CN1491852A - 船舶运动模拟装置 - Google Patents

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赵群飞
朱爰
唐矫燕
王春香
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Abstract

一种船舶运动模拟装置，属于机电一体化技术领域。本发明由六自由度运动平台和大的液压油缸串联组合而成，大的液压油缸在最底部，顶部支撑一个六自由度运动平台，六自由度运动平台的顶部固定有实验舱。本发明能够根据实验的要求，成功地模仿船舶在海洋中的运动情况。本发明的两级复合运动模拟装置，运动范围大，可以模拟1到6级海浪情况下的船舶运动情况。当给定该范围内的一个指标，如指定模拟6级海况下的运动，则控制系统按照6级海况的要求，给出船舶在该海况下的运动轨迹，并通过液压驱动模拟平台按给定的轨迹运动。

Description

船舶运动模拟装置
技术领域
本发明涉及一种模拟装置，特别是一种船舶运动模拟装置。属于机电一体化
技术领域。
背景技术
船舶模拟装置不仅用于各种游乐场所，让乘客体验海上风浪，而且更广泛用于船舶操作方法训练、乘船适应训练、晕船机理与预防药物研究方面。实船在海上航行时，不同吨位和不同结构的设计，不同海况下的运动状况不同。一般情况下，船舶运动可分解为升沉(Heaving)横摇(Rolling)、纵摇(Pitching)、旋转(Yawing)、纵漂(Surging)和横漂(Swaying)运动。
经文献检索发现，中国专利申请号：93202162.X，名称：一种六轴运动模拟器，该专利借助自动控制手段，使工作平台得到三个不同方位与速度和各种仰俯、摇摆、滚翻的旋转角度与速度，可以应用在飞行或航行体的运动模拟系统。使用六自由度平台进行小幅度的运动模拟。中国专利申请号：97111938.4，名称：改进的运动模拟器，该专利用作飞行模拟器，其中俯仰、旋转、偏航轴与受训练人分离开，以当受训练人执行模拟爬升或旋转时感受到身体的不稳定和转动而提供一种更真实的模拟飞行感受。但是由于六自由度运动平台受机构的限制，不可能实现高达5～6米的升降运动，而升降机结构不能实现船舶的纵漂、横漂和旋转运动，并且有占用空间大，工作噪声大等缺点。所以现在仍然没有一个合理有效的装置能够模拟船舶在五、六级大浪的海况下的运动状态。
发明内容
本发明针对背景技术中的上述不足，为了实现船舶在高达六级的海况下的运动模拟，提出了一种新型的船舶运动模拟装置，使其能够模拟1到6级海况下的船舶运动情况，不仅解决了高海况下的高加速度、大落差的问题，而且能够模拟船舶的平面旋转和摇摆运动，从而实现船舶运动的真实模拟；采用液压伺服油缸，控制精度高，占用空间小，机械噪声小。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明由一个六自由度运动平台和一个大的液压油缸(一)串联组合而成，液压油缸(一)在最底部，顶部支撑一个六自由度运动平台，并且提供模拟装置上下运动的位移和加速度，六自由度运动平台的顶部固定着实验舱。
六自由度运动平台由底座、液压油缸(二)、万向节、安装平台组成，六自由度运动平台由六个并联的液压油缸(二)驱动，六个液压油缸(二)通过两端的万向节固定在底座平面和顶部安装平台上，每两个液压油缸(二)相邻为一组，成V形固定在底座上，而每两组成W形安装在顶部的安装平台上，即任意四个相邻液压油缸(二)成W形或M形。
本发明采用六根液压油缸(二)组成三点控制一面的原则对安装平台进行方向、速度、位置控制并与反馈机构组合实现自动控制。提供模拟装置的横摇、纵摇、旋转、纵漂、横漂运动。对于给定的运动轨迹，计算机将之分解为模拟装置质心的升降运动和相对于质心的运动，并分别由串联的大的液压油缸(一)和六自由度运动平台来完成，即由六自由度运动平台提供模拟装置的平面运动和摇摆运动，由液压油缸(一)提供模拟装置的升降运动。
本发明六自由复合运动由国标颁布的标准海浪谱通过计算机编程进行控制，其运动频率、周期、加速度是可调的。根据不同的测试对象和实验内容进行选择，并可以在屏幕上进行显示。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明能够根据实验的要求，成功的模仿船舶在海洋中的运动情况。本发明的两级复合运动模拟装置，运动范围大，可以模拟1到6级海浪情况下的船舶运动情况。当给定该范围内的一个指标，如指定模拟6级海况下的运动，则控制系统按照6级海况的要求，给出船舶在该海况下的运动轨迹，并通过液压驱动模拟平台按给定的轨迹运动。
附图说明
图1本发明结构示意图
具体实施方式
如图1所示，本发明由一个六自由度运动平台1和一个大的液压油缸2串联组合而成，液压油缸2在最底部，顶部支撑一个六自由度运动平台1，六自由度运动平台1的顶部固定有实验舱。
六自由度运动平台1由底座3、液压油缸4、万向节5、安装平台6组成，六个液压油缸4通过两端的万向节5固定在底座3平面和顶部安装平台6上，每两个液压油缸4相邻为一组，成V形固定在底座3上，而每两组成W形安装在顶部的安装平台6上，即任意四个相邻液压油缸4成W形或M形。
当给定要模拟的海况时，计算机根据海浪谱给定一条安装平台6的运动轨迹，然后运用运动反求理论，求出安装平台6在各个时刻的位移和运动加速度。然后，把这些位移和加速度分解到液压油缸2和六自由度运动平台1的六个小的液压油缸4上，通过这些油缸的驱动使六自由度运动平台1的合成运动实现船舶升沉、横摇、纵摇、旋转、纵漂和横漂运动的模拟。

Claims (3)

1.一种船舶运动模拟装置，包括：六自由度运动平台(1)，其特征在于还包括：大的液压油缸(2)，六自由度运动平台(1)和大的液压油缸(2)串联组合而成，大的液压油缸(2)在最底部，顶部支撑一个六自由度运动平台(1)，六自由度运动平台(1)的顶部固定有实验舱。
2.根据权利要求1所述的船舶运动模拟装置，其特征是：六自由度运动平台(1)由底座(3)、液压油缸(4)、万向节(5)、安装平台(6)组成，六个液压油缸(4)通过两端的万向节(5)固定在底座(3)平面和顶部安装平台(6)上，每两个液压油缸(4)相邻为一组，成V形固定在底座(3)上，而每两组成W形设置在顶部的安装平台(6)上，即任意四个相邻液压油缸(4)成W形或M形。
3.根据权利要求1所述的船舶运动模拟装置，其特征是：六自由度运动平台(1)提供模拟装置的平面运动和摇摆运动，大的液压油缸(2)提供模拟装置的升降运动。
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