CN113232768B - 一种具有波浪补偿功能的海上换乘栈桥及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有波浪补偿功能的海上换乘栈桥及其工作方法，所述的海上换乘栈桥，包括升沉机构、栈桥系统和主动波浪补偿控制系统。本发明能补偿船舶两船摇荡运动对换乘栈桥产生扰动，即使宿主船和目标船存在干舷差，仍可保证换乘栈桥在人员换乘过程中栈桥桥体与水平面保持安全角度不变，提高海上两船间人员换乘的安全性与舒适性。本发明的换乘栈桥在完成搭接后，栈桥桥体前端与换乘点固定连接，人员换乘过程只需控制其升沉机构即可保证栈桥桥体与水平面保持安全角度不变。本发明的栈桥桥体前端与换乘点之间采用电磁着陆锥进行固定连接，无需额外的机械装置进行固定，可使栈桥桥体在紧急情况下能迅速脱离换乘点，紧急提升，提高安全性。

Description

一种具有波浪补偿功能的海上换乘栈桥及其工作方法

技术领域

本发明涉及船舶与海洋工程领域的技术装备，特别是一种具有波浪补偿功能的海上换乘栈桥及其工作方法。

背景技术

石油勘探船用于深水石油勘探作业，携带有钻探用的设备等，因船载设备多、舱室有限，因此，可容纳船员较少，每隔一段时间需要通过搭载换班人员的倒班船与石油勘探船靠帮进行船舶间人员换乘。石油勘探船称为宿主船，其上安装有动力定位系统，倒班船称为目标船，海上换乘栈桥安放在宿主船上，可在宿主船与目标船之间建立起海上人员转运通道。实际中，受到风、浪、流等海洋环境影响，宿主船与目标船均会产生横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和升沉六个自由度的运动，这些摇荡运动会对换乘栈桥产生扰动，给海上人员换乘造成安全隐患。

中国发明专利CN106320161B公开了一种六自由度主动补偿式海上平台登乘栈桥，包括栈桥、登乘平台、六自由度补偿平台、全回转机构、俯仰补偿器和伸缩补偿器，六自由度补偿平台可为登乘栈桥提供六自由度运动补偿，全回转机构、俯仰补偿器和伸缩补偿器协同运动补偿六自由度补偿平台未补偿的残余的船舶运动，用于船舶与海上固定平台之间的人员转运，但六自由度补偿平台的驱动机构数量多、结构复杂、能耗高、协同控制困难。

中国发明专利CN106494577B公开了一种具有主动波浪补偿功能的栈桥，包括升降基座、承载台、栈桥和伸缩支撑杆，升降基座和伸缩支撑杆协同运动保证承载台前端与被搭接浮体之间的距离大于安全距离，并抵消两浮体运动导致的栈桥俯仰角度变化，可用于海上两个浮体之间的人员转运，但该栈桥没有伸缩机构，无法补偿海浪造成的浮体之间的距离变化，使得栈桥端点在浮体上移动，对人员登离栈桥造成安全隐患。

中国发明专利CN108411766B公开了一种位置补偿可伸缩式登船栈桥，包括基座、回转座、伸缩栈桥、变幅油缸和工控机等，栈桥所在船舶与被搭接船舶均安装有动力定位系统，伸缩栈桥前端和被搭接船舶上均安装有MRU位姿测量装置，分别采集伸缩栈桥前端及船舶搭接点的位置信息，栈桥的回转、伸缩及俯仰机构协同运动，主动补偿船舶运动，使栈桥前端随船舶的搭接点随动，以实现安全搭接，当搭接完成后，回转、伸缩及俯仰机构均进入被动补偿模式，可用于海上船舶之间人员与物资转运，但不能保证栈桥桥体始终与水平面保持固定角度不变，影响人员转运的舒适性和货物转运的安全性。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要提出一种机构简单且易于控制的具有波浪补偿功能的海上换乘栈桥及其工作方法，使人员在海上两艘靠帮船舶之间就像在陆地上一样进行安全换乘，不仅能够在换乘栈桥搭接过程中实时补偿两船摇荡运动对换乘栈桥产生的扰动、实现安全搭接，而且在进行人员换乘过程中也能保证栈桥桥体与水平面保持固定安全角度不变。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种具有波浪补偿功能的海上换乘栈桥，包括升沉机构、栈桥系统和主动波浪补偿控制系统。

所述的升沉机构包括底座、三个基座支腿、外基座、内基座和液压缸。所述的外基座嵌套在内基座外侧，外基座上的齿轮单元与内基座上的齿条啮合；

所述的底座固定安装在宿主船甲板上；所述的三个基座支腿与底座固定连接，沿底座周向均布；所述的外基座为三棱管状结构，上下两端均开口，外基座的三个棱的下端分别与三个基座支腿固定连接；所述的外基座的每个棱上安装两组齿轮单元，两组齿轮单元沿棱的上下方向安装；每组齿轮单元包括上齿轮、辅助齿轮和下齿轮，所述的辅助齿轮位于上齿轮和下齿轮的中间、分别与上齿轮和下齿轮啮合；所述的内基座为三棱管状结构，上端闭合，下端开口，内基座外侧壁的每个棱上设有齿条；所述的上齿轮和下齿轮均与对应的内基座上的齿条啮合，使内基座沿着外基座纵向移动；所述的液压缸的缸筒通过转动副A连接于底座的几何中心处、活塞杆通过转动副B连接于内基座上端面的几何中心处，驱动内基座沿外基座纵向移动。

所述的栈桥系统为旋转双吊臂伸缩式结构，包括基座、登乘平台、第一液压马达、栈桥桥体、连接轴、俯仰装置、电磁着陆锥、第一激光测距传感器。所述的基座安装在升沉机构内基座的上端面，用于支撑登乘平台；所述的第一液压马达安装在基座内部，用于驱动基座旋转；所述的栈桥桥体包括固定桥体、伸缩桥体和第二液压马达，所述的固定桥体带有栏杆，所述的伸缩桥体带有栏杆和滑轮，伸缩桥体通过滑轮与固定桥体搭接，并沿固体桥体移动；所述的第二液压马达安装于固定桥体底部，驱动伸缩桥体沿固定桥体移动；所述的固定桥体通过连接轴与登乘平台连接，使栈桥桥体绕连接轴转动；所述的俯仰装置包括两个吊臂、第三液压马达、两个卷筒、两组滑轮和两根钢丝吊索，所述的两个吊臂安装在登乘平台的两侧，每个吊臂内有一个凹槽，凹槽内设有一个固定轴，所述的第三液压马达安装在登乘平台上，所述的两个卷筒分别安装在第三液压马达输出轴两端，所述的两组滑轮均由四个滑轮组成，一组滑轮中的两个滑轮均安装在一侧吊臂的凹槽内，另外两个滑轮均安装在固定桥体底部与这个吊臂同侧的外端；另一组滑轮中的四个滑轮则同样分别安装在另一侧吊臂的凹槽内和固定桥体底部的外端，所述的钢丝吊索绕在卷筒上，两根钢丝吊索分别依次交替绕过两侧吊臂上的两个滑轮和固定桥体上的两个滑轮后，两根钢丝吊索的末端分别固定于两侧吊臂凹槽内的固定轴上；所述的第三液压马达转动带动卷筒转动，收放钢丝吊索，从而实现栈桥桥体的俯仰；所述的电磁着陆锥通过球铰安装在伸缩桥体前端底部，用于将伸缩桥体前端固定在目标船甲板上的换乘点处；所述的第一激光测距传感器安装在宿主船靠近目标船一侧的舷顶列板上，用于测量宿主船与目标船侧舷的间距。

所述的主动波浪补偿控制系统包括控制箱、激光雷达、主控计算机、第二激光测距传感器、第一编码器、位移传感器、第二编码器、角度传感器、第三编码器、惯性测量单元、倾角传感器、三自由度补偿控制器和升沉补偿控制器。

所述的控制箱安装于宿主船甲板上；所述的激光雷达安装于宿主船靠近目标船一侧的侧舷附近甲板上，用于获得目标船相对宿主船的位姿；所述的主控计算机安装于控制箱内，接收来自激光雷达的目标船相对宿主船的距离、方位信息组成的点云数据，并对其进行处理和计算，得到目标船的升沉位移、横摇角和纵摇角；

所述的第二激光测距传感器安装在伸缩桥体前端的一侧，用于获取伸缩桥体前端距目标船甲板的垂直距离；

所述的第一编码器安装于第一液压马达上，用于测量第一液压马达的转动量，并获得基座旋转量；

所述的位移传感器安装于液压缸上，用于测量内基座相对于外基座的纵向位移；所述的第二编码器安装于第二液压马达上，用于测量第二液压马达的转动量，并获得栈桥桥体的伸缩量；所述的角度传感器安装在连接轴的一端，用于测量栈桥桥体绕连接轴与升沉机构纵向的夹角；

所述的第三编码器安装于第三液压马达上，用于测量第三液压马达的转动量；

所述的惯性测量单元安装于升沉机构的底座上，用于测量升沉机构的底座随船的横荡位移、升沉位移和横摇角；

所述的倾角传感器安装于固定桥体一侧，用于测量栈桥桥体与水平面的夹角；

所述的三自由度补偿控制器安装于控制箱内，三自由度补偿控制器接收以下数据：主控计算机所计算的目标船升沉位移、横摇角和纵摇角，惯性测量单元测得的升沉机构底座随船的横荡位移、升沉位移和横摇角，第一编码器测得的第一液压马达的转动量与基座旋转量，第二编码器测得的第二液压马达转动量与栈桥桥体伸缩量和第三编码器测得的第三液压马达转动量；三自由度补偿控制器输出第一液压马达、第二液压马达和第三液压马达的控制信号，控制栈桥桥体的旋转、伸缩及俯仰三自由度协同运动，补偿宿主船横摇和升沉运动对栈桥桥体的扰动，并使栈桥桥体前端跟随目标船上的换乘点沿横荡方向、纵荡方向和升沉方向运动；所述的三自由度补偿控制器的工作模式称为主动补偿模式；

所述的升沉补偿控制器安装于控制箱内，升沉补偿控制器接收以下数据：角度传感器测得的栈桥桥体绕连接轴与升沉机构纵向的夹角，第二编码器测得的第二液压马达转动量与栈桥桥体伸缩量，位移传感器测得的内基座相对于外基座的纵向位移和倾角传感器测得的栈桥桥体与水平面的夹角；升沉补偿控制器输出液压缸的控制信号，主动控制液压缸，驱动升沉机构，同时，第一液压马达、第二液压马达和第三液压马达卸荷，处于被动工作模式，协同补偿宿主船横摇和升沉运动以及目标船的升沉、横摇和纵摇运动对栈桥桥体的扰动；所述的升沉补偿控制器的工作模式称为升沉补偿模式。

进一步地，所述的底座固定安装在宿主船甲板近目标船一侧的侧舷中心附近。

进一步地，所述的登乘平台带有围栏，且围栏上带有登乘口，固定在基座上。

进一步地，所述的固定桥体宽度大于伸缩桥体宽度，伸缩桥体通过滑轮沿固定桥体内侧移动。

一种具有波浪补偿功能的海上换乘栈桥的搭设及工作方法，包括如下步骤：

A、目标船靠帮宿主船，保证目标船上的换乘点与升沉机构的底座几何中心的连线与宿主船甲板侧舷垂直；

B、操作者操控第三液压马达反转，带动卷筒逆时针转动收起钢丝吊索，使栈桥桥体绕连接轴逆时针转动，提升栈桥桥体向上仰起，直到栈桥桥体与升沉机构纵向的夹角达到适合栈桥搭接的角度时，第三液压马达停转；

C、操作者操控第一液压马达驱动基座旋转，从而带动栈桥桥体旋转到目标船上的换乘点上方空间某一位置；

D、操作者根据宿主船与目标船的间距操控第二液压马达，驱动栈桥桥体伸缩，同时，根据栈桥桥体前端距目标船甲板的垂向距离，操控第三液压马达正转，带动卷筒顺时针转动释放钢丝吊索，使栈桥桥体下俯，直到使栈桥桥体前端靠近目标船上的换乘点，并与换乘点保持安全距离；

E、操作者将波浪补偿控制系统切换到主动补偿模式，开启三自由度补偿控制器，三自由度补偿控制器接收来自主控计算机的目标船的升沉位移、横摇角和纵摇角信息及惯性测量单元测得的升沉机构底座随船的横荡位移、升沉位移和横摇角信息，协同控制第一液压马达转动，驱动基座旋转，进而带动栈桥桥体旋转、控制第三液压马达转动，带动卷筒收放钢丝吊索，驱动栈桥桥体俯仰、控制第二液压马达转动，驱动栈桥桥体伸缩，实现栈桥桥体前端跟随目标船上的换乘点运动，保证二者相对位置不变；

F、切换成手动模式，操作者操控第一液压马达、第二液压马达和第三液压马达，将栈桥桥体前端搭设到换乘点上，并启动电磁着陆锥，使栈桥桥体前端固定连接于目标船上的换乘点上，完成登乘栈桥的搭设；

G、开启升沉补偿模式，升沉补偿控制器控制液压缸伸缩，驱动升沉机构，同时第一液压马达、第二液压马达和第三液压马达均随两船的运动而转动，保证栈桥桥体与水平面之间的安全角度不变。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、现有的海上换乘栈桥在存在干舷差的船间换乘过程中，均不能保证栈桥桥体与水平面保持安全角度不变。本发明设计了一种具有波浪补偿功能的海上换乘栈桥，补偿两船摇荡运动对换乘栈桥产生扰动，即使宿主船和目标船存在干舷差，仍可保证换乘栈桥在人员换乘过程中栈桥桥体与水平面保持安全角度不变，提高海上两船间人员换乘的安全性与舒适性。

2、本发明的换乘栈桥在完成搭接后，栈桥桥体前端与换乘点固定连接，人员换乘过程只需控制其升沉机构即可保证栈桥桥体与水平面保持安全角度不变，与现有的基于Stewart结构六自由度补偿平台的换乘栈桥相比，机构简单、易于控制且节能。

3、本发明的栈桥桥体前端与换乘点之间采用电磁着陆锥进行固定连接，无需额外的机械装置进行固定，可使栈桥桥体在紧急情况下能迅速脱离换乘点，紧急提升，提高安全性。

4、本发明的升沉机构中的齿轮单元设有辅助齿轮，使齿轮单元能承受更大的由内基座对其产生的作用力，保证升沉机构能承受较大的侧向力，提高升沉机构载重量，且升沉机构中的内基座和外基座均为三棱管状结构，能更好的约束除内基座沿外基座的纵向移动的其余自由度。

5、本发明的栈桥系统中的俯仰装置采用双吊臂结构，使栈桥桥体的重力分散在两根钢丝吊索上，且两根钢丝吊索分别依次交替绕过两侧吊臂上的两个滑轮和固定桥体上的两个滑轮，使得钢丝吊索承载均衡，能提高俯仰装置的载荷。

附图说明

图1为本发明的换乘栈桥的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1的侧视图。

图4为图3的A-A剖面图。

图5为本发明的换乘栈桥工作示意图。

图6为本发明的换乘栈桥的三自由度补偿控制器工作原理示意图。

图7为本发明的换乘栈桥的升沉补偿控制器工作原理示意图。

图中：1、底座，2、基座支腿，3、转动副A，4、外基座，5、下齿轮，6、辅助齿轮，7、上齿轮，8、内基座，9、齿条，10、基座，11、第一液压马达，12、登乘平台，13、登乘口，14、卷筒，15、第三液压马达，16、钢丝吊索，17、固定轴，18、滑轮，19、吊臂，20、连接轴，21、角度传感器，22、固定桥体，23、第二液压马达，24、第二编码器，25、伸缩桥体，26、球铰，27、电磁着陆锥，28、第二激光测距传感器，29、栈桥桥体，30、第三编码器，31、位移传感器，32、液压缸，33、第一激光测距传感器，34、控制箱，35、激光雷达，36、主控计算机，37、三自由度补偿控制器，38、升沉补偿控制器，39、换乘点，40、第一编码器，41、惯性测量单元，42、倾角传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-7所示，一种具有波浪补偿功能的海上换乘栈桥，包括升沉机构、栈桥系统和主动波浪补偿控制系统。

所述的升沉机构包括底座1、三个基座支腿2、外基座4、内基座8和液压缸32。所述的外基座4嵌套在内基座8外侧，外基座4上的齿轮单元与内基座8上的齿条9啮合；

所述的底座1固定安装在宿主船甲板上；所述的三个基座支腿2与底座1固定连接，沿底座1周向均布；所述的外基座4为三棱管状结构，上下两端均开口，外基座4的三个棱的下端分别与三个基座支腿2固定连接；所述的外基座4的每个棱上安装两组齿轮单元，两组齿轮单元沿棱的上下方向安装；每组齿轮单元包括上齿轮7、辅助齿轮6和下齿轮5，所述的辅助齿轮6位于上齿轮7和下齿轮5的中间、分别与上齿轮7和下齿轮5啮合；所述的内基座8为三棱管状结构，上端闭合，下端开口，内基座8外侧壁的每个棱上设有齿条9；所述的上齿轮7和下齿轮5均与对应的内基座8上的齿条9啮合，使内基座8沿着外基座4纵向移动；所述的液压缸32的缸筒通过转动副A3连接于底座1的几何中心处、活塞杆通过转动副B连接于内基座8上端面的几何中心处，驱动内基座8沿外基座4纵向移动。

所述的栈桥系统为旋转双吊臂伸缩式结构，包括基座10、登乘平台12、第一液压马达11、栈桥桥体29、连接轴20、俯仰装置、电磁着陆锥27、第一激光测距传感器33。所述的基座10安装在升沉机构内基座8的上端面，用于支撑登乘平台12；所述的第一液压马达11安装在基座10内部，用于驱动基座10旋转；所述的栈桥桥体29包括固定桥体22、伸缩桥体25和第二液压马达23，所述的固定桥体22带有栏杆，所述的伸缩桥体25带有栏杆和滑轮18，伸缩桥体25通过滑轮18与固定桥体22搭接，并沿固体桥体移动；所述的第二液压马达23安装于固定桥体22底部，驱动伸缩桥体25沿固定桥体22移动；所述的固定桥体22通过连接轴20与登乘平台12连接，使栈桥桥体29绕连接轴20转动；所述的俯仰装置包括两个吊臂19、第三液压马达15、两个卷筒14、两组滑轮和两根钢丝吊索16，所述的两个吊臂19安装在登乘平台12的两侧，每个吊臂19内有一个凹槽，凹槽内设有一个固定轴17，所述的第三液压马达15安装在登乘平台12上，所述的两个卷筒14分别安装在第三液压马达15输出轴两端，所述的两组滑轮均由四个滑轮组成，一组滑轮中的两个滑轮均安装在一侧吊臂19的凹槽内，另外两个滑轮均安装在固定桥体22底部与这个吊臂19同侧的外端；另一组滑轮中的四个滑轮则同样分别安装在另一侧吊臂19的凹槽内和固定桥体22底部的外端，所述的钢丝吊索16绕在卷筒14上，两根钢丝吊索16分别依次交替绕过两侧吊臂19上的两个滑轮和固定桥体22上的两个滑轮后，两根钢丝吊索16的末端分别固定于两侧吊臂19凹槽内的固定轴17上；所述的第三液压马达15转动带动卷筒14转动，收放钢丝吊索16，从而实现栈桥桥体29的俯仰；所述的电磁着陆锥27通过球铰26安装在伸缩桥体25前端底部，用于将伸缩桥体25前端固定在目标船甲板上的换乘点39处；所述的第一激光测距传感器33安装在宿主船靠近目标船一侧的舷顶列板上，用于测量宿主船与目标船侧舷的间距。

所述的主动波浪补偿控制系统包括控制箱34、激光雷达35、主控计算机36、第二激光测距传感器28、第一编码器40、位移传感器31、第二编码器24、角度传感器21、第三编码器30、惯性测量单元41、倾角传感器42、三自由度补偿控制器37和升沉补偿控制器38。

所述的控制箱34安装于宿主船甲板上；所述的激光雷达35安装于宿主船靠近目标船一侧的侧舷附近甲板上，用于获得目标船相对宿主船的位姿；所述的主控计算机36安装于控制箱34内，接收来自激光雷达35的目标船相对宿主船的距离、方位信息组成的点云数据，并对其进行处理和计算，得到目标船的升沉位移、横摇角和纵摇角；

所述的第二激光测距传感器28安装在伸缩桥体25前端的一侧，用于获取伸缩桥体25前端距目标船甲板的垂直距离；

所述的第一编码器40安装于第一液压马达11上，用于测量第一液压马达11的转动量，并获得基座10旋转量；

所述的位移传感器31安装于液压缸32上，用于测量内基座8相对于外基座4的纵向位移；所述的第二编码器24安装于第二液压马达23上，用于测量第二液压马达23的转动量，并获得栈桥桥体29的伸缩量；所述的角度传感器21安装在连接轴20的一端，用于测量栈桥桥体29绕连接轴20与升沉机构纵向的夹角；

所述的第三编码器30安装于第三液压马达15上，用于测量第三液压马达15的转动量；

所述的惯性测量单元41安装于升沉机构的底座1上，用于测量升沉机构的底座1随船的横荡位移、升沉位移和横摇角；

所述的倾角传感器42安装于固定桥体22一侧，用于测量栈桥桥体29与水平面的夹角；

所述的三自由度补偿控制器37安装于控制箱34内，三自由度补偿控制器37接收以下数据：主控计算机36所计算的目标船升沉位移、横摇角和纵摇角，惯性测量单元41测得的升沉机构底座1随船的横荡位移、升沉位移和横摇角，第一编码器40测得的第一液压马达11的转动量与基座10旋转量，第二编码器24测得的第二液压马达23转动量与栈桥桥体29伸缩量和第三编码器30测得的第三液压马达15转动量；三自由度补偿控制器37输出第一液压马达11、第二液压马达23和第三液压马达15的控制信号，控制栈桥桥体29的旋转、伸缩及俯仰三自由度协同运动，补偿宿主船横摇和升沉运动对栈桥桥体29的扰动，并使栈桥桥体29前端跟随目标船上的换乘点39沿横荡方向、纵荡方向和升沉方向运动；所述的三自由度补偿控制器37的工作模式称为主动补偿模式；

所述的升沉补偿控制器38安装于控制箱34内，升沉补偿控制器38接收以下数据：角度传感器21测得的栈桥桥体29绕连接轴20与升沉机构纵向的夹角，第二编码器24测得的第二液压马达23转动量与栈桥桥体29伸缩量，位移传感器31测得的内基座8相对于外基座4的纵向位移和倾角传感器42测得的栈桥桥体29与水平面的夹角；升沉补偿控制器38输出液压缸32的控制信号，主动控制液压缸32，驱动升沉机构，同时，第一液压马达11、第二液压马达23和第三液压马达15卸荷，处于被动工作模式，协同补偿宿主船横摇和升沉运动以及目标船的升沉、横摇和纵摇运动对栈桥桥体29的扰动；所述的升沉补偿控制器38的工作模式称为升沉补偿模式。

进一步地，所述的底座1固定安装在宿主船甲板近目标船一侧的侧舷中心附近。

进一步地，所述的登乘平台12带有围栏，且围栏上带有登乘口13，固定在基座10上。

进一步地，所述的固定桥体22宽度大于伸缩桥体25宽度，伸缩桥体25通过滑轮18沿固定桥体22内侧移动。

注：当宿主船与目标船靠帮后，宿主船与目标船之间通过缆绳和碰垫联结，因宿主船安装有动力定位系统，可忽略宿主船的横荡、纵荡和艏摇运动对栈桥的影响，又因为换乘栈桥安装于宿主船甲板近目标船一侧的侧舷中心附近，也可忽略宿主船的纵摇运动对换乘栈桥的影响，因此，只需补偿宿主船的升沉和横摇运动对换乘栈桥的扰动，而宿主船的升沉和横摇运动会引起升沉机构底座1产生横荡、升沉和横摇；另一方面，因目标船受缆绳和碰垫的约束，其横荡、纵荡和艏摇运动亦可被忽略，其升沉、横摇和纵摇运动会引起其甲板上的换乘点39产生沿横荡方向、纵荡方向和升沉方向的位移；因此，只需控制换乘栈桥前端横荡、纵荡和升沉三自由度位移，使栈桥桥体29前端跟随目标船上的换乘点39运动。

一种具有波浪补偿功能的海上换乘栈桥的搭设及工作方法，包括如下步骤：

A、目标船靠帮宿主船，保证目标船上的换乘点39与升沉机构的底座1几何中心的连线与宿主船甲板侧舷垂直；

B、操作者操控第三液压马达15反转，带动卷筒14逆时针转动收起钢丝吊索16，使栈桥桥体29绕连接轴20逆时针转动，提升栈桥桥体29向上仰起，直到栈桥桥体29与升沉机构纵向的夹角达到适合栈桥搭接的角度时，第三液压马达15停转；

C、操作者操控第一液压马达11驱动基座10旋转，从而带动栈桥桥体29旋转到目标船上的换乘点39上方空间某一位置；

D、操作者根据宿主船与目标船的间距操控第二液压马达23，驱动栈桥桥体29伸缩，同时，根据栈桥桥体29前端距目标船甲板的垂向距离，操控第三液压马达15正转，带动卷筒14顺时针转动释放钢丝吊索16，使栈桥桥体29下俯，直到使栈桥桥体29前端靠近目标船上的换乘点39，并与换乘点39保持安全距离；

E、操作者将波浪补偿控制系统切换到主动补偿模式，开启三自由度补偿控制器37，三自由度补偿控制器37接收来自主控计算机36的目标船的升沉位移、横摇角和纵摇角信息及惯性测量单元41测得的升沉机构底座1随船的横荡位移、升沉位移和横摇角信息，协同控制第一液压马达11转动，驱动基座10旋转，进而带动栈桥桥体29旋转、控制第三液压马达15转动，带动卷筒14收放钢丝吊索16，驱动栈桥桥体29俯仰、控制第二液压马达23转动，驱动栈桥桥体29伸缩，实现栈桥桥体29前端跟随目标船上的换乘点39运动，保证二者相对位置不变；

F、切换成手动模式，操作者操控第一液压马达11、第二液压马达23和第三液压马达15，将栈桥桥体29前端搭设到换乘点39上，并启动电磁着陆锥27，使栈桥桥体29前端固定连接于目标船上的换乘点39上，完成登乘栈桥的搭设；

G、开启升沉补偿模式，升沉补偿控制器38控制液压缸32伸缩，驱动升沉机构，同时第一液压马达11、第二液压马达23和第三液压马达15均随两船的运动而转动，保证栈桥桥体29与水平面之间的安全角度不变。

本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种具有波浪补偿功能的海上换乘栈桥，其特征在于：包括升沉机构、栈桥系统和主动波浪补偿控制系统；

所述的升沉机构包括底座(1)、三个基座支腿(2)、外基座(4)、内基座(8)和液压缸(32)；所述的外基座(4)嵌套在内基座(8)外侧，外基座(4)上的齿轮单元与内基座(8)上的齿条(9)啮合；

所述的底座(1)固定安装在宿主船甲板上；所述的三个基座支腿(2)与底座(1)固定连接，沿底座(1)周向均布；所述的外基座(4)为三棱管状结构，上下两端均开口，外基座(4)的三个棱的下端分别与三个基座支腿(2)固定连接；所述的外基座(4)的每个棱上安装两组齿轮单元，两组齿轮单元沿棱的上下方向安装；每组齿轮单元包括上齿轮(7)、辅助齿轮(6)和下齿轮(5)，所述的辅助齿轮(6)位于上齿轮(7)和下齿轮(5)的中间、分别与上齿轮(7)和下齿轮(5)啮合；所述的内基座(8)为三棱管状结构，上端闭合，下端开口，内基座(8)外侧壁的每个棱上设有齿条(9)；所述的上齿轮(7)和下齿轮(5)均与对应的内基座(8)上的齿条(9)啮合，使内基座(8)沿着外基座(4)纵向移动；所述的液压缸(32)的缸筒通过转动副A(3)连接于底座(1)的几何中心处、活塞杆通过转动副B连接于内基座(8)上端面的几何中心处，驱动内基座(8)沿外基座(4)纵向移动；

所述的栈桥系统为旋转双吊臂伸缩式结构，包括基座(10)、登乘平台(12)、第一液压马达(11)、栈桥桥体(29)、连接轴(20)、俯仰装置、电磁着陆锥(27)、第一激光测距传感器(33)；所述的基座(10)安装在升沉机构内基座(8)的上端面，用于支撑登乘平台(12)；所述的第一液压马达(11)安装在基座(10)内部，用于驱动基座(10)旋转；所述的栈桥桥体(29)包括固定桥体(22)、伸缩桥体(25)和第二液压马达(23)，所述的固定桥体(22)带有栏杆，所述的伸缩桥体(25)带有栏杆和滑轮(18)，伸缩桥体(25)通过滑轮(18)与固定桥体(22)搭接，并沿固体桥体移动；所述的第二液压马达(23)安装于固定桥体(22)底部，驱动伸缩桥体(25)沿固定桥体(22)移动；所述的固定桥体(22)通过连接轴(20)与登乘平台(12)连接，使栈桥桥体(29)绕连接轴(20)转动；所述的俯仰装置包括两个吊臂(19)、第三液压马达(15)、两个卷筒(14)、两组滑轮和两根钢丝吊索(16)，所述的两个吊臂(19)安装在登乘平台(12)的两侧，每个吊臂(19)内有一个凹槽，凹槽内设有一个固定轴(17)，所述的第三液压马达(15)安装在登乘平台(12)上，所述的两个卷筒(14)分别安装在第三液压马达(15)输出轴两端，所述的两组滑轮均由四个滑轮组成，一组滑轮中的两个滑轮均安装在一侧吊臂(19)的凹槽内，另外两个滑轮均安装在固定桥体(22)底部与这个吊臂(19)同侧的外端；另一组滑轮中的四个滑轮则同样分别安装在另一侧吊臂(19)的凹槽内和固定桥体(22)底部的外端，所述的钢丝吊索(16)绕在卷筒(14)上，两根钢丝吊索(16)分别依次交替绕过两侧吊臂(19)上的两个滑轮和固定桥体(22)上的两个滑轮后，两根钢丝吊索(16)的末端分别固定于两侧吊臂(19)凹槽内的固定轴(17)上；所述的第三液压马达(15)转动带动卷筒(14)转动，收放钢丝吊索(16)，从而实现栈桥桥体(29)的俯仰；所述的电磁着陆锥(27)通过球铰(26)安装在伸缩桥体(25)前端底部，用于将伸缩桥体(25)前端固定在目标船甲板上的换乘点(39)处；所述的第一激光测距传感器(33)安装在宿主船靠近目标船一侧的舷顶列板上，用于测量宿主船与目标船侧舷的间距；

所述的主动波浪补偿控制系统包括控制箱(34)、激光雷达(35)、主控计算机(36)、第二激光测距传感器(28)、第一编码器(40)、位移传感器(31)、第二编码器(24)、角度传感器(21)、第三编码器(30)、惯性测量单元(41)、倾角传感器(42)、三自由度补偿控制器(37)和升沉补偿控制器(38)；

所述的控制箱(34)安装于宿主船甲板上；所述的激光雷达(35)安装于宿主船靠近目标船一侧的侧舷附近甲板上，用于获得目标船相对宿主船的位姿；所述的主控计算机(36)安装于控制箱(34)内，接收来自激光雷达(35)的目标船相对宿主船的距离、方位信息组成的点云数据，并对其进行处理和计算，得到目标船的升沉位移、横摇角和纵摇角；

所述的第二激光测距传感器(28)安装在伸缩桥体(25)前端的一侧，用于获取伸缩桥体(25)前端距目标船甲板的垂直距离；

所述的第一编码器(40)安装于第一液压马达(11)上，用于测量第一液压马达(11)的转动量，并获得基座(10)旋转量；

所述的位移传感器(31)安装于液压缸(32)上，用于测量内基座(8)相对于外基座(4)的纵向位移；所述的第二编码器(24)安装于第二液压马达(23)上，用于测量第二液压马达(23)的转动量，并获得栈桥桥体(29)的伸缩量；所述的角度传感器(21)安装在连接轴(20)的一端，用于测量栈桥桥体(29)绕连接轴(20)与升沉机构纵向的夹角；

所述的第三编码器(30)安装于第三液压马达(15)上，用于测量第三液压马达(15)的转动量；

所述的惯性测量单元(41)安装于升沉机构的底座(1)上，用于测量升沉机构的底座(1)随船的横荡位移、升沉位移和横摇角；

所述的倾角传感器(42)安装于固定桥体(22)一侧，用于测量栈桥桥体(29)与水平面的夹角；

所述的三自由度补偿控制器(37)安装于控制箱(34)内，三自由度补偿控制器(37)接收以下数据：主控计算机(36)所计算的目标船升沉位移、横摇角和纵摇角，惯性测量单元(41)测得的升沉机构底座(1)随船的横荡位移、升沉位移和横摇角，第一编码器(40)测得的第一液压马达(11)的转动量与基座(10)旋转量，第二编码器(24)测得的第二液压马达(23)转动量与栈桥桥体(29)伸缩量和第三编码器(30)测得的第三液压马达(15)转动量；三自由度补偿控制器(37)输出第一液压马达(11)、第二液压马达(23)和第三液压马达(15)的控制信号，控制栈桥桥体(29)的旋转、伸缩及俯仰三自由度协同运动，补偿宿主船横摇和升沉运动对栈桥桥体(29)的扰动，并使栈桥桥体(29)前端跟随目标船上的换乘点(39)沿横荡方向、纵荡方向和升沉方向运动；所述的三自由度补偿控制器(37)的工作模式称为主动补偿模式；

所述的升沉补偿控制器(38)安装于控制箱(34)内，升沉补偿控制器(38)接收以下数据：角度传感器(21)测得的栈桥桥体(29)绕连接轴(20)与升沉机构纵向的夹角，第二编码器(24)测得的第二液压马达(23)转动量与栈桥桥体(29)伸缩量，位移传感器(31)测得的内基座(8)相对于外基座(4)的纵向位移和倾角传感器(42)测得的栈桥桥体(29)与水平面的夹角；升沉补偿控制器(38)输出液压缸(32)的控制信号，主动控制液压缸(32)，驱动升沉机构，同时，第一液压马达(11)、第二液压马达(23)和第三液压马达(15)卸荷，处于被动工作模式，协同补偿宿主船横摇和升沉运动以及目标船的升沉、横摇和纵摇运动对栈桥桥体(29)的扰动；所述的升沉补偿控制器(38)的工作模式称为升沉补偿模式。

2.根据权利要求1所述一种具有波浪补偿功能的海上换乘栈桥，其特征在于：所述的底座(1)固定安装在宿主船甲板近目标船一侧的侧舷中心附近。

3.根据权利要求1所述一种具有波浪补偿功能的海上换乘栈桥，其特征在于：所述的登乘平台(12)带有围栏，且围栏上带有登乘口(13)，固定在基座(10)上。

4.根据权利要求1所述一种具有波浪补偿功能的海上换乘栈桥，其特征在于：所述的固定桥体(22)宽度大于伸缩桥体(25)宽度，伸缩桥体(25)通过滑轮(18)沿固定桥体(22)内侧移动。

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