一种伸缩式栈桥系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种伸缩式栈桥系统及其控制方法，安装于支持平台或支持船上，包括设于所述支持平台或支持船上的圆筒体，所述圆筒体上通过回转机构连有回转底盘，所述回转底盘上设有液压泵站和驾驶室，所述回转底盘上连有栈桥固定段，所述液压泵站通过变幅机构与所述栈桥固定段相连，所述栈桥固定段前端通过伸缩机构连有栈桥移动段，所述栈桥移动段前端上设有着床装置和斜梯；还包括运动补偿控制系统，所述运动补偿控制系统，包括滤波器模块和控制器模块。本发明专利技术解决了海上恶劣海况下人员的安全输送，又可提供电、水、油、泥浆的输送。

A telescopic trestle system and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种伸缩式栈桥系统及其控制方法
本专利技术涉及栈桥设备，更具体地说，涉及一种伸缩式栈桥系统及其控制方法，尤其适用于半潜式支持平台、海工支持船、风电运维船、海工交通船、领航船、救援船。
技术介绍
随着海上风电以及石油开采行业的高速发展，在钻井平台、FPSO、风电安装等海上项目的人员轮换和维护人员上下船，传统都是采用吊笼、船舷斜梯、直升飞机等来进行上下船的工作。但是吊笼安全性不足的问题日益显露，船舷斜梯受风浪的影响限制条件太多，直升飞机的经济性又太低。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种伸缩式栈桥系统及其控制方法，解决了海上恶劣海况下人员的安全输送，又可提供电、水、油、泥浆的输送。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一方面，一种伸缩式栈桥系统，安装于支持平台或支持船上，包括设于所述支持平台或支持船上的圆筒体，所述圆筒体上通过回转机构连有回转底盘，所述回转底盘上设有液压泵站和驾驶室，所述回转底盘上连有栈桥固定段，所述液压泵站通过变幅机构与所述栈桥固定段后端相连，所述栈桥固定段前端通过伸缩机构连有栈桥移动段，所述栈桥移动段前端上设有着床装置和斜梯；还包括运动补偿补偿控制系统，所述运动补偿补偿控制系统，包括滤波器模块和控制器模块；所述滤波器模块用以估算所述支持平台或支持船的六自由度运动；所述控制器模块为所述滤波器模块的输入，根据所述支持平台或支持船的六自由度运动状态，计算出变幅机构的目标行程、回转机构的目标角度和伸缩机构的目标角度。所述变幅机构，包括两个连于所述液压泵站上的油缸，一个所述油缸上的活塞杆与所述回转底盘相连，另一个所述油缸上的活塞杆与所述栈桥固定段相连。所述回转机构，包括依次连接的驱动装置、减速箱和齿轮，及设于所述回转底盘上的回转轴承，所述齿轮与所述回转轴承相啮合。所述伸缩机构，包括设于所述栈桥固定段前端上并依次连接的驱动装置、减速箱和齿轮，及设于所述栈桥移动段后端的齿条，所述齿轮与所述齿条相啮合或由一台交流变频电动机或液压马达驱动，马达通过梅花型弹性联轴器(高速联轴器)与减速箱输入轴相连。钢丝绳卷筒通过齿形卷筒联轴器(低速联轴器)与减速箱输出轴相连。高速联轴器和卷筒联轴器将马达产生的驱动力矩经减速箱放大后传递到卷筒上，从而通过钢丝绳牵引向前或向后运行。所述栈桥固定段前端与所述栈桥移动段后端之间还设有若干个滚轮。另一方面，一种伸缩式栈桥系统的控制方法，所述运动补偿补偿控制，包括位置补偿控制和位置接触力并行补偿控制；所述位置补偿控制用以补偿由于所述支持平台或支持船六自由度运动引起的所述栈桥移动段前端运动；所述位置接触力并行补偿控制为在所述位置补偿控制的基础上还需对所述栈桥移动段前端接触力的控制；通过测量传感系统实时测得当前所述栈桥移动段前端运动、接触力与目标设定值通过运动学逆解计算得关节指令，将关节指令关节到执行器运动变换计算出执行器的目标状态，从而控制变幅机构的目标行程、回转机构的目标角度和伸缩机构的目标角度，再将变幅机构的目标行程、回转机构的目标角度和伸缩机构的目标角度的测量值实时反馈，实现通过对所述栈桥移动段前端施加外部因素响应运动的反向运动而抵消外部因素对所述栈桥移动段前端的影响。所述运动学逆解计算，具体如下：确定所述栈桥移动段前端的坐标系上式中，PtipX,PtipY,PtipZ为在坐标系{0}中所述栈桥移动段前端的位置，θ1为回转机构角度，θ2为变幅机构角度，d3为伸缩机构行程，L4为所述栈桥固定段与所述栈桥移动段之间的伸缩长度；已知所述栈桥移动段前端位置后可以通过公式(2)计算回转机构角度、变幅机构角度和伸缩机构的行程。所述变幅机构角度与所述变幅机构中油缸行程的关系如下：γ+α+θ2＝90°(4)其中由公式(3)、(4)得：对于下支撑油缸的变幅机构中油缸行程的关系如下：其中所述回转角度与所述回转机构中所述驱动装置角度的关系如下：ss＝iθ1(7)上式中，i为回转与所述回转机构中所述驱动装置的传动比；所述伸缩行程与所述伸缩机构中驱动装置角度的关系如下：st＝i′d3(8)上式中，i′为伸缩行程与所述伸缩机构中驱动装置的比例系数。所述关节到执行器运动变换，具体如下：通过关节到执行器运动的变换公式(9)计算出执行器的目标状态，即回转机构的目标角度、变幅机构的目标行程和伸缩机构的目标角度。所述执行器通过控制比例换向阀液压油的流动，调整执行器的目标角度和行程，具体PID控制如下：上式中，其中u为控制量，Kp,Ki,Kd为PID的参数，Sact为执行器的目标角度和行程的测量值。在上述的技术方案中，本专利技术所提供的一种伸缩式栈桥系统及其控制方法，具有主动运动补偿能力，可适应多种海况条件，具有高度的冗余安全设计，能够确保人员的安全输送，可提供接触(长时)或非接触式(短时)的搭接模式，适应多种船型，圆筒体可以是固定的，也可以是升降的，升降包括：齿轮齿条式、油缸插销式、油缸升降式、轨道升降式、钢丝绳升降式等。伸缩式栈桥系统安装方式灵活，可适应对固定式目标平台及浮动式目标平台的人员转移和救援。附图说明图1是本专利技术伸缩式栈桥系统的主视图；图2是图1伸缩式栈桥系统的俯视图；图3是本专利技术伸缩式栈桥系统控制方法的控制算法框图；图4是图3统控制方法中运动学逆解计算的栈桥坐标系示意图；图5是图4运动学逆解计算中变幅机构角度与变幅机构中油缸行程的关系图；图6是下支持油缸方式的变幅机构中油缸行程的关系图。图7是支持平台或支持船六自由度的示意图；图8是船舶波频运动通过系统的响应图。具体实施方式下面结合附图和实施例进一步说明本专利技术的技术方案。请结合图1至图2所示，本专利技术所提供的一种伸缩式栈桥系统，安装于支持平台或支持船100上，包括设于所述支持平台或支持船100上的圆筒体1，所述圆筒体1上通过回转机构2连有回转底盘3，所述回转底盘3上设有液压泵站4和驾驶室5，所述回转底盘3的前端上通过销轴上连有栈桥固定段6，所述液压泵站4通过变幅机构7与所述栈桥固定段6相连，所述栈桥固定段6前端通过伸缩机构8连有栈桥移动段9，由所述栈桥固定段6和所述栈桥移动段9构成栈桥，所述栈桥移动段9前端上设有着床装置10和斜梯11，用以搭接在目标平台或船的甲板面200上，供人员上下以及栈桥搭接时提供缓冲。所述驾驶室5安装在所述回转底盘3上，位于所述栈桥固定段6的侧面，控制栈桥的操作。较佳的，所述变幅机构7，包括两个连于所述液压泵站4上的油缸，一个所述油缸上的活塞杆与所述回转底盘3相连，另一个所述油缸上的活塞杆与所述栈桥固定段6相连，用以提供栈桥的仰起或下降动作。较佳的，所述回转机构2，包括依次连接的驱动装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种伸缩式栈桥系统，安装于支持平台或支持船上，其特征在于：包括设于所述支持平台或支持船上的圆筒体，所述圆筒体上通过回转机构连有回转底盘，所述回转底盘上设有液压泵站和驾驶室，所述回转底盘上连有栈桥固定段，所述液压泵站通过变幅机构与所述栈桥固定段相连，所述栈桥固定段前端通过伸缩机构连有栈桥移动段，所述栈桥移动段前端上设有着床装置和斜梯；/n还包括运动补偿控制系统，所述运动补偿控制系统，包括滤波器模块和控制器模块；/n所述滤波器模块用以估算所述支持平台或支持船的六自由度运动；/n所述控制器模块为所述滤波器模块的输入，根据所述支持平台或支持船的六自由度运动状态，计算出变幅机构的目标行程、回转机构的目标角度和伸缩机构的目标角度。/n

【技术特征摘要】
1.一种伸缩式栈桥系统，安装于支持平台或支持船上，其特征在于：包括设于所述支持平台或支持船上的圆筒体，所述圆筒体上通过回转机构连有回转底盘，所述回转底盘上设有液压泵站和驾驶室，所述回转底盘上连有栈桥固定段，所述液压泵站通过变幅机构与所述栈桥固定段相连，所述栈桥固定段前端通过伸缩机构连有栈桥移动段，所述栈桥移动段前端上设有着床装置和斜梯；
还包括运动补偿控制系统，所述运动补偿控制系统，包括滤波器模块和控制器模块；
所述滤波器模块用以估算所述支持平台或支持船的六自由度运动；
所述控制器模块为所述滤波器模块的输入，根据所述支持平台或支持船的六自由度运动状态，计算出变幅机构的目标行程、回转机构的目标角度和伸缩机构的目标角度。


2.如权利要求1所述一种伸缩式栈桥系统，其特征在于：所述变幅机构，包括两个连于所述液压泵站上的油缸，一个所述油缸上的活塞杆与所述回转底盘相连，另一个所述油缸上的活塞杆与所述栈桥固定段相连。


3.如权利要求1所述一种伸缩式栈桥系统，其特征在于：所述回转机构，包括依次连接的驱动装置、减速箱和齿轮，及设于所述回转底盘上的回转轴承，所述齿轮与所述回转轴承相啮合。


4.如权利要求1所述一种伸缩式栈桥系统，其特征在于：所述伸缩机构，包括设于所述栈桥固定段前端上并依次连接的驱动装置、减速箱和齿轮，及设于所述栈桥移动段后端的齿条，所述齿轮与所述齿条相啮合；或者
所述伸缩机构，包括设于所述栈桥固定段上并依次连接的依次连接的驱动装置、减速箱和钢丝绳卷筒，所述钢丝绳卷筒上的钢丝绳与所述栈桥移动段后端相连。


5.如权利要求4所述一种伸缩式栈桥系统，其特征在于：所述栈桥固定段前端与所述栈桥移动段后端之间还设有若干个滚轮。


6.一种如权利要求1-5任一项所述伸缩式栈桥系统的控制方法，其特征在于：所述运动补偿控制，包括位置补偿控制和位置接触力并行补偿控制；
所述位置补偿控制用以补偿由于所述支持平台或支持船六自由度运动引起的所述栈桥移动段前端运动；
所述位置接触力并行补偿控制为在所述位置补偿控制的基础上还需对所述栈桥移动段前端接触力的控制；
通过测量传感系统实时测得当前所述栈桥移动段前端运动、接触力与目标设定值通过运动学逆解计算得关节指令，将关节指令关节到执行器运动变换计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡东伟，徐林，胡贯勇，孟旭，秦一飞，
申请(专利权)人：上海振华重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31