一种辅助船用吊机的波浪补偿长臂机械手及操控方式制造技术

本发明专利技术涉及一种辅助船用吊机的波浪补偿长臂机械手，该波浪补偿机械臂设置在船体上；其特征在于：包括IMU惯导传感器、波浪补偿系统和可伸缩的机械手本体；所述IMU惯导传感器设置在船体上；通过运动测量单元传感器检测参数、IMU惯导传感器检测参数、运动传感器、伺服驱动器驱动以及自主修正的步骤实现对机械手的控制；本发明专利技术中这种波浪补偿长臂机械手采用了7自由度的结构模式，旋转式底盘、伸缩式机械杆，增加了机械臂原有的固定不变的臂展长度，且在闲时不占有过多的空间；机械臂所有的关节为旋转关节，其作业空间大，关节易于密封防腐蚀；使得该机械手结构简单，整体尺寸小，重量轻，便于移动，工作精度高，补偿效果好等优点。

A wave compensated long arm manipulator and its control method for auxiliary ship crane

The invention relates to a wave compensation long arm manipulator for auxiliary marine crane, which is arranged on the hull; the wave compensation manipulator is characterized in that the IMU inertial navigation sensor, the wave compensation system and the telescopic manipulator body are included; the IMU inertial navigation sensor is arranged on the hull; and the motion measurement unit sensor detects the wave compensation manipulator. The control of the manipulator is realized by the steps of parameters, IMU inertial sensor detection parameters, motion sensors, servo drive and self-correction. In the invention, the wave compensation long arm manipulator adopts a 7-DOF structure mode, a rotating chassis and a telescopic mechanical rod, which increase the original fixed and unchanged of the manipulator. It has the advantages of simple structure, small overall size, light weight, easy to move, high working precision and good compensation effect.

【技术实现步骤摘要】
一种辅助船用吊机的波浪补偿长臂机械手及操控方式
本专利技术涉及海上船用吊机打捞领域，尤其涉及一种辅助船用吊机的波浪补偿长臂机械手及操控方式。
技术介绍
世界联合组织调查全球75%的油气资源都在海洋，我国70%的油气资源在海洋。海上补给也是一国海军由“浅海”走向“深海”的关键，是远海航行护航和远洋作战必不可少的后勤保障手段，也是衡量一国海军作战能力的一种重要依据。舰船在远离海岸线的深海上实施货物的补给和打捞具有重要的军用和民用意义。海上作业的船舶在打捞时会产生无规律的摇摆，船用吊机打捞的难度也随之增大，那么由于海浪引起的船舶的横摇、纵摇和艏摇对船用吊机如何快速准确地钩取物体，将是一个重点和棘手解决的问题。目前，海上船舶打捞装置多为人工操作的吊机式缆索打捞装置。现有的打捞装置是将吊机安装在船甲板上，通过人工对缆索升降的操作进行海上的打捞作业，在进行打捞的过程中，由于风浪的影响，船舶将不停的做摇摆运动，工作人员将会不断的对缆索进行升降收放，打捞目标的准确度和效率就会很低。同时海上的目标物也会不断地发生位置的相对变化，由于人工的观察到操作缆绳具有一定的延迟性，这将会严重影响物体位置精确度和快速有效的打捞物体。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种辅助船用吊机的波浪补偿长臂机械手及操控方式，能够解决一般的船用吊机单自由度的结构模式以及初级的操控方式打捞效果差的问题。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种辅助船用吊机的波浪补偿长臂机械手，该波浪补偿机械手设置在船体上；其创新点在于：包括IMU惯导传感器、波浪补偿系统和可伸缩的机械手本体；所述IMU惯导传感器设置在船体上；所述IMU惯导传感器设置在机械手本体旁侧，所述机械手本体内设置有运动传感器；所述机械手本体包括旋转基座、机械臂、伸缩机械杆和机械臂末端夹持器；所述旋转基座内设置有旋转电机，所述旋转电机驱动旋转基座在水平方向旋转，所述机械臂的一端连接在旋转基座上且机械臂可绕着竖直平面旋转；所述伸缩机械杆铰接在机械臂的另一端且伸缩机械杆绕着竖直平面内旋转，所述伸缩机械杆内设置有一驱动电机控制的丝杆螺母副结构控制伸缩机械杆的伸缩；所述机械臂末端夹持器设置在伸缩机械杆的末端。进一步的，所述旋转基座、机械臂、伸缩机械杆和机械臂末端夹持器的衔接关节处采用同步带、锥齿轮和减速器实现驱动传递。一种权利要求1所述的辅助船用吊机的波浪补偿长臂机械手的操控方式，其创新点在于：具体方式如下：S1：通过运动测量单元传感器获得船体在海上的包括位移、角度、速度和加速度相关运动参数；S2：IMU惯导传感器检测到船舶的横摇、纵摇和艏摇运动参数；S3：运动测量单元传感器获得的数据以及IMU惯导传感器获得的数据传递给运动传感器；S4：运动传感器根据获得的参数，采用数学模型和平滑滤波算法对数据进行处理，预测下一时刻的运动趋势；经处理得到的模拟信号以脉冲的形式传递给机械臂伺服驱动器；S5：伺服驱动器根据脉冲信号的大小，决定电机的转速和转向；运动测量单元传感器以及IMU惯导传感器不断地将检测到的船舶的实际位移、速度等参数反馈给运动传感器，运动传感器根据位移和速度的变化率的大小在计算出下一周期控制信号的大小，并将其传递给机械臂伺服驱动器，进行下一周期的控制；使得机械臂末端执行器夹具相对于海平面始终处于一个相对静止的状态；S6：通过自主运算不断地修正，以提高预测的补偿精度，进而使新的补偿系统得到更加平滑的补偿路径。S7：保持机械臂处于相对静止的状态，同时，通过操控带伸长功能的机械臂的手操盒完成远处物体的打捞任务。本专利技术的优点在于：1）本专利技术中这种波浪补偿长臂机械手采用了七自由度的结构模式，旋转式底盘、伸缩式机械杆，增加了机械臂原有的固定不变的臂展长度，且在闲时不占有过多的空间；机械臂所有的关节为旋转关节，其作业空间大，关节易于密封防腐蚀；使得该机械手结构简单，整体尺寸小，重量轻，便于移动，工作精度高，补偿效果好等优点。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术的一种辅助船用吊机的波浪补偿长臂机械手结构示意图。图2为本专利技术的一种辅助船用吊机的波浪补偿长臂机械手控制流程图。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专利技术，但并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。如图1所示的一种辅助船用吊机的波浪补偿长臂机械手，该波浪补偿机械手设置在船体上；包括IMU惯导传感器1、波浪补偿系统和可伸缩的机械手本体2；所述IMU惯导传感器1设置在船体上。IMU惯导传感器1设置在机械手本体旁侧，所述机械手本体内设置有运动传感器；所述机械手本体2包括旋转基座21、机械臂22、伸缩机械杆23和机械臂末端夹持器24；所述旋转基座21内设置有旋转电机，所述旋转电机驱动旋转基座21在水平方向旋转，所述机械臂22的一端连接在旋转基座21上且机械臂22可绕着竖直平面旋转；所述伸缩机械杆23铰接在机械臂22的另一端且伸缩机械杆23绕着竖直平面内旋转，所述伸缩机械杆23内设置有一驱动电机控制的丝杆螺母副结构控制伸缩机械杆23的伸缩；所述机械臂22末端夹持器24设置在伸缩机械杆23的末端。旋转基座21、机械臂22、伸缩机械杆23和机械臂末端夹持器24的衔接关节处采用同步带、锥齿轮和减速器实现驱动传递。如图2所示的一种权利要求1所述的辅助船用吊机的波浪补偿长臂机械手的操控方式，具体方如下：S1：通过运动测量单元传感器获得船体在海上的包括位移、角度、速度和加速度相关运动参数。S2：IMU惯导传感器检测到船舶的横摇、纵摇和艏摇运动参数。S3：运动测量单元传感器获得的数据以及IMU惯导传感器获得的数据传递给运动传感器。S4：运动传感器根据获得的参数，采用数学模型和平滑滤波算法对数据进行处理，预测下一时刻的运动趋势；经处理得到的模拟信号以脉冲的形式传递给机械臂伺服驱动器。S5：伺服驱动器根据脉冲信号的大小，决定电机的转速和转向；运动测量单元传感器以及IMU惯导传感器不断地将检测到的船舶的实际位移、速度等参数反馈给运动传感器，运动传感器根据位移和速度的变化率的大小在计算出下一周期控制信号的大小，并将其传递给机械臂伺服驱动器，进行下一周期的控制；使得机械臂末端执行器夹具相对于海平面始终处于一个相对静止的状态。S6：通过自主运算不断地修正，以提高预测的补偿精度，进而使新的补偿系统得到更加平滑的补偿路径。S7：保持机械臂处于相对静止的状态，同时，通过操控带伸长功能的机械臂的手操盒完成远处物体的打捞任务。本行业的技术人员应该了解，本专利技术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专利技术的原理，在不脱离本专利技术精神和范围的前提下，本专利技术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专利技术范围内。本专利技术要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种辅助船用吊机的波浪补偿长臂机械手，该波浪补偿机械手设置在船体上；其特征在于：包括IMU惯导传感器、波浪补偿系统和可伸缩的机械手本体；所述IMU惯导传感器设置在船体上；所述IMU惯导传感器设置在机械手本体旁侧，所述机械手本体内设置有运动传感器；所述机械手本体包括旋转基座、机械臂、伸缩机械杆和机械臂末端夹持器；所述旋转基座内设置有旋转电机，所述旋转电机驱动旋转基座在水平方向旋转，所述机械臂的一端连接在旋转基座上且机械臂可绕着竖直平面旋转；所述伸缩机械杆铰接在机械臂的另一端且伸缩机械杆绕着竖直平面内旋转，所述伸缩机械杆内设置有一驱动电机控制的丝杆螺母副结构控制伸缩机械杆的伸缩；所述机械臂末端夹持器设置在伸缩机械杆的末端。

【技术特征摘要】
1.一种辅助船用吊机的波浪补偿长臂机械手，该波浪补偿机械手设置在船体上；其特征在于：包括IMU惯导传感器、波浪补偿系统和可伸缩的机械手本体；所述IMU惯导传感器设置在船体上；所述IMU惯导传感器设置在机械手本体旁侧，所述机械手本体内设置有运动传感器；所述机械手本体包括旋转基座、机械臂、伸缩机械杆和机械臂末端夹持器；所述旋转基座内设置有旋转电机，所述旋转电机驱动旋转基座在水平方向旋转，所述机械臂的一端连接在旋转基座上且机械臂可绕着竖直平面旋转；所述伸缩机械杆铰接在机械臂的另一端且伸缩机械杆绕着竖直平面内旋转，所述伸缩机械杆内设置有一驱动电机控制的丝杆螺母副结构控制伸缩机械杆的伸缩；所述机械臂末端夹持器设置在伸缩机械杆的末端。2.根据权利要求1所述的一种辅助船用吊机的波浪补偿长臂机械手，其特征在于：所述旋转基座、机械臂、伸缩机械杆和机械臂末端夹持器的衔接关节处采用同步带、锥齿轮和减速器实现驱动传递。3.一种权利要求1所述的辅助船用吊机的波浪补偿长臂机械手的操控方式，其特征在于：具体方如下：S1：通...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢道华，韩彬，王佳，
申请(专利权)人：江苏科技大学，江苏科技大学海洋装备研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32