一种三自由度串联式海上双目测波装置

本发明涉及一种测波装置，具体涉及一种三自由度串联式海上双目测波装置。

背景技术：

1、海洋水文气象环境复杂多变，实时掌握海上水文气象数据，尤其是波浪数据，对海洋资源勘测、开发以及海上航行、巡逻等活动的安全顺利开展具有重要意义。目前，我国针对海上波浪的观测，多是基于传统的浮标进行的，受通讯、供电等因素的限制，相关设备的投放、维护以及回收存在困难，所获得的波浪数据有限。以海上钻井平台或船舶为载体，设置测波装置进行海上实时波浪观测，将有效解决现有测波手段在通讯、供电上的问题，同时装置的安装及后续运行维护方便，能够实时高效地获取大量波浪数据，为正常海上作业活动的开展提供重要保障。

2、本发明的目的在于研制一种海上双目测波装置，用于安装在船舶或海上平台上，利用双目视觉相机实时获取波浪数据，双目视觉相机安装在一三自由度重型运动补偿平台末端，用于补偿船舶或海上平台在俯仰、横滚、偏航三个方向上的角位移，为双目测波视觉相机提供稳定载体。三个方向转动负载高、速度快、角度大，且结构要求紧凑，常用的方案有串联构型、并联构型两种。并联构型方案，其优点是负载能力大、运动速度高，然而运动范围小，所需要的驱动数量多，针对高负载需求，实现结构复杂且外包络尺寸大。串联构型方案，由于不存在平动需求，容易实现紧凑的结构设计，同时满足大负载、高速、高精度要求。

技术实现思路

1、本发明为解决现有获取海上波浪数据时，相关设备通讯、供电受限制，投放、维护以及回收困难，所获得的波浪数据有限的问题，而提供的一种三自由度串联式海上双目测波装置。

2、一种三自由度串联式海上双目测波装置，其组成包括偏航关节模块、横滚关节模块、俯仰关节模块、相机模块和底板；偏航关节模块安装在底板上，横滚关节模块设置在偏航关节模块上，俯仰关节模块设置在横滚关节模块上，相机模块安装在俯仰关节模块的末端。

3、进一步的，所述偏航关节模块包括第一步进电机、第一减速器、底座、第一限位开关、第一轴承、托盘盖、第一肋板支座、接触棒、第一轴套法兰和直角支架；第一步进电机的电机轴与第一减速器的输入轴固连，第一减速器的输出轴与第一轴套法兰键连接，第一轴套法兰与第一肋板支座固定安装；另外第一轴承为回转轴承，第一轴承套在第一轴套法兰的外部并设置在托盘盖与第一轴套法兰之间，第一轴承的内圈与第一轴套法兰固连，第一轴承的外圈与托盘盖固连，第一步进电机安装在第一减速器上，第一减速器安装在托盘盖上，托盘盖固装在底座的上端，底座固装在底板上；第一限位开关为两个，两个第一限位开关均固装在托盘盖上，接触棒固装在直角支架上，直角支架固装在第一肋板支座的后面。

4、进一步的，所述第一肋板支座包括l型板和连接套，l型板的上端设置有上孔，连接套设置在l型板的前端且位于上孔处。

5、进一步的，所述横滚关节模块包括第二步进电机、第二减速器、直角板条、第二限位开关、第一端盖、第二肋板支座、第二轴承、第一轴用弹性挡圈和第二轴套法兰；第二步进电机的电机轴与第二减速器的输入轴固连，第二减速器的输出轴与第二轴套法兰键连接，第二轴套法兰与第二肋板支座固定安装；第二轴承为深沟球轴承，数量为两个，第二轴承的内圈套在第二轴套法兰的外部，第二轴承的外圈安装在第一肋板支座的连接套和上孔中，第二轴承通过第一端盖与第一轴用弹性挡圈定位，第一轴用弹性挡圈设置在第二轴套法兰上，第一端盖固装在连接套的端部，第二步进电机安装在第二减速器上，第二减速器安装在第一肋板支座上，第二限位开关数量为两个，两个第二限位开关均固装在第一肋板支座的连接套的外部，直角板条位于两个第二限位开关之间，且直角板条固装在第二肋板支座上。

6、进一步的，所述第二肋板支座包括法兰端板和支撑板，法兰端板与支撑板垂直设置，法兰端板与支撑板一体制成，支撑板的前端设置有安装孔。

7、进一步的，所述俯仰关节模块包括右摆杆、第三步进电机、第三减速器、右回型框、第三轴承、第三轴套法兰、第二端盖、左回型框、左摆杆、第二轴用弹性挡圈和第三限位开关；第三步进电机的电机轴与第三减速器的输入轴固连，第三减速器的输出轴与第三轴套法兰键连接，第三轴套法兰的左端与左回型框通过连接元件连接，左回型框的左端与左摆杆通过连接元件连接，框左回型的右端与右回型框通过连接元件连接，右摆杆的左侧端套装在第三步进电机和第三减速器上，右摆杆的左端与右回型框通过连接元件连接；第三轴承为深沟球轴承，数量为两个，第三轴承的内圈套在第三轴套法兰的外部，第三轴承的外圈安装在第二肋板支座的安装孔中，第三轴承通过第二端盖与第二轴用弹性挡圈定位，第二轴用弹性挡圈设置在第三轴套法兰上，第二端盖固装在支撑板的左端，第三步进电机安装在第三减速器上，第三减速器安装在支撑板上；第三限位开关数量为两个，两个第三限位开关均固装在支撑板的背面。

8、进一步的，所述相机模块包括测波视觉相机、惯导传感器和gps装置；测波视觉相机数量为两个，两个测波视觉相机分别固装在右摆杆和左摆杆的末端，惯导传感器安装在左回型框上，gps装置数量为两个，两个gps装置分别固装在右摆杆和左摆杆上。

9、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

10、1、本发明的三自由度串联式海上双目测波装置，偏航关节模块实现航向角的运动补偿，横滚关节模块实现横滚角的运动补偿，俯仰关节模块实现俯仰角的运动补偿，三者为串联关系，补偿俯仰、横滚、偏航三个方向上的角位移，为双目测波视觉相机提供稳定载体，串联关系使整体结构紧凑，满足大负载、高速、高精度要求。本发明具有通讯、供电、安装及后续运行维护方便快捷的优点，同时能够实时高效地获取大量波浪数据，为正常海上作业活动的开展提供重要保障。

11、2、本发明的三自由度串联式海上双目测波装置，以海上钻井平台或船舶为载体，设置测波装置进行海上实时波浪观测，将有效解决现有测波手段在通讯、供电上的问题，同时装置的安装及后续运行维护方便，能够实时高效地获取大量波浪数据，为正常海上作业活动的开展提供重要保障。

12、3、本发明的三自由度串联式海上双目测波装置，系统模块化设计，方便携带、组装、维护更换；通过高频主动控制满足系统0～0.5hz的低频运动补偿，系统定位精度优于±0.1°。

技术特征：

1.一种三自由度串联式海上双目测波装置，其特征在于：所述测波装置包括偏航关节模块(1)、横滚关节模块(2)、俯仰关节模块(3)、相机模块(4)和底板(5)；偏航关节模块(1)安装在底板(5)上，横滚关节模块(2)设置在偏航关节模块(1)上，俯仰关节模块(3)设置在横滚关节模块(2)上，相机模块(4)安装在俯仰关节模块(3)的末端。

2.根据权利要求1所述的一种三自由度串联式海上双目测波装置，其特征在于：所述偏航关节模块(1)包括第一步进电机(10)、第一减速器(11)、底座(12)、第一限位开关(13)、第一轴承(14)、托盘盖(15)、第一肋板支座(16)、接触棒(17)、第一轴套法兰(18)和直角支架(19)；第一步进电机(10)的电机轴与第一减速器(11)的输入轴固连，第一减速器(11)的输出轴与第一轴套法兰(18)键连接，第一轴套法兰(18)与第一肋板支座(16)固定安装；另外第一轴承(14)为回转轴承，第一轴承(14)套在第一轴套法兰(18)的外部并设置在托盘盖(15)与第一轴套法兰(18)之间，第一轴承(14)的内圈与第一轴套法兰(18)固连，第一轴承(14)的外圈与托盘盖(15)固连，第一步进电机(10)安装在第一减速器(11)上，第一减速器(11)安装在托盘盖(15)上，托盘盖(15)固装在底座(12)的上端，底座(12)固装在底板(5)上；第一限位开关(13)为两个，两个第一限位开关(13)均固装在托盘盖(15)上，接触棒(17)固装在直角支架(19)上，直角支架(19)固装在第一肋板支座(16)的后面。

3.根据权利要求2所述的一种三自由度串联式海上双目测波装置，其特征在于：所述第一肋板支座(16)包括l型板(161)和连接套(162)，l型板(161)的上端设置有上孔(1611)，连接套(162)设置在l型板(161)的前端且位于上孔(1611)处。

4.根据权利要求3所述的一种三自由度串联式海上双目测波装置，其特征在于：所述横滚关节模块(2)包括第二步进电机(20)、第二减速器(21)、直角板条(22)、第二限位开关(23)、第一端盖(24)、第二肋板支座(25)、第二轴承(26)、第一轴用弹性挡圈(27)和第二轴套法兰(28)；第二步进电机(20)的电机轴与第二减速器(21)的输入轴固连，第二减速器(21)的输出轴与第二轴套法兰(28)键连接，第二轴套法兰(28)与第二肋板支座(25)固定安装；第二轴承(26)为深沟球轴承，数量为两个，第二轴承(26)的内圈套在第二轴套法兰(28)的外部，第二轴承(26)的外圈安装在第一肋板支座(16)的连接套(162)和上孔(1611)中，第二轴承(26)通过第一端盖(24)与第一轴用弹性挡圈(27)定位，第一轴用弹性挡圈(27)设置在第二轴套法兰(28)上，第一端盖(24)固装在连接套(162)的端部，第二步进电机(20)安装在第二减速器(21)上，第二减速器(21)安装在第一肋板支座(16)上，第二限位开关(23)数量为两个，两个第二限位开关(23)均固装在第一肋板支座(16)的连接套(162)的外部，直角板条(22)位于两个第二限位开关(23)之间，且直角板条(22)固装在第二肋板支座(25)上。

5.根据权利要求4所述的一种三自由度串联式海上双目测波装置，其特征在于：所述第二肋板支座(25)包括法兰端板(251)和支撑板(252)，法兰端板(251)与支撑板(252)垂直设置，法兰端板(251)与支撑板(252)一体制成，支撑板(252)的前端设置有安装孔(2521)。

6.根据权利要求5所述的一种三自由度串联式海上双目测波装置，其特征在于：所述俯仰关节模块(3)包括右摆杆(30)、第三步进电机(31)、第三减速器(32)、右回型框(33)、第三轴承(34)、第三轴套法兰(35)、第二端盖(36)、左回型框(37)、左摆杆(38)、第二轴用弹性挡圈(39)和第三限位开关(3a)；第三步进电机(31)的电机轴与第三减速器(32)的输入轴固连，第三减速器(32)的输出轴与第三轴套法兰(35)键连接，第三轴套法兰(35)的左端与左回型框(37)通过连接元件连接，左回型框(37)的左端与左摆杆(38)通过连接元件连接，框左回型(37)的右端与右回型框(33)通过连接元件连接，右摆杆(30)的左侧端套装在第三步进电机(31)和第三减速器(32)上，右摆杆(30)的左端与右回型框(33)通过连接元件连接；第三轴承(34)为深沟球轴承，数量为两个，第三轴承(34)的内圈套在第三轴套法兰(35)的外部，第三轴承(34)的外圈安装在第二肋板支座(25)的安装孔(2521)中，第三轴承(34)通过第二端盖(36)与第二轴用弹性挡圈(39)定位，第二轴用弹性挡圈(39)设置在第三轴套法兰(35)上，第二端盖(36)固装在支撑板(252)的左端，第三步进电机(31)安装在第三减速器(32)上，第三减速器(32)安装在支撑板(252)上；第三限位开关(3a)数量为两个，两个第三限位开关(3a)均固装在支撑板(252)的背面。

7.根据权利要求6所述的一种三自由度串联式海上双目测波装置，其特征在于：所述相机模块(4)包括测波视觉相机(40)、惯导传感器(41)和gps装置(42)；测波视觉相机(40)数量为两个，两个测波视觉相机(40)分别固装在右摆杆(30)和左摆杆(38)的末端，惯导传感器(41)安装在左回型框(37)上，gps装置(42)数量为两个，两个gps装置(42)分别固装在右摆杆(30)和左摆杆(38)上。

技术总结
本发明公开了一种三自由度串联式海上双目测波装置，以解决现有获取海上波浪数据的相关设备通讯、供电受限制，投放、维护以及回收困难，所获得的波浪数据有限的问题。本发明包括偏航关节模块、横滚关节模块、俯仰关节模块、相机模块和底板；偏航关节模块安装在底板上，横滚关节模块设置在偏航关节模块上，俯仰关节模块设置在横滚关节模块上，相机模块安装在横滚关节模块平台末端。偏航关节模块实现航向角的运动补偿，横滚关节模块实现横滚角的运动补偿，俯仰关节模块实现俯仰角的运动补偿，三者在安装上形成串联关系，为双目测波视觉相机提供稳定载体。本发明能够实时高效地获取大量波浪数据，为正常海上作业活动的开展提供重要保障。

技术研发人员：张新彬,闫硕,王立杰,谭立国
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12