CN109018248B - 一种并联绳驱动海上救捞系统 - Google Patents

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Abstract

为了提高海上救捞的作业精度，节省救捞时间，本发明记载一种并联绳驱动海上救捞系统，包括基座静平台、末端执行器和多个驱动机构，所述多个驱动机构固定在所述基座静平台上，所述末端执行器通过驱动机构与基座静平台连接；每个所述驱动机构包括绳索、滑轮、卷扬机构、驱动单元和测量单元，绳索的一端连接在末端执行器上，绳索的另一端通过所述滑轮与所述卷扬机构缠绕连接，所述卷扬机构由驱动单元和测量单元控制；本发明属于海上救援领域，该系统通过绳索对末端执行器进行六自由度全约束操作，摆脱了需施加重力约束的条件的影响，在强风等恶劣天气下，通过改变绳索的张力，调节系统的刚度克服恶劣条件，实现对海上被困人员的精确和快速救捞。

Description

一种并联绳驱动海上救捞系统
技术领域
本发明属于海上救援领域，具体而言，涉及一种并联绳驱动海上救捞系统。
背景技术
随着国家海洋战略的提出，海事活动逐渐增多，同时海上事故发生的数量也逐渐增多，海上救捞工作也越来越重。目前，常用的海上救捞作业方法有以下几种：
1、直升机悬停救捞作业方法：直升机悬停在救捞位置，通过悬索下送救援人员致指定区域进行救捞。救捞时，直升机悬停受风力影响，给救捞工作带来困难。直升机的续航能力不足，容量有限，造价高昂。
2、救助艇救捞作业方法：母船下放救助艇，救助艇靠近被困人员进行救捞。救助艇的移动速度较慢，且从母船下放后需要充气工作，浪费时间。救助艇质量较轻，在海面的转向受风力影响较大，救捞工作不能迅速进行。
3、撒网救捞作业方法：向海面撒网通过海水下兜捞或海面围捞等方式进行救捞。撒网救捞操作复杂，需在海面大面积撒网，并且需要多人协助完成作业任务。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种并联绳驱动海上救捞系统。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种并联绳驱动海上救捞系统，包括基座静平台、末端执行器和多个驱动机构，所述多个驱动机构固定在所述基座静平台上，所述末端执行器通过驱动机构与基座静平台连接；每个所述驱动机构包括绳索、滑轮、卷扬机构、驱动单元和测量单元，所述绳索的一端连接在末端执行器上，所述绳索的另一端通过所述滑轮与所述卷扬机构缠绕连接，所述卷扬机构的转动由驱动单元控制，测量单元用于对末端执行器位姿进行解算。
进一步的，所述驱动机构还包括平板，所述卷扬机构和驱动单元均分别固定在所述平板上，所述滑轮垂直于卷扬机构固定在所述平板的一侧，所述平板固定在基座静平台上。
进一步的，所述测量单元包括张力传感器和旋转编码器，所述张力传感器安装在所述绳索上，所述绳索绕过所述滑轮后，首先通过张力传感器，后缠绕于卷扬机构上，所述旋转编码器安装在所述驱动单元的驱动轴上，驱动单元的驱动轴驱动卷扬机构转动。
进一步的，所述基座静平台包括上基座静平台和下基座静平台，驱动机构共八个，平分为两组，分别两两对称安装在上基座静平台和下基座静平台相对面的反面，所述末端执行器位于上基座静平台和下基座静平台之间。
进一步的，所述末端执行器为多个连接杆拼成的筒形桁架式结构，所述筒形桁架式结构的上端和下端形状均为四边形，筒形桁架式结构的上端和下端的每个顶点均由四个连接杆一端汇聚在一起并通过锁扣连接，所述上基座静平台的四条所述绳索依次与末端执行器下平面的四个顶点的锁扣连接，所述下基座静平台的四条所述绳索依次与末端执行器上平面的四个顶点的锁扣连接。
进一步的，所述末端执行器安装有目标追踪系统，所述目标跟踪系统包括成像系统与激光测距系统，所述成像系统用于观测被困人员位置，所述激光测距系统用于测量末端执行器距海面的距离。
进一步的，所述末端执行器上安装有救捞设备的扩展接口。
进一步的，所述末端执行器外表涂有抗锈蚀材料。
优选的，所述驱动单元为电机。
本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明所记载的一种并联绳驱动海上救捞系统，采用柔性的绳索和刚性的末端执行器。以绳索驱动来代替刚性连接件驱动能够有效的降低机构的复杂程度，极大的减小机构自重，加大了救捞系统的承载能力，提高了机构的运动速度和灵活性，可为海上救捞节省宝贵时间。
本发明所记载的救捞系统为全约束六自由度系统，可实现绳驱动对末端执行器的完全约束，其中六个自由度分别为沿空间×、Y、Z轴向平移，和绕×、Y、Z轴向旋转，相比于负载重力参与约束的绳驱动机构，在恶劣的海上救捞环境中具有更高的可控性。同时，本发明通过调节绳索的张紧力实现了对救捞系统的刚度调节，有利于抵抗风浪对救捞工作的影响。另外，通过张力传感器可测出各绳索张力、旋转编码器可测出各绳索伸缩量，从而可对末端执行器的位姿进行解算，有利于通过控制手段提高救捞系统的作业精度。因此，本发明可在海上救捞作业中发挥重要作用。
附图说明
图1为一种并联绳驱动海上救捞系统的结构立体图；
图2为一种并联绳驱动海上救捞系统的结构主视图；
图3为一种并联绳驱动海上救捞系统的结构俯视图；
图4为末端执行器的结构示意图；
图5为一种并联绳驱动海上救捞系统的使用状态图。
图中：
1、基座静平台；2、末端执行器；3、驱动机构；4、目标追踪系统；5、扩展接口；6、宽体船；11、上基座静平台；12、下基座静平台；2l、连接杆；22、锁扣；31、绳索；32、滑轮；33、卷扬机构；34、驱动单元；35、测量单元；36、平板；41、成像系统；42、激光测距系统；351、张力传感器；352、旋转编码器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细的介绍。
实施例1
本实施方式记载了一种并联绳驱动海上救捞系统，包括基座静平台1、末端执行器2和多个驱动机构3，所述多个驱动机构3固定在所述基座静平台1上，所述末端执行器2通过驱动机构3与基座静平台1连接；每个所述驱动机构3包括绳索31、滑轮32、卷扬机构33、驱动单元34和测量单元35，所述绳索31的一端连接在末端执行器2上，所述绳索31的另一端通过所述滑轮32与所述卷扬机构33缠绕连接，所述卷扬机构33的转动由驱动单元34控制，实现绳索的伸长和缩短，测量单元35用于对末端执行器2位姿进行解算。
本技术方案的具体目的是以柔性的绳索31驱动来代替刚性连接件驱动能够有效的降低机构的复杂程度，极大的减小机构自重，加大了救捞系统的承载能力，提高了机构的运动速度和灵活性，可为海上救捞节省宝贵时间。
实施例2
本实施方式记载了一种并联绳驱动海上救捞系统，包括基座静平台l、末端执行器2和多个驱动机构3，所述多个驱动机构3固定在所述基座静平台1上，所述末端执行器2通过驱动机构3与基座静平台1连接；每个所述驱动机构3包括绳索31、滑轮32、卷扬机构33、驱动单元34和测量单元35，所述绳索31的一端连接在末端执行器2上，所述绳索31的另一端通过所述滑轮32与所述卷扬机构33缠绕连接，所述卷扬机构33的转动由驱动单元34控制，实现绳索的伸长和缩短，测量单元35用于对末端执行器2位姿进行解算。
所述驱动机构3还包括平板36，所述卷扬机构33和驱动单元34均分别固定在所述平板36上，所述滑轮32垂直于卷扬机构33固定在所述平板36的一侧，所述平板36固定在基座静平台1上。
本技术方案进一步明确了驱动机构中各技术特征具体的安装位置，保证并联绳驱动海上救捞系统的高效运行。
实施例3
本实施方式记载了一种并联绳驱动海上救捞系统，包括基座静平台1、末端执行器2和多个驱动机构3，所述多个驱动机构3固定在所述基座静平台1上，所述末端执行器2通过驱动机构3与基座静平台1连接；每个所述驱动机构3包括绳索31、滑轮32、卷扬机构33、驱动单元34和测量单元35，所述绳索31的一端连接在末端执行器2上，所述绳索31的另一端通过所述滑轮32与所述卷扬机构33缠绕连接，所述卷扬机构33的转动由驱动单元34控制，实现绳索的伸长和缩短，测量单元35用于对末端执行器2位姿进行解算。
所述测量单元35包括张力传感器351和旋转编码器352，所述张力传感器351安装在所述绳索31上，所述绳索31绕过所述滑轮32后，首先通过张力传感器351，后缠绕于卷扬机构33上，所述旋转编码器352安装在所述驱动单元34的驱动轴上，驱动单元34的驱动轴驱动卷扬机构33转动。所述旋转编码器352通过测量电机的角位移，从而测量各绳的实际伸缩量。
本技术方案利用张力传感器351用于测量绳索31的张力大小，检测绳索31是否松动，从而通过调节绳索31的张紧力实现了对救捞系统的刚度调节，有利于抵抗风浪对救捞工作的影响。另外，旋转编码器352可以测定各驱动单元34的角位移，卷扬机构33与驱动单元34相连，用角位移乘以卷扬半径就是绳索31的伸缩量，各绳索31伸缩量得出后，即可通过运动学过程解算出末端执行器2的位姿，有利于通过控制手段提高救捞系统的作业精度。
实施例4
本实施方式记载了一种并联绳驱动海上救捞系统，包括基座静平台1、末端执行器2和多个驱动机构3，所述多个驱动机构3固定在所述基座静平台1上，所述末端执行器2通过驱动机构3与基座静平台1连接；每个所述驱动机构3包括绳索31、滑轮32、卷扬机构33、驱动单元34和测量单元35，所述绳索31的一端连接在末端执行器2上，所述绳索31的另一端通过所述滑轮32与所述卷扬机构33缠绕连接，所述卷扬机构33的转动由驱动单元34控制，实现绳索的伸长和缩短，测量单元35用于对末端执行器2位姿进行解算。
所述基座静平台1包括上基座静平台11和下基座静平台12，驱动机构3共八个，平分为两组，分别两两对称安装在上基座静平台11和下基座静平台12相对面的反面，所述末端执行器2位于上基座静平台11和下基座静平台12之间。
本技术方案通过上基座静平台11和下基座静平台12上的八条绳索31对末端执行器2进行多个自由度的完全约束操作，摆脱了需施加重力约束条件的影响，在恶劣的海上救捞环境中具有更高的可控性。
实施例5
本实施方式记载了一种并联绳驱动海上救捞系统，包括基座静平台1、末端执行器2和多个驱动机构3，所述多个驱动机构3固定在所述基座静平台1上，所述末端执行器2通过驱动机构3与基座静平台1连接；每个所述驱动机构3包括绳索31、滑轮32、卷扬机构33、驱动单元34和测量单元35，所述绳索31的一端连接在末端执行器2上，所述绳索31的另一端通过所述滑轮32与所述卷扬机构33缠绕连接，所述卷扬机构33的转动由驱动单元34控制，实现绳索的伸长和缩短，测量单元35用于对末端执行器2位姿进行解算。
所述基座静平台1包括上基座静平台11和下基座静平台12，驱动机构3共八个，平分为两组，分别两两对称安装在上基座静平台11和下基座静平台12相对面的反面，所述末端执行器2位于上基座静平台11和下基座静平台12之间。
所述末端执行器2为多个连接杆21拼成的筒形桁架式结构，所述筒形桁架式结构的上端和下端形状均为四边形，筒形桁架式结构的上端和下端的每个顶点均由四个连接杆21一端汇聚在一起并通过锁扣22连接，所述上基座静平台11的四条所述绳索31依次与末端执行器2下平面的四个顶点的锁扣22连接，所述下基座静平台12的四条所述绳索31依次与末端执行器2上平面的四个顶点的锁扣22连接。
本技术方案中八条绳索31的并联驱动保证了末端执行器2做空间六自由度的运动，可实现绳驱动对末端执行器2的完全约束，相比于负载重力参与约束的绳驱动机构，在恶劣的海上救捞环境中具有更高的可控性。末端执行器2设计为桁架结构，桁架结构中间镂空，可减少末端执行器2的重量，另外中间镂空结构可在大风等恶劣情况下减小对其的干扰；末端执行器2桁架结构的顶端通过锁扣22连接，一方面对桁架结构起到固定的作用，另一方面锁扣22便于与所述绳索31连接。
实施例6
本实施方式记载了一种并联绳驱动海上救捞系统，包括基座静平台1、末端执行器2和多个驱动机构3，所述多个驱动机构3固定在所述基座静平台1上，所述末端执行器2通过驱动机构3与基座静平台1连接；每个所述驱动机构3包括绳索31、滑轮32、卷扬机构33、驱动单元34和测量单元35，所述绳索31的一端连接在末端执行器2上，所述绳索31的另一端通过所述滑轮32与所述卷扬机构33缠绕连接，所述卷扬机构33的转动由驱动单元34控制，实现绳索的伸长和缩短，测量单元35用于对末端执行器2位姿进行解算。
所述末端执行器2安装有目标追踪系统4，所述目标跟踪系统4包括成像系统41与激光测距系统42，所述成像系统41用于观测被困人员位置，所述激光测距42系统用于测量末端执行器2距海面的距离，优选的，激光测距系统42为红外测距系统。
本技术方案中的成像系统41为操作人员提供清晰的现场画面，便于操作人员锁定被困目标，实现精准定位；红外测距系统可测定末端执行器2与海面的距离，从而使救捞轨迹更加精确，为救援工作节省宝贵时间。
实施例7
本实施方式记载了一种并联绳驱动海上救捞系统，包括基座静平台1、末端执行器2和多个驱动机构3，所述多个驱动机构3固定在所述基座静平台1上，所述末端执行器2通过驱动机构3与基座静平台1连接；每个所述驱动机构3包括绳索31、滑轮32、卷扬机构33、驱动单元34和测量单元35，所述绳索31的一端连接在末端执行器2上，所述绳索31的另一端通过所述滑轮32与所述卷扬机构33缠绕连接，所述卷扬机构33的转动由驱动单元34控制，实现绳索的伸长和缩短，测量单元35用于对末端执行器2位姿进行解算。
所述末端执行器2桁架结构的下方安装有救捞设备的扩展接口5。
本技术方案中的扩展接口5用于连接其他扩展救捞设备，从而达到良好的可重构性和适应性。
实施例8
本实施方式记载了一种并联绳驱动海上救捞系统，包括基座静平台1、末端执行器2和多个驱动机构3，所述多个驱动机构3固定在所述基座静平台1上，所述末端执行器2通过驱动机构3与基座静平台1连接；每个所述驱动机构3包括绳索31、滑轮32、卷扬机构33、驱动单元34和测量单元35，所述绳索31的一端连接在末端执行器2上，所述绳索31的另一端通过所述滑轮32与所述卷扬机构33缠绕连接，所述卷扬机构33的转动由驱动单元34控制，实现绳索的伸长和缩短，测量单元35用于对末端执行器2位姿进行解算。
进一步的，所述末端执行器2外表涂有抗锈蚀材料。
本技术方案中在所述末端执行器2外表涂有抗锈蚀材料，保证末端执行器2的使用寿命，防止末端执行器2在长时间使用过程中出现锈蚀而损坏。
实施例9
本实施方式记载了一种并联绳驱动海上救捞系统，包括基座静平台1、末端执行器2和多个驱动机构3，所述多个驱动机构3固定在所述基座静平台1上，所述末端执行器2通过驱动机构3与基座静平台1连接；每个所述驱动机构3包括绳索31、滑轮32、卷扬机构33、驱动单元34和测量单元35，所述绳索31的一端连接在末端执行器2上，所述绳索3l的另一端通过所述滑轮32与所述卷扬机构33缠绕连接，所述卷扬机构33的转动由驱动单元34控制，实现绳索的伸长和缩短，测量单元35用于对末端执行器2位姿进行解算。
优选的，宽体船6的结构适用作所述基座静平台1。
本技术方案可根据宽体船6的具体结构，替换本发明中记载的救捞系统中的基座静平台1，根据不同船的结构特点适应性设计并联绳驱动海上救捞系统。
具体工作时：救援人员在宽体船6上方的控制室内进行操作，根据目标跟踪系统4提供的现场图像，通过驱动单元34和测量单元35控制绳索31的伸缩可对末端执行器2进行六自由度的灵活控制。当控制末端执行器2达到合适的救捞姿态时，即可对被困人员进行救捞。
当遇到强风等恶劣天气时，通过发出相应的控制信号即驱动单元34的旋转信号，可使电机旋转，各绳绷紧，张力传感器351测量各绳的张力大小，并反馈于控制系统(负反馈)，当张力达到预定值时，即停止，完成绳索31的张力调节，从而可增加整个救捞系统的刚度，使本发明具备克服恶劣环境的能力。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种并联绳驱动海上救捞系统，其特征在于：包括基座静平台(1)、末端执行器(2)和多个驱动机构(3)，所述多个驱动机构(3)固定在所述基座静平台(1)上，所述末端执行器(2)通过驱动机构(3)与基座静平台(1)连接；每个所述驱动机构(3)包括绳索(31)、滑轮(32)、卷扬机构(33)、驱动单元(34)和测量单元(35)，所述绳索(31)的一端连接在末端执行器(2)上，所述绳索(31)的另一端通过所述滑轮(32)与所述卷扬机构(33)缠绕连接，所述卷扬机构(33)的转动由驱动单元(34)控制，所述测量单元(35)用于对末端执行器(2)位姿的解算；所述基座静平台(1)包括上基座静平台(11)和下基座静平台(12)，驱动机构(3)共八个，平分为两组，分别两两对称安装在上基座静平台(11)和下基座静平台(12)相对面的反面，所述末端执行器(2)位于上基座静平台(11)和下基座静平台(12)之间；所述末端执行器(2)为多个连接杆(21)拼成的筒形桁架式结构，所述筒形桁架式结构的上端和下端形状均为四边形，筒形桁架式结构的上端和下端的每个顶点均由四个连接杆(21)一端汇聚在一起并通过锁扣(22)连接，所述上基座静平台(11)的四条所述绳索(31)依次与末端执行器(2)下平面的四个顶点的锁扣(22)连接，所述下基座静平台(12)的四条所述绳索(31)依次与末端执行器(2)上平面的四个顶点的锁扣(22)连接。
2.根据权利要求1所述的一种并联绳驱动海上救捞系统，其特征在于：所述驱动机构(3)还包括平板(36)，所述卷扬机构(33)和驱动单元(34)均分别固定在所述平板(36)上，所述滑轮(32)垂直于卷扬机构(33)固定在所述平板(36)的一侧，所述平板(36)固定在基座静平台(1)上。
3.根据权利要求1所述的一种并联绳驱动海上救捞系统，其特征在于：所述测量单元(35)包括张力传感器(351)和旋转编码器(352)，所述张力传感器(351)安装在所述绳索(31)上，所述绳索(31)绕过所述滑轮(32)后，首先通过张力传感器(351)，后缠绕于卷扬机构(33)上，所述旋转编码器(352)安装在所述驱动单元(34)的驱动轴上，驱动单元(34)的驱动轴驱动卷扬机构(33)转动。
4.根据权利要求1所述的一种并联绳驱动海上救捞系统，其特征在于：所述末端执行器(2)安装有目标追踪系统(4)，所述目标跟踪系统(4)包括成像系统(41)与激光测距系统(42)，所述成像系统(41)用于观测被困人员位置，所述激光测距系统(42)用于测量末端执行器(2)距海面的距离。
5.根据权利要求1或4所述的一种并联绳驱动海上救捞系统，其特征在于：所述末端执行器(2)上安装有救捞设备的扩展接口(5)。
6.根据权利要求1所述的一种并联绳驱动海上救捞系统，其特征在于：所述末端执行器(2)外表涂有抗锈蚀材料。
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