CN105206131A

CN105206131A - 一种三自由度船舶航行姿态仿真装置

Info

Publication number: CN105206131A
Application number: CN201510611950.2A
Authority: CN
Inventors: 李冰; 刘文帅; 雷明珠; 姚震; 古国良; 陈美远
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2015-09-23
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2015-12-30
Anticipated expiration: 2035-09-23
Also published as: CN105206131B

Abstract

本发明提供一种三自由度船舶航行姿态仿真装置，包括平台面、两个平台架、两个立柱、轴套、转盘、支撑套、电机支架、直线步进电机、谐波减速器、步进电机固定座、电机轴套、刚性联轴器、深沟球轴承、联接座、联接头、垫圈、衬板、限位柱、护罩、底盘等部件。本发明实现船舶的航行姿态大范围仿真旋转运动，此外本发明使用步进电机作为伺服机构，从而大大改善其仿真精度。本发明还具有能耗降低、可靠性高和提高了船舶航行姿态可视化便于进一步学习和研究的优点。

Description

一种三自由度船舶航行姿态仿真装置

技术领域

本发明涉及一种船舶航行姿态仿真装置，尤其涉及一种三自由度船舶航行姿态仿真装置。

背景技术

船舶运动控制一直是国家性重点课题。船舶运动控制仿真系统可分三类，即单机仿真、双机仿真和物理仿真。物理仿真则是利用船舶模型代替实船进行船舶运动的各种控制实验，比如横摇控制、自动操舵仪等对船舶姿态信息的影响。船舶运动半物理仿真系统采用实物与数学模型相结合的仿真方式，可以大大节省人力物力是时间、且真实地复现船舶运动姿态。

中国船舶科学研究中心利用以直径2米长2米的圆柱体，有效负载约1.5吨的模拟舱仿真船舶的纵摇、横摇和艏摇。其体型偏大、液压驱动、造价高，不能大批量生产和及时方便地演示船舶航行姿态。

发明内容

本发明的目的是为了能精确仿真海浪干扰中船舶航行姿态角而提供一种三自由度船舶航行姿态仿真装置。

本发明的目的是这样实现的：由下至上包括底盘、安装在底盘上的电机支架、安装在电机支架上的转盘电机、通过刚性联轴器与转盘电机输出轴连接的传动轴、与传动轴端部固连的转盘、安装在转盘中心位置上的第一立柱、与第一立柱端部固连的第一平台架、安装在第一平台架中心位置的第二立柱和与第二立柱端部固连的平台面，所述转盘上表面的端部设置有一对第一直线步进电机固定座，每个第一直线步进电机固定座上设置有第一螺纹圆柱销，两个第一螺纹圆柱销之间安装有第一直线步进电机固定架，第一直线步进电机固定架上安装有第一直线步进电机，第一直线步进电机的输出轴的端部连接第一转接头、第一转接头上连接有第一联接头、第一联接头与设置在第一平台架下表面的端部第一连接座铰接连接，第一平台架下表面的另一端部设置有一对第二直线步进电机固定座，每个第二直线步进电机固定座上设置有第二螺纹圆柱销，两个第二螺纹圆柱销之间安装有第二直线步进电机固定架，第二直线步进电机固定架上安装有第二直线步进电机，第二直线步进电机的输出轴的端部连接第二转接头、第二转接头上连接有第二联接头、第二联接头与设置在第一平台架下表面的端部第二连接座铰接连接，第二平台架与平台面固连。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述底盘上还设置有护罩，所述护罩依次包络电机支架、转盘和第一立柱，且所述第一立柱的上端穿过护罩。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的第一步进电机和第二步进电机均使用转接头、联接头和连接座联接两个平台架，可以大大提高旋转运动的灵活性；平台结构将船舶模型设计在顶层平台面上，直观地复现了船舶运动姿态，易于观察者观察记录船舶航行姿态角信息，相比船模实验更加节省人力、物力和时间；伺服机构采用步进电机既能保证控制精度又大大降低了经费，并且体积小，可作为试验台大批量生产向初学者演示船舶姿态运动。本发明结构简单，成本低，易于实现，方便进行三自由度船舶航行姿态的仿真。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是图1中A方向的结构示意图；

图3是图1中B－B截面的结构示意图；

图4是图1中C部分的局部放大图；

图5是图1中的D部分的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图5，本发明包括：底盘1、螺栓(M6×16)2、平垫3、弹簧垫圈4、电机支架5、转盘电机6、螺栓(M6×20)7、螺栓(M8×16)8、垫圈9、弹簧垫圈10、支撑套11、螺母(M5)12、螺栓(M5×16)13、转盘14、螺栓(M5×12)15、平垫16、弹簧垫圈17、第一步进电机固定座18、第一螺纹圆柱销19、第一直线步进电机20、第一步进电机固定架21、螺栓(M3×8)22、平垫圈23、弹簧垫圈24、第一转接头25、第一联接头26、第一连接座27、销轴B型28、开头销29、开槽平端紧定螺钉30、第二平台架31、十字槽沉头螺钉32、第二立柱33、十字槽盘头螺钉34、平垫35、平台面36、立柱联接座37、第一平台架38、第一立柱39、第二直线步进电机40、孔用弹性挡圈41、深沟球轴承42、轴套43、轴用弹性挡圈44、平端紧定螺钉45、刚性联轴器46、电机轴套47、护罩48、第一衬板49、第二衬板50、第三衬板51、盘头螺钉(M5×6)52、盘头螺钉(M6×8)53。

盘头螺钉53将护罩48固定在底盘1上，螺栓2将电机支架5固定在底盘上，螺栓7将带减速器的转盘电机6固定在电机支架上，电机轴通过轴套46带动上端的转盘14和第一立柱39，螺栓15将第一步进电机固定座18固定在转盘14上，并使用第一螺纹圆柱销19将第一直线步进电机20安装在第一步进电机固定座18上，第一直线步进电机20经第一转接头25、第一联接头26和第一连接座27安装在第一平台架38上。

本发明由底盘1、安装在底盘上的电机支架组件5、支撑套11、转盘14、平台面36、平台架38、第一立柱39和第二立柱33组成的支撑部分；在电机支架组件上螺栓7固定带有行星减速器的转盘电机6，转盘电机轴外套有电机轴套47，轴套47另一端经刚性联轴器46连接传动轴60，传动轴60与刚性联轴器46通过平端紧定螺钉固定，传动轴60的与第一立柱39连接；螺栓10、第一步进电机固定座18和第一螺纹圆柱销19以及第一直线步进电机固定架21将第一直线步进电机20安装在转盘14上，第一直线步进电机20的轴顶端装有第一转接头25和第一联接头26，联接头经销轴28于第一平台架38下端设置的第一连接座27连接。与之类似，第一平台架上端部上还装有第二步进电机固定座，并由第二螺纹圆柱销通过第二直线步进电机固定架将第二直线步进电机40安装好，第二直线步进电机的输出轴同样经过对应的转接头、联接头和联接座与第二平台架31连接(可转动)上。第二平台架31上安装有平台面36，平台面36上固定船舶模型即可实现船舶航行姿态角的仿真。

本发明还可以包括这样一些结构特征：

1、带有减速器的转盘电机6的电机轴经轴套47固定在第一立柱39下端轴，并隔深沟球轴承42轴套43带动与第一立柱39为固定为一个整体的转盘14。

2、第一直线步进电机20经第一步进电机固定座18固定在转盘14上，电机轴并经第一转接头25和第一联接头26，联接头经销轴28联接在平台架38上的联接座27。类似，第一平台架38上还安装第二直线步进电机，第二直线步进电机的输出端联接第二平台架31。

3、第一立柱39通过销与第一平台架38相连，第二立柱33通过销与第二平台架31相连，可实现以销为轴心的旋转运动；第二平台架31通过十字槽盘头螺钉34固定在平台面36上，平台面36上固定船舶模型。

本发明的主要动作过程如下：

1、带有谐波减速器的转盘电机6通过轴套46、传动轴60带动转盘14和第一平台架38的转动，第一直线步进电机20和第二步进电机40随着转盘14和第一平台架39同步运动；第一平台架38的转动通过第二立柱33进而使固定船舶模型的平台面36转动，这样实现了水平面的艏摇转动。

2、放置船模在平台面上使船舶模型从头到尾方向与图1中A向视角平行，固定在转盘上的第一直线步进电机20动作使电机轴上下运动，电机轴通过第一转接头25和第一联接头26带动第一平台架38以联结第一立柱39与第一平台架38的销为轴做旋转运动，进而带动平台面36转动，这样实现纵摇转动。同理第二直线步进电机40通过转接头和联接头带动第二平台架31以联结销为轴旋转进而带动平台面16运动，这样实现横摇运动。

3、转盘电机6和第一直线步进电机20第二直线步进电机40同时工作即实现船舶模型的三自由度转动。

一种三自由度船舶航行姿态仿真装置，它包括底盘1、安装底盘上的电机支架5，安装在电机支架上的支撑套11，在电机支架下固定有带谐波减速器的转盘电机6，减速器输出轴上安装有电机轴套47，电机轴套另一端通过传动轴与转盘连接，第一立柱39安装在转盘中心位置，第一立柱与转盘14固定为一个整体可同步运动，第一直线步进电机20安装在转盘上，第一直线步进电机与第一平台架38相连，第二直线步进电机40安装在第一平台架上，第二直线步进电机与第二平台架31相连，第二平台架上安装平台面36。

第一直线步进电机20经第一转接头25第一联接头26联接座27与第一平台架38相连，第二直线步进电机经过转接头联接头联接座与第二平台架相连。

第一直线步进电机20外罩有第一步进电机固定架21且由第一螺纹圆柱销19将其联接在第一步进电机固定座18上，步进电机固定座由螺栓15固定在转盘14上。

第一立柱39与第一平台架38经相连，第二立柱33与第二平台架31经相连。

第一立柱39底端轴经深沟球轴承42、传动轴60、孔用弹性挡圈41、轴用弹性挡圈44、轴套43和平端紧定螺钉45固定在47电机轴套上。

Claims

1.一种三自由度船舶航行姿态仿真装置，其特征在于：由下至上包括底盘、安装在底盘上的电机支架、安装在电机支架上的转盘电机、通过刚性联轴器与转盘电机输出轴连接的传动轴、与传动轴端部固连的转盘、安装在转盘中心位置上的第一立柱、与第一立柱端部固连的第一平台架、安装在第一平台架中心位置的第二立柱和与第二立柱端部固连的平台面，所述转盘上表面的端部设置有一对第一直线步进电机固定座，每个第一直线步进电机固定座上设置有第一螺纹圆柱销，两个第一螺纹圆柱销之间安装有第一直线步进电机固定架，第一直线步进电机固定架上安装有第一直线步进电机，第一直线步进电机的输出轴的端部连接第一转接头、第一转接头上连接有第一联接头、第一联接头与设置在第一平台架下表面的端部第一连接座铰接连接，第一平台架下表面的另一端部设置有一对第二直线步进电机固定座，每个第二直线步进电机固定座上设置有第二螺纹圆柱销，两个第二螺纹圆柱销之间安装有第二直线步进电机固定架，第二直线步进电机固定架上安装有第二直线步进电机，第二直线步进电机的输出轴的端部连接第二转接头、第二转接头上连接有第二联接头、第二联接头与设置在第一平台架下表面的端部第二连接座铰接连接，第二平台架与平台面固连。

2.根据权利要求1所述的一种三自由度船舶航行姿态仿真装置，其特征在于：所述底盘上还设置有护罩，所述护罩依次包络电机支架、转盘和第一立柱，且所述第一立柱的上端穿过护罩。