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专利号: 2021104010360
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-01-15
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种六自由度海上波浪补偿多用途艇,其特征在于:包括航行艇体、甲板和六自由度电动波浪补偿系统;

所述航行艇体为进行水面航行部分;所述甲板为需要进行波浪补偿的整体;所述六自由度电动波浪补偿系统为航行艇体和甲板的连接部分,包括执行件、下平台、波浪补偿平台一、波浪补偿平台二和上甲板,其中波浪补偿平台一和波浪补偿平台二皆关于艇的纵向中心轴对称;

所述执行件包括竖直缸、水平缸、斜缸和辅助承载缸,其中竖直缸补偿横摇、纵摇和升沉,水平缸补偿横荡和纵荡,斜缸补偿艏摇,辅助承载缸起辅助承载作用;所述竖直缸下端固定于下平台,上端固定于波浪补偿平台一;所述水平缸下端水平固定于波浪补偿平台二,上端通过滑轨与上甲板的下平面联接;所述斜缸下端固定于下平台,上端通过滑轨与波浪补偿平台二的下平面联接;所述辅助承载缸的上下端分别竖直固定在下平台和上甲板下平面;

每个执行件上都安装有线位移传感器,用来测量执行件的伸缩运动的位移量,两个斜缸的下端联接处安装角度传感器,用来测量斜缸的角度变化,在下平台的重心位置安装有姿态传感器,姿态传感器通过信号线联接运动控制器,姿态传感器用于检测航行艇体的横摇、纵摇、升沉、横荡、纵荡和艏摇值,并将检测值输入运动控制器中,波浪补偿平台一安装有xy轴转动角度传感器,波浪补偿平台二安装有z轴转动角度传感器,上甲板安装有xy轴移动位移传感器,皆作为控制系统闭环控制信号的检测输入。

2.根据权利要求1所述的六自由度海上波浪补偿多用途艇,其特征在于:所述竖直缸的数量为3个,包括第一竖直缸、第二竖直缸和第三竖直缸,三根竖直缸沿圆周两两夹角120°布置,且第一竖直缸布置位置位于航向艇体的中心轴线上,三根竖直缸与下平台固定联接,与波浪补偿平台一通过虎克铰联接;

所述斜缸的数量为2个,包括第一斜缸和第二斜缸,三根斜缸与下平台面夹角呈45°,两根斜缸在下平台面的布置位置与下平台面的圆心呈对称分布,且与下平台通过销轴联接,两根斜缸上端为球铰,球铰与波浪补偿平台二通过滑轨联接,滑轨布置位置位于航行艇体的中心轴线上;

波浪补偿平台一、波浪补偿平台二的中心均开有通孔,其中,波浪补偿平台一的通孔外围有凹槽,凹槽内装有轴承,波浪补偿平台二安装进该凹槽内,并能够沿圆周转动;

所述水平缸的数量为4个,包括第一水平缸、第二水平缸、第三水平缸和第四水平缸,四根水平缸沿圆周分布,相互夹角呈90度沿水平布置,且各水平缸的伸缩缸皆指向圆心,伸缩缸的末端设置有滑轨座,与上甲板下平面设置的滑轨分别连接;

所述辅助承载缸的数量为1个,其下端为球铰,联接于下平台的圆心位置,上端也为球铰,通过波浪补偿平台一和波浪补偿平台二的通孔与上甲板的下平面进行联接。

3.根据权利要求1所述的六自由度海上波浪补偿多用途艇,其特征在于:所述六自由度电动波浪补偿系统的执行件外部包裹有柔性防水罩。

4.根据权利要求1所述的六自由度海上波浪补偿多用途艇,其特征在于:所述航行艇体和甲板之间留有供六自由度电动波浪补偿系统工作的空隙,采用柔性防水材料填补该空隙,使其与航行艇体、甲板联接。

5.根据权利要求1所述的六自由度海上波浪补偿多用途艇,其特征在于:所述执行件为电动缸,在电动缸与航行艇体和甲板安装联接的局部区域进行结构加强。

6.根据权利要求1所述的六自由度海上波浪补偿多用途艇,其特征在于:所述航行艇体的上平面和六自由度电动波浪补偿系统的下平台面之间具有倾斜角度,所述倾斜角度采用前高后低或者中间高两边低的形式。

7.根据权利要求1所述的六自由度海上波浪补偿多用途艇,其特征在于:所述航行艇体在艇身外围吃水线附近设有防侧翻翼,所述防侧翻翼根据船舶稳定性计算,采用连续式布置或者分段式布置在艇身外围。

8.一种基于如权利要求1‑7任一所述六自由度海上波浪补偿多用途艇的波浪补偿方法,其特征在于,通过姿态传感器测量船体的横摇、纵摇、升沉、横荡、纵荡和艏摇的运动姿态值,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、升沉、横荡、纵荡和艏摇的补偿值,根据补偿值控制各伺服电动缸动作,实现上甲板的六自由度补偿,具体包括如下内容:

通过姿态传感器测量船体的横摇、纵摇、升沉、横荡、纵荡和艏摇的运动姿态值a1、a2、a3、a4、a5、a6;

当a2=a3=a4=a5=a6=0,且a1≠0,有横摇运动时,运动控制器控制竖直缸动作,其他缸不动作;当a1=a3=a4=a5=a6=0,且a2≠0,有纵摇运动时,运动控制器控制竖直缸主要动作,两根斜缸辅助动作;当a1=a2=a4=a5=a6=0,且a3≠0,有升沉运动时,控制器控制竖直缸主要动作,斜缸和辅助承载缸辅助动作;当a1=a2=a3=a5=a6=0,且a4≠0,有横荡动作时,控制器控制垂直于船体轴线布置的水平缸主要动作,辅助承载缸辅助动作;

当a1=a2=a3=a4=a6=0,且a5≠0,有纵荡动作时,控制器控制沿船体轴线布置的水平缸主要动作,辅助承载缸辅助动作;当a1=a2=a3=a4=a5=0,且a6≠0,有艏摇运动时,控制器控制斜缸主要动作,其他缸不动作。

9.根据权利要求8所述的波浪补偿方法,其特征在于,向左横荡时,位于左侧的水平缸伸长姿态传感器测量的向左横荡值,位于右侧的水平缸缩短姿态传感器测量的向左横荡值;向右横荡时,位于左侧的水平缸缩短姿态传感器测量的向左横荡值,位于右侧的水平缸伸长姿态传感器测量的向左横荡值;向前纵荡时,位于前端的水平缸伸长姿态传感器测量的向前纵荡值,位于后端的水平缸缩短姿态传感器测量的向前纵荡值;向后纵荡时,位于前端水平缸缩短姿态传感器测量的向后纵荡值,位于后端的水平缸伸长姿态传感器测量的向后纵荡值。

10.根据权利要求8所述的波浪补偿方法,其特征在于,针对艏摇运动,包括如下内容:假设初始斜缸长L0,与下平台面夹角α,工作斜缸长L1,与下平台面夹角β,且艏摇角为θ,艏摇转动中心距离初始斜缸上端滑轨座的距离为S,斜缸上端滑轨座距离下平台面的垂直距离为h;

无横摇无纵摇无升沉时,L1=(Stanθtanα+h)/tanαcosβ,L0=h/sinα,斜缸伸缩量L=L1‑L0;

有横摇无纵摇无升沉时,假设横摇角为 L0=h/sinα,斜缸伸缩量L=L1‑L0;

有纵摇无横摇无升沉时,假设纵摇角为γ,L1=(Stanθtanα+Stanγ+h)/tanαcosβ,L0=(h+Stanγ)/sinα,斜缸伸缩量L=L1‑L0;

有升沉无横摇无纵摇时,假设升沉高度为h1,L1=(Stanθtanα+h+h1)/tanαcosβ,L0=(h+h1)/sinα,斜缸伸缩量L=L1‑L0。