专利六自由度吊机

1、发明名称一种具有多自由度主动波浪补偿功能的吊机装置摘要一种具有多自由度主动波浪补偿功能的吊机装置，主要由稳定平台和通用吊机两大部分组成。其中稳定平台的静平台与船舶的甲板相连，动平台与吊机的立柱相连。稳定平台主要用于补偿船舶的横摇、纵摇和升沉运动，吊机主要用于执行吊装货物的任务。本装置可以有效的补偿船舶由风浪引起的横摇、纵摇和升沉，确保吊机在执行吊装作业时保持平稳、有效。本装置具有稳定性高、成本低、功能多等优点。权利要求书1.一种具有多自由度主动波浪补偿功能的吊机装置，其特征在于：主要由稳定平台和通用吊机这两大部分组成。其中，稳定平台主要用来对船舶的横摇、纵摇和升沉进行补偿，通用吊机主要执行吊装

2、货物的任务。2.根据权利要求1所述的一种具有多自由度主动波浪补偿功能的吊机装置，其特征是通用化的吊机结构。3.根据权利要求1所述的一种具有多自由度主动波浪补偿功能的吊机装置，其特征是：还包括底座装置；包括：圆形静平台（1）、第一波浪补偿伺服缸（3-1）、第二波浪补偿伺服缸（3-2）、第三波浪补偿伺服缸（3-3）、第四波浪补偿伺服缸（3-4）、第五波浪补偿伺服缸（3-5）、第六波浪补偿伺服缸（3-6）、圆形动平台（6）、液压马达（9）、支撑伺服缸（10）和姿态传感器（12）。稳定平台所用的伺服缸均为普通的活塞式双向伺服缸；六个波浪补偿伺服缸的两端分别通过万向节与动平台和静平台相连；姿态传感器（1

3、2）安装在圆形静平台（1）的中心位置。圆形动平台（6）和吊机立柱（7）通过螺栓连接；圆形静平台（1）通过螺栓固接在船舶的甲板上。4.根据权利要求2，3所述的一种具有多自由度主动波浪补偿功能的吊机装置，其特征是：通过安装在圆形静平台（1）中心位置的姿态传感器（12）测量由风浪引起船舶的横摇、纵摇和升沉姿态数据，将测得的姿态数据实时传输给运动控制器，由运动控制器计算出船舶的横摇、纵摇和升沉补偿量，并把补偿值转化为信号指令并实时传输给六个波浪补偿伺服缸，通过六个补偿伺服缸的往复伸缩和摇摆来实时对船舶的横摇、纵摇和升沉进行补偿，确保吊机在执行吊装任务时保持平稳、有效。一种具有多自由度主动波浪补偿功能的

4、吊机装置技术领域本发明属于一种主动波浪补偿吊机，尤其涉及一种具有多自由度主动波浪补偿功能的船用吊机装置。背景技术随着经济的全球化发展,资源己成为各国发展的重要保障。海洋资源丰富，具有高性能的海洋工程装备己成为开采海洋资源的重要工具，因此需加大对海洋领域研究的深入，船舶海上补给已显得愈发重要，海上补给具有多样性，海上补给装备有横向补给装备、纵向补给装备、并靠补给装备和垂直补给装备等。由于风浪的影响，海上补给的船舶会随着海浪进行无规律的摇摆，严重影响了海上补给效率。因此，必须对海上补给装置进行波浪补偿，以提高海上补给的工作效率。波浪补偿分为主动补偿和被动补偿两种。被动补偿系统由随动装置和执行器组成

5、，这种补给系统的参数一般是通过经验设定的，一经确定，在补给作业中就无法随外部状态变化而变化，难以适应复杂多变的环境，影响补给作业的安全高效性。主动补偿系统主要由传感器、控制器和执行器组成，其中核心部分为控制器。控制器根据传感器检测到的船舶平台相对运动信号，产生一种与之大小相同且方向相反的驱动信号，从而实现控制执行器实现实时补偿，在现有的主动波浪补偿装置中，现有的主动波浪补偿平台承重能力小，稳定性差，对船舶升沉的补偿范围小，无法满足实际需要；且现有的通用AHC（主动升沉补偿）吊机只能补偿船体的升沉，无法实现对船体横摇和纵摇的补偿。针对上述研究背景，本发明设计了一种多自由度主动波浪补偿吊机装置，能

6、够在对船舶的横摇、纵摇和升沉进行大范围补偿的同时平稳的执行吊装任务，具有稳定性高、成本低、功能多等优点。发明内容本发明旨在提供一种基于多自由度并联稳定平台机构的具有主动波浪补偿功能的吊机装置，能够实现对由风浪引起船舶的横摇、纵摇和升沉进行实时补偿，并平稳有效地执行吊装货物的任务。为达到上述目的，本发明设计了一种在对船舶的横摇、纵摇和升沉进行大范围实时补偿的同时执行吊装任务的新式吊机装置。该装置主要包括以下构件：静平台、动平台、姿态传感器、伺服缸、液压马达、伺服阀、十字万向轴、运动控制器、400L液压泵站等。其中姿态传感器的信号输出端接入运动控制器，伺服阀的信号输入端用于接收运动控制器处理过的信

7、号，伺服阀的输出端连接液压缸，液压泵站为本装置提供液压动力。本发明包括以下结构特征：（1）所属机构为具有对由风浪引起船舶的横摇、纵摇和升沉进行实时补偿和平稳执行吊装任务这两种功能的新式装置；（2）所述的六个补偿伺服缸均通过万向节与静平台和动平台相联；（3）所述的稳定平台用于补偿船舶的横摇、纵摇和升沉，吊机用于执行吊装货物的任务；本发明注重的是在对船舶的横摇、纵摇和升沉进行大范围补偿的同时平稳有效地执行吊装任务。本装置在海上执行吊装货物任务时，通过姿态传感器测量船舶的横摇、纵摇和和升沉的运动参数并实时传输给运动控制器，运动控制器根据波浪补偿值的反解算法计算出横摇、纵摇及升沉的补偿值，将算出的波浪

8、补偿值由数字信号经数/模器转换成模拟信号，模拟信号经伺服放大器后传输给电液伺服阀，伺服阀根据处理后的模拟信号控制6个伺服缸的运动，实现对船舶横摇、纵摇和升沉的实时补偿，同时平稳有效的执行吊装货物的任务。本发明能够大范围的补偿船舶的横摇、纵摇和升沉运动，并同时执行吊装货物的任务。该装置能够在恶劣的海况下安全高效地执行吊装任务，具有补偿范围广、可靠性高、功能多等特点。附图说明图1为本发明的三维结构示意图；图2为稳定平台结构示意图；图3为稳定平台结构简图；图4为本发明的液压系统原理图；图5为本发明的控制原理图图中: 1.圆形静平台、2.十字万向节、3-1.第一伺服缸、3-2.第二伺服缸、3-3.第三

9、伺服缸、3-4.第四伺服缸、3-5.第五伺服缸、3-6.第六伺服缸、4-1.线位移传感器、4-2.线位移传感器、4-3.线位移传感器、4-4.线位移传感器、4-5.线位移传感器、4-6.线位移传感器、5.十字万向节、6.圆形动平台、7.吊机立柱、8.吊臂、9.液压马达、10.支撑伺服缸、11.钢丝绳、12.姿态传感器。具体实施方式现结合说明书附图，对本发明作进一步描述。本发明使用的装置型号是：姿态传感器选用SMC的IMU-108传感器；伺服缸选用HSGK01-80/dE双向伺服缸；液压马达选用CM-E306ALPS双向液压马达；伺服阀选用MOOG-D663-4025伺服阀；线位移传感器选用的型

10、号是LWH-0450；十字万向节选用15*40万向节；运动控制器选用M3000MOOG伺服控制系统，以及400L液压泵站。图1所示为本发明的三维结构示意图。图中包含稳定平台和通用吊机两部分。其中，稳定平台中的圆形静平台1通过螺栓固定在船舶的甲板上；圆形动平台6与通用吊机的立柱7通过螺栓连接且安装时要保证两者同轴心。吊臂8通过销轴与吊机立柱7连接在一起，支撑伺服缸10安装于立柱7与吊臂8之间，通过支撑伺服缸10的伸缩调整立柱7与吊臂8的相对角度；液压马达9固定在吊臂8上，钢丝绳11用于连接重物。图2为稳定平台的结构示意图。在稳定平台中，主要包含圆形静平台1、第一伺服缸3-1、第二伺服缸3-2、第

11、三伺服缸3-3、第四伺服缸3-4、第五伺服缸3-5、第六伺服缸3-6、线位移传感器4-1、线位移传感器4-2、线位移传感器4-3、线位移传感器4-4、线位移传感器4-5、线位移传感器4-6、十字万向节5及姿态传感器12。图3为稳定平台的结构简图。为了能够清晰的表达伺服缸和上下平台的安装关系，建立以动平台中心为原点的坐标系和以静平台中心为原点的坐标系。在图3中，为六个伺服缸与动平台的连接点，六个连接点位于半径为R1的圆周上；为六个伺服缸与静平台的连接点，六个连接点位于半径为R2的圆周上（R2>R1）。上连接点与下连接点间的初始垂直距离为。由图3可知，在以动平台中心为原点的坐标系中，各个连接

12、点的位置分布如下：与轴夹角为，且与关于轴对称，与轴夹角为，与之间的夹角为，和分别为和的角平分线，且和之间的夹角为；与关于轴对称，与关于轴对称。在以静平台中心为原点的坐标系中，各个连接点的位置分布如下：与轴夹角为，且与关于轴对称，与轴夹角为，与之间的夹角为，和分别为和的角平分线，且和之间的夹角为；与关于轴对称，与关于轴对称。伺服缸3-1通过连接点和与动平台和静平台相连，伺服缸3-2通过连接点和与动平台和静平台相连，伺服缸3-3通过连接点和与动平台和静平台相连，伺服缸3-4通过连接点和与动平台和静平台相连，伺服缸3-5通过连接点和与动平台和静平台相连，伺服缸3-6通过连接点和与动平台和静平台相连。

13、图4为本装置的液压系统原理图。其中由泵站和溢流阀为系统提供额定压力的液压油。电液伺服阀1318分别控制伺服缸3-1、3-2、.、3-6，通过稳定平台中的6个伺服缸往复伸缩和摇摆来实时补偿船舶由风浪引起的横摇、纵摇和升沉；电液伺服阀19控制支撑伺服缸10对吊臂8实现支撑和旋转；手动输入吊装货物的控制信号传输给电液伺服阀20，来控制液压马达9执行吊装货物的任务。 图5为本发明的主动波浪补偿控制系统，包括姿态传感器，运动控制器，A/D，D/A，电液伺服阀13，电液伺服阀14，电液伺服阀15，电液伺服阀16，电液伺服阀17，电液伺服阀18，伺服缸3-1，伺服缸3-2，伺服缸3-3，伺服缸3-4，伺服缸

14、3-5，伺服缸3-6，其中姿态传感器的输出端连接运动控制器的输入端，运动控制器的输出端连接D/A的输入端，D/A的输出端连接电液伺服阀13-18，电液伺服阀13-18的输出端连接伺服缸3-1、3-2、3-3、3-4、3-5和3-6，线位移传感器4-1、4-2、4-3、4-4、4-5、4-6的输入端连接伺服缸3-1、3-2、3-3、3-4、3-5和3-6，输出端连接A/D的输入端，A/D的输出端连接运动控制器。本发明涉及的一种具有多自由度主动波浪补偿功能的船用吊机，主动波浪补偿的具体控制过程如下：1、若船舶在海里运动时受到风浪的影响发生横摇、纵摇和升沉，为保证多自由度主动补偿吊机在执行吊装作业时

15、的平稳性，需要对船舶的横摇、纵摇和升沉进行补偿，具体补偿过程如下:步骤1：开启电源，给装置中的姿态传感器，运动控制器等部分供电预热。步骤2：通过安装在静平台上重心位置的姿态传感器12测量船舶由风浪引发的横摇、纵摇和升沉值，将测得的姿态值通过数据总线RS422实时传输给运动控制器。步骤3：运动控制器根据波浪补偿值的反解算法，求出船舶横摇、纵摇和升沉的补偿值；其中反解算法是指：首先根据姿态传感器12测出船舶由风浪引起的运动姿态值（横摇、纵摇和升沉值），假设测出的船舶的运动姿态值分别为，然后根据测得的船舶运动姿态值求出伺服缸3-1、伺服缸3-2、伺服缸3-3、伺服缸3-4、伺服缸3-5和伺服缸3-6

16、的运动值，假设分别为，为了抵消风浪对船舶的影响，必须控制伺服缸3-1、伺服缸3-2、伺服缸3-3、伺服缸3-4、伺服缸3-5和伺服缸3-6的运动值与上述求出的运动值相反，即（）；其中表示为补偿船舶横摇、纵摇和升沉伺服缸3-1、3-2、3-3、3-4、3-5和3-6的运动值，上述公式即为波浪补偿值的反解算法。步骤4:将求出的船舶横摇、纵摇和升沉波浪补偿值由数字信号经过D/A转换后变成模拟信号，模拟信号经伺服放大器传输给电液伺服阀13-18。步骤5：电液伺服阀13-18根据输入的船舶横摇、纵摇和升沉补偿值的模拟电信号输出相应的流量和压力分别控制伺服缸3-1、伺服缸3-2、伺服缸3-3、伺服缸3-4

17、、伺服缸3-5和伺服缸3-6的伸缩和摇摆，以此来实时补偿船舶由风浪引起的横摇、纵摇和升沉。步骤6：利用线位移传感器4-1、4-2、4-3、4-4、4-5和4-6测量出伺服缸3-1、伺服缸3-2、伺服缸3-3、伺服缸3-4、伺服缸3-5和伺服缸3-6的位移值；将测得的位移值由模拟信号经A/D转换后变成数字信号，将转换后的数字信号反馈给运动控制器。步骤7：将反馈给运动控制器的伺服缸3-1、伺服缸3-2、伺服缸3-3、伺服缸3-4、伺服缸3-5和伺服缸3-6的位移值和反解算法求出的为补偿船舶横摇、纵摇和升沉的六个伺服缸的运动位移值构成运动控制偏差，其中运动控制偏差是指：反解算法求出的六个伺服缸的运动位移值