CN109707682B

CN109707682B - 一种具有波浪补偿功能的船用医护床及波浪补偿方法

Info

Publication number: CN109707682B
Application number: CN201811564010.2A
Authority: CN
Inventors: 卢道华; 朱佳佳; 韩彬; 王佳
Original assignee: Jiangsu University of Science and Technology; Marine Equipment and Technology Institute Jiangsu University of Science and Technology
Current assignee: Institute Of Marine Equipment Jiangsu University Of Science And Technology; Jiangsu University of Science and Technology
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2020-10-20
Anticipated expiration: 2038-12-20
Also published as: CN109707682A

Abstract

本发明涉及一种具有波浪补偿功能的船用医护床，其特征在于：包括上平台、下平台和伺服缸组；所述上平台和下平台相互平行，所述下平台固定连接船体的甲板上，所述上平台的正上方固定连接有床体；所述上平台和下平台之间沿圆周方向上依次连接若六个伺服缸；本发明在实时补偿船体的横摇、纵摇、横荡、纵荡、升沉和首尾摇的同时也能够全面实时补偿了医护床的六个六自由度的运动，能够在恶劣的海况下，在船体摇摆不定的状态下，为伤病人员提供一个安全稳定的休养空间；本发明中的波浪补偿平台采用中心两个伺服缸竖直安装、四个伺服缸倾斜安装布局方式，可以实现对船体六个自由度的高精度补偿，具有稳定性高、承载能力强、补偿范围广等特点。

Description

一种具有波浪补偿功能的船用医护床及波浪补偿方法

技术领域

本发明涉及船舶波浪补偿技术领域，尤其涉及一种具有波浪补偿功能的船用医护床及波浪补偿方法。

背景技术

船用医护床与船体固连在一起，是船上伤病员休养的地方，要求船用医护床安全平稳。由于风浪的影响，海上作业的船舶会随波浪作无规律的摇摆晃动，严重影响船上伤病员的休养。因此，必须采取适当措施对医护床进行波浪补偿，使伤病员得到最佳的休养。

现有的带有波浪补偿功能的船用医护床，波浪补偿主要分为两类：一是被动波浪补偿平台，主要采用弹簧阻尼系统补偿船体的摇摆和升沉，精度较低，具有严重的滞后性等缺点；二是常规的主动补偿平台，只能对船体的横摇、纵摇和升沉三个自由度进行补偿，无法补偿横荡、纵荡、首尾摇这三个自由度，采用六个伺服缸都交错倾斜的安装方式，承载能力较差，不能承担较大的质量载荷。

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功能的船用医护床，能够解决一般的船用医护床精度较低，具有严重的滞后性，无法满足多个自由度上的波浪补偿的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种具有波浪补偿功能的船用医护床，其创新点在于：包括上平台、下平台和伺服缸组；所述上平台和下平台相互平行，所述下平台固定连接船体的甲板上，所述上平台的正上方固定连接有床体；所述上平台和下平台之间沿圆周方向上依次连接若六个伺服缸；

所述伺服缸的上端通过一个上球铰连接在上平台的下表面，所述伺服缸的下端通过一个下球铰连接下平台的上表面上，所述伺服缸上装有一个线位移传感器，所述线位移传感器连接有一运动控制器；

所述沿圆周方向依次设置的六个伺服缸依次记作第一伺服缸、第二伺服缸、第三伺服缸、第四伺服缸、第五伺服缸和第六伺服缸；所述第一伺服缸与第四伺服缸沿竖直方向布置且第一伺服缸与第四伺服缸的中心均垂直于上平台和下平台上；

所述第二伺服缸、第三伺服缸、第五伺服缸、第六伺服缸倾斜布置，倾斜于上平台和下平台之间；所述第一伺服缸与第四伺服缸的上端与上平台的两个连接点位于半径为R1的圆周上；所述四个倾斜布置的伺服缸的上端与上平台的四个连接点位于半径为r1的圆周上，并且R1=r1；

所述第一伺服缸与第四伺服缸的下端与下平台的两个连接点位于半径为R1的圆周上，四个倾斜布置的伺服缸的下端与下平台的四个连接点位于半径为R2的圆周上，并且R2＞R1；所述下平台的重心位置装有姿态传感器，姿态传感器通过信号线连接运动控制器。

一种具有波浪补偿功能的船用医护床的波浪补偿方法，其创新点在于：具体方法如下：

S1：通过姿态传感器测量船体的横摇、纵摇、横荡、纵荡、升沉和首尾摇的运动姿态值a1、a2、a3、a4、a5、a6，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横摇、纵摇、横荡、纵荡、升沉和首尾摇的补偿值，根据补偿值分别控制对应的六个伺服缸，实现医护床的六自由度补偿；

S2：当a2=a3=a4=a5=a6=0，且a1≠0，有横摇运动时，控制器控制相对布置的第二伺服缸和第五伺服缸动作，其他伺服缸不动作；当a1=a3=a4=a5=a6=0，且a2≠0，有纵摇运动时，控制器控制相对布置的第一伺服缸和第四伺服缸动作，其他伺服缸不动作；当a1=a2=a4=a5=a6=0，且a3≠0，有横荡运动时，控制器控制相对布置的第二伺服缸和第五伺服缸动作，其他伺服缸后动作；当a1=a2=a3=a5=a6=0，且a4≠0，有纵荡运动时，控制器控制相对布置的第一伺服缸和第四伺服缸动作，其他伺服缸后动作；当a1=a2=a3=a4=a6=0，且a5≠0，有升沉运动时，控制器控制相对布置的第一伺服缸和第四伺服缸动作，其他伺服缸不动作；当a1=a2=a3=a4=a5=0，且a6≠0，有首尾摇运动时，控制器控制相对布置的第二伺服缸和第五伺服缸动作，其他伺服缸不动作。

本发明的优点在于：

1）本发明在实时补偿船体的横摇、纵摇、横荡、纵荡、升沉和首尾摇的同时也能够全面实时补偿了医护床的六个六自由度的运动，能够在恶劣的海况下，在船体摇摆不定的状态下，为伤病人员提供一个安全稳定的休养空间。

2）本发明中的波浪补偿平台采用中心两个伺服缸竖直安装、四个伺服缸倾斜安装布局方式，可以实现对船体六个自由度的高精度补偿，具有稳定性高、承载能力强、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功能的船用医护床的结构示意图。

图2为本发明的一种具有波浪补偿功能的船用医护床的伺服缸位置连接示意图。

图3为本发明的一种具有波浪补偿功能的船用医护床的波浪补偿方法控制原理图。

图中:1.下平台；2.下球铰；31.第一伺服缸；32.第二伺服缸；33.第三伺服缸；34.第四伺服缸；35.第五伺服缸；36.第六伺服缸；4.线位移传感器；5.上球铰6.上平台；7.床体；8.姿态传感器；9.角度传感器。

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功能的船用医护床，包括上平台6、下平台1和伺服缸组；所述上平台6和下平台1相互平行，所述下平台1固定连接船体的甲板上，所述上平台6的正上方固定连接有床体7；所述上平台6和下平台1之间沿圆周方向上依次连接若六个伺服缸；

上平台6和下平台1之间连接六个伺服缸，沿上平台6和下平台1的圆周方向上依次是第一伺服缸31、第二伺服缸32、第三伺服缸33、第四伺服缸34、第五伺服缸35和第六伺服缸36；每个伺服缸的上端各通过一个上球铰5连接上平台6，每个伺服缸的下端各通过一个下球铰2连接下平台1；其中，第一伺服缸31和第四伺服缸34这两个伺服缸竖直布置，两个伺服缸的中心垂直于上平台6和下平台1，而第二伺服缸32、第四伺服缸34、第六伺服缸36倾斜布置，倾斜于上平台6和下平台1；竖直的两个伺服缸能够提高平台的载荷，同时补偿船体的升沉的移动，在上平台下方安装角度传感器9，用于检测上平台6补偿首尾摇等运动时的转动角度；在下平台1靠近重心位置处安装姿态传感器8，姿态传感器8用于测量船体的横摇、纵摇、横荡、纵荡、升沉和首尾摇的运动参数。

在每个伺服缸上安装一个线位移传感器，六个线位移传感器分别用来测量所在伺服缸的伸缩运动位移量；六个伺服缸通过伸缩对上平台6进行横摇、纵摇、横荡、纵荡、升沉和首尾摇的补偿，通过六个伺服缸的伸缩和摇摆来实时补偿上平台6的横摇、纵摇、横荡、纵荡、升沉和首尾摇。

如图2所示的波浪补偿平台的结构简图，为了清晰地描述伺服缸与上下平台的位置关系，建立以上平台6形心为原点O的静坐标系OXYZ和以下平台1形心为原点O’ 的动坐标系O’X’Y’Z’。第一伺服缸31分别通过连接点A1、B1与上平台6、下平台1相连，第二伺服缸32分别通过连接点A2、B2与上平台6、下平台1相连，第三伺服缸33分别通过连接点A3、B3与上平台6、下平台1相连，第四伺服缸34分别通过连接点A4、B4与上平台6、下平台1相连，第五伺服缸35通过分别连接点A5、B5与上平台6、下平台1相连，第六伺服缸36分别通过连接点A6、B6与上平台6、下平台1相连。

在下平台1中，Bi（i=1~6）为依序的六个伺服缸的下端与下平台1的连接点，其中，两个竖直布置的伺服缸的下端与下平台1的两个连接点B1、B4位于半径为r2的圆周上，r2=R1，即也位于半径为R1的圆周上。四个倾斜布置的伺服缸的下端与下平台1的四个连接点Bi（i=2,3，5，6）位于半径为R2的圆周上，并且R2＞R1，其中B1与X轴的夹角为-90度，B2与X轴的夹角为-30度，B3与X轴的夹角为30度，B4与X轴的夹角为90度，B5与X轴的夹角为150度，B6与X轴的夹角为-150度。上平台6与下平台1的初始距离为H。

在上平台6上，六个伺服缸的上端与上平台6的连接点位置如下：A1与X轴的夹角为-90度，A2与X轴的夹角为-20度，A3与X轴的夹角为20度，A4与X轴的夹角为90度，A5与X轴的夹角为160度，A6与X轴的夹角为-160度。

如图3所示的姿态传感器8的输出端连接运动控制器，运动控制器的输出端分别经对应的六个D/A转换器、六个功率放大器、六个电液伺服阀连接对应的六个伺服缸，运动控制器由不同的端口分别控制六个伺服缸的伸缩；六个线位移传感器的输出端分别经对应的六个A/D转换器连接运动控制器的对应输入端，六个线位移传感器将检测的对应的六个伺服缸的伸缩量输入到运动控制器，角度传感器通过第七个A/D转换器连接运动控制器。

当船舶随波浪摇摆晃动时，通过姿态传感器8测量船体由风浪引起的横摇、纵摇、横荡、纵荡、升沉和首尾摇的运动姿态值，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横摇、纵摇、横荡、纵荡、升沉和首尾摇补偿值，将算出的波浪补偿值由数字信号转换成模拟信号，模拟信号经功率放大器后传输给电液伺服阀，电液伺服阀根据处理后的模拟信号控制六个伺服缸的运动，实现对船舶横摇、纵摇、横荡、纵荡、升沉和首尾摇的实时补偿。

运动控制器根据反解算法计算补偿值的方法是：根据测出的运动姿态值ai(i=1~6) ，分别求出第一伺服缸31、第二伺服缸32、第三伺服缸33、第四伺服缸34、第五伺服缸35和第六伺服缸35的运动值；其中，横摇的运动姿态值是a1、纵摇的运动姿态值是a2、横荡的运动姿态值是a3、纵荡的运动姿态值是a4、升沉的运动姿态值是a5、首尾摇的运动姿态值是a6；六个伺服缸的初始长度分别为li(i=1~6)，为了抵消船舶在风浪作用下产生的横摇、纵摇、横荡、纵荡、升沉和首尾摇运动，需要控制六个伺服缸的运动对船体的横摇、纵摇、横荡、纵荡、升沉和首尾摇进行反向补偿。控制器计算得到六个伺服缸对船体实施补偿后最终长度为li’(i=1~6)，则六个伺服缸的理论运动补偿值为yi=li’-li=-ai，i=1~6。

将理论补偿值yi经伺服放大器传输给六个电液伺服阀根据输入的模拟信号输出相应的流量和压力，分别控制对应的伺服缸运动，实现对船体六自由度补偿。

当a2=a3=a4=a5=a6=0，且a1≠0，有横摇运动时，控制器控制相对布置的第二伺服缸32和第五伺服缸35动作，其他伺服缸不动作。通过第二伺服缸32和第五伺服缸35的伸缩对船体的横摇进行补偿，其他四个伺服缸不动作；此时，第二伺服缸32和第五伺服缸35承担对上平台6的横摇补偿任务，其他伺服缸主要承担上平台6的载荷，由于第二伺服缸32和第五伺服缸35基本不承担上平台6的载荷，故动作比较及时。当a1=a3=a4=a5=a6=0，且a2≠0，有纵摇运动时，控制器控制相对布置的第一伺服缸31和第四伺服缸34动作，其他伺服缸不动作。通过第一伺服缸31和第四伺服缸34的伸缩对船体的纵摇进行补偿，其他四个伺服缸不动作。此时，第一伺服缸31和第四伺服缸34承担对上平台6的横摇补偿任务，其他伺服缸主要承担上平台6的载荷，由于第一伺服缸31和第四伺服缸34基本不承担上平台6的载荷，故动作响应比较灵敏；当a1=a2=a4=a5=a6=0，且a3≠0，即船体仅有横荡运动时，此时第二伺服缸32和第五伺服缸35首先动作，对船体的纵荡进行补偿，第一伺服缸31、第三伺服缸33、第四伺服缸34、第六伺服缸36随后动作，第一伺服缸31、第三伺服缸33、第四伺服缸34、第六伺服缸36的动作时间点相对于第二伺服缸32和第五伺服缸35的动作时间点滞后时间段是T秒，T远远小于姿态传感器8的采样周期。此时，倾斜的第二伺服缸32和第五伺服缸35承担对船体横荡的补偿任务，竖直的第一伺服缸31和第四伺服缸34承担上平台6的载荷，与第三伺服缸33和第六伺服缸36一起动作，保证平台对船体的横荡补偿安全有效；当a1=a2=a3=a5=a6=0，且a4≠0，即船体仅有纵荡运动时，此时第一伺服缸31和第四伺服缸34首先动作，对船体的纵荡进行补偿，第二伺服缸32、第三伺服缸33、第五伺服缸35、第六伺服缸36随后动作，第二伺服缸32、第三伺服缸33、第五伺服缸35、第六伺服缸36的动作时间点相对于第一伺服缸31和第四伺服缸34的动作时间点滞后时间段是T秒，此时，竖直的第一伺服缸31和第四伺服缸34承担对船体纵荡的补偿任务，第二伺服缸32、第三伺服缸33、第五伺服缸35、第六伺服缸36一起动作，保证平台对船体的纵荡补偿安全有效；a1=a2=a3=a4=a6=0，且a5≠0，即船体仅有升沉运动时，此时第一伺服缸31和第四伺服缸34首先动作，对船体的升沉进行补偿，第二伺服缸32、第三伺服缸33、第四伺服缸34、第六伺服缸36随后动作，第二伺服缸32、第三伺服缸33、第四伺服缸34、第六伺服缸36的动作时间点相对于第一伺服缸31和第四伺服缸34的动作时间点滞后时间段是T秒，此时，竖直的第一伺服缸31和第四伺服缸34承担对船体升沉的补偿任务，第二伺服缸32、第三伺服缸33、第五伺服缸35、第六伺服缸36一起动作，保证平台对船体的升沉补偿安全有效；a1=a2=a3=a4=a5=0，且a6≠0，即船体仅有首尾摇运动时，此时第二伺服缸32和第五伺服缸35首先动作，对船体的首尾摇进行补偿，第一伺服缸31、第三伺服缸33、第四伺服缸34、第六伺服缸36随后动作，第一伺服缸31、第三伺服缸33、第四伺服缸34、第六伺服缸36的动作时间点相对于第二伺服缸32和第五伺服缸35的动作时间点滞后时间段是T秒，此时，倾斜的第二伺服缸32和第五伺服缸35承担对船体纵荡的补偿任务，竖直的第一伺服缸31和第四伺服缸34承担上平台6的载荷，与第三伺服缸33和第六伺服缸36一起动作，灵敏且保证平台对船体的首尾摇补偿安全有效。

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

1.一种具有波浪补偿功能的船用医护床，其特征在于：包括上平台、下平台和伺服缸组；所述上平台和下平台相互平行，所述下平台固定连接船体的甲板上，所述上平台的正上方固定连接有床体；所述上平台和下平台之间沿圆周方向上依次连接若六个伺服缸；

所述第二伺服缸、第三伺服缸、第五伺服缸、第六伺服缸倾斜布置，倾斜于上平台和下平台之间；所述第一伺服缸与第四伺服缸的上端与上平台的两个连接点位于半径为R1的圆周上；四个倾斜布置的伺服缸的上端与上平台的四个连接点位于半径为r1的圆周上，并且R1=r1；

2.一种具有波浪补偿功能的船用医护床的波浪补偿方法，其特征在于：具体方法如下：

S2：当a2=a3=a4=a5=a6=0，且a1≠0，有横摇运动时，控制器控制相对布置的第二伺服缸和第五伺服缸动作，其他伺服缸不动作；当a1=a3=a4=a5=a6=0，且a2≠0，有纵摇运动时，控制器控制相对布置的第一伺服缸和第四伺服缸动作，其他伺服缸不动作；当a1=a2=a4=a5=a6=0，且a3≠0，有横荡运动时，控制器控制相对布置的第二伺服缸和第五伺服缸动作，其他伺服缸后动作；当a1=a2=a3=a5=a6=0，且a4≠0，有纵荡运动时，控制器控制相对布置的第一伺服缸和第四伺服缸动作，其他伺服缸后动作；当a1=a2=a3=a4=a6=0，且a5≠0，有升沉运动时，控制器控制相对布置的第一伺服缸和第四伺服缸动作，其他伺服缸不动作；当a1=a2=a3=a4=a5=0，且a6≠0，有首尾摇运动时，控制器控制相对布置的第二伺服缸和第五伺服缸动作，其他伺服缸不动作；

该船用医护床的结构同权利要求1中的结构。