一种用于舷梯末端空间位置测量的斜梯及测量方法与流程

本发明涉及海上船舶作业，尤其是一种用于舷梯末端空间位置测量的斜梯及测量方法。

背景技术：

1、随着国家双碳战略的实施，海上风电的迅猛发展带动了风电运维需求的急剧提升，目前在建的大型风电运维船普遍配置了波浪(运动)补偿舷梯，用于满足恶劣海况条件下，保障运维人员在船舶和风机桩转移过程中的人身安全。

2、大型风电运维船在作业状态下，船体距离风机桩需要保持一定安全距离(通常在20米以上)，因此波浪补偿舷梯的作用是建立一个从运维船到风机桩的安全通道，其末端可以伸展到达风机桩的登程平台处，并且根据船体在波浪中的升沉摇摆不断调整伸缩长度、俯仰角度和回转角度，使其末端相对于风机桩登程平台尽可能保持不变。

3、目前风机桩的登程平台大体上可以分为两种类型，其一是可以承受较大的顶靠力或压力，这种情况下，波浪补偿舷梯的末端可以顶靠在其侧面，或压在其表面/底面，利用较大的摩擦力抑制或调整舷梯末端的相对运动，确保人员通过时的安全，这是目前广泛采用的模式；另一种类型登程平台的结构强度或机械形式不适合顶靠或施加压力。

4、对于第二中情况，波浪补偿舷梯的末端只能悬停在登程平台的上方，通过波浪补偿舷梯的控制系统实时调节舷梯末端的位置，保证舷梯末端的位置和速度波动，进而保证人员通过波浪舷梯末端的安全性，但需要在登程平台上配备一名监控人员，用于反馈波浪补偿舷梯末端的位置是否处于安全区域，保证作业的安全性，不仅增加了人员需求，也可能存在反馈不及时的情况，具有一定的安全隐患。

技术实现思路

1、本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种用于舷梯末端空间位置测量的斜梯及测量方法，从而实时自动反馈波浪补偿舷梯末端的位置，进一步提升波浪补偿舷梯的控制效果，减少运维操作人员的同时提高登程过程的安全性。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一种用于舷梯末端空间位置测量的斜梯，包括括斜梯主体，所述斜梯主体的上端下部设置铰接轴，所述斜梯主体通过所述铰接轴与运维船上的波浪补偿舷梯末端铰接，波浪补偿舷梯末端侧面通过伸缩缸与所述斜梯主体的上端侧面连接，所述斜梯主体的长度方向与铅垂线之间的角度为倾斜角，所述斜梯主体上设置用于实时检测所述倾斜角的倾角传感器，所述波浪补偿舷梯的安装端与所述运维船连接，所述波浪补偿舷梯具有伸缩功能和相对于所述运维船的俯仰和回转功能，所述铰接轴的位置即为测量点；

4、所述斜梯主体的下端安装万向轮，所述万向轮与待登程的平台之间的接触压力为着地压力，所述斜梯主体的下端和所述万向轮之间设置有测力传感器，所述测力传感器反馈着地压力大小，所述万向轮的竖向转轴上串接转角传感器，所述转角传感器用于测量万向轮的方向角；所述万向轮的横向轮轴上安装脉冲编码器，所述脉冲编码器用于测量万向轮的滚动距离；

5、还包括测量控制系统，所述测量控制系统包括接收并处理倾角传感器、测力传感器、转角传感器和脉冲编码器信号的数据处理单元，所述数据处理单元还接受来自所述运维船的舷梯偏转角，所述数据处理单元实时计算得出所述测量点的空间位置变化。

6、其进一步技术方案在于：

7、设定所述伸缩缸的初始伸长量为50％。

8、所述伸缩缸的伸缩范围保证倾斜角的变化范围为50°-60°。

9、所述测力传感器为两分量形式，测力传感器的一个分量为垂直于斜梯主体的长度方向，测力传感器的另一个分量为平行于斜梯主体的长度方向。

10、所述数据处理单元用于接收测力传感器的信号，并控制所述伸缩缸的伸长量；数据处理单元用于接收倾斜角和舷梯偏转角数据，结合斜梯主体的长度计算得到测量点的空间方位；数据处理单元用于处理转角传感器和脉冲编码器的数据，用于确定万向轮的移动轨迹。

11、所述波浪补偿舷梯末端的顶部和底部安装有摄像头，所述摄像头用于确认所述万向轮在风机桩登程平台上的接触点位置。

12、所述万向轮为防滑型。

13、一种利用用于舷梯末端空间位置测量的斜梯的测量方法，所述包括以下步骤：

14、布放斜梯主体启动测量功能：打开伸缩缸的阀控组件，伸缩缸伸长后斜梯主体绕铰接轴转动至布放状态，斜梯主体在波浪补偿舷梯的带动下使万向轮向平台中心位置移动至最佳安全位置，万向轮所在位置为原始参考点，测量点的位置为最佳作业位置，启动测量控制系统；

15、建立测量空间坐标系：原始参考点为空间坐标系原点，斜梯主体所在平面与平台所在平面的交线为空间坐标系的x轴，空间坐标系的y轴位于平台所在平面且垂直于空间坐标系的x轴，空间坐标系的z轴通过空间坐标系原点且垂直于平台；

16、建立动态向量测量系统：在空间坐标系生成平面向量、斜梯空间向量和舷梯末端空间向量，

17、平面向量代表万向轮的位置变化，平面向量起始端为空间坐标系原点，平面向量的末端为万向轮，转角传感器和脉冲编码器的实时测量数据拟合后得到实时的平面向量；

18、斜梯空间向量代表斜梯主体的实时位置，斜梯空间向量的起始端为万向轮，斜梯空间向量的末端为测量点，斜梯空间向量的长度为斜梯主体的长度，斜梯空间向量与xoy平面的夹角为倾斜角的余角，斜梯空间向量与yoz平面的夹角为舷梯偏转角；

19、舷梯末端空间向量代表测量点的位置变化，舷梯末端空间向量的起始端为空间坐标系原点，舷梯末端空间向量的末端为测量点，舷梯末端空间向量为平面向量与斜梯空间向量之和，舷梯末端空间向量用于数据处理单元确定测量点的实时位置；

20、测量点的位置调整：数据处理单元将测量点的实时位置反馈给波浪补偿舷梯的控制系统，通过调整波浪补偿舷梯的伸缩长度、俯仰角和回转角，迫使测量点不断接近或返回最佳作业位置；

21、着地压力的实时调整：数据处理单元检测测力传感器的输出着地压力，着地压力的幅值小于着地压力下限，则控制斜梯伸缩缸伸长，增加斜梯主体的下压力度；着地压力的幅值大于着地压力上限，则控制斜梯伸缩缸收缩，减小斜梯主体的下压力度。

22、其进一步技术方案在于：

23、布放斜梯主体启动测量功能步骤中，启动测量控制系统时，首先启动测力传感器、倾角传感器、转角传感器、脉冲编码器以及数据处理单元，测力传感器获取着地压力，然后数据处理单元根据着地压力的大小调整伸缩缸的长度，使着地压力的大小保持在合力范围内，万向轮的转角传感器、脉冲编码器、舷梯偏转角清零后启动测量功能，倾角传感器实时测量斜梯主体的倾斜角。

24、本发明的有益效果如下：

25、本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过在波浪补偿舷梯末端安装斜梯主体，根据斜梯主体的长度和倾斜角、万向轮在平台上的滚动距离和方位以及舷梯偏转角，可以精确测量测量点的空间位置，从而实时自动反馈波浪补偿舷梯末端的位置，进一步提升波浪补偿舷梯的控制效果，减少运维操作人员数量的同时提高登程过程的安全性。

26、同时，本发明还存在如下优势：

27、(1)两分量形式的测力传感器，从两个垂直方向上监控斜梯主体下部的受力情况，更便于对该部位的结构受力进行分析判定。

28、(2)对波浪补偿舷梯的测量点的位置实时反馈，一方面反馈波浪补偿舷梯末端的位置是否处于安全区域，进一步保证波浪补偿舷梯转动、伸缩、俯仰动作的准确性，保障运维操作人员安全性，一方面提示波浪补偿舷梯的控制系统及时修正波浪补偿舷梯1末端的位置，使测量点不断接近或返回最佳作业位置，万向轮不断接近或返回最佳安全位置，使登程作业体验效果更佳。