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CN110260110A - 一种用于波浪补偿的六自由度混联平台 - Google Patents

一种用于波浪补偿的六自由度混联平台 Download PDF

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CN110260110A
CN110260110A CN201910565191.9A CN201910565191A CN110260110A CN 110260110 A CN110260110 A CN 110260110A CN 201910565191 A CN201910565191 A CN 201910565191A CN 110260110 A CN110260110 A CN 110260110A
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fixed
lateral
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张豪也
胡雄
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Abstract

一种用于波浪补偿的六自由度混联平台，包括：并联单元和串联单元。所述的并联单元包括动平台、第一电动缸、第二电动缸、第三电动缸、防扭架、并联稳定平台。纵向运动机构、横向运动机构和回转运动机构。纵向运动机构包括纵向下导轨、纵向上导轨、纵向电机、纵向连轴器、纵向丝杠、纵向丝杠轴承支撑、纵向丝杠螺母、纵向稳定平台；横向运动机构包括横向下导轨、横向上导轨、横向电机、横向连轴器、横向丝杠、横向丝杠轴承支撑、横向丝杠螺母、横向稳定平台；回转运动机构包括回转运动电机、小齿轮、大齿轮、稳定平台。本发明结合船舶姿态采集系统可以实现对船舶在波浪中的升沉、艏摇、横摇、纵荡、纵摇和横荡六个自由度运动的补偿。

Description

一种用于波浪补偿的六自由度混联平台
技术领域
本发明涉及六自由度平台领域，特别是一种用于波浪补偿的六自由度混联平台。
背景技术
随着机电液气技术水平的不断进步，六自由度平台得到了大量发展，现有的六自由度平台主要有串联平台和并联平台两大类，其中串联平台运动范围大，但是承载能力较低，并联平台则正好相反。按照驱动器件不同又可以分为电动平台、液压平台和气压平台。其中电动平台具有污染小、动态响应快、承载能力高等特点。液压平台承载能力较高，但是动态响应能力较慢，且液压油一旦泄露将污染环境。气压平台动态响应快，但是承载能力有限。
舰船在波浪的作用下会产生升沉、横摇、纵摇、横荡、纵荡和艏摇六个自由度的运动，对安装在船上的设备带来重大的影响。以海军海上补给为例，两舰船在升沉、横摇和纵摇的相对运动可能导致补给中的货物与被补给的舰船甲板的碰撞，给海上补给带来巨大的风险；两舰船在水平面内的纵荡、横荡和艏摇自由度的相对运动会使货物无法准确放置到指定位置。
发明专利CN106744320A公开了一种六自由度主动式波浪补偿吊装，其通过伺服电机驱动的钢丝绳牵引吊具系统实现六自由度的补偿，相对于传统的吊具，其体积和重量较大，本身的安装就给工程机械加大了操作难度。舰船在波浪作用下会产生六个自由度中的几个自由度的叠加运动，因此，为了取得较好的效果，波浪补偿设备要具备六个自由度运动补偿能力，同时，需要兼顾承载能力和运动范围。
发明内容
针对上述的不足，本发明提供了一种用于波浪补偿六自由度混联平台，目的在于解决六自由度波浪补偿的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种用于波浪补偿的六自由度混联平台包括：并联单元和串联单元。
所述的并联单元包括动平台、第一电动缸、第二电动缸、第三电动缸、防扭架、并联单元稳定平台；所述的动平台的下表面与船舶固定；所述的第一电动缸、第二电动缸和第三电动缸的缸体一端分别通过虎克铰与动平台上表面铰接，其中三个铰接位置均布在一个圆周上，其中第一电动缸和第二电动缸的缸体的铰接位置连线沿着纵向方向；所述的第一电动缸、第二电动缸和第三电动缸的推杆一端分别通过虎克铰与并联单元稳定平台下表面铰接，其中三个铰接位置均布在一个圆周上，其中第一电动缸和第二电动缸的推杆的铰接位置连线沿着纵向方向。
所述的防扭架包括一个导向杆安装板、两根导向杆、一个导向套安装板、一个框架式支架；所述导向杆安装板的下表面中间位置通过虎克铰与动平台铰接，其中铰接的位置在所述的第一电动缸、第二电动缸和第三电动缸的缸体的铰接位置均布的圆周的圆心处，其中导向杆安装板的长度方向为纵向；所述的两根导向杆的一端分别与导向杆安装板的上表面的两端垂直固定；所述的导向套安装板在两端分别设置有一个穿透的导向套，其中两根导向套分别与两根导向套配合；导向套安装板与框架式支架的顶端固定；框架式支架的底端与并联稳定平台下表面垂直固定。
所述的串联单元包括纵向运动机构、横向运动机构和回转运动机构。
进一步的纵向运动机构包括两根纵向下导轨、两根纵向上导轨、纵向电机、纵向连轴器、纵向丝杠、两个纵向丝杠轴承支撑、纵向丝杠螺母、纵向稳定平台；所述的两根纵向下导轨沿纵向平行、对称地分布在并联稳定平台的两侧，两根纵向下导轨的下表面与并联稳定平台的上表面固定；所述的两根纵向上导轨分别与两根纵向下导轨配合，其中两根纵向上导轨的上表面分别与纵向稳定平台长度方向的两侧的中间位置固定；所述的纵向丝杠通过两个纵向丝杠轴承支撑安装在并联稳定平台的上表面，其中纵向丝杠的轴线沿着纵向且位于两根纵向下导轨的中间，其中纵向丝杠的有效行程中点与两根纵向下导轨的有效行程中点共线，其中两个纵向丝杠轴承支撑的下表面与并联稳定平台的上表面固定；所述的纵向电机通过纵向连轴器与纵向丝杠连接，其中纵向电机通过侧面与并联稳定平台的上表面固定。所述的纵向丝杠螺母与纵向丝杠配合，其中纵向丝杠螺母的上表面与纵向稳定平台的下表面固定。
进一步的横向运动机构包括两根横向下导轨、两根横向上导轨、横向电机、横向连轴器、横向丝杠、两个横向丝杠轴承支撑、横向丝杠螺母、横向稳定平台；所述的两根横向下导轨沿横向平行、对称地分布在纵向稳定平台的两侧，两根横向下导轨的下表面与纵向稳定平台的上表面固定；所述的两根横向上导轨分别与两根横向下导轨配合，其中两根横向上导轨的上表面分别与横向稳定平台的两侧的中间位置固定；所述的横向丝杠通过两个横向丝杠轴承支撑安装在纵向稳定平台的上表面，其中横向丝杠的轴线沿着横向且位于两根横向下导轨的中间，其中横向丝杠的有效行程中点与两根横向下导轨的有效行程中点共线，其中两个横向丝杠轴承支撑的下表面与纵向稳定平台的上表面固定；所述的横向电机通过横向连轴器与横向丝杠连接，其中横向电机通过侧面与纵向稳定平台的上表面固定。所述的横向丝杠螺母与横向丝杠配合，其中横向丝杠螺母的上表面与横向稳定平台的下表面固定。
进一步的回转运动机构包括回转运动电机、小齿轮、大齿轮、稳定平台。所述的横向稳定平台的上表面中心位置设置有轴承孔，在一侧边缘处还设置有贯穿的轴孔；大齿轮的轴端通过轴承安装在横向稳定平台的上表面中心位置的轴承孔内，大齿轮的上表面与稳定平台的下表面固定；所述小齿轮与大齿轮配合；所述回转运动电机的电机轴穿过横向稳定平台贯穿的轴孔，小齿轮安装在回转运动电机的电机轴上，其中回转运动电机的端面法兰与横向稳定平台的下表面固定。
相对现有技术，该发明的有益之处在于：
1)本发明可以补偿船舶在水波作用下升沉、艏摇、横摇、纵荡、纵摇和横荡六个自由度的运动，并且针对多个自由度叠加造成的波动具有良好的补偿效果。
2)本发明采用并联和串联混合设计，兼顾了平台的承载能力高和运动范围大的优势。
3)本发明通过防扭架承受竖直方向的扭矩，电动缸的两端均用虎克铰与动平台和并联稳定平台铰接，电动缸不需要承受轴向扭矩和径向弯矩，使用寿命更长，同时平台的承载能力更高。
附图说明
图1为六自由度混联平台的轴承示意图；
图2为本发明图1的六自由度混联平台的A向示意图；
图3为本发明图2的六自由度混联平台的A-A俯视示意图；
图4为本发明图2的六自由度混联平台的B-B俯视示意图；
图5为本发明图2的六自由度混联平台的C-C俯视示意图。
图中：
1、并联单元，2、串联单元，101、动平台，102、第一电动缸，103、第二电动缸，104、第三电动缸，105、防扭架，1051、导向杆安装板，1052、导向杆，1053、导向套安装板，1054、框架式支架，106、并联稳定平台，201、纵向下导轨，202、纵向上导轨，203、纵向电机，204、纵向连轴器，205、纵向丝杠，206、纵向丝杠轴承支撑，207、纵向丝杠螺母，208、纵向稳定平台，209、横向下导轨，210、横向上导轨，211、横向电机，212、横向连轴器，213、横向丝杠，214、横向丝杠轴承支撑，215、横向丝杠螺母，216、横向稳定平台，217、回转运动电机，218、小齿轮，219、大齿轮，220、稳定平台。
具体实施方式
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：
一种用于波浪补偿的六自由度混联平台包括：并联单元1和串联单元2。
所述的并联单元1包括动平台101、第一电动缸102、第二电动缸103、第三电动缸104、防扭架105、并联单元稳定平台106；所述的动平台101的下表面与船舶固定；所述的第一电动缸102、第二电动缸103和第三电动缸104的缸体一端分别通过虎克铰与动平台101上表面铰接，其中三个铰接位置均布在一个圆周上，其中第一电动缸102和第二电动缸103的缸体的铰接位置连线沿着纵向方向；所述的第一电动缸102、第二电动缸103和第三电动缸104的推杆一端分别通过虎克铰与并联单元稳定平台106下表面铰接，其中三个铰接位置均布在一个圆周上，其中第一电动缸102和第二电动缸103的推杆的铰接位置连线沿着纵向方向。
所述的防扭架105包括一个导向杆安装板1051、两根导向杆1052、一个导向套安装板1053、一个框架式支架1054；所述导向杆1052安装板1051的下表面中间位置通过虎克铰与动平台101铰接，其中铰接的位置在所述的第一电动缸102、第二电动缸103和第三电动缸104的缸体的铰接位置均布的圆周的圆心处，其中导向杆1052安装板1051的长度方向为纵向；所述的两根导向杆1052的一端分别与导向杆1052安装板1051的上表面的两端垂直固定；所述的导向套安装板1053在两端分别设置有一个穿透的导向套，其中两根导向套分别与两根导向套配合；导向套安装板1053与框架式支架1054的顶端固定；框架式支架1054的底端与并联稳定平台106下表面垂直固定。
所述的串联单元2包括纵向运动机构、横向运动机构和回转运动机构。
进一步的纵向运动机构包括两根纵向下导轨201、两根纵向上导轨202、纵向电机203、纵向连轴器204、纵向丝杠205、两个纵向丝杠轴承支撑206、纵向丝杠螺母207、纵向稳定平台208；所述的两根纵向下导轨201沿纵向平行、对称地分布在并联稳定平台106的两侧，两根纵向下导轨201的下表面与并联稳定平台106的上表面固定；所述的两根纵向上导轨202分别与两根纵向下导轨201配合，其中两根纵向上导轨202的上表面分别与纵向稳定平台208长度方向的两侧的中间位置固定；所述的纵向丝杠205通过两个纵向丝杠轴承支撑206安装在并联稳定平台106的上表面，其中纵向丝杠205的轴线沿着纵向且位于两根纵向下导轨201的中间，其中纵向丝杠205的有效行程中点与两根纵向下导轨201的有效行程中点共线，其中两个纵向丝杠轴承支撑206的下表面与并联稳定平台106的上表面固定；所述的纵向电机203通过纵向连轴器204与纵向丝杠205连接，其中纵向电机203通过侧面与并联稳定平台106的上表面固定。所述的纵向丝杠螺母207与纵向丝杠205配合，其中纵向丝杠螺母207的上表面与纵向稳定平台208的下表面固定。
进一步的横向运动机构包括两根横向下导轨209、两根横向上导轨210、横向电机211、横向连轴器212、横向丝杠213、两个横向丝杠轴承支撑214、横向丝杠螺母215、横向稳定平台216；所述的两根横向下导轨209沿横向平行、对称地分布在纵向稳定平台208的两侧，两根横向下导轨209的下表面与纵向稳定平台208的上表面固定；所述的两根横向上导轨210分别与两根横向下导轨209配合，其中两根横向上导轨210的上表面分别与横向稳定平台216的两侧的中间位置固定；所述的横向丝杠213通过两个横向丝杠轴承支撑214安装在纵向稳定平台208的上表面，其中横向丝杠213的轴线沿着横向且位于两根横向下导轨209的中间，其中横向丝杠213的有效行程中点与两根横向下导轨209的有效行程中点共线，其中两个横向丝杠轴承支撑214的下表面与纵向稳定平台208的上表面固定；所述的横向电机211通过横向连轴器212与横向丝杠213连接，其中横向电机211通过侧面与纵向稳定平台208的上表面固定。所述的横向丝杠螺母215与横向丝杠213配合，其中横向丝杠螺母215的上表面与横向稳定平台216的下表面固定。
进一步的回转运动机构包括回转运动电机217、小齿轮218、大齿轮219、稳定平台220。所述的横向稳定平台216的上表面中心位置设置有轴承孔，在一侧边缘处还设置有贯穿的轴孔；大齿轮219的轴端通过轴承安装在横向稳定平台216的上表面中心位置的轴承孔内，大齿轮219的上表面与稳定平台220的下表面固定；所述小齿轮218与大齿轮219配合；所述回转运动电机217的电机轴穿过横向稳定平台216贯穿的轴孔，小齿轮218安装在回转运动电机217的电机轴上，其中回转运动电机217的端面法兰与横向稳定平台216的下表面固定。
本发明可以补偿船舶在水波作用下升沉、艏摇、横摇、纵荡、纵摇和横荡六个自由度的运动，并且针对多个自由度叠加造成的波动具有良好的补偿效果。采用并联和串联混合设计，兼顾了平台的承载能力高和运动范围大的优势。通过防扭架承受竖直方向的扭矩，电动缸的两端均用虎克铰与动平台和并联稳定平台铰接，电动缸不需要承受轴向扭矩和径向弯矩，使用寿命更长，同时平台的承载能力更高。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种用于波浪补偿的六自由度混联平台，其特征在于，包括：
并联单元(1)和串联单元(2)；
所述的并联单元(1)包括：动平台(101)、第一电动缸(102)、第二电动缸(103)、第三电动缸(104)、防扭架(105)、并联单元稳定平台(106)；
所述的动平台(101)的下表面与船舶固定；
所述的第一电动缸(102)、第二电动缸(103)和第三电动缸(104)的缸体一端分别通过虎克铰与动平台(101)上表面铰接，其中三个铰接位置均布在一个圆周上，其中第一电动缸(102)和第二电动缸(103)的缸体的铰接位置连线沿着纵向方向；
所述的第一电动缸(102)、第二电动缸(103)和第三电动缸(104)的推杆一端分别通过虎克铰与并联单元稳定平台(106)下表面铰接，其中三个铰接位置均布在一个圆周上，其中第一电动缸(102)和第二电动缸(103)的推杆的铰接位置连线沿着纵向方向；
所述的串联单元(2)包括纵向运动机构、横向运动机构和回转运动机构；
纵向运动机构包括两根纵向下导轨(201)、两根纵向上导轨(202)、纵向电机(203)、纵向连轴器(204)、纵向丝杠(205)、两个纵向丝杠轴承支撑(206)、纵向丝杠螺母(207)、纵向稳定平台(208)；
所述的两根纵向下导轨(201)沿纵向平行、对称地分布在并联稳定平台(106)的两侧，两根纵向下导轨(201)的下表面与并联稳定平台(106)的上表面固定；
所述的两根纵向上导轨(202)分别与两根纵向下导轨(201)配合，其中两根纵向上导轨(202)的上表面分别与纵向稳定平台(208)长度方向的两侧的中间位置固定；
所述的纵向丝杠(205)通过两个纵向丝杠轴承支撑(206)安装在并联稳定平台(106)的上表面，其中纵向丝杠(205)的轴线沿着纵向且位于两根纵向下导轨(201)的中间，其中纵向丝杠(205)的有效行程中点与两根纵向下导轨(201)的有效行程中点共线，其中两个纵向丝杠轴承支撑(206)的下表面与并联稳定平台(106)的上表面固定；
所述的纵向电机(203)通过纵向连轴器(204)与纵向丝杠(205)连接，其中纵向电机(203)通过侧面与并联稳定平台(106)的上表面固定；
所述的纵向丝杠螺母(207)与纵向丝杠(205)配合，其中纵向丝杠螺母(207)的上表面与纵向稳定平台(208)的下表面固定；
横向运动机构包括两根横向下导轨(209)、两根横向上导轨(210)、横向电机(211)、横向连轴器(212)、横向丝杠(213)、两个横向丝杠轴承支撑(214)、横向丝杠螺母(215)、横向稳定平台(216)；
所述的两根横向下导轨(209)沿横向平行、对称地分布在纵向稳定平台(208)的两侧，两根横向下导轨(209)的下表面与纵向稳定平台(208)的上表面固定；
所述的两根横向上导轨(210)分别与两根横向下导轨(209)配合，其中两根横向上导轨(210)的上表面分别与横向稳定平台(216)的两侧的中间位置固定；
所述的横向丝杠(213)通过两个横向丝杠轴承支撑(214)安装在纵向稳定平台(208)的上表面，其中横向丝杠(213)的轴线沿着横向且位于两根横向下导轨(209)的中间，其中横向丝杠(213)的有效行程中点与两根横向下导轨(209)的有效行程中点共线，其中两个横向丝杠轴承支撑(214)的下表面与纵向稳定平台(208)的上表面固定；
所述的横向电机(211)通过横向连轴器(212)与横向丝杠(213)连接，其中横向电机(211)通过侧面与纵向稳定平台(208)的上表面固定；
所述的横向丝杠螺母(215)与横向丝杠(213)配合，其中横向丝杠螺母(215)的上表面与横向稳定平台(216)的下表面固定；
回转运动机构包括回转运动电机(217)、小齿轮(218)、大齿轮(219)、稳定平台(220)；
所述的横向稳定平台(216)的上表面中心位置设置有轴承孔，在一侧边缘处还设置有贯穿的轴孔；大齿轮(219)的轴端通过轴承安装在横向稳定平台(216)的上表面中心位置的轴承孔内，大齿轮(219)的上表面与稳定平台(220)的下表面固定；所述小齿轮(218)与大齿轮(219)配合；所述回转运动电机(217)的电机轴穿过横向稳定平台(216)贯穿的轴孔，小齿轮(218)安装在回转运动电机(217)的电机轴上，其中回转运动电机(217)的端面法兰与横向稳定平台(216)的下表面固定。
2.如权利要求1所述的用于波浪补偿的六自由度混联平台，其特征在于：
所述的防扭架(105)包括一个导向杆安装板(1051)、两根导向杆(1052)、一个导向套安装板(1053)、一个框架式支架(1054)；所述导向杆(1052)安装板(1051)的下表面中间位置通过虎克铰与动平台(101)铰接，其中铰接的位置在所述的第一电动缸(102)、第二电动缸(103)和第三电动缸(104)的缸体的铰接位置均布的圆周的圆心处，其中导向杆(1052)安装板(1051)的长度方向为纵向；所述的两根导向杆(1052)的一端分别与导向杆(1052)安装板(1051)的上表面的两端垂直固定；所述的导向套安装板(1053)在两端分别设置有一个穿透的导向套，其中两根导向套分别与两根导向套配合；导向套安装板(1053)与框架式支架(1054)的顶端固定；框架式支架(1054)的底端与并联稳定平台(106)下表面垂直固定。
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