一种登乘栈桥的主动波浪补偿装置及其补偿参数确定方法与流程

本发明属于船舶装备控制，具体涉及一种用于登乘栈桥的主动波浪补偿装置的补偿参数确定方法。

背景技术：

1、随着对海洋的全方位开发利用，海洋工程装备成为了世界船舶行业的新的竞争领域和方向，登乘栈桥作为海上人员换乘必不可少的配套装备，广泛应用于深海油气勘探、海上风电塔维护等领域。

2、由于海上环境不同于陆地，海上船舶受到风、浪、流的影响，会发生横摇、纵摇和升沉等复杂运动，这会使得登乘栈桥在船舶的带动下随着船舶一起发生运动，造成栈桥与登靠物发生碰撞，对海上的安全工作构成很大的隐患。

3、主动波浪补偿是指对船舶的摇晃运动进行的主动维稳校正补偿，测量出船舶运动的姿态参数变化以及栈桥的关节变化参数，并基于参数调整栈桥的各个运动关节，从而实现登乘栈桥的主动波浪补偿，保证海上人员换乘的安全，而现有主动波浪补偿装置的补偿参数存在无法精准确认。

技术实现思路

1、本发明其目的就在于提供一种登乘栈桥的主动波浪补偿装置及其补偿参数确定方法，以解决上述背景技术中的问题。

2、为实现上述目的而采取的技术方案是，一种登乘栈桥的主动波浪补偿装置，包括登乘栈桥、船舶，所述登乘栈桥包括栈桥和栈桥主体，所述栈桥上设有伸缩补偿油缸，栈桥主体上设有橫摇补偿油缸，栈桥和栈桥主体之间设有俯仰补偿油缸，所述伸缩补偿油缸上设有伸缩位移传感器，橫摇补偿油缸上设有橫摇位移传感器，俯仰补偿油缸上设有俯仰位移传感器，所述栈桥主体与船舶连接处的基座上设有船舶姿态传感器，所述船舶姿态传感器、伸缩位移传感器、橫摇位移传感器、俯仰位移传感器均与控制器连接。

3、进一步，所述船舶姿态传感器位于基座上，用于实时感知船舶的姿态，为控制器提供船舶姿态参数，所述船舶姿态参数包括船舶的横摇角度、横摇角速度、纵摇角度、纵摇角速度以及升沉高度和升沉速度。

4、进一步，所述伸缩位移传感器、橫摇位移传感器、俯仰位移传感器分别位于俯仰补偿油缸、伸缩补偿油缸以及横摇补偿油缸上，用于实时感知各补偿油缸伸缩单元的伸缩量，从而获取伸缩长度参数。

5、进一步，所述控制器分别与船舶姿态传感器、伸缩位移传感器、橫摇位移传感器、俯仰位移传感器电性连接，用于获取船舶姿态参数和各补偿油缸伸缩单元的伸缩量；所述控制器配置为获取所述栈桥主体与船舶连接处的基座中心点为第一坐标、栈桥末端位置为第二坐标，基于第一坐标、第二坐标以及船舶姿态参数和各补偿油缸伸缩单元的伸缩量，确定所述登乘栈桥的横摇补偿参数、纵摇补偿参数、升沉补偿参数，所述补偿参数包括各补偿油缸伸缩单元的伸缩位移调整量。

6、进一步，所述控制器内包括有姿态反解模块、横摇关节补偿器、俯仰关节补偿器、伸缩关节补偿器；所述姿态反解模块与船舶姿态传感器电性连接，将船舶姿态参数转换为数字信号；所述横摇关节补偿器与横摇位移传感器电性连接，所述俯仰关节补偿器与俯仰位移传感器电性连接，所述伸缩关节补偿器与伸缩位移传感器电性连接，分别将各补偿油缸伸缩单元的伸缩量转化为数字信号进行处理。

7、一种登乘栈桥的主动波浪补偿装置的补偿参数确定方法，该方法包括：

8、(1)横摇补偿参数的横摇补偿油缸的行程l3的确定：所述横摇补偿油缸的行程l3采用以下公式确定：

9、

10、其中，l1是栈桥主体与固定基座铰接点与横摇补偿油缸一端固定点之间的距离，单位为m；l2是栈桥主体与固定基座铰接点与横摇补偿油缸和登乘栈桥连接处之间的距离，单位为m；l3是横摇补偿油缸的行程，单位为m；α是l1与l2之间的夹角，单位为度；θ是l1与船舶甲板之间的夹角，单位为度；γ为船舶甲板绕艏艉线与水平面的夹角，右舷下降为正，单位为度；β是l2与船舶甲板之间的夹角，单位为度；

11、(2)纵摇补偿参数、升沉补偿参数的俯仰补偿油缸的行程l7和伸缩补偿油缸的行程l9的确定：所述俯仰补偿油缸的行程l7和伸缩补偿油缸的行程l9确定方法如下：

12、首先，令纵摇角和升沉均为0，以船舶姿态传感器安装点o为原点，船头方向为x轴正方向，垂直水面向上为y轴正方向，建立坐标系；以登乘梯保持水平时的登乘点t为稳定目标点，则t点的坐标为:

13、(tx,ty)＝(l4,l5+l6)

14、其中，l4为船头与船舶姿态传感器安装点之间的距离；l5为俯仰补偿油缸下端连接点与船舶姿态传感器安装点之间的距离，l6为俯仰补偿油缸下端连接点至栈桥和栈桥主体铰接的铰链连接点之间的距离。

15、在升沉运动和纵摇运动的复合作用下，船舶姿态传感器安装点运动到o′点，上端俯仰铰链连接点运动至b′点，则b′坐标为：

16、(bx′,by′)＝(ox′,oy′)+(-(l5+l6)sinθ,(l5+l6)cosθ)

17、＝(l4(1-cosθ)-(l5+l6)sinθ,h+(l5+l6)cosθ)

18、其中，θ为艏艉线与水平面的夹角，即纵摇角，艏部抬高为正，h为船舶姿态传感器测得的安装点的升沉。

19、此时可计算得到俯仰补偿油缸的行程l7和伸缩补偿油缸的行程l9：

20、

21、其中，γ为伸缩舷梯发生运动后与x轴形成的夹角，

22、γ＝arctan((b′x-tx)/(b′y-ty))。

23、进一步，在运动补偿时，通过改变所述俯仰补偿油缸的行程l7来调整登乘梯的姿态，通过改变所述伸缩补偿油缸的行程l9来调整登乘梯的长度，以确保登乘点t的稳定。

24、有益效果

25、与现有技术相比本发明具有以下优点。

26、本发明将所述船舶姿态传感器设置在登乘栈桥与船舶连接处的基座上，用来检测船舶姿态变化参数；三个位移传感器分别设置在俯仰补偿油缸、横摇补偿油缸和伸缩补偿油缸上，用来检测各油缸行程变化；控制器用于获取船舶的姿态参数和各补偿油缸伸缩单元的实际运动量，根据这些信息确定横摇、纵摇和升沉的补偿量；在进行主动波浪补偿时，可根据船舶的姿态变化以及栈桥末端位置调整栈桥补偿量，调整栈桥姿态，从而保持栈桥末端稳定，保证人员人身安全。

技术特征：

1.一种登乘栈桥的主动波浪补偿装置，包括登乘栈桥(2)、船舶(1)，登乘栈桥(2)包括栈桥(21)和栈桥主体(22)，其特征在于，所述栈桥(21)上设有伸缩补偿油缸(211)，栈桥主体(22)上设有橫摇补偿油缸(221)，栈桥(21)和栈桥主体(22)之间设有俯仰补偿油缸(222)，所述伸缩补偿油缸(211)上设有伸缩位移传感器(6)，橫摇补偿油缸(221)上设有橫摇位移传感器(7)，俯仰补偿油缸(222)上设有俯仰位移传感器(5)，所述栈桥主体(21)与船舶(1)连接处的基座(3)上设有船舶姿态传感器(4)，所述船舶姿态传感器(4)、伸缩位移传感器(6)、橫摇位移传感器(7)、俯仰位移传感器(5)均与控制器(14)连接。

2.根据权利要求1所述的一种登乘栈桥的主动波浪补偿装置，其特征在于，所述船舶姿态传感器(4)位于基座(3)上，用于实时感知船舶(1)的姿态，为控制器(14)提供船舶姿态参数，所述船舶姿态参数包括船舶的横摇角度、横摇角速度、纵摇角度、纵摇角速度以及升沉高度和升沉速度。

3.根据权利要求1所述的一种登乘栈桥的主动波浪补偿装置，其特征在于，所述伸缩位移传感器(6)、橫摇位移传感器(7)、俯仰位移传感器(5)分别位于俯仰补偿油缸(211)、伸缩补偿油缸(222)以及横摇补偿油缸(221)上，用于实时感知各补偿油缸伸缩单元的伸缩量，从而获取伸缩长度参数。

4.根据权利要求1所述的一种登乘栈桥的主动波浪补偿装置，其特征在于，所述控制器(14)分别与船舶姿态传感器(4)、伸缩位移传感器(6)、橫摇位移传感器(7)、俯仰位移传感器(5)电性连接，用于获取船舶姿态参数和各补偿油缸伸缩单元的伸缩量；所述控制器(14)配置为获取所述栈桥主体与船舶连接处的基座中心点为第一坐标、栈桥末端位置为第二坐标，基于第一坐标、第二坐标以及船舶姿态参数和各补偿油缸伸缩单元的伸缩量，确定所述登乘栈桥的横摇补偿参数、纵摇补偿参数、升沉补偿参数，所述补偿参数包括各补偿油缸伸缩单元的伸缩位移调整量。

5.根据权利要求1所述的一种登乘栈桥的主动波浪补偿装置，其特征在于，所述控制器(14)内包括有姿态反解模块(141)、横摇关节补偿器(142)、俯仰关节补偿器(143)、伸缩关节补偿器(144)；所述姿态反解模块(141)与船舶姿态传感器(4)电性连接，将船舶姿态参数转换为数字信号；所述横摇关节补偿器(142)与横摇位移传感器(7)电性连接，所述俯仰关节补偿器(143)与俯仰位移传感器(5)电性连接，所述伸缩关节补偿器(144)与伸缩位移传感器(6)电性连接，分别将各补偿油缸伸缩单元的伸缩量转化为数字信号进行处理。

6.一种登乘栈桥的主动波浪补偿装置的补偿参数确定方法，其特征在于，该方法包括：

7.根据权利要求6所述的一种用于登乘栈桥的主动波浪补偿装置的补偿参数确定方法，其特征在于，在运动补偿时，通过改变所述俯仰补偿油缸的行程l7来调整登乘梯的姿态，通过改变所述伸缩补偿油缸的行程l9来调整登乘梯的长度，以确保登乘点t的稳定。

技术总结
本发明公开了一种登乘栈桥的主动波浪补偿装置及其补偿参数确定方法，所述补偿装置包括登乘栈桥、船舶，登乘栈桥包括栈桥和栈桥主体，所述栈桥上设有伸缩补偿油缸，栈桥主体上设有橫摇补偿油缸，栈桥和栈桥主体之间设有俯仰补偿油缸，所述伸缩补偿油缸上设有伸缩位移传感器，橫摇补偿油缸上设有橫摇位移传感器，俯仰补偿油缸上设有俯仰位移传感器，所述栈桥主体与船舶连接处的基座上设有船舶姿态传感器，所述船舶姿态传感器、伸缩位移传感器、橫摇位移传感器、俯仰位移传感器均与控制器连接。本发明通过对伸缩补偿油缸、橫摇补偿油缸、俯仰补偿油缸的行程进行调整，使栈桥姿态保持栈桥末端稳定，保证人员人身安全。

技术研发人员：郑文彬,闫贺磊,信光成
受保护的技术使用者：九江精密测试技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13