CN109733530B - 一种串并联六自由度主动波浪补偿平台 - Google Patents

Abstract

本发明提出串并联六自由度主动波浪补偿平台，包括第一补偿系统，其包括：底座，固定在船体上；第一补偿平台；第一液压缸、第二液压缸以及第三液压缸分别固定在底座上，第一液压缸、第二液压缸以及第三液压缸内缸的一端分别与第一补偿平台连接；中部电动缸，一端设置有万向连接器，与万向连接器连接有扭转电动机，扭转电动机与第一补偿平台固定;第二补偿系统以及第三补偿系统。还提供串并联六自由度主动波浪补偿平台的补偿方法。本发明提供的串并联六自由度主动波浪补偿平台，利用液压缸、电动缸和传感器解决补偿问题，结构简单合理，能够将六个自由度的补偿简化成三个补偿系统，且三个补偿系统分工合作又相互联系，简化问题，同时增强了补偿效果。

Description

一种串并联六自由度主动波浪补偿平台

技术领域

本发明涉及一种平台波浪补偿技术领域，特别涉及一种串并联六自由度主动波浪补偿平台。

背景技术

船舶在海浪的作用下会产生六个自由度的运动，严重影响船舶的正常作业，在船上对稳定性要求很高的作业内容因此受到影响，使得船上的吊机等起重设备也不能把物品放置在预定位置。

公开号为105621275A的中国专利“具有三自由度主动波浪补偿功能的吊机装置及补偿方法”公开了一种船舶主动波浪补偿功能的吊机装置，但该装置只能补偿三个自由度的运动；公开号为106744320A的中国专利“一种六自由度主动式波浪补偿吊装方法及吊装系统”，利用设备上的八套由伺服电机驱动的钢丝绳牵引系统和视觉检测系统，使用摄像机检测相对位姿，此系统结构复杂，使用设备较多，不易安装和调试，而且如此复杂的系统易出现误差，也会影响结果的可靠性。公开号为108150782A的中国专利“一种六自由度波浪补偿平台”，其底板和上平台间通过三个电动缸、横向铰链、纵向铰链以及其上的导杆和导套连接，结构复杂，而且当平台发生平移时，不能实现上平台的及时对中复位；三个电动缸内缸球头与下底座连接，外缸和对应电动机置于上侧，使得上侧重量过大，使得整体结构的重心过高，不利于稳定。

船舶在海面上会面临非常复杂的海上环境，机构设备需要有极高的灵敏度。在海上会产生升沉、艏摇、横摇、纵摇、横荡和纵摇方向的运动，所以设备需要能够补偿这六个方向的波动，而且船上设备在满足使用功能的同时，设备需要尽可能轻便化，同时，结构设计需合理，以满足设备的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种串并联六自由度主动波浪补偿平台及其补偿方法，以解决设备如何在保证补偿六个方向波动的前提下，满足结构设计合理设备稳定的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提出一种串并联六自由度主动波浪补偿平台，包括第一补偿系统，其包括：底座，固定在船体上；第一补偿平台；第一液压缸、第二液压缸以及第三液压缸分别固定在所述底座上，并在所述底座上呈等角度分布，所述第一液压缸、所述第二液压缸以及所述第三液压缸内缸的一端分别与所述第一补偿平台连接；中部电动缸，一端固定在所述底座的中心位置，另一端设置有万向连接器，所述万向连接器远离所述中部电动缸的一端设置有扭转电动机，所述扭转电动机与所述第一补偿平台固定；第一位移传感器，与所述第一液压缸信号连接；第二位移传感器，与所述第二液压缸信号连接；第三位移传感器，与所述第三液压缸信号连接；中部位移传感器，与所述中部电动缸信号连接；第一电动机，控制所述第一液压缸运动；第二电动机，控制所述第二液压缸运动；第三电动机，控制所述第三液压缸运动。第二补偿系统，包括：第一导轨槽、第二导轨槽，分别固定在所述第一补偿平台上；第二补偿平台；第一导轨、第二导轨，分别固定在所述第二补偿平台上，并所述第一导轨与所述第一导轨槽对应放置，所述第二导轨和所述第二导轨槽对应放置；第四位移传感器，与所述第一导轨连接；第五位移传感器，与所述第二导轨连接；第一电动缸，其外缸与所述第四位移传感器连接，其内缸与所述第一导轨槽连接；第二电动缸，其外缸与所述第五位移传感器连接，其内缸与所述第二导轨槽连接。第三补偿系统，包括：第三导轨槽、第四导轨槽，分别固定在所述第二补偿平台上；第三补偿平台；第三导轨、第四导轨，分别固定在所述第三补偿平台上，并所述第三导轨与所述第三导轨槽对应放置，所述第四导轨与所述第四导轨槽对应放置；第六位移传感器，与所述第三导轨连接；第七位移传感器，与所述第四导轨连接；第三电动缸，其外缸与所述第六位移传感器连接，其内缸与所述第三导轨槽连接；第四电动缸，其外缸与所述第七位移传感器连接，其内缸与所述第四导轨槽连接；其中，所述第一导轨槽、所述第二导轨槽和所述第三导轨槽、所述第四导轨槽以相互垂直的方向放置。

进一步地，在串并联六自由度主动波浪补偿平台中，底座放置在波浪模拟器上。

进一步地，在串并联六自由度主动波浪补偿平台中，所述第一液压缸、所述第二液压缸以及所述第三液压缸内缸上端为球面，与所述第一补偿平台高副连接。

进一步地，串并联六自由度主动波浪补偿平台还包括控制系统，接收所述第一位移传感器、所述第二位移传感器、所述第三位移传感器、所述中部位移传感器、所述第四位移传感器、所述第五位移传感器、所述第六位移传感器以及所述第七位移传感器发出的位移信号。

本发明还提供串并联六自由度主动波浪补偿平台的补偿方法，包括：第一位移传感器检测第一液压缸的位移量，根据位移量通过第一电动机控制所述第一液压缸的运动；第二位移传感器检测第二液压缸的位移量，根据位移量通过第二电动机控制所述第二液压缸的运动；第三位移传感器检测第三液压缸的位移量，根据位移量通过第三电动机控制所述第三液压缸的运动；中部位移传感器检测中部电动缸的位移量，根据位移量控制所述中部电动缸的运动，中部位移传感器检测万向连接器的旋转位移信号，并根据所述旋转位移信号通过扭转电动机控制所述第一补偿平台的运动；第四位移传感器检测第一电动缸的位移量，根据位移量控制所述第一电动缸的运动；第五位移传感器检测第二电动缸的位移量，根据位移量控制所述第二电动缸的运动；第六位移传感器检测第三电动缸的位移量，根据位移量控制所述第三电动缸的运动；第七位移传感器检测第四电动缸的位移量，根据位移量控制所述第四电动缸的运动。

进一步地，在串并联六自由度主动波浪补偿平台的补偿方法中，第一位移传感器检测第一液压缸的位移量，并将位移量信号传输给控制系统，控制系统将指令发送给第一电动机，所述第一电动机根据指令控制所述第一液压缸的运动；第二位移传感器检测第二液压缸的位移量，并将位移量信号传输给控制系统，控制系统将指令发送给第二电动机，所述第二电动机根据指令控制所述第二液压缸的运动；第三位移传感器检测第三液压缸的位移量，并将位移量信号传输给控制系统，控制系统将指令发送给第三电动机，所述第三电动机根据指令控制所述第三液压缸的运动。

进一步地，在串并联六自由度主动波浪补偿平台的补偿方法中，中部位移传感器检测中部电动缸的位移量，并将位移量信号传输给控制系统，控制系统将指令发送给中部电动缸，控制所述中部电动缸的运动；中部位移传感器检测万向连接器的旋转位移信号，将旋转位移信号传输给控制系统，控制系统将指令发送给扭转电动机，控制所述第一补偿平台的运动。

进一步地，在串并联六自由度主动波浪补偿平台的补偿方法中，第四位移传感器检测第一电动缸的位移量，将位移量信号传输给控制系统，控制系统将指令发送给所述第一电动缸，控制所述第一电动缸的运动，第一电动缸带动第一导轨运动；第五位移传感器检测第二电动缸的位移量，将位移量信号传输给控制系统，控制系统将指令发送给所述第二电动缸，控制所述第二电动缸的运动，第二电动缸带动第二导轨运动；第六位移传感器检测第三电动缸的位移量，将位移量信号传输给控制系统，控制系统将指令发送给所述第三电动缸，控制所述第三电动缸的运动，第三电动缸带动第三导轨运动；第七位移传感器检测第四电动缸的位移量，将位移量信号传输给控制系统，控制系统将指令发送给所述第四电动缸，控制所述第四电动缸的运动，第四电动缸带动第四导轨运动。

本发明提供的串并联六自由度主动波浪补偿平台，利用液压缸和传感器解决补偿问题，结构简单合理，能够将六个自由度的补偿简化成三个补偿系统，且三个补偿系统分工合作又相互联系，可补偿升沉、艏摇、横摇、纵荡、横荡和纵摇六个方向的自由度，简化问题，同时增强了补偿效果。以中部电动缸提供动力，能够通过电动缸的伸缩将第一补偿平台拉至中心位置。在本发明的串并联六自由度主动波浪补偿平台中，第二补偿系统以及第三补偿系统提供了简洁的结构系统，利用四个电动缸、两组导轨以及两组导轨槽即可实现相应的补偿效果，结构简单，使得补偿效率提高，方便后期维护维修。在本发明的第一补偿系统中，将三个外缸和电动机置于底座上，大大降低了整体的重心，提高了稳定性。

本发明提供的串并联六自由度主动波浪补偿平台的补偿方法，能够实时监测液压缸的位移变化，经过算法识别分析后，能够更准确地预测和补偿位移变化。本发明底座与第一补偿平台间通过三个液压缸和中部液压缸-万向连接器连接，能够实现补偿横摇、纵摇、升沉和艏摇方向四个自由度的运动同时，三个液压缸下部与底座通过螺钉连接，使得第一补偿平台有更多的支撑，便于实现稳定。

附图说明

下面结合附图对发明作进一步说明：

图1为本发明实施例提供的串并联六自由度主动波浪补偿平台的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的串并联六自由度主动波浪补偿平台中第一补偿系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的串并联六自由度主动波浪补偿平台中第二补偿系统的俯视透视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的串并联六自由度主动波浪补偿平台中第三补偿系统的俯视透视结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的串并联六自由度主动波浪补偿平台及其补偿方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，本发明提供的串并联六自由度主动波浪补偿平台，利用液压缸和传感器解决补偿问题，结构简单合理，能够将六个自由度的补偿简化成三个补偿系统，且三个补偿系统分工合作又相互联系，可补偿升沉、艏摇、横摇、纵荡、横荡和纵摇六个方向的自由度，简化问题，同时增强了补偿效果。以中部电动缸提供动力，能够通过电动缸的伸缩将第一补偿平台拉至中心位置。在本发明的串并联六自由度主动波浪补偿平台中，第二补偿系统以及第三补偿系统提供了简洁的结构系统，利用四个电动缸、两组导轨以及两组导轨槽即可实现相应的补偿效果，结构简单，使得补偿效率提高，方便后期维护维修。在本发明的第一补偿系统中，将三个外缸和电动机至于底座上，大大降低了整体的重心，提高了稳定性。

本发明提供的串并联六自由度主动波浪补偿平台的补偿方法，能够实时监测液压缸的位移变化，经过算法识别分析后，能够更准确地预测和补偿位移变化。本发明底座与第一补偿平台间通过三个液压缸和中部液压缸-万向连接器连接，能够实现补偿横摇、纵摇、升沉和艏摇方向四个自由度的运动同时，三个液压缸下部与底座通过螺钉连接，使得第一补偿平台有更多的支撑，便于实现稳定。

图1为本发明实施例提供的串并联六自由度主动波浪补偿平台的结构示意图；图2为本发明实施例提供的串并联六自由度主动波浪补偿平台中第一补偿系统的结构示意图；图3为本发明实施例提供的串并联六自由度主动波浪补偿平台中第二补偿系统的俯视透视结构示意图；图4为本发明实施例提供的串并联六自由度主动波浪补偿平台中第三补偿系统的俯视透视结构示意图。参照图1至图4，本发明提出一种串并联六自由度主动波浪补偿平台，包括第一补偿系统，其包括：底座101，固定在船体上；第一补偿平台102；第一液压缸103、第二液压缸104以及第三液压缸105分别固定在所述底座101上，并在所述底座101上呈等角度分布，所述第一液压缸103、所述第二液压缸104以及所述第三液压缸105内缸的一端分别与所述第一补偿平台102连接；中部电动缸106，一端固定在所述底座101的中心位置，另一端设置有万向连接器107，所述万向连接器107远离所述中部电动缸106的一端设置有扭转电动机108，所述扭转电动机108与所述第一补偿平台102固定；第一位移传感器103a，与所述第一液压缸103信号连接；第二位移传感器104a，与所述第二液压缸104信号连接；第三位移传感器105a，与所述第三液压缸105信号连接；中部位移传感器106a，与所述中部电动缸106信号连接；第一电动机103b，控制所述第一液压缸103运动；第二电动机104b，控制所述第二液压缸104运动；第三电动机105b，控制所述第三液压缸105运动。第二补偿系统，包括：第一导轨槽201、第二导轨槽202，分别固定在所述第一补偿平台102上；第二补偿平台203；第一导轨204、第二导轨205，分别固定在所述第二补偿平台203上，并所述第一导轨204与所述第一导轨槽201对应放置，所述第二导轨205和所述第二导轨槽202对应放置；第四位移传感器204a，与所述第一导轨204连接；第五位移传感器205a，与所述第二导轨205连接；第一电动缸204b，其外缸与所述第四位移传感器204a连接，其内缸与所述第一导轨槽201连接；第二电动缸205b，其外缸与所述第五位移传感器205a连接，其内缸与所述第二导轨槽202连接。第三补偿系统，包括：第三导轨槽301、第四导轨槽302，分别固定在所述第二补偿平台203上；第三补偿平台303；第三导轨304、第四导轨305，分别固定在所述第三补偿平台303上，并所述第三导轨304与所述第三导轨槽301对应放置，所述第四导轨305与所述第四导轨槽302对应放置；第六位移传感器304a，与所述第三导轨304连接；第七位移传感器305a，与所述第四导轨305连接；第三电动缸304b，其外缸与所述第六位移传感器304a连接，其内缸与所述第三导轨槽301连接；第四电动缸305b，其外缸与所述第七位移传感器305a连接，其内缸与所述第四导轨槽302连接；其中，所述第一导轨槽201、所述第二导轨槽202和所述第三导轨槽301、所述第四导轨槽302以相互垂直的方向放置。

在本发明实施例中，第一补偿系统，用于补偿横摇、纵摇、升沉和艏摇方向四个自由度的运动；第二补偿系统，用于补偿纵荡方向一个自由度的运动；第三补偿系统，用于补偿横荡方向一个自由度方向的运动。以上系统结合，可以补偿六个方向自由度的运动。

在本发明实施例中，底座101用于与船舶连接，固定在船体上，方便船上相关设备的作业，也可以将底座放置在波浪模拟器上，用于波浪补偿相关实验的实施。第一液压缸103、第二液压缸104以及第三液压缸105分别固定在所述底座101上，并在所述底座101上呈等角度分，用于支撑第一补偿平台102以及补偿对应的位姿变化。在第一补偿系统中，中部电动缸-万向连接器机构用于在第一补偿平台102发生横荡和纵荡的运动后使之对中复位，同时万向连接器107使得此机构不会影响第一补偿平台102的灵活性，扭转电动机108用于补偿艏摇方向的运动。

进一步地，所述第一液压缸103、所述第二液压缸104以及所述第三液压缸105内缸上端为球面，与所述第一补偿平台108高副连接；串并联六自由度主动波浪补偿平台还包括控制系统，接收所述第一位移传感器103a、所述第二位移传感器104a、所述第三位移传感器105a、所述中部位移传感器106a、所述第四位移传感器204a、所述第五位移传感器205a、所述第六位移传感器304a以及所述第七位移传感器305a发出的位移信号。

本发明还提供串并联六自由度主动波浪补偿平台的补偿方法，包括：第一位移传感器103a检测第一液压缸103的位移量，根据位移量通过第一电动机103b控制所述第一液压缸103的运动；第二位移传感器104a检测第二液压缸104的位移量，根据位移量通过第二电动机104b控制所述第二液压缸104的运动；第三位移传感器105a检测第三液压缸105的位移量，根据位移量通过第三电动机105b控制所述第三液压缸105的运动；中部位移传感器106a检测中部电动缸106的位移量，根据位移量控制所述中部电动缸106的运动，中部位移传感器106a检测万向连接器107的旋转位移信号，并根据所述旋转位移信号通过扭转电动机108控制所述第一补偿平台102的运动；第四位移传感器204a检测第一电动缸204b的位移量，根据位移量控制所述第一电动缸204b的运动；第五位移传感器205a检测第二电动缸205b的位移量，根据位移量控制所述第二电动缸205b的运动；第六位移传感器304a检测第三电动缸304b的位移量，根据位移量控制所述第三电动缸304b的运动；第七位移传感器305a检测第四电动缸305b的位移量，根据位移量控制所述第四电动缸305b的运动。

第一位移传感器103a检测第一液压缸103的位移量，并将位移量信号传输给控制系统，控制系统将指令发送给第一电动机103b，所述第一电动机103b根据指令控制所述第一液压缸103的运动；第二位移传感器104a检测第二液压缸104的位移量，并将位移量信号传输给控制系统，控制系统将指令发送给第二电动机104b，所述第二电动机104b根据指令控制所述第二液压缸104的运动；第三位移传感器105a检测第三液压缸105的位移量，并将位移量信号传输给控制系统，控制系统将指令发送给第三电动机105b，所述第三电动机105b根据指令控制所述第三液压缸105的运动。通过以上控制第一液压缸103、第二液压缸104以及第三液压缸105的运动，可在第一补偿平台发生横摇、纵摇以及升沉运动时给予补偿；

中部位移传感器106a检测中部电动缸106的位移量，并将位移量信号传输给控制系统，控制系统将指令发送给中部电动缸106，控制所述中部电动缸106的运动，以此可在第一补偿平台102发生横荡和纵荡之后将第一补偿平台102中心牵引至与底座同一中心位置；中部位移传感器106a检测万向连接器107的旋转位移信号，将旋转位移信号传输给控制系统，控制系统将指令发送给扭转电动机，控制所述万向连接器107的运动。万向连接器107可保证第一补偿平台102能够在水平位置发生偏移，同时其上设置的扭转电动机在中部位移传感器采集旋转位移信号给控制系统后控制第一补偿平台102的旋转，及时补偿艏摇方向运动。

进一步地，在串并联六自由度主动波浪补偿平台的补偿方法中，第四位移传感器204a检测第一电动缸204b的位移量，将位移量信号传输给控制系统，控制系统将指令发送给所述第一电动缸204b，控制所述第一电动缸204b的运动；第五位移传感器205a检测第二电动缸205b的位移量，将位移量信号传输给控制系统，控制系统将指令发送给所述第二电动缸205b，控制所述第二电动缸205b的运动；第六位移传感器304a检测第三电动缸304b的位移量，将位移量信号传输给控制系统，控制系统将指令发送给所述第三电动缸304b，控制所述第三电动缸304b的运动；第七位移传感器305a检测第四电动缸305b的位移量，将位移量信号传输给控制系统，控制系统将指令发送给所述第四电动缸305b，控制所述第四电动缸305b的运动。

第四位移传感器204a、第五位移传感器205a、第一电动缸204b、第二电动缸205b、第一导轨204、第二导轨205固连接成一个系统，相对的第一导轨槽201、第二导轨槽202、第一补偿平台102连接成一个系统，两个系统通过第一电动缸204b、第二电动缸205b联系，当第四位移传感器204a、第五位移传感器205a分别采集到第一电动缸204b、第二电动缸205b的位移变化，将其反馈至控制系统，控制系统将指令发给第一电动缸204b和第二电动缸205b进行相应补偿，即可补偿横荡方向的运动。

第六位移传感器304a、第七位移传感器305a、第三电动缸304b、第四电动缸305b、第三导轨304、第四导轨305固连接成一个系统，相对的第三导轨槽301、第四导轨槽302、第二补偿平台203连接成一个系统，两个系统通过第三电动缸304b、第四电动缸305b联系，当第六位移传感器304a、第七位移传感器305a分别采集到第三电动缸304b、第四电动缸305b的位移变化，将其反馈至控制系统，控制系统将指令发给第三电动缸304b和第四电动缸305b进行相应补偿，即可补偿纵荡方向的运动。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种串并联六自由度主动波浪补偿平台，其特征在于，包括：

第一补偿系统，包括：

底座，固定在船体上；

第一补偿平台；

第一液压缸、第二液压缸以及第三液压缸分别固定在所述底座上，并在所述底座上呈等角度分布，所述第一液压缸、所述第二液压缸以及所述第三液压缸内缸的一端分别与所述第一补偿平台连接；

中部电动缸，一端固定在所述底座的中心位置，另一端设置有万向连接器，所述万向连接器远离所述中部电动缸的一端设置有扭转电动机，所述扭转电动机与所述第一补偿平台固定；

第一位移传感器，与所述第一液压缸信号连接；

第二位移传感器，与所述第二液压缸信号连接；

第三位移传感器，与所述第三液压缸信号连接；

中部位移传感器，与所述中部电动缸信号连接；

第一电动机，控制所述第一液压缸运动；

第二电动机，控制所述第二液压缸运动；

第三电动机，控制所述第三液压缸运动；

第二补偿系统，包括：

第一导轨槽、第二导轨槽，分别固定在所述第一补偿平台上；

第二补偿平台；

第一导轨、第二导轨，分别固定在所述第二补偿平台上，并所述第一导轨与所述第一导轨槽对应放置，所述第二导轨和所述第二导轨槽对应放置；

第四位移传感器，与所述第一导轨连接；

第五位移传感器，与所述第二导轨连接；

第一电动缸，其外缸与所述第四位移传感器连接，其内缸与所述第一导轨槽连接；

第二电动缸，其外缸与所述第五位移传感器连接，其内缸与所述第二导轨槽连接；

第三补偿系统，包括：

第三导轨槽、第四导轨槽，分别固定在所述第二补偿平台上；

第三补偿平台；

第三导轨、第四导轨，分别固定在所述第三补偿平台上，并所述第三导轨与所述第三导轨槽对应放置，所述第四导轨与所述第四导轨槽对应放置；

第六位移传感器，与所述第三导轨连接；

第七位移传感器，与所述第四导轨连接；

第三电动缸，其外缸与所述第六位移传感器连接，其内缸与所述第三导轨槽连接；

第四电动缸，其外缸与所述第七位移传感器连接，其内缸与所述第四导轨槽连接；

其中，所述第一导轨槽、所述第二导轨槽和所述第三导轨槽、所述第四导轨槽以相互垂直的方向放置。

2.如权利要求1所述的串并联六自由度主动波浪补偿平台，其特征在于，所述底座放置在波浪模拟器上。

3.如权利要求1所述的串并联六自由度主动波浪补偿平台，其特征在于，所述第一液压缸、所述第二液压缸以及所述第三液压缸内缸上端为球面，与所述第一补偿平台高副连接。

4.如权利要求1所述的串并联六自由度主动波浪补偿平台，其特征在于，还包括控制系统，接收所述第一位移传感器、所述第二位移传感器、所述第三位移传感器、所述中部位移传感器、所述第四位移传感器、所述第五位移传感器、所述第六位移传感器以及所述第七位移传感器发出的位移信号。

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