专利名称：船舶姿态运动试验平台的制作方法
技术领域：
本发明属于姿态运动控制实验装置，本发明涉及物体双重三维旋转运动的设计理 念及实现方法等。
背景技术：
目前常见的旋转运动平台以三维运动为多，也有少量的为结合三维平动的六自由 度运动平台，双三维旋转运动平台经检索目前国内无类似产品或专利。本发明的双三维旋转实验台分为两层，外层平台由绕X，Y，Z轴旋转的框架构成， 由三套液压伺服机构分别驱动，可绕X，Y，Z轴旋转做任意旋转运动，并装有三自由度传感 器。内层平台坐落在外层平台之中，由另外一组绕χ，γ，ζ轴旋转的框架构成，也由三套液压 伺服机构分别驱动，同样可绕X，Y，Z轴旋转做任意旋转运动，并装有三自由度传感器。中心 平台作为内层平台的一部分坐落在内层平台之中。外层平台由一台计算机控制它的运动， 其姿态由传感器通过串行通信传回给计算机，它的运动规律由海浪数学模型给出。内层平 台由另一台计算机来控制它的运动，它的运动方式是通过接受外部命令并将其根据船舶数 学模型转换为船舶的运动数据来实现的。中心平台的姿态信息由三自由度传感器通过串行 通信传给计算机。使用者可任意进行船舶参数以及海况的设置，实现对船舶姿态控制、舰船火炮自 动稳定控制的半实物仿真实验。
发明内容
本发明公开了一种船舶运动控制平台的工作原理及设计方法。本发明的技术解决方案是这样现实的—种船舶姿态运动试验平台，包括环境模型计算机、船舶模型计算机、舵机伺服机 构、船舶运动控制器、三维旋转平台，其特征在于所述的三维旋转平台由三维旋转的外层、 三维旋转的内层组成，由运动锁控制内层、外层锁定或解锁，内外层分别安装三自由度传感 器；环境模型计算机接收键盘命令输入当前的海况，通过计算模拟出外界干扰对船舶姿态 的影响，发出三维旋转命令控制三维旋转的外层用来模拟海况，由三自由度传感器反馈外 层的姿态；船舶运动控制器将根据三自由度传感器反馈船舶(中心平台)的姿态对舵以及 鳍发出相应的控制命令；船舶模型计算机接收船舶运动控制器发出的控制命令，经过计算 得到在当前舵角和鳍角的作用下船所应有的姿态，发出三维旋转命令控制三维旋转的内层 用来模拟船在舵和鳍的作用下产生的运动。所述的三维旋转平台由平台I、连接轴II、平台II、平台IV、连接轴V、平台V、平台 VI (中心平台)、油缸VI、齿条VI、齿轮VI、连接轴VI、油缸V、齿轮V、齿条V、圆形底座、油 缸III、油缸IV、油缸I、齿条IV、齿轮IV、连接轴承II、内层中轴、齿条I、齿轮I、连接轴承 I、外层中轴、齿条III、齿轮III平台III运动锁齿轮II齿条II、油缸II组成，其特征在于 所述的平台I通过外层中轴及连接轴承I安装在圆形底座上，油缸I固装在圆形底座上，驱动齿条I带动齿轮I转动，齿轮I与平台I连接，使得平台I绕外层中轴(Z轴)转动；平台 II通过连接轴II吊装在平台I上，油缸II固装在平台I上，驱动齿条II带动齿轮II转 动，齿轮II与平台II连接，使得平台II绕连接轴II (Y轴)转动；平台III通过连接轴VI 吊装在平台II上，油缸III固装在平台II上，驱动齿条III带动齿轮III转动，齿轮III 与平台III连接，使得平台III绕连接轴VI(X轴)转动；平台IV通过内层中轴及连接轴 承II安装在平台III上，油缸IV固装在平台III上，驱动齿条IV带动齿轮IV转动，齿轮 IV与平台IV连接，使得平台IV绕内层中轴(Z轴)转动；平台V通过连接轴V吊装在平台 IV上，油缸V固装在平台IV，驱动齿条V带动齿轮V转动，齿轮V与平台V连接，使得平台 V绕连接轴V(Y轴)转动；平台VI (中心平台)通过连接轴VI吊装在平台V上，油缸VI固 装在平台V上，驱动齿条VI带动齿轮VI转动，齿轮VI与平台VI (中心平台)连接，使得平 台VI (中心平台)绕连接轴VI (X轴)转动；其特征还在于所述的平台I、平台II、平台III 组为三维旋转的外层，平台IV、平台V、平台VI (中心平台)组为三维旋转的内层，通过运动 锁锁定或解锁。与现有技术相比较，本发明的优点是显而易见的，主要表现在1、使用者可任意进行船舶参数以及海况的设置，进行海况模拟；2、双三维旋转运动平台，还可根据船舶(中心平台)的姿态对舵以及鳍发出相应 的控制命令，再经过船舶模型计算机的计算，得到在当前舵角和鳍角的作用下船所应有的 姿态，控制内层相对于外层的运动，力图保持船舶(中心平台)的稳定。
本发明有附图2幅，其中图1是本发明系统结构示意图；图2是本发明三维旋转平台结构示意图；图2中，1、平台1，2连接轴11，3、平台11，4、平台IV，5、连接轴V，6、平台V，7、平 台VI (中心平台)，8、油缸VI，9、齿条VI，10、齿轮VII，11、连接轴VI，12、油缸V，13齿轮V， 14、齿条V，15、圆形底座，16、油缸III，17、油缸IV，18、油缸1，19、齿条IV，20、齿轮IV，21、 连接轴承II，22、内层中轴，23、动齿条I，24、第齿轮I，25、连接轴承I，26、外层中轴，27、齿 条111，28、齿轮111，29、平台111，30、运动锁，31齿轮11，32齿条11，33、油缸II。
具体实施例方式下面结合附图对本发明专利作进一步的说明。如附图1所示，一种船舶姿态运动试验平台，由三维旋转平台、海况模拟计算机、 运动控制器、模型计算机、舵机及减摇鳍伺服机构五部分构成。三维旋转平台分为两层，即 三维旋转的外层以及三维旋转的内层，内层相对于外层运动，中心平台装在内层中心。内外 两层分别由各自的计算机控制。外层用来模拟海况，其计算机称为环境模型计算机，内层用 来模拟船在舵和鳍的作用下产生的运动，其计算机称为船舶模型计算机。当船舶模型计算 机不工作而环境模型计算机单独工作时，内外两层间锁定，中心平台受环境模型计算机控 制，模拟船舶在风浪作用下无控制作用时的姿态变化。当船舶模型计算机开启后，内外两层 间解锁，运动控制器将根据船舶(中心平台)的姿态对舵以及鳍发出相应的控制命令，再经
4过船舶模型计算机的计算，得到在当前舵角和鳍角的作用下船所应有的姿态，控制内层相 对于外层的运动，力图保持船舶(中心平台)的稳定。另外，环境计算机可以通过键盘命令 输入当前的海况，通过计算模拟出外界干扰对船舶姿态的影响。最终得到在内、外力的的共 同作用下，船舶应有的姿态。利用本发明，使用者可任意进行船舶参数以及海况的设置，可 实现对船舶姿态控制、舰船火炮自动稳定控制的半实物仿真实验。
如附图2所示，姿态控制实验平台由6层平台组合构成，第一、二、三层平台称为外 层平台，基准为大地，外层平台由绕X，Y，Z轴旋转的框架构成，可绕X，Y，Z轴旋转做任意旋 转运动，并装有三自由度传感器；第四、五、六层称为内层平台，坐落在外层平台之中，由另 外一组绕X，Y，Z轴旋转的框架构成，同样可绕X，Y，Z轴旋转做任意旋转运动，并装有三自 由度传感器，不过基准建立在外层平台上。各层之间通过轴承连接。六层平台的运动都为 液压驱动，工作时由各固定在下一层的油缸分别驱动各层的运动齿条运动，由于各层的齿 轮是固定在各层平台上的，当齿条平移运动时就带动与之啮合的齿轮围绕着本层的连接轴 心旋转，这样就使得各层平台也产生相应的旋转运动。
权利要求
1.一种船舶姿态运动试验平台，包括环境模型计算机、船舶模型计算机、舵机伺服机 构、船舶运动控制器、三维旋转平台，其特征在于所述的三维旋转平台由三维旋转的外层、 三维旋转的内层组成，由运动锁控制内层、外层锁定或解锁，内外层分别安装三自由度传感 器；环境模型计算机接收键盘命令输入当前的海况，通过计算模拟出外界干扰对船舶姿态 的影响，发出三维旋转命令控制三维旋转的外层用来模拟海况，由三自由度传感器反馈外 层的姿态；船舶运动控制器将根据三自由度传感器反馈船舶(中心平台)的姿态对舵以及 鳍发出相应的控制命令；船舶模型计算机接收船舶运动控制器发出的控制命令，经过计算 得到在当前舵角和鳍角的作用下船所应有的姿态，发出三维旋转命令控制三维旋转的内层 用来模拟船在舵和鳍的作用下产生的运动。
2.根据权利要求1所述的船舶姿态运动试验平台，其特征在于所述的三维旋转平台由 平台1(1)、连接轴II O)、平台II (3)、平台IW4)、连接轴V(5)、平台V(6)、平台VI(中心平 台)(7)、油缸VI (8)、齿条VI (9)、齿轮VI (10)、连接轴VI (11)、油缸V(12)、齿轮V(13)、齿条 V(14)、圆形底座(15)、油缸 III (16)、油缸 IV(17)、油缸 I (18)、齿条 IV(19)、齿轮 IV(20)、 连接轴承II (21)、内层中轴(22)、齿条I (23)、齿轮I (24)、连接轴承I (25)、外层中轴(26)、 齿条III (27)、齿轮III 08)平台III 09)运动锁(30)齿轮11(31)齿条II (32)、油缸 11(33)组成，其特征在于所述的平台I(I)通过外层中轴06)及连接轴承I 05)安装在圆 形底座(1 上，油缸I (18)固装在圆形底座(1 上，驱动齿条1 带动齿轮I 04)转 动，齿轮I 04)与平台I(I)连接，使得平台I(I)绕外层中轴(26) (Z轴)转动；平台11(3) 通过连接轴II O)吊装在平台I(I)上，油缸II (33)固装在平台I(I)上，驱动齿条11(32) 带动齿轮II (31)转动，齿轮II (31)与平台11(3)连接，使得平台11(3)绕连接轴II (2) (Y 轴)转动；平台III 09)通过连接轴VI (11)吊装在平台11(3)上，油缸III (16)固装在平 台II (3)上，驱动齿条III (27)带动齿轮III (28)转动，齿轮III (28)与平台III (29)连接， 使得平台III 09)绕连接轴VI (11) (X轴)转动；平台IV(4)通过内层中轴02)及连接轴 承II 安装在平台111(29)上，油缸IV(17)固装在平台111(29)上，驱动齿条IV(19) 带动齿轮IV^))转动，齿轮IV00)与平台IV(4)连接，使得平台IV(4)绕内层中轴(22) (Z 轴)转动；平台V (6)通过连接轴V (5)吊装在平台IV (4)上，油缸V (12)固装在平台IV 0)， 驱动齿条V(14)带动齿轮V(13)转动，齿轮V(13)与平台V(6)连接，使得平台V(6)绕连接 轴V(5) (Y轴)转动；平台VI (中心平台)(7)通过连接轴VI (11)吊装在平台V(6)上，油 缸VI (8)固装在平台V(6)上，驱动齿条VI (9)带动齿轮VI (10)转动，齿轮VI (10)与平台 VI (中心平台)(7)连接，使得平台VI (中心平台)(7)绕连接轴VI (11) (X轴)转动；其特 征还在于所述的平台1(1)、平台II (3)、平台111(29)组为三维旋转的外层，平台IV0)、平 台V(6)、平台VI (中心平台)(7)组为三维旋转的内层，通过运动锁(30)锁定或解锁。
全文摘要
本发明公开了一种船舶姿态运动试验平台，三维旋转平台由三维旋转的外层、三维旋转的内层组成，由运动锁控制内层、外层锁定或解锁，内外层分别安装三自由度传感器；环境模型计算机接收键盘命令输入当前的海况，通过计算模拟出外界干扰对船舶姿态的影响，发出命令控制外层用来模拟海况，传感器反馈外层的姿态；船舶运动控制器将根据传感器反馈船舶(中心平台)的姿态，对舵以及鳍发出相应的控制命令；船舶模型计算机接收该命令，计算得到在当前舵角和鳍角的作用下船所应有的姿态，发出命令控制内层用来模拟船在舵和鳍的作用下产生的运动。本发明可任意进行船舶参数以及海况的设置，实现对船舶姿态控制、舰船火炮自动稳定控制的半实物仿真试验。
文档编号G05B17/02GK102081357SQ20101058178
公开日2011年6月1日 申请日期2010年12月9日 优先权日2010年12月9日
发明者杨承恩, 王世永 申请人:大连新泰机械设备有限公司, 大连海事大学