CN109625177B - 一种三自由度波浪补偿平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三自由度波浪补偿平台，其包括：底板、上平台、三组升降机构、三个位移传感器及控制系统；所述底板安装在船舶或海上作业平台上；所述三组升降机构设置在底板和上平台之间；所述上平台用来安装位移传感器和工程机械或者海上作业平台。本发明可以补偿升沉、横摇和纵摇方向上的时变非线性运动，以及三个方向上的叠加运动；运动补偿幅度大；对控制系统和零件的加工精度要求底，成本低更容易实现。

Description

一种三自由度波浪补偿平台
技术领域
本发明涉及波浪补偿设备领域，具体涉及一种三自由度波浪补偿平台。
背景技术
船舶或者海上作业平台在海浪的作用下会有比较大的起伏运动，在空间六个自由度中升沉、横摇和纵摇方向的自由度运动幅度大，对工作人员的影响最大。由于波浪的运动，陆地上工作熟练了的人员和为陆地上作业设计的工程机械将不再试用于海上作业。例如因为船舶或者海上作业平台的起伏运动，在海上工作的人员会为平衡身体而消耗过多体能，在海上工作的工程机械由于负载起伏加速度的变化，同等额定载荷的工程机械的各部分驱动力以及结构强度都不能满足要求。
现有的波浪补偿平台主要是采用六个伺服缸交错倾斜设置方式的六自由度平台结构，这种结构的波浪补偿平台可以运动幅度较小，对控制系统和零件的加工精度要求较高，动态响应能力较差，不易用于时变非线性运动的补偿。
发明内容
本发明的目的是提供一种三自由度波浪补偿平台，以使船舶或者海上作业平台在海浪的作用下，在升沉、横摇和纵摇方向上的时变非线性运动进行实时动态补偿，为海上工程作业提供一种平稳的工作平台。
为达到上述目的，本发明提供了一种三自由度波浪补偿平台，其包括：底板、上平台、三组升降机构、三个位移传感器及控制系统；所述底板安装在船舶或海上作业平台上；所述三组升降机构设置在底板和上平台之间；每组升降机构包括：导轨、滑块一、滑块二、支撑杆一、支撑杆二、油缸及铰链固定端；所述导轨设置在所述底板上；所述滑块一和滑块二活动设置在所述导轨上并能够沿其滑动；所述滑块一的上端与所述支撑杆一的一端通过虎克铰一铰接；所述滑块二的上端与所述支撑杆二的一端通过虎克铰二铰接；所述支撑杆一的另一端和所述支撑杆二的另一端通过铰销三与所述铰链固定端铰接；所述铰链固定端固定在所述上平台的下表面；所述油缸包括油缸活塞杆和油缸缸体；所述油缸活塞杆通过铰销一和所述支撑杆一铰接；所述油缸缸体通过铰销二和所述支撑杆二铰接；所述三个位移传感器设置在所述上平台的上表面，并分别位于三个铰链固定端的正上方，用于检测铰链固定端的位移量并发送给所述控制系统；所述控制系统依据铰链固定端的位移量计算出三个油缸所需补偿的位移量，进而控制三个油缸的油缸活塞杆运动，从而带动支撑杆一和支撑杆二所形成的交叉结构升降，以补偿上平台在升沉、横摇和纵摇方向上的时变非线性运动，以及三个方向上的叠加运动。
上述的三自由度波浪补偿平台，其中，支撑杆一和支撑杆二所形成的交叉结构所在平面垂直于上平台。
上述的三自由度波浪补偿平台，其中，所述控制系统通过液压系统控制油缸的油缸活塞杆运动。
上述的三自由度波浪补偿平台，其中，所述三组升降机构两两之间互呈120°。
上述的三自由度波浪补偿平台，其中，上平台下表面所固定的三个铰链固定端呈等边三角形分布；设置在底板上的三个导轨两两之间互呈120°。
上述的三自由度波浪补偿平台，其中，所述底板和上平台平行设置，且均为圆台结构。
上述的三自由度波浪补偿平台，其中，所述导轨为长方形结构。
上述的三自由度波浪补偿平台，其中，所述底板上设置有用于安装所述导轨的凹槽。
上述的三自由度波浪补偿平台，其中，所述油缸活塞杆与所述支撑杆一的中部处铰接；所述油缸缸体与所述支撑杆二的中部处铰接。
上述的三自由度波浪补偿平台，其中，所述支撑杆一和支撑杆二的长度相等。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)可以补偿升沉、横摇和纵摇方向上的时变非线性运动，以及三个方向上的叠加运动；
(2)补偿的运动幅度由导轨长度、油缸伸缩量、支撑杆一和支撑杆二的长度决定，支撑杆一和支撑杆二所形成的交叉结构可以将油缸的伸缩量放大，因此相对于现有技术中直接通过伺服缸顶升的机构，本发明的运动补偿幅度大；
(3)通过支撑杆一和支撑杆二的交叉结构，可使限制支撑杆一和支撑杆二的交叉结构所在平面垂直于上平台，控制支撑杆一、支撑杆二和底板组成的三角形的中位线的长度即可实现上平台三自由的运动变化，相比于现有技术采用的复杂几何结构，本发明对控制系统和零件的加工精度要求底，成本低更容易实现。
附图说明
图1为本发明三自由度波浪补偿平台一实施例的立体结构示意图；
图2为本发明三自由度波浪补偿平台一实施例的侧视图；
图3为本发明液压系统一实施例的示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本发明，并不是对本发明保护范围的限制。
如图1和图2所示，本发明提供了一种三自由度波浪补偿平台，其包括：底板1、上平台2、三组升降机构、三个位移传感器3及控制系统。
所述底板1安装在船舶或海上作业平台上，是将三自由度波浪补偿平台安装到船舶或者海上作业平台上的安装底座；所述上平台2用来安装位移传感器3和工程机械或者海上作业平台。在一实施例中，所述底板1和上平台2平行设置，且均为圆台结构。所述三组升降机构设置在底板1和上平台2之间；所述三组升降机构两两之间互呈120°。
每组升降机构包括：导轨4、滑块一5、滑块二6、支撑杆一7、支撑杆二8、油缸及铰链固定端9；所述导轨4设置在所述底板1上；所述滑块一5和滑块二6活动设置在所述导轨4上并能够沿其滑动；在一实施例中，所述导轨4为长方形结构，用以限制滑块一5和滑块二6直线运动。所述底板1上还可以进一步设置有用于安装所述导轨4的凹槽。所述滑块一5的上端与所述支撑杆一7的一端通过虎克铰一10铰接；所述滑块二6的上端与所述支撑杆二8的一端通过虎克铰二11铰接；所述支撑杆一7的另一端和所述支撑杆二8的另一端通过铰销三14与所述铰链固定端9铰接；所述铰链固定端9固定在所述上平台2的下表面；所述支撑杆一7和支撑杆二8的长度相等。所述油缸包括油缸活塞杆15和油缸缸体16；所述油缸活塞杆15通过铰销一12和所述支撑杆一7铰接；所述油缸缸体16通过铰销二13和所述支撑杆二8铰接。在一实施例中，所述油缸活塞杆15与所述支撑杆一7的中部处铰接；所述油缸缸体16与所述支撑杆二8的中部处铰接。支撑杆一7和支撑杆二8所形成的交叉结构所在平面垂直于上平台2。上平台2下表面所固定的三个铰链固定端9呈等边三角形分布；设置在底板1上的三个导轨4两两之间互呈120°。所述三个位移传感器3设置在所述上平台2的上表面，并分别位于三个铰链固定端9的正上方，用于检测铰链固定端9的位移量并发送给所述控制系统；所述控制系统分别与位移传感器3和油缸电性连接；所述控制系统依据铰链固定端9的位移量计算出三个油缸所需补偿的位移量，进而控制三个油缸的油缸活塞杆15运动，从而带动支撑杆一7和支撑杆二8所形成的交叉结构升降，以补偿上平台2在升沉、横摇和纵摇方向上的时变非线性运动，以及三个方向上的叠加运动。
在一实施例中，所述控制系统通过如图3所示的液压系统控制油缸的油缸活塞杆15运动。首先底板1随着船舶或者海上作业平台在波浪的作用下发生升沉、横摇和纵摇方向上三个方向上的时变非线性叠加运动；通过三组升降机构将运动传递到上平台2；通过三个位移传感器3分别检测其正下方的铰链固定端9的位移量。控制系统计算三个油缸(油缸A1、油缸A2和油缸A3)所需补偿的位移量，控制三个电动液压泵(电动液压泵M1、电动液压泵M2和电动液压泵M3)供油，以及三个三位四通电磁阀(电磁阀V1、电磁阀V2和电磁阀V3)的电磁铁(电磁铁K10和电磁铁K11、电磁铁K20和电磁铁K21以及电磁铁K20和电磁铁K21)的正反向供电的时间，驱动三个油缸(油缸A1、油缸A2和油缸A3)的油缸活塞杆15运动；三个油缸(油缸A1、油缸A2和油缸A3)带动支撑杆一7和支撑杆二8的交叉结构升降，从而实现了上平台2在升沉、横摇和纵摇方向上的时变非线性运动，以及三个方向上的叠加运动的补偿。
综上所述，本发明可以补偿升沉、横摇和纵摇方向上的时变非线性运动，以及三个方向上的叠加运动；运动补偿幅度大；对控制系统和零件的加工精度要求底，成本低更容易实现。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种三自由度波浪补偿平台，其特征在于，包括：底板、上平台、三组升降机构、三个位移传感器及控制系统；所述底板安装在船舶或海上作业平台上；所述三组升降机构设置在底板和上平台之间；每组升降机构包括：导轨、滑块一、滑块二、支撑杆一、支撑杆二、油缸及铰链固定端；所述导轨设置在所述底板上；所述滑块一和滑块二活动设置在所述导轨上并能够沿其滑动；所述滑块一的上端与所述支撑杆一的一端通过虎克铰一铰接；所述滑块二的上端与所述支撑杆二的一端通过虎克铰二铰接；所述支撑杆一的另一端和所述支撑杆二的另一端通过铰销三与所述铰链固定端铰接；所述铰链固定端固定在所述上平台的下表面；所述油缸包括油缸活塞杆和油缸缸体；所述油缸活塞杆通过铰销一和所述支撑杆一铰接；所述油缸缸体通过铰销二和所述支撑杆二铰接；所述三个位移传感器设置在所述上平台的上表面，并分别位于三个铰链固定端的正上方，用于检测铰链固定端的位移量并发送给所述控制系统；所述控制系统依据铰链固定端的位移量计算出三个油缸所需补偿的位移量，进而控制三个油缸的油缸活塞杆运动，从而带动支撑杆一和支撑杆二所形成的交叉结构升降，以补偿上平台在升沉、横摇和纵摇方向上的时变非线性运动，以及三个方向上的叠加运动。
2.如权利要求1所述的三自由度波浪补偿平台，其特征在于，支撑杆一和支撑杆二所形成的交叉结构所在平面垂直于上平台。
3.如权利要求1所述的三自由度波浪补偿平台，其特征在于，所述控制系统通过液压系统控制油缸的油缸活塞杆运动。
4.如权利要求1所述的三自由度波浪补偿平台，其特征在于，所述三组升降机构两两之间互呈120°。
5.如权利要求4所述的三自由度波浪补偿平台，其特征在于，上平台下表面所固定的三个铰链固定端呈等边三角形分布；设置在底板上的三个导轨两两之间互呈120°。
6.如权利要求1所述的三自由度波浪补偿平台，其特征在于，所述底板和上平台平行设置，且均为圆台结构。
7.如权利要求1所述的三自由度波浪补偿平台，其特征在于，所述导轨为长方形结构。
8.如权利要求1所述的三自由度波浪补偿平台，其特征在于，所述底板上设置有用于安装所述导轨的凹槽。
9.如权利要求1所述的三自由度波浪补偿平台，其特征在于，所述油缸活塞杆与所述支撑杆一的中部处铰接；所述油缸缸体与所述支撑杆二的中部处铰接。
10.如权利要求1所述的三自由度波浪补偿平台，其特征在于，所述支撑杆一和支撑杆二的长度相等。
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