CN109883632B - 运动模拟装置及标定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种运动模拟装置及标定装置，该运动模拟装置包括机架和竖摆，机架包括顶端横梁和底端横梁，机架上设置有与顶端横梁平行的第一横梁，以及与第一横梁垂直的第二横梁，第一横梁位于第二横梁上，且第一横梁可沿着第二横梁长度方向移动，第一横梁还可沿着机架的宽度方向移动，竖摆的上端与顶端横梁活动连接，竖摆的下端与第一横梁活动连接，且竖摆下端可沿着第一横梁长度方向移动。通过竖摆的运动可实现对海洋立管等浮式结构物运动的模拟，该装置结构简单，对场地的要求较小，无需在大型海洋工程水池或专用试验湖中进行，与现有的浮式结构物运动模拟系统相比，具有较强的可操作性，装置占地面积较小，且装置的基建以及试验成本也较低。

Description

运动模拟装置及标定装置

技术领域

本发明涉及海洋石油工程装备技术领域，尤其涉及一种运动模拟装置及标定装置。

背景技术

深水油气田开发是未来石油工业的发展趋势，但制约其发展水平的关键原因之一是恶劣的深水工程环境会造成装备的可靠性降低，存在浮式平台倾覆和系泊锚链断裂以及立管疲劳破坏的风险，作为关键装备的浮式结构物(浮式平台、立管、系泊锚链)一旦发生破坏将造成重大经济损失并引起环境灾难，需要对浮式平台六个自由度方向的刚体运动(即横荡、纵荡、艏摇、横摇、纵摇、垂荡)、系泊锚链的倾角变化和立管的涡激振动进行分析，对深海浮式结构物的运动研究最常用的方法就是模型试验方法，通过模型试验方法对理论进行验证及修正，进一步对深海浮式结构物的运动机理有更全面的认识，并对浮式结构物的载荷预报提供理论和技术支持。

目前，对深海浮式结构物的试验装置一般在大型的海洋工程水池中，或者在专用的试验湖中进行，如现有的深海立管模型试验一般在拖曳海洋工程深水池中进行，有的在环形水槽中进行，有的用拖船拖动立管进行涡激振动的测试，如一种拖曳水池中的细长柔性立管模型实验以及其系统，是通过在拖曳水池中通过运行与立管相连接的车厢来模拟立管周围的稳定流场，在立管上安装微型加速度测量仪监测立管的状态，实现对深海中立管运动模式的模拟。

然而，如上述的深海浮式结构物的试验装置，多在大型的海洋工程水池或专用试验湖中，试验的占地面积需求大，试验装置基建以及单次试验的成本较高，可操作性也较差，同时由于受到场地和时间的限制，所测得的实验数据也有限，不利于有效的进行模拟。

发明内容

本发明提供一种运动模拟装置及标定装置，以解决现有的深海浮式结构物的试验装置，试验的占地面积需求大，试验装置基建以及单次试验的成本较高，可操作性也较差，同时由于受到场地和时间的限制，还存在所测得的实验数据也有限的问题。

本发明的第一方面提供一种运动模拟装置，包括机架和竖摆，所述机架包括顶端横梁和底端横梁，所述机架上设置有与所述顶端横梁平行的第一横梁，以及与所述第一横梁垂直的第二横梁，所述第一横梁位于所述第二横梁上，且所述第一横梁可沿着所述第二横梁长度方向移动，所述第一横梁还可沿着所述机架的宽度方向移动；

所述竖摆的上端与所述顶端横梁活动连接，所述竖摆的下端与所述第一横梁活动连接，且所述竖摆下端可沿着所述第一横梁长度方向移动。

在本发明的具体实施方式中，还包括：两个第一连接杆和两个第二连接杆，两个所述第一连接杆和两个所述第二连接杆的两端均与所述机架相连，且所述第一横梁的两端分别与两个所述第一连接杆滑动连接，所述第二横梁的两端分别与两个所述第二连接杆固定连接。

在本发明的具体实施方式中，还包括：沿着所述第一横梁长度方向设置的第一滑轨，所述第一滑轨的两端通过第一基座连接件固定在所述第一横梁上，所述第一滑轨上设置第一滑块，所述第一滑块上设置有第一滑块连接件，所述竖摆下端与所述第一滑块连接件活动连接。

在本发明的具体实施方式中，还包括：沿着所述第二横梁长度方向设置的第二滑轨，所述第二滑轨的两端通过第二基座连接件固定在所述第二横梁上，所述第二滑轨上设置第二滑块，所述第二滑块上设置有第二滑块连接件，所述第一横梁通过辅助连接件与所述第二滑块连接件相连；

所述第一连接杆上沿着所述第一连接杆的长度方向具有第三滑轨，所述第三滑轨上设置第三滑块，所述第一横梁的两端分别与所述第三滑块连接。

在本发明的具体实施方式中，还包括控制卡和与所述控制卡电连接的控制装置，所述第一滑轨和所述第二滑轨为线性丝杠滑轨，所述第一滑轨通过联轴器与第一伺服电机连接，所述第二滑轨通过联轴器与第二伺服电机连接，所述控制卡嵌设在所述第一伺服电机和所述第二伺服电机内。

在本发明的具体实施方式中，所述竖摆下端设置有竖摆下端连接件，所述竖摆下端连接件上设置竖摆下端轴，所述第一滑块上设置万向轴承，所述竖摆下端轴与所述万向轴承配合，以使所述竖摆下端与所述第二滑块连接件活动相连。

在本发明的具体实施方式中，所述竖摆上端设置有竖摆上端连接件，所述顶端横梁朝向所述竖摆的一侧设置关节轴承，所述竖摆上端连接件与所述关节轴承连接。

在本发明的具体实施方式中，还包括三角连接件、紧固件和弹性螺母，所述机架包括型材，所述型材通过所述三角连接件连接，所述紧固件和所述弹性螺母相配合用于将所述三角连接件和所述型材紧固设置。

在本发明的具体实施方式中，还包括测量装置，所述测量装置设置于所述竖摆上，且所述测量装置用于测量并记录所述竖摆的摆动参数。

本发明的第二方面提供一种标定装置，用于对传感器系统进行标定，包括机架和竖摆，所述机架包括顶端横梁和底端横梁，所述机架上设置有与所述顶端横梁平行的第一横梁，以及与所述第一横梁垂直的第二横梁，所述第一横梁位于所述第二横梁上，且所述第一横梁可沿着所述第二横梁长度方向移动，所述第一横梁还可沿着所述机架的宽度方向移动；

所述竖摆的上端与所述顶端横梁活动连接，所述竖摆的下端与所述第一横梁活动连接，且所述竖摆下端可沿着所述第一横梁长度方向移动，所述传感器系统设置于所述竖摆上。

本发明提供的一种运动模拟装置及标定装置，该运动模拟装置通过使机架包括顶端横梁和底端横梁，并在机架上设置与顶端横梁平行的第一横梁，以及与第一横梁垂直的第二横梁，使第一横梁位于所述第二横梁上，且第一横梁能够沿着第二横梁长度方向移动，第一横梁还能够沿着机架的宽度方向移动，同时将竖摆的上端与顶端横梁活动连接，竖摆的下端与第一横梁活动连接，且竖摆下端能够沿着第一横梁长度方向移动，即竖摆下端能够沿着第一横梁长度方向和垂直第一横梁长度方向上移动，也就使竖摆能够实现在二维方向上的移动，使竖摆在二维平面内能够做“8”字运动，或单摆运动，以模拟浮体运动、系泊链运动以及井口运动等，即通过竖摆的运动即可实现对海洋立管等浮式结构物运动的模拟，进而可对其运动参数进行研究，该装置结构简单，对场地的要求较小，无需在大型海洋工程水池或专用试验湖中进行，因此，与现有的浮式结构物运动模拟系统相比，具有较强的可操作性，对测验数据量限制较少，且该装置所需占地面积也较小，装置基建以及试验成本也较低，同时该装置可用于对多种浮式结构物的运动进行模拟，具有较为丰富的功能。解决了现有的深海浮式结构物的试验装置，试验的占地面积需求大，试验装置基建以及单次试验的成本较高，可操作性也较差，同时由于受到场地和时间的限制，还存在所测得的实验数据也有限的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种运动模拟装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的一种运动模拟装置的下端局部结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的一种运动模拟装置的竖摆下端连接示意图；

图4是本发明实施例一提供的一种运动模拟装置的顶端局部结构示意图；

图5是本发明实施例一提供的一种运动模拟装置的机架顶点结构示意图。

附图标记说明：

机架-10；顶端横梁-11；关节轴承-111；底端横梁-12；第一横梁-13；第一滑轨-131；第一基座连接件-132；第一滑块-133；第一滑块连接件-134；万向轴承-135；第二横梁-14；第二滑轨-141；第二基座连接件-142；第二滑块-143；第二滑块连接件-144；型材-15；三角连接件-151；紧固件-152、24；弹性螺母-154；竖摆-20；竖摆下端连接件-21；竖摆下端轴-22；竖摆上端连接件-23；垫片-25、153；第一连接杆-30；第三滑轨-31；固定件-32；第三滑块-311；第二连接杆-40；控制装置-50；第一伺服电机-60；联轴器-61；控制卡-62；第二伺服电机-70；测量装置-80；辅助连接件-90。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

正如背景技术所述，现有的深海浮式结构物的模拟试验装置一般在大型的海洋工程水池中，或者在专用的试验湖中进行，进行模拟试验所需的场地占地面积大，试验装置的基建成本高，而且单次试验的成本也较高，可操作性差且耗时耗力，同时，受到试验场地和时间的限制，试验测得的数据较少，而且装置本身的功能性较为单一，可应用的场景较少。

基于上述问题，本发明提供一种运动模拟装置及标定装置，主要用于对深海浮式结构物的运动响应模拟，还可用于对包括有运动传感器的多自由度传感器系统进行标定，另外，该装置还可以用于教学用具，功能多样，用途广泛，对该运动模拟装置及标定装置具体示例如下：

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种运动模拟装置的结构示意图，图2是本发明实施例一提供的一种运动模拟装置的下端局部结构示意图，图3是本发明实施例一提供的一种运动模拟装置的竖摆下端连接示意图，图4是本发明实施例一提供的一种运动模拟装置的顶端局部结构示意图，图5是本发明实施例一提供的一种运动模拟装置的机架顶点结构示意图。

本实施例一提供一种运动模拟装置，如图1和图2所示，包括机架10和竖摆20，具体的，机架10为立方体结构，由型材通过三角连接件搭建而成，型材是指通过金属经过塑性加工成形的，具有一定断面形状和尺寸的实心直条，型材的表面上均具有凹槽，从型材的端部可将弹性螺母设置在型材的凹槽内，该运动模拟装置在设置时，机架10设置于水平地面上，且机架10的至少一个侧面与墙面固定，在本实施例中，竖向指与水平方向垂直的方向，横向指与水平方向平行的方向，该机架10包括顶端横梁11和底端横梁12，具体的，在本实施例中，顶端横梁11为机架10顶端端面的一条侧边，底端横梁12为机架10底端端面与该顶端横梁11平行，且与顶端横梁11在同一平面内的一侧边，机架10的长度方向是与顶端横梁11和底端横梁12平行的方向，机架10的宽度方向是与顶端横梁11和底端横梁12垂直的方向。在该机架10上设置有与顶端横梁11平行的第一横梁13，以及与第一横梁13垂直的第二横梁14，即在机架10上位于顶端横梁11和底端横梁12之间还设置有第一横梁13和第二横梁14，且第一横梁13位于第二横梁14上，该第一横梁13能够沿着第二横梁14长度方向移动，第一横梁13还能够沿着机架10的宽度方向移动，这样就使机架10上设置的第一横梁13可以沿着机架10上设置的第二横梁14的长度方向移动。

在本实施例中，如图1至图4所示，该竖摆20的上端与顶端横梁11活动连接，竖摆20的下端与第一横梁13活动连接，且竖摆20下端可沿着第一横梁13长度方向移动，其中，竖摆20的上端与顶端横梁11活动连接，可保证竖摆20上端可随着竖摆20下端的摆动而摆动，竖摆20的下端与第一横梁13活动连接，其目的主要是为竖摆20下端提供一定的活动长度，以保证竖摆20下端能够沿着第一横梁13长度方向移动，即竖摆20的下端能够沿着第一横梁13长度方向移动，而第一横梁13能够沿着第二横梁14的长度方向移动，且第一横梁13设置于第二横梁14上方，第二横梁14与第一横梁13相互垂直，这样竖摆20下端就能够在沿着第一横梁13长度方向和垂直第一横梁13长度方向上移动，也就使竖摆20能够实现在二维方向上的移动，使竖摆20可以在二维平面内做“8”字运动，以模拟海洋立管的运动，或者竖摆20也可以维持单摆运动，以模拟浮体运动、系泊链运动以及井口运动等，即通过竖摆20的运动即可实现对海洋立管等浮式结构物运动的模拟，进而可对其运动参数进行研究，该装置结构简单，运行操作方便，对场地的要求较小，无需在大型海洋工程水池或专用试验湖中进行，因此，与现有的浮式结构物运动模拟系统相比，具有较强的可操作性，对测验数据量限制较少，且该装置所需占地面积也较小，装置基建以及试验成本也较低，还可用于石油和船舶类的教学使用，用途较为广泛。

其中，在本实施例中，竖摆20可实现在二维方向上的移动，使该运动模拟装置至少可用于模拟海洋立管的运动、浮体的运动以及井口的运动，具体的，使竖摆20在二维平面上做“8”字运动，可模拟海洋立管的运动，使竖摆20做单摆运动可以用于模拟浮体运动、系泊锚链运动以及井口的运动，即通过该装置可对多种浮式结构物的运动进行模拟，可满足多种试验的需求，结构简单，功能性丰富且具有较好的性价比。

需要说明的是，本实施例中，通过使竖摆20运动实现对浮式结构物运动的模拟，在对运动参数进行研究时，可在竖摆20上设置不同的测量装置80，以测量并记录竖摆20的摆动参数数据，即反应了浮式结构物的运动参数数据，具体的，如使竖摆20在二维平面上做“8”字运动，模拟海洋立管的运动模式，在竖摆20上设置用于测量并记录涡激振荡的数据，即可研究该运动过程中的涡激振动；使竖摆20做单摆运动，并使竖摆20的摆动偏转角度不同，以模拟浮体的运动，在竖摆20上设置用于测量并记录浮体倾角的测量装置，即可对浮体运动中倾角进行研究；使竖摆20做单摆运动，并使竖摆20的摆动偏转角度不同，以模拟井口运动，在竖摆20上设置用于测量并记录井口倾角数据的测量装置，即可该过程中的井口运动。

需要说明的是，在本实施例中，顶端横梁、底端横梁、第一横梁以及第二横梁均为表面具有凹槽的型材，机架10的高度、长度以及宽度大小等可根据实际的模拟需求进行设置，机架10上设置的第一横梁13以及第二横梁14距离顶端横梁11和底端横梁12之间的距离决定了竖摆20的高度以及竖摆20可摆动的范围，因此，第一横梁13和第二横梁14距顶端横梁11和底端横梁12之间的距离也可根据实际的模拟场景进行选择设置。其中，机架10设置在底面以及墙面时，机架10与底面或墙面之间可通过三角连接件、紧固件固定在墙面和底面上，具体的，三角连接件上与墙面或地面相对应的一侧面上具有连接孔，紧固件穿过三角连接件的连接孔与墙面或地面固定连接，而机架10由型材通过三角连接件搭建而成，因此就将机架10与墙面或地面固定，其中，在本实施例中，紧固件可以是带有螺纹的螺栓，销钉以及螺纹钉等。

进一步的，在本实施例中，如图1和图2所示，该运动模拟装置还包括：两个第一连接杆30和两个第二连接杆40，两个第一连接杆30和两个第二连接杆40的两端均与机架10相连，且第一横梁13的两端分别与两个第一连接杆30滑动连接，即两个第一连接杆30与第一横梁13垂直，第一连接杆30与第二横梁14平行，第一横梁13的一端与一个第一连接杆30滑动连接，第一横梁13的另一端与另一个第一连接杆30滑动连接，这样通过第一连接杆30就将第一横梁13设置在机架10上，同时，第一横梁13也可沿着第一连接杆30的长度方向移动，即沿着机架10的宽度方向移动，这样就保证了第一横梁13可沿着第二横梁14的长度方向的移动。第二横梁14的两端分别与两个第二连接杆40固定连接，即第二横梁的一端与其中一个第二连接杆固定连接，第二横梁的另一端与其中另一个第二连接杆固定连接，第二连接杆40与第二横梁14相互垂直，使第二横梁14通过第二连接杆40设置在机架10上。

需要说明的是，为实现第一横梁13的两端分别与两个第一连接杆30滑动连接，该第一连接杆30可以是通过一体成型形成的滑轨结构，在滑轨上设置可沿滑轨滑动的滑块，第一横梁13的两端分别与滑块相连，或者该第一连接杆30上具有凹槽，凹槽内设有可沿着凹槽移动的滑块，第一横梁的两端分别与滑块相连，在本实施例中，如图2所示，第一连接杆30的两端与机架10可通过固定件32相连，并通过螺栓和螺母配合的方式将第一连接杆30紧固设置在机架10上。

进一步的，如图1至图4所示，在本实施例中，该运动模拟装置还包括：沿着第一横梁13长度方向设置的第一滑轨131，第一滑轨131的两端通过第一基座连接件132固定在第一横梁13上，第一滑轨131上设置有可以沿着第一滑轨131滑动的第一滑块133，第一滑块133上设置有第一滑块连接件134，竖摆20下端与第一滑块连接件134活动连接，第一滑块133在第一滑轨131上滑动时，即可带动竖摆20下端沿着第一滑轨131滑动，这样就实现了竖摆20下端沿着第一横梁13的长度方向的移动，结构简单，便于装配设置。

其中，第一滑轨131的两端通过第一基座连接件132固定在第一横梁13上，具体的，如图2所示，可在第一滑轨131的两端开设安装孔，紧固件穿过安装孔与第一基座连接件132紧固相连，将第一滑轨131设置在第一基座连接件132上，并在第一基座连接件132上开设通孔，使用紧固件穿过该通孔进入第一横梁13上的凹槽中，并与位于凹槽内的弹性螺母配合，从而将第一滑轨131的两端固定在第一横梁13上。

其中，第一滑块133上设置第一滑块连接件134，具体的，可通过在第一滑块连接件134上开设通孔，在第一滑块133上开设安装孔，使用螺栓依次穿过通孔和安装孔与螺母配合的方式，将第一滑块连接件134设置在第一滑块133上。

其中，在本实施例中，如图2和图3所示，竖摆20的下端设置有竖摆下端连接件21，竖摆下端连接件21上设置有竖摆下端轴22，竖摆下端轴22可通过紧固件24固定设置在竖摆下端连接件21上。在第一滑块133上设置有万向轴承135，竖摆下端轴22与该万向轴承135配合，以使竖摆20下端与第一滑块连接件134活动相连，万向轴承135具有的可旋转性，可为竖摆20的移动提供一定的活动长度，当第一滑块133沿着第一滑轨131滑动时，就使竖摆20下端也沿着第一滑轨131滑动，从而使竖摆20下端沿着第一横梁13的长度方向移动。

其中，万向轴承135可通过螺纹配合的方式设置在第一滑块连接件134上，具体的，可以在第一滑块连接件134上开设螺纹孔，万向轴承135设置在安装座内，该安装座上设有具螺纹的通孔，使用螺栓穿过该通孔与第一滑块连接件134上的螺纹孔配合，从而将万向轴承135设置在第一滑块连接件134上。

在本实施例中，如图1和图4所示，竖摆20的上端设置有竖摆上端连接件23，顶端横梁11朝向竖摆20的一侧设置关节轴承111，竖摆上端连接件23与关节轴承111连接，即关节轴承111的一端与顶端横梁11相连，关节轴承111的另一端与竖摆20上端相连，关节轴承111在运动时可以延任意角度旋转摆动，这样就保证了竖摆20的上端可随着竖摆20下端的摆动而摆动，其中，关节轴承111可通过紧固件24设置在顶端横梁11上，具体的，如图4所示，关节轴承111靠近顶端横梁11的一端的内壁上具有螺纹，关节轴承111的一端穿过顶端横梁11，通过紧固件24与关节轴承内壁的螺纹配合，从而将关节轴承111的一端设置在顶端横梁11上，其中，紧固件24和顶端横梁11之间还可设置垫片25，起到保护顶端横梁11的作用。竖摆上端连接件23也可通过紧固件24设置在竖摆20上端，关节轴承111的另一端与竖摆上端连接件23连接，从而将竖摆20上端与顶端横梁11之间活动连接，这样竖摆上端连接件23可起到避免竖摆20直接连接而对竖摆20造成的磨损，提高竖摆20在运动模拟过程中的稳定性。

进一步的，如图2所示，在本实施例中，该运动模拟装置还包括：沿着第二横梁14长度方向设置的第二滑轨141，第二滑轨141的两端通过第二基座连接件142固定在第二横梁14上，第二滑轨141上设置有可沿着第二滑轨141滑动的第二滑块143，第二滑块143上设置有第二滑块连接件144，这样第二滑块143在第二滑轨141上滑动时，即可带动第一横梁13沿着第二滑轨141滑动，与此同时，第一横梁13的两端由于与第一连接杆30滑动相连，就使第一横梁13沿着机架10的宽度方向滑动，即第一横梁13能够沿着第二横梁14的长度方向移动，这样就使与第一横梁13连接的竖摆20下端也可实现沿着第二横梁14的长度方向移动，而竖摆20可沿着第一横梁13的长度方向移动，且第一横梁13与第二横梁14垂直，因此就实现了竖摆20下端在第一横梁13长度方向和垂直第一横梁13长度方向上的运动，也就使竖摆20整体能够实现在二维方向上的移动，通过竖摆20的运动实现对浮式结构物运动的模拟，结构简单，操作方便，且便于装配设置。

其中，在本实施例中，由于第一横梁13与第二横梁14相互垂直，且第一横梁13设置在第二横梁14上，第一横梁13和第二横梁14上还分别设置有具有一定竖直高度的第一滑轨131和第二滑轨141，而在第一滑轨上还设置有竖直高度较第一滑轨131高的第一滑块133以及第一滑块连接件134，第二滑轨141上还设有第二滑块143以及第二滑块连接件144，在可能的情况下，如第一滑轨131的竖直高度较大于第一横梁13的竖直宽高度，当使第一滑块133移动时，可能会发生第一滑块133或第一滑块连接件134与第二滑块连接件144之间的碰撞、卡接等现象，从而影响竖摆20的运动方式。因此，在本实施例中，如图2所示，第一横梁13通过辅助连接件90与第二滑块连接件144相连，即在第一横梁13和第二滑块连接件144之间设置有辅助连接件90，从而增大第一横梁13和第二滑块连接件144之间的距离，这样就能够避免第一滑块133或第一滑块连接件134在移动时，与第二滑块连接件144之间的碰撞等现象，从而保证了竖摆20运动的稳定性，提高了运动模拟的准确性。其中辅助连接件90的一侧立面可通过三角连接件、紧固件以及弹性螺母固定设置在第一横梁13上，辅助连接件90的另一侧立面也可使用相同的方式固定设置在第二滑块连接件144上，从而使第一横梁13和第二滑块连接件144之间设置有该辅助连接件90。

在本实施例中，第二滑轨141的两端通过第二基座连接件142固定在第二横梁14上，具体的，可在第二滑轨141的两端开设安装孔，紧固件穿过安装孔与第二基座连接件142紧固相连，从而将第二滑轨141设置在第二基座连接件142上，并在第二基座连接件142上开设通孔，使用紧固件穿过该通孔并进入第二横梁14上的凹槽中，与位于凹槽内的弹性螺母配合，从而将第二滑轨141的两端固定在第二横梁14上

其中，第二滑块143上设置第二滑块连接件144，具体的，可通过在第二滑块连接件144上开设通孔，在第二滑块143上开设安装孔，通过螺栓依次穿过通孔和安装孔与螺母配合的方式，将第二滑块连接件144设置在第二滑块143上。

其中，在本实施例中，为实现第一横梁13的两端分别与两个第一连接杆30滑动连接，在第一连接杆30上沿着第一连接杆30的长度方向具有第三滑轨31，第三滑轨31上设置沿着第三滑轨31滑动的第三滑块311，第一横梁13的两端分别与第三滑块311连接，使第三滑块311沿着第三滑轨31滑动时，就使第一横梁13的两端沿着第三滑轨31滑动，即使第一横梁13能够沿着机架10宽度方向滑动，这样就保证了第一横梁13能够沿着第二横梁14的长度方向移动。其中，在本实施例中，第一横梁13的两端可分别通过三角连接件和紧固件与第三滑块311连接，具体的，如图2所示，第一横梁13的一端通过三角连接件与第三滑块311相连，并通过螺纹钉或螺纹销钉等紧固设置在第三滑块311上。

进一步的，在本实施例中，该运动模拟装置还包括控制卡62和与控制卡62电连接的控制装置50，第一滑轨131和第二滑轨141为线性丝杠滑轨，第一滑轨131通过联轴器61与第一伺服电机60连接，第二滑轨141通过联轴器与第二伺服电机70连接，如图2所示，第一滑轨131为线性丝杠滑轨，第一伺服电机60在受到激励时，通过联轴器61转动第一滑轨131的丝杠，就使第一滑块133沿着第一滑轨131移动，这样第一滑块133带动与其活动相连的竖摆20下端沿着第一滑轨131移动，就实现了竖摆20下端沿第一横梁13长度方向的移动；第二伺服电机70在受到激励时，通过联轴器转动第二滑轨141的丝杠，就使第一横梁13沿着第二横梁14的长度方向移动，同时也带动第一横梁13两端沿着第一连接杆30的长度方向移动，这样就使与第一横梁13活动连接的竖摆20下端实现沿着第二横梁14长度方向的移动，实现了竖摆20在二维平面内的移动。其中，控制卡可嵌设在第一伺服电机60和第二伺服电机70内，即第一伺服电机60内至少嵌设一个控制卡，用于给定第一伺服电机60激励，第二伺服电机70内至少嵌设一个控制卡，用于给定第二伺服电机70激励，与控制卡电连接的控制装置50用于给控制卡指令，以控制竖摆20的运动。

其中，该控制装置50可以是现有技术中的电脑计算机，可通过计算机编译设置竖摆20运动的程序指令，控制竖摆20的运动模式，同时该计算机也可接收、储存测量装置的运动参数数据并进行简单的处理。该第一伺服电机60可通过螺栓和螺母配合的方式设置在第一横梁13上，第二伺服电机70也可以通过螺栓和螺母配合的方式设置在第二横梁14上。

在本实施例中，该运动模拟装置具体的运行模拟方式至少包括：1)通过控制装置，使控制卡同时给定第一伺服电机和第二伺服电机不同的激励，使第一滑块和第二滑块可各自沿着第一滑轨和第二滑轨位移，使竖摆实现在二维平面内的移动，即可使竖摆在二维平面做“8”字运动，来模拟海洋立管的运动，通过竖摆上设置的测量装置可测量并记录涡激振动的数据，进一步研究不同激励条件下的涡激振动。2)通过控制装置使控制卡只给定第一伺服电机激励，第二伺服电机静止不动，此时竖摆可以做单轴摆动，给定的激励不同，竖摆偏转的角度也不同，就能用来模拟浮体运动，竖摆上设置的测量装置可测量并记录浮体倾角的数据，进一步研究不同激励条件下的浮体运动。3)通过控制装置使控制卡只给定第一伺服电机激励，第二伺服电机静止不动，此时竖摆做单轴摆动，给定的激励不同，竖摆偏转的角度也不同，就能用来模拟系泊锚链运动，竖摆上的测量装置可测量并记录系泊锚链倾角的数据，进一步研究不同激励条件下的系泊锚链运动。4)通过控制装置使控制卡只给定第一伺服电机激励，第二伺服电机静止不动，此时竖摆做单轴摆动，给定的激励不同，竖摆偏转的角度也不同，就能够用于模拟井口运动，竖摆上的测量装置可测量并记录井口倾角的数据，进一步研究不同激励条件下的井口运动。

进一步的，在本实施例中，该机架10包括型材15，该运动模拟装置还包括用于连接型材15的三角连接件151、紧固件152和弹性螺母154，其中，型材15是指通过金属经过塑性加工成形的，具有一定断面形状和尺寸的实心直条，该运动模拟装置的机架10为立方体形，如图4所示，其顶点包括至少三根型材15，将型材15通过三角连接件151连接，紧固件152和弹性螺母154相配合用于将三角连接件151和型材15紧固设置，以搭建形成立方体的机架10，具体的，以机架10顶点由三根型材15搭建形成为例，两根型材15之间至少具有一个三角连接件151，三角连接件151上与两根型材15相应的位置处开设通孔，使紧固件152穿过该通孔并进入型材15上的凹槽内，与凹槽内的弹性螺母154相配合，这样就将三角连接件151分别与两根型材15紧固相连，也即通过三角连接件151将连根型材15紧固相连，相应的，就将三根型材15紧固连接，形成机架的顶点，其中，在紧固件152与型材15之间还可设置垫片153，有助于提高连接紧固性的同时，还可起到保护型材15的作用，型材15通过三角连接件151以及紧固件152形成的机架10，使该运动模拟装置便于搭建，同时拆卸方便，且搭建所需成本也较低。

在本实施例中，对型材15的成型材料不做限制，可以是钢、不锈钢以及铝合金等，保证其具有较好的强度即可，该紧固件152可以是带有螺纹的螺栓、螺纹钉以及销钉等。

进一步的，在本实施例中，该运动模拟装置还包括测量装置80，测量装置80设置于竖摆20上，且该测量装置80用于测量并记录竖摆20的摆动参数，从而反映浮式结构物运动的参数数据，该测量装置80可以是运动传感器等可对运动参数进行测量并记录的仪器。其中，该测量装置80可通过螺母与螺栓相配合的方式设置在竖摆20上。

本实施例提供一种运动模拟装置，通过使机架10包括顶端横梁11和底端横梁12，并在机架10上设置与顶端横梁11平行的第一横梁13，以及与第一横梁13垂直的第二横梁14，使第一横梁13位于所述第二横梁14上，且第一横梁13能够沿着第二横梁14长度方向移动，第一横梁13还能够沿着机架10的宽度方向移动，同时将竖摆20的上端与顶端横梁11活动连接，竖摆20的下端与第一横梁13活动连接，且竖摆20下端能够沿着第一横梁13长度方向移动，即竖摆20下端能够沿着第一横梁13长度方向和垂直第一横梁13长度方向上移动，也就使竖摆20能够实现在二维方向上的移动，可带动竖摆20在二维平面内做“8”字运动，或单摆运动，以模拟浮体运动、系泊链运动以及井口运动等，即通过竖摆20的运动方式即可实现对海洋立管等浮式结构物运动的模拟，进而可对其运动参数进行研究，该装置结构简单，对场地的要求较小，无需在大型海洋工程水池或专用试验湖中进行，因此，与现有的浮式结构物运动模拟系统相比，具有较强的可操作性，对测验数据量限制较少，且该装置所需占地面积也较小，装置基建以及试验成本也较低，同时该装置可用于对多种浮式结构物的运动进行模拟，具有较为丰富的功能。解决了现有的深海浮式结构物的试验装置，试验的占地面积需求大，试验装置基建以及单次试验的成本较高，可操作性也较差，同时由于受到场地和时间的限制，还存在所测得的实验数据也有限的问题。

实施例二

由于在对海洋立管能浮式结构物的运动进行模拟时，常需使用传感器系统，该传感器系统指包括有传感器的系统，该传感器系统用于对运动的参数数据进行测量并记录，如立管记录仪，然而，由于立管记录仪等多自由度传感器系统多包括运动传感器以及其它的多种电学元件，因此，立管记录仪与标准的运动传感器检测的数值可能会存在一定的误差，在使用立管记录仪进行测量前，需对立管记录仪进行标定。

基于上述原因，本实施例提供一种标定装置，能够对传感器系统进行标定，该标定装置包括机架和竖摆，机架包括顶端横梁和底端横梁，机架上设置有与顶端横梁平行的第一横梁，以及与第一横梁垂直的第二横梁，第一横梁位于第二横梁上，且第一横梁可沿着第二横梁长度方向移动，第一横梁还可沿着机架的宽度方向移动，竖摆的上端与所述顶端横梁活动连接，竖摆的下端与第一横梁活动连接，且竖摆下端可沿着第一横梁长度方向移动，通过竖摆的运动方式来对浮式结构物的运动进行模拟，其中，机架、横梁以及竖摆之间的具体设置方式可参见实施例一，在本实施例中不再赘述。

其中，在本实施例中，待标定的传感器系统设置于竖摆上，可对竖摆的运动参数数据进行测量并记录，即可获得待标定传感器系统的运动参数数据，然后在竖摆相同的位置设置标准同型号的传感器，时竖摆做相同的运动，获得标准传感器的运动参数数据，多次试验，比对两者的数据，做出误差分析，即可对待标定的传感器系统进行标定。

具体的，通过控制装置使控制卡只给定第一伺服电机激励，第二伺服电机静止不动，此时设置在竖摆上的待标定的传感器系统就会在竖摆带动下做单轴摆动，可获得待标定传感器系统的运动数据，然后在竖摆相同的位置放置标准同型号的传感器，给定第一伺服电机相同的激励，让设置在竖摆上的标准传感器做单轴摆动，获得待标定运动传感器的运动数据，或者，把传感器系统放置不同位置不同角度，多次试验，比对两者在相同工条件下所测数据，并做误差分析，就可完成对传感器系统的标定。

本实施例提供的一种标定装置，通过使机架包括顶端横梁和底端横梁，并在机架上设置与顶端横梁平行的第一横梁，以及与第一横梁垂直的第二横梁，使第一横梁位于所述第二横梁上，且第一横梁能够沿着第二横梁长度方向移动，第一横梁还能够沿着机架的宽度方向移动，同时将竖摆的上端与顶端横梁活动连接，竖摆的下端与第一横梁活动连接，且竖摆下端能够沿着第一横梁长度方向移动，并将传感器系统设置在竖摆上，这样通过竖摆的运动方式即可实现对海洋立管等浮式结构物运动的模拟，而通过将待标定的传感器系统和标准的传感器系统设置在竖摆上以测得和记录竖摆的运动参数数据，比对两者在相同工条件下所测数据，并做误差分析，就可实现对传感器系统的标定，提高传感器系统的准确性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，本文中使用的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成为一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以使两个元件内部的相连或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种运动模拟装置，其特征在于：包括机架和竖摆，所述机架包括顶端横梁和底端横梁，所述机架上设置有与所述顶端横梁平行的第一横梁，以及与所述第一横梁垂直的第二横梁，所述第一横梁位于所述第二横梁上，且所述第一横梁可沿着所述第二横梁长度方向移动，所述第一横梁还可沿着所述机架的宽度方向移动；

所述竖摆的上端与所述顶端横梁活动连接，所述竖摆的下端与所述第一横梁活动连接，且所述竖摆下端可沿着所述第一横梁长度方向移动；

沿着所述第一横梁长度方向设置的第一滑轨，所述第一滑轨的两端通过第一基座连接件固定在所述第一横梁上，所述第一滑轨上设置第一滑块，所述第一滑块上设置有第一滑块连接件，所述竖摆下端与所述第一滑块连接件活动连接；

所述竖摆下端设置有竖摆下端连接件，所述竖摆下端连接件上设置竖摆下端轴，所述第一滑块上设置万向轴承，所述竖摆下端轴与所述万向轴承配合，以使所述竖摆下端与所述第一滑块连接件活动相连；

所述竖摆上端设置有竖摆上端连接件，所述顶端横梁朝向所述竖摆的一侧设置关节轴承，所述竖摆上端连接件与所述关节轴承连接。

2.根据权利要求1所述的运动模拟装置，其特征在于，还包括：两个第一连接杆和两个第二连接杆，两个所述第一连接杆和两个所述第二连接杆的两端均与所述机架相连，且所述第一横梁的两端分别与两个所述第一连接杆滑动连接，所述第二横梁的两端分别与两个所述第二连接杆固定连接。

3.根据权利要求2所述的运动模拟装置，其特征在于，还包括：沿着所述第二横梁长度方向设置的第二滑轨，所述第二滑轨的两端通过第二基座连接件固定在所述第二横梁上，所述第二滑轨上设置第二滑块，所述第二滑块上设置有第二滑块连接件，所述第一横梁通过辅助连接件与所述第二滑块连接件相连；

所述第一连接杆上沿着所述第一连接杆的长度方向具有第三滑轨，所述第三滑轨上设置第三滑块，所述第一横梁的两端分别与所述第三滑块连接。

4.根据权利要求3所述的运动模拟装置，其特征在于，还包括控制卡和与所述控制卡电连接的控制装置，所述第一滑轨和所述第二滑轨为线性丝杠滑轨，所述第一滑轨通过联轴器与第一伺服电机连接，所述第二滑轨通过联轴器与第二伺服电机连接，所述控制卡嵌设在所述第一伺服电机和所述第二伺服电机内。

5.根据权利要求1-4任一所述的运动模拟装置，其特征在于，还包括三角连接件、紧固件和弹性螺母，所述机架包括型材，所述型材通过所述三角连接件连接，所述紧固件和所述弹性螺母相配合用于将所述三角连接件和所述型材紧固设置。

6.根据权利要求1-4任一所述的运动模拟装置，其特征在于，还包括测量装置，所述测量装置设置于所述竖摆上，且所述测量装置用于测量并记录所述竖摆的摆动参数。

7.一种标定装置，用于对传感器系统进行标定，其特征在于，包括机架和竖摆，所述机架包括顶端横梁和底端横梁，所述机架上设置有与所述顶端横梁平行的第一横梁，以及与所述第一横梁垂直的第二横梁，所述第一横梁位于所述第二横梁上，且所述第一横梁可沿着所述第二横梁长度方向移动，所述第一横梁还可沿着所述机架的宽度方向移动；

所述竖摆的上端与所述顶端横梁活动连接，所述竖摆的下端与所述第一横梁活动连接，且所述竖摆下端可沿着所述第一横梁长度方向移动，所述传感器系统设置于所述竖摆上；

沿着所述第一横梁长度方向设置的第一滑轨，所述第一滑轨的两端通过第一基座连接件固定在所述第一横梁上，所述第一滑轨上设置第一滑块，所述第一滑块上设置有第一滑块连接件，所述竖摆下端与所述第一滑块连接件活动连接；

所述竖摆下端设置有竖摆下端连接件，所述竖摆下端连接件上设置竖摆下端轴，所述第一滑块上设置万向轴承，所述竖摆下端轴与所述万向轴承配合，以使所述竖摆下端与所述第一滑块连接件活动相连；

所述竖摆上端设置有竖摆上端连接件，所述顶端横梁朝向所述竖摆的一侧设置关节轴承，所述竖摆上端连接件与所述关节轴承连接。

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