一种具有主动波浪补偿功能的便携式小型船载吊装系统的制作方法

本发明涉及海洋船舶领域，特别涉及一种具有主动波浪补偿功能的便携式小型船载吊装系统。

背景技术：

随着人类对于海洋运输和海洋资源的需求不断增加，海上作业显得尤为重要。对于在海上船舶上的作业，起吊装置无疑是重要的组成部分。然而，由于受到海风、海浪的影响，海上作业的船舶会进行无规律的摇摆运动，存在较大的安全隐患，严重影响了海上作业效率。因此，必须对船舶上的起吊装置进行波浪补偿，消减波浪摇摆等引起的安全风险，以提高吊装的工作效率和安全系数。

波浪补偿分主要为主动波浪补偿和被动波浪补偿。主动波浪补偿需要通过各种传感器检测出船舶由波浪引起的横摇、纵摇和升沉的姿态参数，然后根据补偿量控制执行机构对船体的摇摆进行补偿；被动波浪补偿是通过在原有设备中增加补偿装置进行波浪补偿。在主动波浪补偿的设备中，稳定平台对横摇、纵摇以及升沉补偿效果较好。通用的ahc吊机只能对船舶进行升沉补偿，无法对船舶的横摇和纵摇实施补偿。

因此，针对上述现象，在专利cn105668430a中就提到了一种具有多自由度主动波浪补偿功能的吊机装置及补偿方法，下方是固定在甲板上的圆形静平台，圆形静平台正上方是圆形动平台，圆形动平台固定连接吊机，圆形静平台和圆形动平台之间连接六个伺服缸，六个伺服缸中的每个伺服缸各连接一个对应的电液伺服阀，电液伺服阀依次串接功率放大器、d/a模块后连接运动控制器，圆形静平台正中间位置装有姿态传感器；姿态传感器将测得的船舶由风浪引发的横摇、纵摇和升沉值传输给运动控制器，运动控制器先求出六个伺服缸的运动值，再求出与运动值相反的波浪补偿值，六个电液伺服阀根据波浪补偿值输出相应的流量和压力分别控制对应的六个伺服缸伸缩和摇摆，补偿横摇、纵摇和升沉。

上述结构中实现了对船舶的升沉、横摇、纵摇运动进行补偿，但是这种结构平台方式通常适用于一些大型的船载吊机，对于一些小型船载而言，如果直接采用这种结构来进行吊装，成本较高、占地较大。首先，它需要采用六个伺服缸来配合进行实现，需要的部件比较的多，结构复杂，进行补偿动作时比较麻烦；另外，其动平台与静平台之间的连接只是通过六个伺服缸的配合来实现连接，连接不稳定。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种具有主动波浪补偿功能的便携式小型船载吊装系统，能够简单方便的实现对小型船舶的升沉、横摇、纵摇运动进行补偿，在补偿的同时还能进行吊装任务。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种具有主动波浪补偿功能的便携式小型船载吊装系统，其创新点在于：包括

一补偿单元，所述补偿单元包括一对相互配合的静平台、动平台以及连接静平台与动平台用的中间支撑柱，该中间支撑柱位于静平台与动平台的中心处，且与动平台之间通过虎克铰连接，与静平台之间固定连接，所述静平台与动平台之间还设置有四个补偿电动缸；

一吊装单元，所述吊装单元包括一安装在动平台上端的吊机；

一检测单元，所述检测单元包括一安装在静平台上并位于中间支撑柱旁侧的姿态传感器。

进一步的，所述补偿电动缸与静平台、动平台之间的连接具体为：四个补偿电动缸呈长方形状分布在中间支撑柱四周，且补偿电动缸的上下两端均通过虎克铰与动平台、静平台之间连接，所述补偿电动缸倾斜设置，其倾斜方向为自上而下逐渐向中间支撑柱方向倾斜，每个补偿电动缸均由独立的伺服电机a驱动进行工作。

进一步的，所述吊机包括一竖直安装在动平台上端的立柱，在立柱的顶端设置有一机械臂，所述立柱与机械臂之间还设置有旋转机构，在机械臂靠近立柱一侧的顶端安装有伺服电机b，在机械臂远离立柱的一侧的侧端还安装有滑轮。

进一步的，所述旋转机构包括一安装在立柱上的回转机构，以及一安装在立柱顶端的转向节，所述转向节的顶端通过定位销与机械臂相连接固定。

进一步的，所述回转机构为一滚动轴承，其与立柱之间的连接具体为：所述立柱包括一位于下端的固定段、一位于上端的活动段，且活动段为一下端开口的空心圆柱体结构，滚动轴承安装在固定段与活动段之间，且固定段的顶端刚好嵌入滚动轴承的内壁，活动段套装在滚动轴承的外壁上。

本发明的优点在于：在本发明中，通过对动平台与静平台之间的连接进行改进，采用中间支撑柱与四个补偿电动缸的配合得以实现，通过增加中间支撑柱来确保动平台与静平台之间的连接，利用中间支撑柱来承受静平台及吊机的大部分重力，增加补偿电动缸的使用寿命，提高静平台的稳定性，而且由于是针对的小型船载吊装，采用四个补偿电动缸即可实现，这样整个结构减少了两个补偿电动缸，不仅减少了整体的部件数量，同时在进行补偿时也比较的方便。

而对于动平台上安装的吊机，可以实现在狭小的空间内完成拆卸和安装，这样整个补偿吊机具有结构简单、便于携带、体积小等特点。

对于中间支撑柱、动平台、静平台、补偿电动缸几者之间的连接，通过采用虎克铰的连接方式，从而提高了对摇摆的补偿范围；而对于四个补偿电动缸的安装，采用长方形的分布方式以及上小下大的安装位置的不同，从而能够使补偿电动缸受力均匀、运动平稳，防止动平台在水平面发生转动造成失稳。

对于吊机上设置的旋转机构，在需要进行吊装不同方位的物体时，可通过该旋转机构转动机械臂的方向，从而实现了不同方位的物体的吊装。

在本发明中，补偿单元仅用于补偿船体的摇摆运动，因此只需要很小的电动缸行程就可以实现对船体摇摆的补偿，这样补偿单元的高度比较短、体积比较小，便于携带、安装且可靠性增强；而升沉运动补偿则采用机械臂上的伺服电机b进行补偿，这样的结构与补偿控制可以实现吊机的小型化同时提高可靠性；通过补偿单元与吊机上的伺服电机b共同作用，能够让吊机的立柱始终垂直水平位置，实现了吊机的稳定可靠的吊装工作人员以及安全性要求较高的货物，从而达到降低成本、提高系统稳定性、可靠性和实用性广的目的。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的具有主动波浪补偿功能的便携式小型船载吊装系统的示意图。

图2为本发明中补偿单元的示意图。

图3为本发明中补偿单元中补偿电动缸的分布示意图。

图4为本发明中吊机的示意图。

图5为图4的a-a示意图。

图6为本发明的具有主动波浪补偿功能的便携式小型船载吊装系统分解示意图。

图7为本发明中的电源系统原理图。

图8为本发明中对船舶进行补偿的工作原理图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1-图6所示的一种具有主动波浪补偿功能的便携式小型船载吊装系统，包括

一补偿单元，如图2所示的示意图可知，该补偿单元包括一对相互配合的静平台6、动平台3以及连接静平台6与动平台3用的中间支撑柱8，且静平台6与动平台3同心且平行设置，该中间支撑柱8位于静平台6与动平台3的中心处，且中间支撑柱8与动平台3之间通过虎克铰11连接，中间支撑柱8与静平台6之间固定连接，静平台6与动平台3之间还设置有四个补偿电动缸10，在补偿电动缸10上还安装有对补偿电动缸10的伸缩量进行检测的位移传感器。

如图3所示的示意图可知，补偿电动缸10与静平台6、动平台3之间的连接具体为：四个补偿电动缸10呈长方形状分布在中间支撑柱8四周，且补偿电动缸10的上端均通过虎克铰c4与动平台3连接，下端通过虎克铰d9与静平台6之间连接，补偿电动缸10倾斜设置，其倾斜方向为自上而下逐渐向中间支撑柱8方向倾斜，这样使得补偿电动缸10在动平台3与静平台6上的安装位置距离不一样，且上小下大，使得补偿电动缸10受力均匀、运动平稳，防止动平台3在水平面发生转动造成失稳，在静平台6上焊接虎克铰d9的连接支撑时，将支撑按对称分布于以静平台6的以中心位置为圆心的圆上,在动平台3上安装虎克铰c4时，同样将与四个补偿电动缸10相连的虎克铰连接支撑按对称分布在动平台3的中心位置为圆心的圆上，同时保证安装时与同一补偿电动缸相连接的两个虎克铰支撑在一条直线上，这样安装后补偿电动缸10将产生一定的倾斜，能够保证动平台3运动或静止时电动吊机不会失稳，同时在静平台6的中心位置安装中间支撑8，通过虎克铰,1与动平台3的中心位置连接，这样能够让中间支撑8承受动平台3及吊机的大部分重力，增加了补偿电动缸10的使用寿命、提高动平台3及吊机的稳定性，每个补偿电动缸10均由独立的伺服电机a5驱动进行工作。

一吊装单元，该吊装单元包括一安装在动平台3上端的吊机，如图4所示的示意图可知，吊机包括一竖直安装在动平台3上端的立柱2，在立柱2的顶端设置有一机械臂15，立柱2与机械臂15之间还设置有旋转机构，在机械臂15靠近立柱2一侧的顶端安装有伺服电机b1,该伺服电机b1用于驱动安装在机械臂15上的绞车工作，在机械臂15远离立柱2的一侧的侧端还安装有滑轮12。

旋转机构包括一安装在立柱2上的回转机构14，以及一安装在立柱2顶端的转向节13，转向节13的顶端与机械臂15相连接固定。

回转机构14为一滚动轴承142，其与立柱2之间的连接具体为：如图5所示的示意图可知，立柱包括一位于下端的固定段141、一位于上端的活动段143，且活动段143为一下端开口的空心圆柱体结构，滚动轴承142安装在固定段141与活动段143之间，且固定段141的顶端刚好嵌入滚动轴承142的内壁，活动段143套装在滚动轴承142的外壁上。对于吊机上设置的旋转机构，在需要进行吊装不同方位的物体时，可通过该旋转机构转动机械臂的方向，从而实现了不同方位的物体的吊装。

如图6所示的示意图可知，吊机可以方便拆卸为伺服单机b1、机械臂15、转向节13、回转机构14、滚动轴承142、立柱2和上平台3，定位销连接机械臂15和转向节13，滚动轴承142连接回转机构14，吊机零部件拆卸只需要取下定位销和滚动轴承142，就能够让吊机叠装起来便于携带；同样，只需插上定位销和滚动轴承142，就能够实现补偿吊机的安装。

一检测单元，该检测单元包括一安装在静平台6上并位于中间支撑柱8旁侧的姿态传感器7。

本发明中的吊装系统，补偿单元仅用于补偿船体的摇摆运动，因此只需要很小的电动缸行程就可以实现对船体摇摆的补偿，这样补偿单元的高度比较短、体积比较小，便于携带、安装且可靠性增强；而升沉运动补偿则采用机械臂上的伺服电机b进行补偿，这样的结构与补偿控制可以实现吊机的小型化同时提高可靠性；通过补偿单元与吊机上的伺服电机b共同作用，能够让吊机的立柱始终垂直水平位置，实现了吊机的稳定可靠的吊装工作人员以及安全性要求较高的货物，从而达到降低成本、提高系统稳定性、可靠性和实用性广的目的。

本发明通过伺服电机传动的方式进行动力传输，系统需要380v的交流电源提供动力，电动系统原理图如图7所示，四个电动缸伺服电机a5分别控制四个补偿电动缸4，通过动平台3的摇摆实现对船体摇摆的补偿，伺服电机b1控制绞车，实现升沉补偿及执行吊装货物的任务。

工作原理：如图8所示，利用姿态传感器7测量出船舶上的吊机摇摆的运动姿态数据，并通过rs422将测得的姿态数据实时传输给工控机；工控机根据反解算法求出船舶横摇、纵摇和升沉的补偿值，将求出的补偿值传输给moog控制系统；控制系统将接收到的信号进行数/模转换经过伺服放大器传输给伺服驱动器，由伺服驱动器控制对应的四个补偿电动缸10的运动来补偿船舶的横摇、纵摇运动；吊机上的伺服电机b1对升沉运动进行补偿；补偿电动缸10的伸缩量通过位移传感器和伺服电机b1本身带有的角位移编码器经模/数转换后传送给工控机，同时将三自由度主动波浪补偿吊机的姿态数据传送给工控机，反馈的线位移信号和角位移信号与反解算法求出的补偿值构成控制偏差，工控机根据控制偏差对补偿电动缸10以及伺服电机b1的运动实现闭环控制，提高波浪补偿精度从而实现平稳吊装的目的。当船体不需要波浪补偿时，姿态传感器输出船体的运动姿态参数为0，电动缸伺服电机5不工作，仅伺服电机b1控制执行吊装任务。

船体的常见运动状态大致分为以下几种：摇摆、升沉、摇摆以及以上的复合运动，下面就本发明对船体的常见三种运动状态的补偿原理做出说明：

当船体仅有摇摆运动时，姿态传感器7检测到船体的运动状态，将其转化为数字信号传输到moog控制系统，经过处理之后的数字信号通过驱动器实现对补偿电动缸10的控制，主要表现为补偿电动缸10的摇晃以及丝杆长度的变化，通过伺服电机b1实现对绞车执行吊装任务，通过动平台3的摆动实现对船体摇摆的补偿。

当船体仅有升沉运动时，姿态传感器7检测到船体的运动状态，将其转化为数字信号传输到moog控制系统，经过处理之后的数字信号通过伺服电机b1对升沉进行补偿，同时控制绞车执行吊装任务。通过吊机实现对船体升沉的补偿。

当船体的运动状态为摇摆和升沉的复合运动时，姿态传感器7检测到船体的运动状态，将其转化为数字信号传输到moog控制系统，经过处理之后的数字信号通过驱动器实现对补偿电动缸10的控制，通过补偿电动缸10的摇摆以及控制器内部对伺服电机b1的控制，实现对绞车的运动对升沉进行补偿和吊装任务，从而通过动平台3和控制器控制的伺服电机b1对摇摆和升沉的复合运动的补偿和执行吊装任务。

在对船体补偿的时候，操作人员可以通过手动操作使吊机旋转和改变转向节13的高度,实现角度调节能够起吊不同方位的重物，这样，在船舶上吊装货物和工作人员时，就会可靠方便，能够避免吊装物与船体上设备的碰撞，在吊装人作业时，也会避免摇晃保证生命安全。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。