]主動(dòng)式波浪補(bǔ)償(Active Heave Compensat1n)需要實(shí)時(shí)檢測(cè)船用起重機(jī)所在甲板平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并對(duì)未來時(shí)間節(jié)拍的平臺(tái)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，根據(jù)平臺(tái)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及未來運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)結(jié)果做出相應(yīng)補(bǔ)償措施，主動(dòng)式波浪補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)裝置能為波浪補(bǔ)償預(yù)測(cè)算法的研宄和調(diào)試提供實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
[0004]波浪補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)裝置采用3-RPS三自由度空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)組成的平臺(tái)來模擬由于波浪而造成的甲板平臺(tái)的升降、橫搖和縱搖運(yùn)動(dòng)，采用傳感器測(cè)量平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。目前，用于進(jìn)行波浪補(bǔ)償?shù)难b置多采用蓄能器和補(bǔ)償液壓缸或比例溢流閥，如2010年“船用起重機(jī)液壓缸式主動(dòng)波浪升降補(bǔ)償裝置研宄”的文章中設(shè)計(jì)的補(bǔ)償裝置采用蓄能器和補(bǔ)償液壓缸。
[0005]此外，涉及波浪補(bǔ)償裝置的專利大多是采用液壓系統(tǒng)的工程應(yīng)用裝置，而本發(fā)明專利的波浪補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)裝置通過調(diào)節(jié)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速來進(jìn)行補(bǔ)償，注重于由于波浪而造成的甲板平臺(tái)運(yùn)動(dòng)形式的實(shí)時(shí)檢測(cè)和位姿解算，并基于當(dāng)前和未來時(shí)間節(jié)拍的平臺(tái)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)進(jìn)行主動(dòng)波浪補(bǔ)償。專利號(hào)201210219968的中國專利“主動(dòng)升沉波浪補(bǔ)償控制系統(tǒng)和控制方法”采用了船舶姿態(tài)運(yùn)動(dòng)傳感器和張力傳感器，并且起升卷筒安裝在離岸的起重機(jī)上，是一種工程應(yīng)用設(shè)備，與本發(fā)明專利的結(jié)構(gòu)不同。專利號(hào)200910226788的中國專利“一種用于主動(dòng)式波浪補(bǔ)償起重機(jī)的液壓驅(qū)動(dòng)研宄”由油箱、液壓馬達(dá)、用于重物吊放的起重油路和用于波浪補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償油路組成，與本發(fā)明專利的原理和結(jié)構(gòu)均不同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了提供一種基于3-RPS空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)的可以進(jìn)行主動(dòng)式波浪補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)、具有升沉、橫搖和縱搖三個(gè)自由度而提供一種主動(dòng)式波浪補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)裝置。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:包括底座、上平臺(tái)、用于連接底座與上平臺(tái)的第一電缸、第二電缸和第三電缸，所述底座上設(shè)置三個(gè)具有銷軸的支撐件，三個(gè)電缸的一端分別與所述銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，三個(gè)電缸的另一端分別與三個(gè)關(guān)節(jié)軸承的一端連接，三個(gè)關(guān)節(jié)軸承的另一端分別與上平臺(tái)固定連接，上平臺(tái)上固定安裝有電機(jī)，電機(jī)的輸出軸與減速器的輸入端連接，減速器的輸出端與卷筒軸連接，卷筒軸上套裝卷筒，鋼絲繩的一端纏繞在卷筒上，鋼絲繩的另一端跨過滑輪與重物連接，所述滑輪安裝在吊架上，吊架固定安裝在上平臺(tái)上，上平臺(tái)上還設(shè)置有姿態(tài)航向傳感器，姿態(tài)航向傳感器、第一電缸、第二電缸和第三電缸分別與外部控制電路連接。
[0008]本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征:
[0009]1.所述的三個(gè)具有銷軸的支撐件以等腰三角形布置在底座上。
[0010]2.所述關(guān)節(jié)軸承的一端是螺紋孔、另一端是螺紋桿，螺紋孔的一端與三個(gè)電缸上設(shè)置的螺桿配合連接，螺紋桿的一端通過兩個(gè)螺母與上平臺(tái)固定連接。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:1、采用3-RPS空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為波浪模擬平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)升降、橫搖和縱搖三個(gè)自由度，為主動(dòng)波浪補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)提供真實(shí)的環(huán)境。2、主動(dòng)式波浪補(bǔ)償對(duì)未來時(shí)間節(jié)拍的平臺(tái)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，根據(jù)平臺(tái)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及未來運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)結(jié)果做出相應(yīng)補(bǔ)償措施，主動(dòng)式波浪補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)裝置能為波浪補(bǔ)償預(yù)測(cè)算法的研宄和調(diào)試提供實(shí)驗(yàn)環(huán)境。3、實(shí)驗(yàn)裝置采用伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便與控制，可以用于不同波浪補(bǔ)償預(yù)測(cè)算法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明的俯視示意圖；
[0014]圖3是本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)副部分的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4是本發(fā)明的球形鉸接部分的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖5是本發(fā)明的卷筒部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0018]結(jié)合圖1至圖5，本發(fā)明包括底座1、上平臺(tái)5、用于連接底座I與上平臺(tái)5的第一電缸3-1、第二電缸3-2和第三電缸3-3，并且底座1、上平臺(tái)5和三個(gè)電缸構(gòu)成3-RPS空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，所述底座I上設(shè)置三個(gè)具有銷軸19的支撐件2，三個(gè)電缸的一端分別與所述銷軸19轉(zhuǎn)動(dòng)連接，三個(gè)電缸的另一端分別與三個(gè)關(guān)節(jié)軸承18的一端連接，三個(gè)關(guān)節(jié)軸承18的另一端分別與上平臺(tái)5固定連接，上平臺(tái)5上固定安裝有電機(jī)7，電機(jī)7的輸出軸與減速器9的輸入端連接，減速器9的輸出端與卷筒軸20連接，卷筒軸20上套裝卷筒8，鋼絲繩16的一端纏繞在卷筒8上，鋼絲繩16的另一端跨過滑輪13與重物17連接，所述滑輪13安裝在吊架14上，吊架14固定安裝在上平臺(tái)5上，上平臺(tái)5上還設(shè)置有姿態(tài)航向傳感器6，姿態(tài)航向傳感器6、第一電缸3-1、第二電缸3-2和第三電缸3-3分別與外部控制電路連接。所述的三個(gè)具有銷軸19的支撐件2以等腰三角形布置在底座I上。所述關(guān)節(jié)軸承18的一端是螺紋孔、另一端是螺紋桿，螺紋孔的一端與三個(gè)電缸上設(shè)置的螺桿配合連接，螺紋桿的一端通過兩個(gè)螺母4與上平臺(tái)5固定連接。
[0019]具體的說，本發(fā)明主要包括波浪模擬平臺(tái)、繩索卷揚(yáng)部分、平臺(tái)位姿檢測(cè)部分和波浪補(bǔ)償控制部分四部分。
[0020]波浪模擬平臺(tái)主要包括底座1、上平臺(tái)5、三個(gè)電動(dòng)缸3-1、3-2和3_3、銷軸19、支撐件2、螺母4和關(guān)節(jié)軸承18。底座I采用鋁型材構(gòu)建成矩形，支撐件2底面有兩個(gè)通孔，并固定在底座I上。本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)如圖3所示，支撐件2與電動(dòng)缸的底端通過銷軸19的間隙配合形成鉸接轉(zhuǎn)動(dòng)副，并且在底座I上的安裝呈等腰三角形分布。本發(fā)明的球形鉸接的結(jié)構(gòu)如圖4所示，關(guān)節(jié)軸承18可做為一個(gè)球形鉸接，其一端為螺紋孔可與電動(dòng)缸末端的螺紋桿固定連接，另一端為螺紋桿，通過兩個(gè)螺母4與上平臺(tái)5緊固連接，并起支撐作用。
[0021]繩索卷揚(yáng)部分包括電機(jī)7、減速器9、卷筒部分和吊裝部分四部分。電機(jī)7是交流伺服電機(jī)，減速器9是蝸輪蝸桿減速器，卷筒部分包括卷筒8、卷筒軸20、端蓋10、支撐塊12、軸承11和軸承座27等，卷筒部分和吊裝部分都通過螺栓固定在上平臺(tái)5上，組成了波浪補(bǔ)償功能的機(jī)械傳動(dòng)部分。吊裝部分包括吊架14、強(qiáng)力角件15、滑輪13、鋼絲繩16和重物17等，伺服電機(jī)7與蝸輪蝸桿減速器9連接，減速器9固定在上平臺(tái)5上，并對(duì)伺服電機(jī)7起支撐作用。卷筒部分的結(jié)構(gòu)如圖5所示，卷筒8的兩端均布四個(gè)螺紋孔，通過螺釘26固定在端蓋10上，端蓋10與卷筒軸20之間采用普通平鍵22聯(lián)接。卷筒軸20的兩端采用軸承11支撐，支撐塊12支撐整個(gè)卷筒部分，使卷筒軸20的一端可與減速器9的輸出孔連接，螺栓21穿過軸承座27和支撐塊12把卷筒部分固定在上平臺(tái)5上，吊架14通過螺栓24固定在強(qiáng)力角件15上，強(qiáng)力角件15通過螺栓23固定在上平臺(tái)5的邊緣，滑輪13通過螺栓25安裝在吊架14的另一端。鋼絲繩16的一端固定在端蓋10上，并纏繞在卷筒8的表面，經(jīng)過滑輪13后，另一端與吊裝的重物17相連接。
[0022]平臺(tái)位姿檢測(cè)系統(tǒng)主要是姿態(tài)航向傳感器6，安裝在上平臺(tái)5上，實(shí)時(shí)檢測(cè)平臺(tái)5的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
[0023]本發(fā)明的工作過程及原理是:在研宄主動(dòng)波浪補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)時(shí)，由波浪補(bǔ)償控制部分驅(qū)動(dòng)波浪模擬平臺(tái)的伺服電動(dòng)缸來模擬波浪運(yùn)動(dòng)，上平臺(tái)5上的姿態(tài)航向傳感器6檢測(cè)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并把檢測(cè)到的信息傳遞至波浪補(bǔ)償控制部分，波浪補(bǔ)償控制部分進(jìn)行平臺(tái)位置姿態(tài)解算并預(yù)測(cè)其未來運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，然后控制補(bǔ)償伺服電機(jī)7，經(jīng)繩索卷揚(yáng)部分的傳動(dòng)對(duì)吊裝的重物17做補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，保持重物17在運(yùn)動(dòng)中的位置不變，具體的說是經(jīng)蝸輪蝸桿減速器9減速，通過軸20帶動(dòng)卷筒部分轉(zhuǎn)動(dòng)，使纏繞在卷筒8表面的鋼絲繩16放開或收起，經(jīng)過吊架14上的滑輪13后，保持吊裝的重物17在升沉方向的位置基本不變。
[0024]本發(fā)明的波浪模擬平臺(tái)采用3-RPS空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，具有三個(gè)分支機(jī)構(gòu)，主體是伺服電動(dòng)缸，上下分別為底座和上平臺(tái)，電動(dòng)缸底端與底座之間通過鉸接形成轉(zhuǎn)動(dòng)副，并且三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副呈等腰三角形分布。關(guān)節(jié)軸，18可做為一個(gè)球形鉸接，其一端為螺紋孔可與電動(dòng)缸末端的螺紋桿固定連接，另一端為螺紋桿，通過兩個(gè)螺母4可對(duì)平臺(tái)緊固連接，并起支撐作用；三個(gè)電動(dòng)缸的配合可使整個(gè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)升沉、橫搖和縱搖三個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種主動(dòng)式波浪補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:包括底座、上平臺(tái)、用于連接底座與上平臺(tái)的第一電缸、第二電缸和第三電缸，所述底座上設(shè)置三個(gè)具有銷軸的支撐件，三個(gè)電缸的一端分別與所述銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，三個(gè)電缸的另一端分別與三個(gè)關(guān)節(jié)軸承的一端連接，三個(gè)關(guān)節(jié)軸承的另一端分別與上平臺(tái)固定連接，上平臺(tái)上固定安裝有電機(jī)，電機(jī)的輸出軸與減速器的輸入端連接，減速器的輸出端與卷筒軸連接，卷筒軸上套裝卷筒，鋼絲繩的一端纏繞在卷筒上，鋼絲繩的另一端跨過滑輪與重物連接，所述滑輪安裝在吊架上，吊架固定安裝在上平臺(tái)上，上平臺(tái)上還設(shè)置有姿態(tài)航向傳感器，姿態(tài)航向傳感器、第一電缸、第二電缸和第三電缸分別與外部控制電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主動(dòng)式波浪補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述的三個(gè)具有銷軸的支撐件以等腰三角形布置在底座上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種主動(dòng)式波浪補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述關(guān)節(jié)軸承的一端是螺紋孔、另一端是螺紋桿，螺紋孔的一端與三個(gè)電缸上設(shè)置的螺桿配合連接，螺紋桿的一端通過兩個(gè)螺母與上平臺(tái)固定連接。
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種主動(dòng)式波浪補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)裝置，包括波浪模擬平臺(tái)、繩索卷揚(yáng)部分、平臺(tái)位姿檢測(cè)部分和波浪補(bǔ)償控制部分，波浪模擬平臺(tái)包括底座、伺服電動(dòng)缸、關(guān)節(jié)軸承和平臺(tái)等；繩索卷揚(yáng)部分包括伺服電機(jī)、減速器、卷筒部分和吊裝部分，在波浪補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)時(shí)，波浪模擬平臺(tái)可模擬波浪的運(yùn)動(dòng)，平臺(tái)位姿檢測(cè)部分用于檢測(cè)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并把檢測(cè)的信息反饋到控制部分進(jìn)行位姿解算和預(yù)測(cè)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，然后控制伺服電機(jī)，經(jīng)繩索卷揚(yáng)部分傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)吊裝的重物做升沉補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，確保重物在運(yùn)動(dòng)中的平穩(wěn)性。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便與控制，可用于驗(yàn)證不同補(bǔ)償預(yù)測(cè)算法等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】F16M11-14, B66C23-53, F16M11-18
【公開號(hào)】CN104627857
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510083754
【發(fā)明人】徐建安, 寧獻(xiàn)良, 孫洪雨, 孔德慧, 李建正, 王錫東, 高昕
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年2月16日