一种波浪补偿测量装置、测量方法及使用其的海洋平台与流程

本发明涉及海上运输作业设备领域，尤其涉及一种波浪补偿测量装置、测量方法及使用其的海洋平台。

背景技术：

由于风浪的影响，海上作业的船舶会产生无规律的摇摆，这严重影响了工作人员在海上作业时的安全性。因此，常常通过设置六自由度平台，通过调节六个伺服缸的伸缩和摇摆来实时补偿上平台的横摇、纵摇和升沉，从而使上平台保持平稳。但现有的针对六自由度平台的波浪补偿测量机构均需要复杂的算法去直接计算各个伺服缸的补偿所需行程，测量难度大，测量成本高，补偿精度不高，需要不断优化算法以提高补偿精度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种将复杂的算法计算转化为机械发讯，测量更为直观准确，降低测量成本和难度，补偿精度高的波浪补偿测量装置。

本发明的目的在于提出一种将复杂的算法计算转化为机械发讯，测量更为直观准确，降低测量成本和难度，补偿精度高的波浪补偿测量方法。

本发明的目的在于提出一种将复杂的算法计算转化为机械发讯，测量更为直观准确，降低测量成本和难度，补偿精度高的海洋平台。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种波浪补偿测量装置，包括补偿驱动单元和平台位移测量单元，所述补偿驱动单元包括横摇补偿驱动器、纵摇补偿驱动器、升沉补偿驱动器和驱动连杆；

所述横摇补偿驱动器的输出轴和纵摇补偿驱动器的输出轴均与驱动连杆的顶端连接，并且所述横摇补偿驱动器和纵摇补偿驱动器相互垂直，所述横摇补偿驱动器带动所述驱动连杆沿X轴移动，所述纵摇补偿驱动器带动所述驱动连杆沿Y轴移动；

所述平台位移测量单元包括上测量板和下测量板，所述上测量板活动套于驱动连杆；所述驱动连杆的底端设有升沉驱动安装板，设置两个所述升沉补偿驱动器安装于所述升沉驱动安装板的两端，并且所述升沉补偿驱动器的输出轴和上测量板的下端面连接，所述升沉补偿驱动器带动上测量板沿Z轴移动；

所述下测量板设置于上测量板的下方并和上测量板相互平行，在所述上测量板和下测量板之间连接六个线位移传感器，每个所述线位移传感器的上端各通过一个上万向节和上测量板连接，每个所述线位移传感器的下端各通过一个下万向节和下测量板连接；所述上测量板设有三个不在同一直线的上铰接支点，相邻两个所述线位移传感器铰接在同一个上铰接支点；所述下测量板设有三个不在同一直线的下铰接支点，相邻两个所述线位移传感器铰接在同一个下铰接支点。

优选地，还包括姿态传感器、连接角架和运动控制器，所述姿态传感器和运动控制器安装于下测量板上；

所述连接角架为直角架，所述连接角架的两个分片设有连接通孔，所述连接角架通过所述连接通孔套于所述横摇补偿驱动器和纵摇补偿驱动器上，所述驱动连杆的顶端和所述连接角架连接；

所述横摇补偿驱动器、纵摇补偿驱动器、升沉补偿驱动器、线位移传感器和姿态传感器均与所述运动控制器电连接。

优选地，所述横摇补偿驱动器包括横摇驱动电机、横摇联轴器、横摇丝杆本体和横摇丝杆螺母，所述横摇驱动电机通过横摇联轴器和横摇丝杆螺母连接；所述横摇丝杆本体套接于横摇丝杆螺母，并且所述横摇丝杆本体穿过所述连接角架和驱动连杆的顶端连接；所述横摇驱动电机通过横摇联轴器驱动横摇丝杆本体往复移动。

优选地，所述纵摇补偿驱动器包括纵摇驱动电机、纵摇联轴器、纵摇丝杆本体和纵摇丝杆螺母，所述纵摇驱动电机通过纵摇联轴器和纵摇丝杆螺母连接；所述纵摇丝杆本体套接于纵摇丝杆螺母，并且所述纵摇丝杆本体穿过所述连接角架和驱动连杆的顶端连接；所述纵摇驱动电机通过纵摇联轴器驱动纵摇丝杆本体往复移动。

优选地，所述升沉补偿驱动器包括升沉丝杆、升沉涡轮、升沉蜗杆和升沉驱动电机，所述升沉丝杆的顶端和上测量板的下端面连接；所述升沉驱动电机安装于升沉驱动安装板上，所述升沉蜗杆和升沉驱动电机的输出轴连接；

所述升沉涡轮套设于升沉丝杆上，且所述升沉涡轮的外齿和升沉蜗杆的外齿啮合；所述升沉驱动电机通过升沉涡轮带动升沉丝杆上下移动；

还设有升沉连接板，两个所述升沉补偿驱动器的升沉丝杆安装于升沉连接板的两端。

优选地，使用所述波浪补偿测量装置的海洋平台，包括船体、六自由度平台和所述波浪补偿测量装置，所述波浪补偿测量装置的下测量板安装于船体的甲板上，所述横摇补偿驱动器和纵摇补偿驱动器分别固定船体的壁面上；

所述六自由度平台包括上平台和下平台，所述下平台安装于船体的甲板上，所述上平台设置于下平台的上方并和下平台平行；

在所述上平台和下平台之间连接六个伺服缸，每个所述六个伺服缸的上端各通过一个上连接虎克铰链和上平台连接，每个所述六个伺服缸的下端各通过一个下连接虎克铰链和下平台连接；

六个所述伺服缸的位置关系和波浪补偿测量装置的六个线位移传感器完全一致；

六个所述伺服缸均与所述运动控制器电连接。

优选地，所述波浪补偿测量装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤A，姿态传感器检测所述下测量板的横摇变化量、纵摇变化量和升沉变化量并发送给运动控制器；

步骤B，运动控制器根据所述下测量板的横摇变化量控制所述横摇补偿驱动器运动以对上测量板进行横摇实时补偿，然后根据所述下测量板的纵摇变化量控制所述纵摇补偿驱动器运动以对上测量板进行纵摇实时补偿，接着根据所述下测量板的升沉变化量控制所述升沉补偿驱动器运动以对上测量板进行升沉实时补偿；

步骤C，六个线位移传感器分别检测出自身在所述步骤A和所述步骤B间的位移差并发送给运动控制器；

步骤D，运动控制器将六个线位移传感器检测出的位移差同比例放大，从而获得所述六自由度平台中六个伺服缸的补偿所需行程，每个所述伺服缸的补偿所需行程由与其位置相同的线位移传感器的位移差同比例放大所获得；

步骤E，所述运动控制器根据六个伺服缸的补偿所需行程驱动六个伺服缸伸缩，从而对上平台进行实时补偿。

所述波浪补偿测量装置设置平台位移测量单元以模拟六自由度平台，其中六个线位移传感器对应六自由度平台的六个所述伺服缸；设置所述补偿驱动单元，以对平台位移测量单元进行波浪补偿，从而测量出六自由度平台的六个所述伺服缸的波浪补偿量，将复杂的并联机器程序算法转化为机械发讯机构，降低波浪补偿测量难度。所述波浪补偿测量装置先通过横摇补偿驱动器、纵摇补偿驱动器和升沉补偿驱动器对平台位移测量单元的上测量板进行横摇、纵摇和升沉的实时补偿，然后通过平台位移测量单元的六个线位移传感器检测自身在上测量板补偿前后的位移差，再将六个所述位移差同比例放大输出，即为六自由度平台中各个伺服缸的补偿所需行程，测量更为直观准确，降低测量成本和难度，补偿精度高。

附图说明

附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明其中一个实施例的波浪补偿测量装置结构示意图；

图2是本发明其中一个实施例的纵向剖面结构图；

图3是本发明其中一个实施例的横向剖面结构图；

图4是本发明其中一个实施例的升沉补偿驱动器剖面结构图；

图5是本发明其中一个实施例的六自由度平台结构图。

其中：横摇补偿驱动器11；纵摇补偿驱动器12；升沉补偿驱动器13；驱动连杆14；连接角架15；上测量板21；下测量板22；驱动连杆14；升沉驱动安装板16；线位移传感器23；上万向节24；下万向节25；姿态传感器26；运动控制器3；横摇驱动电机111；横摇联轴器112；横摇丝杆本体113；横摇丝杆螺母114；纵摇驱动电机121；纵摇联轴器122；纵摇丝杆本体123；纵摇丝杆螺母124；升沉丝杆131；升沉涡轮132；升沉蜗杆133；升沉驱动电机134；升沉连接板135；六自由度平台4；上平台41；下平台42；伺服缸43；上连接虎克铰链44；下连接虎克铰链45。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例的波浪补偿测量装置，如图1所示，包括补偿驱动单元和平台位移测量单元，所述补偿驱动单元包括横摇补偿驱动器11、纵摇补偿驱动器12、升沉补偿驱动器13和驱动连杆14；

所述横摇补偿驱动器11的输出轴和纵摇补偿驱动器12的输出轴均与驱动连杆14的顶端连接，并且所述横摇补偿驱动器11和纵摇补偿驱动器12相互垂直，所述横摇补偿驱动器11带动所述驱动连杆14沿X轴移动，所述纵摇补偿驱动器12带动所述驱动连杆14沿Y轴移动；

所述平台位移测量单元包括上测量板21和下测量板22，所述上测量板21活动套于驱动连杆14；所述驱动连杆14的底端设有升沉驱动安装板16，设置两个所述升沉补偿驱动器13安装于所述升沉驱动安装板16的两端，并且所述升沉补偿驱动器13的输出轴和上测量板21的下端面连接，所述升沉补偿驱动器13带动上测量板21沿Z轴移动；

所述下测量板22设置于上测量板21的下方并和上测量板21相互平行，在所述上测量板21和下测量板22之间连接六个线位移传感器23，每个所述线位移传感器23的上端各通过一个上万向节24和上测量板21连接，每个所述线位移传感器23的下端各通过一个下万向节25和下测量板22连接；所述上测量板21设有三个不在同一直线的上铰接支点，相邻两个所述线位移传感器23铰接在同一个上铰接支点；所述下测量板22设有三个不在同一直线的下铰接支点，相邻两个所述线位移传感器23铰接在同一个下铰接支点。

所述波浪补偿测量装置设置平台位移测量单元以模拟六自由度平台4，其中六个线位移传感器23对应六自由度平台4的六个所述伺服缸43；设置所述补偿驱动单元，以对平台位移测量单元进行波浪补偿，从而测量出六自由度平台4的六个所述伺服缸43的波浪补偿量，将复杂的并联机器程序算法转化为机械发讯机构，降低波浪补偿测量难度。所述波浪补偿测量装置先通过横摇补偿驱动器11、纵摇补偿驱动器12和升沉补偿驱动器13对平台位移测量单元的上测量板21进行横摇、纵摇和升沉的实时补偿，然后通过平台位移测量单元的六个线位移传感器23检测自身在上测量板21补偿前后的位移差，再将六个所述位移差同比例放大输出，即为六自由度平台4中各个伺服缸43的补偿所需行程。

现有的针对六自由度平台4的波浪补偿测量机构均需要复杂的算法去直接计算各个伺服缸43的补偿所需行程，测量难度大，测量成本高，补偿精度不高，需要不断优化算法以提高补偿精度。而本实施例的波浪补偿测量装置，通过驱动连杆14将横摇补偿驱动器11、纵摇补偿驱动器12和升沉补偿驱动器13串联起来，从而横摇补偿驱动器11、纵摇补偿驱动器12和升沉补偿驱动器13分别对上测量板21进行补偿，使上测量板21的位置保持不变，并以此获得补偿前后六个线位移传感器23，同比例放大即可测量出其模拟的六自由度平台4中各个伺服缸43的补偿所需行程，将复杂的算法计算转化为机械发讯，测量更为直观准确，降低测量成本和难度，补偿精度高。而且，横摇补偿驱动器11和纵摇补偿驱动器12串联驱动上测量板21在水平面移动，与各自分开驱动相比，移动路径由折线变直线，移动路径变短，调节更为快速准确，提高横摇和纵摇的补偿精度。设置两个升沉补偿驱动器13，并和上测量板21的两端连接，两个升沉补偿驱动器13相互配合，使上测量板21能以其中轴线为支点上下摆动，以调平所述上测量板21，提高升沉补偿精度。

优选地，如图2所示，还包括姿态传感器26、连接角架15和运动控制器3，所述姿态传感器26和运动控制器3安装于下测量板22上；

如图1、图3所示，所述连接角架15为直角架，所述连接角架15的两个分片设有连接通孔，所述连接角架15通过所述连接通孔套于所述横摇补偿驱动器11和纵摇补偿驱动器12上，所述驱动连杆14的顶端和所述连接角架15连接；

所述横摇补偿驱动器11、纵摇补偿驱动器12、升沉补偿驱动器13、线位移传感器23和姿态传感器26均与所述运动控制器3电连接。

所述姿态传感器26用于检测下测量板22的横摇变化量、纵摇变化量和升沉变化量，所述运动控制器3根据下测量板22的横摇变化量、纵摇变化量和升沉变化量计算出上测量板21的横摇、纵摇和升沉的补偿值，并以此控制横摇补偿驱动器11、纵摇补偿驱动器12和升沉补偿驱动器13，以对上测量板21进行波浪补偿，获取六个线位移传感器23的位移差；从而运动控制器3仅需要计算出上测量板21的横摇、纵摇和升沉的补偿值，即可通过机械发讯方式，直接获得其模拟的六自由度平台4中各个伺服缸43的补偿所需行程，无需复杂的算法计算六个所述伺服缸43的补偿所需行程，测量更为快速准确。所述连接角架15为直角架，从而确保横摇补偿驱动器11和纵摇补偿驱动器12相互垂直，起到限位作用，提高补偿精度。

优选地，如图2、图3所示，所述横摇补偿驱动器11包括横摇驱动电机111、横摇联轴器112、横摇丝杆本体113和横摇丝杆螺母114，所述横摇驱动电机111通过横摇联轴器112和横摇丝杆螺母114连接；所述横摇丝杆本体113套接于横摇丝杆螺母114，并且所述横摇丝杆本体113穿过所述连接角架15和驱动连杆14的顶端连接；所述横摇驱动电机111通过横摇联轴器112驱动横摇丝杆本体113往复移动。所述横摇补偿驱动器11由横摇驱动电机111通过横摇联轴器112驱动横摇丝杆螺母114转动，继而转化为横摇丝杆本体113的直线移动，丝杆传动，实现无级调节，不容易发生偏移，响应快速；并通过横摇驱动电机111的正反转即可控制横摇丝杆本体113往复移动，从而实现对上测量板21的横摇补偿。

优选地，如图3所示，所述纵摇补偿驱动器12包括纵摇驱动电机121、纵摇联轴器122、纵摇丝杆本体123和纵摇丝杆螺母124，所述纵摇驱动电机121通过纵摇联轴器122和纵摇丝杆螺母124连接；所述纵摇丝杆本体123套接于纵摇丝杆螺母124，并且所述纵摇丝杆本体123穿过所述连接角架15和驱动连杆14的顶端连接；所述纵摇驱动电机121通过纵摇联轴器122驱动纵摇丝杆本体123往复移动。所述纵摇补偿驱动器12由纵摇驱动电机121通过纵摇联轴器122驱动纵摇丝杆螺母124转动，继而转化为纵摇丝杆本体123的直线移动，丝杆传动，实现无级调节，不容易发生偏移，响应快速；并通过纵摇驱动电机121的正反转即可控制纵摇丝杆本体123往复移动，从而实现对上测量板21的纵摇补偿。

优选地，如图2、图4所示，所述升沉补偿驱动器13包括升沉丝杆131、升沉涡轮132、升沉蜗杆133和升沉驱动电机134，所述升沉丝杆131的顶端和上测量板21的下端面连接；所述升沉驱动电机134安装于升沉驱动安装板16上，所述升沉蜗杆133和升沉驱动电机134的输出轴连接；所述升沉涡轮132套设于升沉丝杆131上，且所述升沉涡轮132的外齿和升沉蜗杆133的外齿啮合；所述升沉驱动电机134通过升沉涡轮132带动升沉丝杆131上下移动；还设有升沉连接板135，两个所述升沉补偿驱动器13的升沉丝杆131安装于升沉连接板135的两端。所述升沉驱动电机134驱动升沉涡轮132转动，继而带动与所述升沉涡轮132啮合的升沉涡轮132转动，所述升沉涡轮132还充当丝杆螺母来带动升沉丝杆131上下移动。两个所述升沉补偿驱动器13的升沉丝杆131安装于升沉连接板135的两端，所述升沉连接板135起到限位作用，限制两个升沉丝杆131的升降幅度，防止两个升沉丝杆131和升沉驱动安装板16分离，提高使用安全性。

优选地，如图5所示，包括船体、六自由度平台4和所述波浪补偿测量装置，所述波浪补偿测量装置的下测量板22安装于船体的甲板上，所述横摇补偿驱动器11和纵摇补偿驱动器12分别固定船体的壁面上；所述六自由度平台4包括上平台41和下平台42，所述下平台42安装于船体的甲板上，所述上平台41设置于下平台42的上方并和下平台42平行；在所述上平台41和下平台42之间连接六个伺服缸43，每个所述六个伺服缸43的上端各通过一个上连接虎克铰链44和上平台41连接，每个所述六个伺服缸43的下端各通过一个下连接虎克铰链45和下平台42连接；六个所述伺服缸43的位置关系和波浪补偿测量装置的六个线位移传感器23完全一致；六个所述伺服缸43均与所述运动控制器3电连接。

所述海洋平台设置所述波浪补偿测量装置模拟所述六自由度平台4，六个线位移传感器23对应六自由度平台4的六个所述伺服缸43，将六个线位移传感器23测量出的位移量同比例放大，即为六自由度平台4中各个伺服缸43的补偿所需行程，从而实现对上平台41的波浪补偿，使上平台41保持平稳，将复杂的并联机器程序算法转化为机械发讯机构，降低波浪补偿测量难度。所述六自由度平台4可在上平台41安装一些需要保持平稳的设备或搭建一些需要保持平稳的功能室。所述横摇补偿驱动器11和纵摇补偿驱动器12分别固定船体的壁面上，而下测量板22安装于船体的甲板上，从而使上测量板21和下测量板22相对独立，下测量板22反映船体的摇晃情况，所述横摇补偿驱动器11和纵摇补偿驱动器12分别对上测量板21进行横摇实时补偿和纵摇实时补偿，以及升沉补偿驱动器13对上测量板21进行升沉实时补偿，从而使上测量板21在恶劣的海况中保持平稳，六个线位移传感器23在上测量板21和下测量板22发生相对移动的过程中位移也随之发生变化，继而检测出其模拟的六个伺服缸43的补偿所需行程。

优选地，所述的波浪补偿测量装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤A，姿态传感器26检测所述下测量板22的横摇变化量、纵摇变化量和升沉变化量并发送给运动控制器3；

步骤B，运动控制器3根据所述下测量板22的横摇变化量控制所述横摇补偿驱动器11运动以对上测量板21进行横摇实时补偿，然后根据所述下测量板22的纵摇变化量控制所述纵摇补偿驱动器12运动以对上测量板21进行纵摇实时补偿，接着根据所述下测量板22的升沉变化量控制所述升沉补偿驱动器13运动以对上测量板21进行升沉实时补偿；

步骤C，六个线位移传感器23分别检测出自身在所述步骤A和所述步骤B间的位移差并发送给运动控制器3；

步骤D，运动控制器3将六个线位移传感器23检测出的位移差同比例放大，从而获得所述六自由度平台4中六个伺服缸43的补偿所需行程，每个所述伺服缸43的补偿所需行程由与其位置相同的线位移传感器23的位移差同比例放大所获得；

步骤E，所述运动控制器3根据六个伺服缸43的补偿所需行程驱动六个伺服缸43伸缩，从而对上平台41进行实时补偿。

所述测量方法先通过姿态传感器26检测出与船体甲板连接的下测量板22的横摇变化量、纵摇变化量和升沉变化量，从而运动控制器3可根据这三个变化量分别驱动横摇补偿驱动器11、纵摇补偿驱动器12和升沉补偿驱动器13对上测量板21进行横摇、纵摇和升沉的实时补偿，然后通过平台位移测量单元的六个线位移传感器23检测自身在上测量板21补偿前后的位移差，再将六个所述位移差同比例放大输出，即为六自由度平台4中各个伺服缸43的补偿所需行程，从而使上平台41在恶劣的海况下也能保持平稳，将复杂的算法计算转化为机械发讯，测量更为直观准确，降低测量成本和难度，补偿精度高。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。