CN112225073A - 一种六自由度主动式双层波浪补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船用机械设备领域，其目的是提供一种六自由度主动式双层波浪补偿装置，补偿效果好，对吊装货物控制力更强、稳定性更好。所述六自由度主动式双层波浪补偿装置包括设置于供货船上的吊货机(1)，还包括与所述吊货机(1)的吊臂(2)连接的上层控制机构，所述上层控制机构的下方连接载货平台(3)，所述载货平台(3)的下方连接有下层控制机构，所述上层控制机构和所述下层控制机构共同调节控制所述载货平台(3)的姿态位置。本发明提供的波浪补偿装置解决了现有补偿装置补偿效果差，对吊装货物的控制力较弱，整体机构稳定性差的问题。

Description

一种六自由度主动式双层波浪补偿装置

技术领域

本发明涉及船用机械设备技术领域，特别是涉及一种六自由度主动式双层波浪补偿装置。

背景技术

海上并靠补给是船舶等海上浮动平台补充物资的重要方式，海上环境复杂多变，在进行并靠补给时，由于供货船和接货船的吨位、尺度、线型等因素以及两船在波浪上相对位置不同的影响，并靠两船之间受波浪作用会产生横荡、纵荡、升沉、横摇、纵摇、艏摇六自由度的相对运动，并且这种相对运动将随海况的升级而加剧，容易造成吊货机所吊货物滑移偏离正常着船点，严重时货物甚至会与甲板上层建筑物或者船体发生碰撞，造成不必要的事故，尤其是补给弹药等易燃易爆物品或其他易碎物品时，危险性更大。

波浪补偿技术是保证海上浮动工作平台实现全天候物资补给的关键技术，波浪补偿的目的就是通过保持补给物资相对接货船补给点姿态位置一致，从而获得平稳的着船速度，来减小物资着船时的冲击加速度，使物资能更平稳地下放到接货船上。波浪补偿装置通常分为主动式和被动式两种，其中被动式波浪补偿装置在运行过程中仅补偿物资升沉方向运动，精准度和稳定性相对主动式波浪补偿装置较差。

现有的主动式波浪补偿装置如中国专利文献CN106744320A中公开了一种六自由度主动式波浪补偿吊装方法及吊装系统，其方法是在供货船的起重设备上设置八套由伺服电机驱动的钢丝绳牵引吊具系统组成的伺服系统和包括两台摄像机组成的双目视觉检测系统，由伺服电机根据控制参数控制钢丝绳的转速与方向，使负载相对基座的六自由度运动与接货船相对基座的六自由度运动一致。这种补偿机构属于绳牵引波浪补偿装置，在海风等外界因素影响下，钢丝绳晃动明显，对吊装货物的控制力较弱，而且在应用于重载场合时一旦某根绳索松弛，该绳索对其末端失去连接约束，容易导致货物损坏，整体机构稳定性较差。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术的主动式波浪补偿装置补偿自由度少，补偿效果差，对吊装货物的控制力较弱，整体机构稳定性较差，而提供一种补偿效果好，对吊装货物控制力更强、稳定性更好的六自由度主动式双层波浪补偿装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种六自由度主动式双层波浪补偿装置，包括设置于供货船上的吊货机，还包括与所述吊货机的吊臂连接的上层控制机构，所述上层控制机构的下方连接载货平台，所述载货平台的下方连接有下层控制机构，所述上层控制机构和所述下层控制机构共同调节控制所述载货平台的姿态位置。

优选地，所述下层控制机构包括至少一个驱动器，所述驱动器通过至少一根可收放的下层钢丝绳与所述载货平台连接。

优选地，所述驱动器为能自主运动的水下驱动器，所述水下驱动器具有横荡、纵荡、升沉、横摇、纵摇、艏摇六个自由度或者具有升沉、横摇、纵摇三个自由度。

优选地，所述水下驱动器为两个，每个所述水下驱动器通过两根可收放的所述下层钢丝绳与所述载货平台连接。

优选地，所述载货平台为矩形板状平台，所述载货平台的四角均设置有下层控绳机构，所述下层钢丝绳自所述下层控绳机构伸出并向下连接所述水下驱动器的一侧。

优选地，所述水下驱动器为一个，所述水下驱动器通过一根可收放的所述下层钢丝绳与所述载货平台连接。

优选地，所述载货平台为长方体状平台，所述载货平台的上层板承载货物，所述载货平台的下层板的上表面中心处设置有下层控绳机构，所述下层钢丝绳自所述下层控绳机构伸出穿过所述下层板向下连接所述水下驱动器。

优选地，所述驱动器为能自主飞行在海平面以上的无人机。

优选地，所述上层控制机构为绳牵引控制机构，包括与所述吊臂连接的吊架，所述吊架为叉形吊架，所述吊架的四个分叉端部分别设置有一个滑轮，所述吊架的顶面中心设置有四个上层控绳机构，每个所述上层控绳机构控制一根上层钢丝绳的收放，所述上层钢丝绳自所述上层控绳机构伸出经过所述滑轮进而下端连接所述载货平台。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明提供的六自由度主动式双层波浪补偿装置，能够实现载货平台六自由度(横荡、纵荡、升沉、横摇、纵摇、艏摇)相对运动的主动波浪补偿，其中下层控制机构能够辅助上层控制机构对载货平台进行波浪补偿，使得装置在各个自由度上的补偿幅度更大，而且双层波浪补偿的方式，降低了每层控制机构的控制难度，简化了控制算法。本发明的六自由度主动式双层波浪补偿装置在复杂海况条件下，也能保证货物不发生晃动，具有非常优异的抗干扰性能，能使货物平稳、准确的着船，有效地保护货物、船体及工作人员的安全。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明六自由度主动式双层波浪补偿装置实施例一的应用效果图；

图2是本发明六自由度主动式双层波浪补偿装置实施例一的局部细节图；

图3a-3e是本发明六自由度主动式双层波浪补偿装置传送货物的过程示意图；

图4是本发明六自由度主动式双层波浪补偿装置实施例二的局部细节图。

图中附图标记表示为：A-供货船，B-接货船，1-吊货机，2-吊臂，3-载货平台，31-上层板，32-下层板，4-下层钢丝绳，5-水下驱动器，6-吊架，7-上层钢丝绳，8-供货船传送带机构，9-货物，10-接货船传送带机构，11-下层控绳机构，12-上层控绳机构，13-滑轮。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

实施例一

如图1所示，是本发明六自由度主动式双层波浪补偿装置的优选实施例。所述六自由度主动式双层波浪补偿装置设置于供货船A上，用于向接货船B吊送货物9，图中C处所指为波浪。供货船A和接货船B具有自动停泊系统，能够依靠自身的螺旋桨动力系统补偿自身的3个自由度运动，即艏摇、横荡和纵荡。

所述六自由度主动式双层波浪补偿装置包括设置于供货船上的吊货机1，还包括与所述吊货机1的吊臂2连接的上层控制机构，所述上层控制机构的下方连接载货平台3，所述载货平台3上用于放置所述货物9，所述载货平台3的下方连接有下层控制机构，所述上层控制机构和所述下层控制机构共同调节控制所述载货平台3的姿态位置。

所述吊货机1具有旋转和俯仰两个自由度，所述供货船上还设置有用于向所述载货平台3传送货物的供货船传送带机构8，所述供货船传送带机构8能够前后运动。相应的，在接货船上也设置有用于接收载货平台上货物的接货船传送带机构10，同样，接货船传送带机构10也能够前后运动。

如图2所示，所述上层控制机构为绳牵引控制机构，包括吊架6，在本实施例中，所述吊架6为叉形吊架，所述吊架6的四个分叉端部分别设置有一个滑轮13，所述吊架6的顶面中心设置有四个上层控绳机构12，所述上层控绳机构12采用绳索绞盘(或电机绞盘)，每个所述上层控绳机构12控制一根上层钢丝绳7的收放，所述上层钢丝绳7自所述上层控绳机构12伸出经过所述滑轮13进而下端连接所述载货平台3。在本实施例中，所述载货平台3为矩形板状平台，四根所述上层钢丝绳7的下端分别连接所述载货平台3的四个角。

所述下层控制机构包括至少一个驱动器，所述驱动器通过至少一根可收放的下层钢丝绳4与所述载货平台3连接，可收放的所述下层钢丝绳4可控制所述驱动器的升沉位置。在本实施例中，所述驱动器为水下驱动器5，数量为两个，所述水下驱动器5在水中能够自主运动，所述水下驱动器5具有横荡、纵荡、升沉、横摇、纵摇、艏摇六个自由度或者具有升沉、横摇、纵摇三个自由度。一方面水下驱动器在水中具有一定阻力，可以对载货平台在横荡、纵荡方向进行一定补偿，另一方面可自主运动的驱动器还可在其他自由度上对载货平台进行补偿。每个所述水下驱动器5通过两根可收放的所述下层钢丝绳4与所述载货平台3连接。所述载货平台3上设置有控制所述下层钢丝绳4收放的下层控绳机构11，具体的，由于所述载货平台3为矩形板状平台，所述载货平台3的四个角分别设置一个所述下层控绳机构11，所述下层控绳机构11同样采用绳索绞盘(或电机绞盘)，所述下层钢丝绳4自所述下层控绳机构11伸出并向下连接在所述所述水下驱动器5的一侧。当波浪的振幅小、频率较高时，下层钢丝绳长度不变，依靠水下驱动器的运动便可实现补偿波浪；当波浪的振幅大、频率较小时，水下驱动器的位置姿态维持不变，通过调节下层钢丝绳的长度来进行补偿波浪。

下面对本发明六自由度主动式双层波浪补偿装置的传送货物过程进行叙述，如图3a-3e所示：

在补给货物时，供货船和接货船靠近并保持安全距离，货物放置于供货船供货船传送带机构上，控制吊货机使其转到供货船接货位置，供货船传送带机构前进至载货平台上方，将货物从供货船传送带机构传送到载货平台上，之后供货船传送带机构后退至供货船内部，控制吊货机使其转到接货船接货位置，接货船传送带机构前进至载货平台下方，将货物从载货平台传送到接货船传送带机构上，接货船传送带机构后退至接货船内部，至此完成货物传送。在货物传送过程中，上层控制机构、下层控制机构通过控制相应的钢丝绳伸缩来补偿载货平台的横荡、纵荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇。

本实施例的六自由度主动式双层波浪补偿装置，由于上层控制机构和下层控制机构共同调节控制载货平台的位置，即使海上风浪很大，也能保持载货平台与供货船、接货船姿态一致，实现货物平稳、准确、安全的输送。

实施例二

如图4所示，本实施例与实施例一的区别在于：本实施例中，下层控制机构包括一个水下驱动器5，所述水下驱动器5通过一根可收放的下层钢丝绳4与所述载货平台3连接。

载货平台3为长方体状平台，所述载货平台3的上层板31承载货物9，所述载货平台3的下层板32的上表面中心处设置有下层控绳机构11，所述下层钢丝绳4自所述下层控绳机构11伸出穿过所述下层板32向下连接所述水下驱动器5，优选地，所述下层钢丝绳4连接所述水下驱动器5的顶部中央位置。

在其他实施例中，根据不同应用需求，下层控制机构的驱动器数量还可以为三个、四个、五个甚至更多，同样，驱动器也可根据需要通过三根、四根甚至更多钢丝绳与载货平台连接。在其他实施例中，载货平台的形状也可根据实际应用情况设计，只要不影响上层控制机构和下层控制机构的设置即可。

在其他实施例中，当风浪较小的时候，下层控制机构的驱动器可选用能自主飞行在海平面以上的无人机。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种六自由度主动式双层波浪补偿装置，包括设置于供货船上的吊货机(1)，其特征在于，还包括与所述吊货机(1)的吊臂(2)连接的上层控制机构，所述上层控制机构的下方连接载货平台(3)，所述载货平台(3)的下方连接有下层控制机构，所述上层控制机构和所述下层控制机构共同调节控制所述载货平台(3)的姿态位置。

2.根据权利要求1所述的六自由度主动式双层波浪补偿装置，其特征在于，所述下层控制机构包括至少一个驱动器，所述驱动器通过至少一根可收放的下层钢丝绳(4)与所述载货平台(3)连接。

3.根据权利要求2所述的六自由度主动式双层波浪补偿装置，其特征在于，所述驱动器为能自主运动的水下驱动器(5)，所述水下驱动器(5)具有横荡、纵荡、升沉、横摇、纵摇、艏摇六个自由度或者具有升沉、横摇、纵摇三个自由度。

4.根据权利要求3所述的六自由度主动式双层波浪补偿装置，其特征在于，所述水下驱动器(5)为两个，每个所述水下驱动器(5)通过两根可收放的所述下层钢丝绳(4)与所述载货平台(3)连接。

5.根据权利要求4所述的六自由度主动式双层波浪补偿装置，其特征在于，所述载货平台(3)为矩形板状平台，所述载货平台(3)的四角均设置有下层控绳机构(11)，所述下层钢丝绳(4)自所述下层控绳机构(11)伸出并向下连接所述水下驱动器(5)的一侧。

6.根据权利要求3所述的六自由度主动式双层波浪补偿装置，其特征在于，所述水下驱动器(5)为一个，所述水下驱动器(5)通过一根可收放的所述下层钢丝绳(4)与所述载货平台(3)连接。

7.根据权利要求6所述的六自由度主动式双层波浪补偿装置，其特征在于，所述载货平台(3)为长方体状平台，所述载货平台(3)的上层板(31)承载货物(9)，所述载货平台(3)的下层板(32)的上表面中心处设置有下层控绳机构(11)，所述下层钢丝绳(4)自所述下层控绳机构(11)伸出穿过所述下层板(32)向下连接所述水下驱动器(5)。

8.根据权利要求2所述的六自由度主动式双层波浪补偿装置，其特征在于，所述驱动器为能自主飞行在海平面以上的无人机。

9.根据权利要求1-8任一所述的六自由度主动式双层波浪补偿装置，其特征在于，所述上层控制机构为绳牵引控制机构，包括与所述吊臂(2)连接的吊架(6)，所述吊架(6)为叉形吊架，所述吊架(6)的四个分叉端部分别设置有一个滑轮(13)，所述吊架(6)的顶面中心设置有四个上层控绳机构(12)，每个所述上层控绳机构(12)控制一根上层钢丝绳(7)的收放，所述上层钢丝绳(7)自所述上层控绳机构(12)伸出经过所述滑轮(13)进而下端连接所述载货平台(3)。

Images