CN108791727A - 一种具有波浪补偿和按摩功能的船用座椅及补偿方法 - Google Patents

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卢道华
韩彬
王佳
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Marine Equipment and Technology Institute Jiangsu University of Science and Technology
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Abstract

本发明涉及一种具有波浪补偿和按摩功能的船用座椅，其特征在于：包括座椅底盘、伺服缸组、按摩椅座和运动控制器；所述伺服缸组通过伺服缸铰链连接在座椅底盘和伺服缸万向节连接按摩椅座之间；具有波浪补偿和按摩功能的船用座椅的补偿方法：具体方法为S1：设备通电；S2：姿态传感；S3：控制补偿；S4：实时控制；S5：附加按摩；本发明能够补偿船舶的升沉、横摇和纵摇三个自由度的运动，为办公人员提供一个稳定的工作环境；该装置能够在恶劣的海况下，为工作人员的办公提供一个安全稳定的办公座椅，具有可靠性高、按摩功能、补偿范围广等特点。

Description

一种具有波浪补偿和按摩功能的船用座椅及补偿方法
技术领域
本发明涉及船用座椅领域，尤其涉及一种具有波浪补偿和按摩功能的船用座椅及补偿方法。
背景技术
船用座椅是目前海上船员办公和休息的工具。随着高科技在未来海洋中的广泛应用，安全高效的办公环境愈发重要，船用座椅的工作稳定性和舒适性已成为船员工作亟待解决的问题。
我国是海洋大国，管辖海域广阔，海洋资源可开发利用的潜力很大，随着加快发展海洋产业，促进海洋经济的发展，海洋平台或船舶越来越频繁地进行着海上的作业，由于风浪的影响，海上船舶会随波浪作无规律的摇摆晃动，船员工作时也会随着船体产生无规律的摇摆晃动，严重影响了船员的正常工作及其安全。因此，必须采取适当措施对座椅进行波浪补偿，以提高船用座椅的工作可靠性。常见的波浪补偿系统主要由传感器、控制器和执行器组成，其中控制器是系统的核心部分。补偿系统由控制器根据传感器检测到的船舶的运动信号，产生一种与之大小相同、方向相反的驱动信号，以实现执行器对船舶进行波浪补偿。本发明一种具有三自由度主动补偿和按摩功能的船用座椅，能够克服海浪运动引起的船舶升沉、横摇、纵摇的影响，使座椅处于一种相对稳定的状态，以便于船员坐在座椅上正常的办公。
现有的船用座椅中，主要是具有减震效果的座椅，主要采用弹簧阻尼系统靠外界自身的重量缓冲来减轻船员的摇摆，具有严重的滞后性、被动型单自由度的升沉补偿等缺点。在本发明中，主动波浪补偿座椅采用中心一个伺服缸和万向节竖直安装、三个伺服缸和万向节均匀分布四周安装，可以实现对船体三个自由度的高精度补偿，具有稳定性高、精度高、承载能力强、按摩功能等优点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有波浪补偿和按摩功能的船用座椅及补偿方法，能够解决一般的船用座椅主要采用弹簧阻尼系统靠外界自身的重量缓冲来减轻船员的摇摆，具有严重的滞后性、被动型单自由度的升沉补偿等问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种具有波浪补偿和按摩功能的船用座椅，其创新点在于：包括座椅底盘、伺服缸组、按摩椅座和运动控制器；所述伺服缸组通过伺服缸铰链连接在座椅底盘和万向节连接按摩椅座之间；
所述伺服缸组包括支撑伺服缸和补偿伺服缸单元；所述支撑伺服缸的底端垂直连接在座椅底盘上端面的中心，支撑伺服缸的顶端通过伺服缸万向节与按摩椅座底端面的中心相连；所述补偿伺服缸单元具有若干个且均匀分布在支撑伺服缸的周围，所述补偿伺服缸的两端分别通过伺服缸铰链连接在座椅底盘的上端面和万向节按摩椅座的底端面上；
所述支撑伺服缸和补偿伺服缸单元均通过独立的交流伺服电机驱动；所述运动控制器与交流伺服电机进行数据交换；所述座椅底盘采用六角爪结构。
进一步的，所述座椅底盘的下端面上设置有若干PU脚轮万向轮，所述座椅底盘为六角爪座椅底盘。
一种权利要求1所述具有波浪补偿和按摩功能的船用座椅的补偿方法：其创新点在于：具体补偿过程如下：
S1：接通电源，给设置在船体上的姿态传感器、运动控制器和交流伺服电机通电；
S2：通过安装在船舶上的姿态传感器测量船舶由风浪引发的升沉、横摇和纵摇的运动数据，将测得的数据通过总线实时传输；
S3：IMU惯导传感器将测得的姿态值传输给控制系统，控制系统根据主动补偿的原理及反解算法，计算船舶的升沉、横摇和纵摇的补偿值；
S3.1：首先根据姿态传感器测出船舶由风浪引起的运动姿态值，再建立两个坐标系平 移坐标系，通过坐标转换得到因船舶摇晃而引起的运动补偿值；
S3.2：计算机将补偿数据传递给运动控制器，运动控制器根据船舶的位移和速度变化率的大小，经运算后给出控制信号，并将其传递给交流伺服电机的伺服驱动器，交流伺服电机的伺服驱动器根据控制信号的大小，决定交流伺服电机的转速和转向，指示伺服缸组完成波浪补偿功能；
S4：姿态传感器不断地将检测到的船舶的实现位移、速度等参数反馈给控制系统，控制系统处理后反馈给运动控制器，运动控制器根据位移和速度的变化率的大小在计算出下一周期控制信号的大小，并将其传递给交流伺服电机的伺服驱动器，进行下一周期的控制；
S5：按摩椅座在交流伺服电机驱动的伺服缸组控制下处于相对平稳状态，按摩椅座在办公劳累时可以启动按摩按钮进行缓解疲劳。
进一步的，所述交流伺服电机自带光电编码器，在整个转速范围内均可输出额定扭矩，电机驱动系统的刚度可在线调整，使电机具有最佳的响应特性；编码器、伺服驱动器和交流伺服电机三者构成了控制闭环；电机控制卡可同时独立控制各交流伺服电机，控制卡可设定的加/减速度输出相应频率脉冲，每轴具有独立的正、负限位信号输入以实现硬件限位。
本发明的优点在于：
1）本发明注重的是在船体的升沉、横摇和纵摇的同时为办公人员提供安全稳定的工作环境；本装置在工作时，通过姿态传感器测量船体的升沉、横摇和纵摇的运动参数并实时传输给运动控制器，运动控制器根据波浪补偿值的反解算法计算出升沉、横摇和纵摇补偿值，将算出的波浪补偿值由数字信号经数/模器转换成模拟信号，模拟信号经伺服放大器后传输给伺服驱动器，伺服驱动器根据处理后的模拟信号控制伺服缸组的运动，实现对船舶升沉、横摇和纵摇的实时补偿；本发明能够补偿船舶的升沉、横摇和纵摇三个自由度的运动，为办公人员提供一个稳定的工作环境。该装置能够在恶劣的海况下，为工作人员的办公提供一个安全稳定的办公座椅，具有可靠性高、按摩功能、补偿范围广等特点。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的一种具有波浪补偿和按摩功能的船用座椅结构图。
图2为本发明的一种具有波浪补偿和按摩功能的船用座椅的补偿方法系统硬件图。
图3为本发明的一种具有波浪补偿和按摩功能的船用座椅的补偿方法系统软件流程图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1所示的一种具有波浪补偿和按摩功能的船用座椅，包括座椅底盘1、伺服缸组2、按摩椅座3和运动控制器；所述伺服缸组2通过伺服缸万向节4连接在座椅底盘1和按摩椅座3之间。
伺服缸组2包括支撑伺服缸21和补偿伺服缸单元22；所述支撑伺服缸21的底端垂直连接在座椅底盘1上端面的中心，支撑伺服缸21的顶端通过伺服缸万向节4与按摩椅座3底端面的中心相连；所述补偿伺服缸单元22具有3个且均匀分布在支撑伺服缸21的周围，所述补偿伺服缸22的两端分别通过伺服缸万向节4连接在座椅底盘1的上端面和按摩椅座3的底端面上。
支撑伺服缸21和补偿伺服缸单元22均通过独立的交流伺服电机驱动；所述运动控制器与交流伺服电机进行数据交换；所述IMU惯导传感器5安装在船舶上。
座椅底盘1的下端面上设置有若干PU脚轮万向轮11，所述座椅底盘1为六角爪座椅底盘。
如图2图3所示一种权利要求1所述具有波浪补偿和按摩功能的船用座椅的补偿方法：具体补偿过程如下：
S1：接通电源，给设置在船体上的姿态传感器、运动控制器和交流伺服电机通电；
S2：通过安装在船舶上的姿态传感器测量船舶由风浪引发的升沉、横摇和纵摇的运动数据，将测得的数据通过总线实时传输；
S3：IMU惯导传感器将测得的姿态值传输给控制系统，控制系统根据主动补偿的原理及反解算法，计算船舶的升沉、横摇和纵摇的补偿值；
S3.1：首先根据姿态传感器测出船舶由风浪引起的运动姿态值，再建立两个坐标系平 移坐标系 ，通过坐标转换得到因船舶摇晃而引起的运动补偿值；
S3.2：计算机将补偿数据传递给运动控制器，运动控制器根据船舶的位移和速度变化率的大小，经运算后给出控制信号，并将其传递给交流伺服电机的伺服驱动器，交流伺服电机的伺服驱动器根据控制信号的大小，决定交流伺服电机的转速和转向，指示伺服缸组完成波浪补偿功能；
S4：姿态传感器不断地将检测到的船舶的实现位移、速度等参数反馈给控制系统，控制系统处理后反馈给运动控制器，运动控制器根据位移和速度的变化率的大小在计算出下一周期控制信号的大小，并将其传递给交流伺服电机的伺服驱动器，进行下一周期的控制；
S5：按摩椅座在交流伺服电机驱动的伺服缸组控制下处于相对平稳状态，按摩椅座在办公劳累时可以启动按摩按钮进行缓解疲劳。
交流伺服电机自带光电编码器，在整个转速范围内均可输出额定扭矩，电机驱动系统的刚度可在线调整，使电机具有最佳的响应特性；编码器、伺服驱动器和交流伺服电机三者构成了控制闭环；电机控制卡可同时独立控制各交流伺服电机，控制卡可设定的加/减速度输出相应频率脉冲，每轴具有独立的正、负限位信号输入以实现硬件限位。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种具有波浪补偿和按摩功能的船用座椅，其特征在于：包括座椅底盘、伺服缸组、按摩椅座和运动控制器；所述伺服缸组通过伺服缸铰链连接在座椅底盘和万向节连接按摩椅座之间；
所述伺服缸组包括支撑伺服缸和补偿伺服缸单元；所述支撑伺服缸的底端垂直连接在座椅底盘上端面的中心，支撑伺服缸的顶端通过伺服缸万向节与按摩椅座底端面的中心相连；所述补偿伺服缸单元具有若干个且均匀分布在支撑伺服缸的周围，所述补偿伺服缸的两端分别通过伺服缸铰链连接在座椅底盘的上端面和万向节连接按摩椅座的底端面上；
所述支撑伺服缸和补偿伺服缸单元均通过独立的交流伺服电机驱动；所述运动控制器与交流伺服电机进行数据交换；所述座椅底盘采用六角爪结构。
2.根据权利要求1所述的一种具有波浪补偿和按摩功能的船用座椅，其特征在于：所述座椅底盘的下端面上设置有若干PU脚轮万向轮，所述座椅底盘为六角爪座椅底盘。
3.一种权利要求1所述具有波浪补偿和按摩功能的船用座椅的补偿方法：其特征在于：具体补偿过程如下：
S1：接通电源，给设置在船体上的姿态传感器、运动控制器和交流伺服电机通电；
S2：通过安装在船舶上的姿态传感器测量船舶由风浪引发的升沉、横摇和纵摇的运动数据，将测得的数据通过总线实时传输；
S3：IMU惯导传感器将测得的姿态值传输给控制系统，控制系统根据主动补偿的原理及反解算法，计算船舶的升沉、横摇和纵摇的补偿值；
S3.1：首先根据姿态传感器测出船舶由风浪引起的运动姿态值，再建立两个坐标系平 移坐标系，通过坐标转换得到因船舶摇晃而引起的运动补偿值；
S3.2：计算机将补偿数据传递给运动控制器，运动控制器根据船舶的位移和速度变化率的大小，经运算后给出控制信号，并将其传递给交流伺服电机的伺服驱动器，交流伺服电机的伺服驱动器根据控制信号的大小，决定交流伺服电机的转速和转向，指示伺服缸组完成波浪补偿功能；
S4：姿态传感器不断地将检测到的船舶的实现位移、速度等参数反馈给控制系统，控制系统处理后反馈给运动控制器，运动控制器根据位移和速度的变化率的大小在计算出下一周期控制信号的大小，并将其传递给交流伺服电机的伺服驱动器，进行下一周期的控制；
S5：按摩椅座在交流伺服电机驱动的伺服缸组控制下处于相对平稳状态，按摩椅座在办公劳累时可以启动按摩按钮进行缓解疲劳。
4.根据权利要求3所述的一种具有波浪补偿和按摩功能的船用座椅补偿方法，其特征在于：所述交流伺服电机自带光电编码器，在整个转速范围内均可输出额定扭矩，电机驱动系统的刚度可在线调整，使电机具有最佳的响应特性；编码器、伺服驱动器和交流伺服电机三者构成了控制闭环；电机控制卡可同时独立控制各交流伺服电机，控制卡可设定的加/减速度输出相应频率脉冲，每轴具有独立的正、负限位信号输入以实现硬件限位。
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