一种用于海上人员或货物转运的耦合约束补偿式接送桥的制作方法

本发明属于海洋工程装备领域，特别涉及一种串并混联机构，特别是一种用于海上转运的接送桥。

背景技术：

《中国制造“2025”》提出大力发展深海探测、资源开发利用、海上作业保障装备及其关键系统和专用设备等，以满足经济社会发展和国防建设对重大技术装备的需求。随着我国海洋经济发展，各种海上吊装作业、搜救船，以及海警船等数量越来越多。舰船在海风、海浪及海流等海洋环境扰动的作用下，会产生多维的摇荡运动，如横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡等。其中，横摇、纵摇和垂荡运动对舰船装备的影响最大。这种运动给风电塔故障的及时抢修、补给船人员或货物的安全转运等多方面带来了严重影响。特别是在浪高涌大、海况恶劣时，海上作业很难进行。现有的海上接送或转运装置存在升沉补偿有限、机构整体刚度低、承载能力有限等问题。因此，研发具有升沉补偿大、机构刚度大的海上人员或货物转运的补偿式接送桥具有重要意义。

公开号为102548838 B的中国专利提出了一种长度可变的船舷梯，可在下降的装载及卸载位置与升高的堆装位置之间枢转。此舷梯会随着船的运动而运动，不具有稳定功能。公开号为CN 104290872 A的中国专利提出的一种海洋平台舷梯，是固定于海洋平台上的设备。公开号为CN 105408199 A的中国专利提出的用于提供对铰接式舷梯的主动运动补偿控制的设备和方法，可主动补偿船舶之间或船舶与固定设施之间的距离和方位，但是不能补偿船的横摇和纵摇运动。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种刚度大、补偿行程大、结构紧凑、承载能力强及占地面积小的用于海上人员或货物转运的耦合约束补偿式接送桥。

本发明的技术方案如下：

本发明包括耦合约束三自由度并联稳定平台和四自由度桥臂两部分，其中耦合约束三自由度并联稳定平台的底部固定在船体的甲板上，其上端通过第一转动副与四自由度桥臂连接；

所述四自由度桥臂包括带有回转驱动的转运平台、两个共轴的第三转动副、两个第二直线驱动单元、第一桥臂、第三移动副、第三直线驱动单元、第二桥臂、第四移动副、第四直线驱动单元、第三桥臂、第二球铰和第二球铰支撑座；其中第一桥臂一端的下部通过两个共轴的第三转动副与转运平台连接，第二直线驱动单元的两端分别通过球铰与转运平台和上述第一桥臂一端的上部连接；第二桥臂通过第三移动副与第一桥臂连接，第三直线驱动单元的缸筒的一端与第一桥臂的底部固连，该第三直线驱动单元的伸缩杆端部通过球铰与上述第二桥臂的底部连接；第三桥臂通过第四移动副与第二桥臂连接，第四直线驱动单元的缸筒的一端与上述第二桥臂的底部固连，该第四直线驱动单元的伸缩杆端部通过球铰与第三桥臂的底部连接；第三桥臂自由端的端部设有摄像机和测距仪，通过摄像机和测距仪可以方便人员操控四自由度桥臂与目标平台对接；第二球铰支撑座通过第二球铰与第三桥臂的底部连接；带有回转驱动的转运平台底部通过第一转动副与耦合约束三自由度并联稳定平台连接；

所述耦合约束三自由度并联稳定平台采用两种布置方式：

第一种布置方式：耦合约束三自由度并联稳定平台包括安装座、组合式六棱框、六个平行的第一移动副、三个长滑块、三个平行的第二移动副、三个两两一组的同轴第二转动副、三个支撑框、三个第一球铰、连接平台、三个两端带有球铰的第一直线驱动单元和三个蓄能器，其中安装座是一个带有底盘的空心六棱柱，其底盘的面积大于空心六棱柱底部的面积，该底盘与船体甲板固连，组合式六棱框的底部与安装座的底盘固连；三个长滑块结构完全相同，均布在组合式六棱框内，所述长滑块为空心结构，每个长滑块通过两个平行的第一移动副与组合式六棱框的内壁连接，相邻的长滑块之间依次通过第二移动副耦合连接；第一直线驱动单元的伸缩杆端部通过球铰与长滑块的伸出端端部连接，该第一直线驱动单元的缸筒的端部通过球铰与底座的空心六棱柱的顶部连接，三个蓄能器均布地设在底座的空心六棱柱内；支撑框为三角形，支撑框下部的两端分别通过第二转动副与长滑块伸出端端部相连，上述两个转动副共轴；该支撑框的上端通过第一球铰与连接平台连接；上述六个第一移动副方向相互平行且都垂直于安装座平面，三个第二移动副方向相互平行且垂直于安装座平面，三个两两一组的同轴第二转动副轴线方向垂直于第一、第二移动副方向。

第二种布置方式：耦合约束三自由度并联稳定平台倒置安装在船体甲板上，其内部组成和连接方式与第一种布置方式相同；该布置方式不同之处在于：耦合约束三自由度并联稳定平台通过连接平台与船体的甲板固连，带有回转驱动的转运平台底部通过第一转动副与耦合约束三自由度并联稳定平台的安装座的底盘相连，且第一转动副的轴线垂直于该安装座底盘的平面。

所述第一移动副和第二移动副采用三种方式：

第一种方式：第一、第二移动副为组合式燕尾形导轨副，该导轨副包括一个凸形燕尾导轨和一个等长的组合式凹形燕尾槽，其中组合式凹形燕尾槽包括一个滑动底板和两个直角梯形截面的长滑条，两个长滑条的斜腰对称朝内设在滑动底板上，三者相互连接就构成一个组合式凹形燕尾槽；在凸形燕尾导轨和组合式凹形燕尾槽相接触的三个面设有三个减磨条；凸形燕尾导轨和组合式凹形燕尾槽分别设在上述第一、第二移动副所在位置的长滑块棱边和组合式六棱框的棱边，两导轨相配合运动构成了第一、第二移动副。

第二种实现方式：第一、第二移动副为双导轨滑块导轨副；该双导轨滑块导轨副包括两个平行的导轨和两个平行的滑块，两条导轨分别设在上述第一、第二移动副所在位置的长滑块棱边和组合式六棱框的棱边，其中一个滑块固连在一条导轨的上端，另一个滑块固连在另一条导轨的下端，导轨与滑块相配合运动就构成了第一、第二移动副。

第三种实现方式：第一移动副为组合滚压式导轨副；该组合滚压式导轨副包括三个滚轮和两个长压板，两条相互平行的压板分别设在第一移动副所在位置的长滑块的棱边和组合式六棱框的棱边，其中两个滚轮设在上述组合式六棱框棱边的长压板上方的安装槽内，另一个滚轮设在另一个长压板下方的安装槽内，运动过程中滚轮始终沿长压板伸长方向滚动，滚轮与长压板相互配合运动就构成了第一移动副。

四自由度桥臂可实现绕第一转动副轴线的转动、第一桥臂的起吊和吊落以及第二、第三桥臂的伸缩运动。耦合约束三自由度并联稳定平台具有两个转动自由度和一个移动自由度，可补偿船的横摇、纵摇及垂荡运动；耦合约束三自由度并联稳定平台所具有的大行程耦合约束移动副不仅能够补偿船体的垂荡运动，还解决了由于大行程所导致的刚度降低的问题。这样就使四自由度桥臂能够架在本船和目标平台的之间并保持相对稳定，实现了海上人员或货物的安全转运。

本发明与现有的相关技术相比具有如下特点：

1、耦合约束三自由度并联稳定平台的三个长滑块，除了与组合式六棱框通过六个平行的第一移动副相连外，相邻的长滑块间也通过第二移动副耦合连接，这极大地提高了耦合约束三自由度并联稳定平台的整体刚度。

2、第一、第二移动副所采用的四种实现方式，从实际角度出发减少导轨副的接触面积，这大大降低了大行程耦合约束所带来的加工和装配难度，提高了方案的可行性。

附图说明

图1为本发明实施例1的立体示意简图；

图2为图1的四自由度桥臂示意简图；

图3为图1的耦合约束三自由度并联稳定平台示意简图；

图4为图3的剖视图；

图5为图3的俯视图；

图6为图5的组合式燕尾形导轨副示意简图；

图7为图6的剖视图；

图8为本发明实施例2的耦合约束三自由度并联稳定平台俯视图；

图9为图8的双导轨滑块导轨副示意简图；

图10为本发明实施例3的耦合约束三自由度并联稳定平台俯视图；

图11为图10的组合滚压式导轨副剖视图；

图12为本发明实施例4的立体示意简图。

图中：1.耦合约束三自由度并联稳定平台、1-1.安装座、1-2.组合式六棱框、1-3.第一移动副、1-3-1.组合式凹形燕尾槽、1-3-2.凸形燕尾导轨、1-3-1-1.滑动底板、1-3-1-2.长滑条、1-3-1-3.减滑条、1-4.长滑块、1-5.第二移动副、1-6.第二转动副、1-7.支撑框、1-8.第一球铰、1-9.连接平台、1-10.第一直线驱动单元、1-11.蓄能器、1-12.双导轨滑块导轨副、1-12-1.滑块、1-12-2.导轨、1-13.组合滚压式导轨副、1-13-1.圆柱滚轮、1-13-2.长压板、2.四自由度桥臂、2-1.转运平台、2-2.第三转动副、2-3.第一桥臂、2-4.第三直线驱动单元、2-5.第二桥臂、2-6.第四直线驱动单元、2-7.第三桥臂、2-8.第二球铰支撑座、2-9.第二球铰、2-10.第四移动副、2-11.第三移动副、2-12.第二直线驱动单元、2-13.摄像机和测距仪、3.第一转动副、4.甲板。

具体实施方式

实施例1

在图1所示的用于海上人员或货物转运的耦合约束补偿式接送桥示意图中，耦合约束三自由度并联稳定平台1的底部固定在船体的甲板4上，其上端通过第一转动副3与四自由度桥臂2连接；

如图2所示，四自由度桥臂中第一桥臂2-3的一端的下部通过两个共轴的第三转动副2-2与转运平台2-1连接，第二直线驱动单元2-12的两端分别通过球铰与转运平台和上述第一桥臂一端的上部连接；第二桥臂2-5通过第三移动副2-11与第一桥臂连接，第三直线驱动单元2-4的缸筒的一端与第一桥臂的底部固连，该第三直线驱动单元的伸缩杆端部通过球铰与第二桥臂的底部连接；第三桥臂2-7通过第四移动副2-10与第二桥臂连接，第四直线驱动单元2-6的缸筒的一端与第二桥臂的底部固连，该第四直线驱动单元的伸缩杆端部通过球铰与第三桥臂底部连接，第三桥臂自由端的端部设有摄像机和测距仪2-13，通过摄像机和测距仪可以方便人员操控四自由度桥臂与目标平台对接，第二球铰支撑座2-8通过第二球铰2-9与第三桥臂的底部连接；带有回转驱动的转运平台底部通过第一转动副与耦合约束三自由度并联稳定平台的连接平台1-9连接，且第一转动副的轴线垂直于该连接平台平面；

如图3、图4和图5所示，所述耦合约束三自由度并联稳定平台中的安装座1-1是一个带有底盘的空心六棱柱，其底盘的面积大于空心六棱柱底部的面积，该底盘与船体甲板固连，组合式六棱框1-2的底部与安装座的底盘固连；三个长滑块1-4结构完全相同，均布在组合式六棱框内，所述长滑块为空心结构，每个长滑块通过两个平行的第一移动副1-3与组合式六棱框的内壁连接，相邻的长滑块之间依次通过第二移动副1-5耦合连接；第一直线驱动单元1-10的伸缩杆端部通过球铰与长滑块的伸出端端部连接，该第一直线驱动单元的缸筒的端部通过球铰与底座的空心六棱柱的顶部连接，三个蓄能器1-11均布地设在底座的空心六棱柱内；支撑框为三角形1-7，支撑框下部的两端分别通过第二转动副1-6与长滑块伸出端端部相连，上述两个转动副共轴；该支撑框的上端通过第一球铰1-8与连接平台1-9连接；上述六个第一移动副方向相互平行且都垂直于安装座平面，三个第二移动副方向相互平行且垂直于安装座平面，三个两两一组的同轴第二转动副轴线方向垂直于第一、第二移动副方向；

如图6和图7所示，所述第一、第二移动副为组合式燕尾形导轨副，该导轨副由一个凸形燕尾导轨1-3-2和一个等长的组合式凹形燕尾槽1-3-1组成，其中组合式凹形燕尾槽包括一个滑动底板1-3-1-1、两个直角梯形截面的长滑条1-3-1-2和三个减磨条组成1-3-1-3，两个长滑条的斜边对称朝内安装在滑动底板上，三者相互连接就构成一个组合式凹形燕尾槽，在凸形燕尾导轨和组合式凹形燕尾槽相接触的三个面设有三个减磨条；凸形燕尾导轨和组合式凹形燕尾槽分别设在上述第一、第二移动副所在位置的长滑块棱边和组合式六棱框的棱边，且导轨移动方向与第一、第二移动副方向相同，两导轨相配合运动构成了第一、第二移动副。

实施例2

如图8所示，三个长滑块1-4伸出端顶部各设有三个两两一组的共轴第二转动副1-6的基座，六个第一移动副为双导轨滑块导轨副1-12，该双导轨滑块导轨副相互平行且都垂直于安装座1-1的平面，三个第二移动副1-12为双导轨滑块导轨副，该双导轨滑块导轨副相互平行且都垂直于安装座的圆盘的平面，两两一组的共轴的第二转动副的轴线方向垂直于第一、第二移动副的移动方向，且三个两两一组的第二转动副的轴线呈三角形布置。

如图9所示，第一、第二移动副为双导轨滑块导轨副1-12；该双导轨滑块导轨副包括两个平行的导轨1-12-2和两个滑块1-12-1，两条导轨分别设在上述第一、第二移动副所在位置的长滑块棱边和组合式六棱框的棱边，其中一个滑块固连在一条导轨的上端，另一个滑块固连在另一条导轨的下端，且导轨和滑块的延伸方向都与第一、第二移动副方向相同，导轨与滑块相配合运动就构成了第一、第二移动副。

其它部件和连接方式与实施例1相同。

实施例3

如图10所示，三个长滑块1-4伸出端顶部各设有三个两两一组的共轴第二转动副1-6的基座，六个第一移动副为组合滚压式导轨副1-13相互平行且都垂直于安装座1-1的平面，三个第二移动副为双导轨滑块导轨副1-12，该双导轨滑块导轨副相互平行且都垂直于安装座1-1的平面，两两一组的共轴的第二转动副的轴线方向垂直于第一、第二移动副的移动方向，且三个两两一组的第二转动副的轴线呈三角形布置。

如图11所示，第一移动副为组合滚压式导轨副1-13；该组合滚压式导轨副包括三个圆柱滚轮1-13-1和两个长压板1-13-2，两条相互平行的压板分别设在上述第一移动副所在位置的长滑块的棱边和组合式六棱框的棱边，其中两个滚轮设在上述组合式六棱框棱边的长压板上方的两个安装槽内，另一个滚轮设在另一个长压板下方的安装槽内，运动过程中滚轮始终沿长压板伸长方向滚动，滚轮与长压板相互配合运动就构成了第一移动副。

其它部件和连接方式与实施例2相同。

实施例4

如图12所示，耦合约束三自由度并联稳定平台通过连接平台1-9与船体的甲板固连，带有回转驱动的转运平台2-1底部通过第一转动副3与耦合约束三自由度并联稳定平台的安装座的底盘相连，且第一转动副的轴线垂直于该安装座底盘的平面；

其它部件和连接方式与实施例1相同。