一种六自由度海上波浪补偿多用途艇及其波浪补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种六自由度海上波浪补偿多用途艇及其波浪补偿方法，波浪补偿多用途艇包括航行艇体、甲板和六自由度电动波浪补偿系统，甲板为需要进行波浪补偿的整体；六自由度电动波浪补偿系统为航行艇体和甲板的连接部分，由电动缸和其他电动波浪补偿所必须的组件或辅助配件构成。通过测量船体的横摇、纵摇、升沉、横荡、纵荡和艏摇的运动姿态值，根据波浪补偿值的反解算法计算出横摇、纵摇、升沉、横荡、纵荡和艏摇的补偿值，控制各伺服电动缸动作，实现上甲板的六自由度补偿；本发明专利技术能够对甲板整体进行波浪补偿，减小波浪对艇体的影响，通过分层式的波浪补偿平台结构对六个自由度分组进行控制，为波浪补偿结构提供了更多的工作空间。

【技术实现步骤摘要】
一种六自由度海上波浪补偿多用途艇及其波浪补偿方法
本专利技术涉及船舶设计制造领域，尤其涉及一种六自由度海上波浪补偿多用途艇及其波浪补偿方法。
技术介绍
面向海上休闲娱乐游艇应用广泛的多为中小型船舶，而中小型船舶受海浪的影响相比中大型乃至大型船舶要更为明显，极易造成随乘人员的晕眩以及行动的不便。随着波浪补偿技术的发展，船用并联式稳定平台成为了应对波浪对船载人员及设备影响的主要解决方式，液压式并联平台具有刚度大、结构稳定、承载能力强、精度高、运动惯性小等优点，目前主要针对中大型乃至大型船舶船载设备的运用，如波浪补偿栈桥、波浪补偿吊机等。但中小型船舶可用空间有限，液压式并联平台则具有结构复杂、精度低、响应慢、稳定性不高等局限性，不再适用于商用多用途游艇上。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种六自由度海上波浪补偿多用途艇，本专利技术的另一目的是提供一种六自由度海上波浪补偿多用途艇的波浪补偿方法。技术方案：本专利技术所述的一种六自由度海上波浪补偿多用途艇，包括航行艇体、甲板和六自由度电动波浪补偿系统，所述航行艇体为进行水面航行部分，具备基本小型船艇的基本属性，包括能源动力系统、推进转向设备、控制驾驶舱室及设备和其他小型船艇所必需的设备；所述甲板为需要进行波浪补偿的整体；所述六自由度电动波浪补偿系统为航行艇体和甲板的连接部分，由电动缸和其他电动波浪补偿所必须的组件或辅助配件构成；所述六自由度电动波浪补偿系统包括下平台、波浪补偿平台一、波浪补偿平台二和上甲板，其中各波浪补偿平台面皆关于艇的纵向中心轴对称。六自由度电动波浪补偿系统电动缸的布置形式包括竖直缸、水平缸、斜缸和辅助承载缸，其中竖直缸补偿横摇、纵摇和升沉，水平缸补偿横荡和纵荡，斜缸补偿艏摇，辅助承载缸起辅助承载作用。各电动缸的联接形式如下：竖直缸下端竖直固定于下平台，上端固定于波浪补偿平台一；水平缸下端水平固定于波浪补偿平台二，上端通过滑轨与上甲板的下平面联接；斜缸下端固定于下平台，上端通过滑轨与波浪补偿平台二的下平面联接；辅助承载缸的上下端分别竖直固定在下平台和上甲板的下平面。每个执行件上都安装有线位移传感器，用来测量执行件的伸缩运动的位移量，两个斜缸的下端联接处安装角度传感器，用来测量斜缸的角度变化，在下平台的重心位置安装有姿态传感器，姿态传感器通过信号线联接运动控制器，姿态传感器用于检测航行艇体的横摇、纵摇、升沉、横荡、纵荡和艏摇值，并将检测值输入运动控制器中，波浪补偿平台一安装有xy轴转动角度传感器，波浪补偿平台二安装有z轴转动角度传感器，上甲板安装有xy轴移动位移传感器，皆作为控制系统闭环控制信号的检测输入。优选的，所述竖直缸的数量为3个，包括第一竖直缸、第二竖直缸和第三竖直缸，三根竖直缸沿圆周两两夹角120°布置，且第一竖直缸布置位置位于航向艇体的中心轴线上，三根竖直缸与下平台固定联接，与波浪补偿平台一通过虎克铰联接；所述斜缸的数量为2个，包括第一斜缸和第二斜缸，三根斜缸与下平台面夹角呈45°，两根斜缸在下平台面的布置位置与下平台面的圆心呈对称分布，且与下平台通过销轴联接，两根斜缸上端为球铰，球铰与波浪补偿平台二通过滑轨联接，滑轨布置位置位于航行艇体的中心轴线上；波浪补偿平台一、波浪补偿平台二的中心均开有通孔，其中，波浪补偿平台一的通孔外围有凹槽，凹槽内装有轴承，波浪补偿平台二安装进该凹槽内，并能够沿圆周转动；所述水平缸的数量为4个，包括第一水平缸、第二水平缸、第三水平缸和第四水平缸，四根水平缸沿圆周分布，相互夹角呈90度沿水平布置，且各水平缸的伸缩缸皆指向圆心，伸缩缸的末端设置有滑轨座，与上甲板下平面设置的滑轨分别连接；所述辅助承载缸的数量为1个，其下端为球铰，联接于下平台的圆心位置，上端也为球铰，通过波浪补偿平台一和波浪补偿平台二的通孔与上甲板的下平面进行联接。进一步的，所述六自由度电动波浪补偿系统执行件电动缸外部包裹有不影响电动缸运动的柔性防水罩。所述航行艇体和甲板之间留有足够空隙供六自由度电动波浪补偿系统工作，，采用柔性防水材料填补该空隙，使其与航行艇体、甲板联接。进一步的，所述航行艇体和甲板为保证六自由度电动波浪补偿系统与航行艇体上平面和甲板下平面联接区域的结构强度，需要在执行件与航行艇体、甲板联接安装的局部区域进行加强结构设计，具体可以利用局部加厚配合加强筋的方式或者其他结构加强方式进行结构加强。进一步的，所述航行艇体的上平面和六自由度电动波浪补偿系统的下平台面之间具有一定的倾斜角度，倾斜角度方向可采取前高后低、中间高两边低等形式，目的在于将进入船体内的海水收集到某一侧，方便排出或采取抽取装置抽出。进一步的，所述航行艇体在艇身外围吃水线附近设有防侧翻翼，以减弱或抵消六自由度电动波浪补偿系统进行补偿动作时，电动缸对于航行艇体的作用力，防止航行艇体倾覆，其中所述防侧翻翼可根据具体船舶稳定性计算，选择采取连续式布置或者分段式布置在艇身外围。所述防侧翻翼与水平面的夹角可根据艇身具体位置采取不同的角度，原则上不应增大航行艇体的水中运动阻力。进一步的，所述休闲多用途艇可根据具体情况在船中心加装减摇陀螺，配合六自由度电动波浪补偿系统的工作。进一步的，所述能源动力系统可根据具体设计选择采取大功率单动力或者小功率多动力。大功率单动力系统为航行、艇上所有设备、六自由度电动波浪补偿系统以及甲板上所有设备统一进行供电；小功率多动力系统则可将航行、艇上所有设备、六自由度电动波浪补偿系统以及甲板上所有设备进行分组供电。此外，所述多用途艇设计遵循一体化设计，同时甲板也可根据实际具体需要进行更换，以实现甲板上的载体多样化，从而满足该多用途艇实际不同的功能需求。一种基于所述六自由度海上波浪补偿多用途艇的波浪补偿方法，通过姿态传感器测量船体的横摇、纵摇、升沉、横荡、纵荡和艏摇的运动姿态值，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、升沉、横荡、纵荡和艏摇的补偿值，根据补偿值控制各伺服电动缸动作，实现上甲板的六自由度补偿，具体内容如下：通过姿态传感器测量船体的横摇、纵摇、升沉、横荡、纵荡和艏摇的运动姿态值a1、a2、a3、a4、a5、a6，并实时传输给运动控制器；当a2＝a3＝a4＝a5＝a6＝0，且a1≠0，有横摇运动时，控制器控制竖直缸主要动作，其他缸不动作；当a1＝a3＝a4＝a5＝a6＝0，且a2≠0，有纵摇运动时，控制竖直缸主要动作，斜缸辅助动作；当a1＝a2＝a4＝a5＝a6＝0，且a3≠0，有升沉运动时，控制器控制竖直缸主要动作，斜缸和辅助承载缸辅助动作；当a1＝a2＝a3＝a5＝a6＝0，且a4≠0，有横荡动作时，控制器控制水平缸中垂直于船体轴线布置的主要动作，辅助承载缸辅助动作；当a1＝a2＝a3＝a4＝a6＝0，且a5≠0，有纵荡动作时，控制器控制水平缸中沿船体轴线布置的主要动作，辅助承载缸辅助动作；当a1＝a2＝a3＝a4＝a5＝0，且a6≠0，有艏摇运动时，控制器控制斜缸主要动作，其他缸不动作。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种六自由度海上波浪补偿多用途艇，其特征在于：包括航行艇体、甲板和六自由度电动波浪补偿系统；/n所述航行艇体为进行水面航行部分；所述甲板为需要进行波浪补偿的整体；所述六自由度电动波浪补偿系统为航行艇体和甲板的连接部分，包括执行件、下平台、波浪补偿平台一、波浪补偿平台二和上甲板，其中波浪补偿平台一和波浪补偿平台二皆关于艇的纵向中心轴对称；/n所述执行件包括竖直缸、水平缸、斜缸和辅助承载缸，其中竖直缸补偿横摇、纵摇和升沉，水平缸补偿横荡和纵荡，斜缸补偿艏摇，辅助承载缸起辅助承载作用；所述竖直缸下端固定于下平台，上端固定于波浪补偿平台一；所述水平缸下端水平固定于波浪补偿平台二，上端通过滑轨与上甲板的下平面联接；所述斜缸下端固定于下平台，上端通过滑轨与波浪补偿平台二的下平面联接；所述辅助承载缸的上下端分别竖直固定在下平台和上甲板下平面；/n每个执行件上都安装有线位移传感器，用来测量执行件的伸缩运动的位移量，两个斜缸的下端联接处安装角度传感器，用来测量斜缸的角度变化，在下平台的重心位置安装有姿态传感器，姿态传感器通过信号线联接运动控制器，姿态传感器用于检测航行艇体的横摇、纵摇、升沉、横荡、纵荡和艏摇值，并将检测值输入运动控制器中，波浪补偿平台一安装有xy轴转动角度传感器，波浪补偿平台二安装有z轴转动角度传感器，上甲板安装有xy轴移动位移传感器，皆作为控制系统闭环控制信号的检测输入。/n...

【技术特征摘要】
1.一种六自由度海上波浪补偿多用途艇，其特征在于：包括航行艇体、甲板和六自由度电动波浪补偿系统；
所述航行艇体为进行水面航行部分；所述甲板为需要进行波浪补偿的整体；所述六自由度电动波浪补偿系统为航行艇体和甲板的连接部分，包括执行件、下平台、波浪补偿平台一、波浪补偿平台二和上甲板，其中波浪补偿平台一和波浪补偿平台二皆关于艇的纵向中心轴对称；
所述执行件包括竖直缸、水平缸、斜缸和辅助承载缸，其中竖直缸补偿横摇、纵摇和升沉，水平缸补偿横荡和纵荡，斜缸补偿艏摇，辅助承载缸起辅助承载作用；所述竖直缸下端固定于下平台，上端固定于波浪补偿平台一；所述水平缸下端水平固定于波浪补偿平台二，上端通过滑轨与上甲板的下平面联接；所述斜缸下端固定于下平台，上端通过滑轨与波浪补偿平台二的下平面联接；所述辅助承载缸的上下端分别竖直固定在下平台和上甲板下平面；
每个执行件上都安装有线位移传感器，用来测量执行件的伸缩运动的位移量，两个斜缸的下端联接处安装角度传感器，用来测量斜缸的角度变化，在下平台的重心位置安装有姿态传感器，姿态传感器通过信号线联接运动控制器，姿态传感器用于检测航行艇体的横摇、纵摇、升沉、横荡、纵荡和艏摇值，并将检测值输入运动控制器中，波浪补偿平台一安装有xy轴转动角度传感器，波浪补偿平台二安装有z轴转动角度传感器，上甲板安装有xy轴移动位移传感器，皆作为控制系统闭环控制信号的检测输入。


2.根据权利要求1所述的六自由度海上波浪补偿多用途艇，其特征在于：所述竖直缸的数量为3个，包括第一竖直缸、第二竖直缸和第三竖直缸，三根竖直缸沿圆周两两夹角120°布置，且第一竖直缸布置位置位于航向艇体的中心轴线上，三根竖直缸与下平台固定联接，与波浪补偿平台一通过虎克铰联接；
所述斜缸的数量为2个，包括第一斜缸和第二斜缸，三根斜缸与下平台面夹角呈45°，两根斜缸在下平台面的布置位置与下平台面的圆心呈对称分布，且与下平台通过销轴联接，两根斜缸上端为球铰，球铰与波浪补偿平台二通过滑轨联接，滑轨布置位置位于航行艇体的中心轴线上；
波浪补偿平台一、波浪补偿平台二的中心均开有通孔，其中，波浪补偿平台一的通孔外围有凹槽，凹槽内装有轴承，波浪补偿平台二安装进该凹槽内，并能够沿圆周转动；
所述水平缸的数量为4个，包括第一水平缸、第二水平缸、第三水平缸和第四水平缸，四根水平缸沿圆周分布，相互夹角呈90度沿水平布置，且各水平缸的伸缩缸皆指向圆心，伸缩缸的末端设置有滑轨座，与上甲板下平面设置的滑轨分别连接；
所述辅助承载缸的数量为1个，其下端为球铰，联接于下平台的圆心位置，上端也为球铰，通过波浪补偿平台一和波浪补偿平台二的通孔与上甲板的下平面进行联接。


3.根据权利要求1所述的六自由度海上波浪补偿多用途艇，其特征在于：所述六自由度电动波浪补偿系统的执行件外部包裹有柔性防水罩。


4.根据权利要求1所述的六自由度海上波浪补偿多用途艇，其特征在于：所述航行艇体和甲板之间留有供六自由度电动波浪补偿系统工作的空隙，采用柔性防水材料填补该空隙，使其与航行艇体、甲板联接。


5.根据权利要求1所述的六自由度海上波浪补偿多用途艇，其特征在于：所述执行件为电动缸，在电动缸与航行艇体和甲板安装联接的局部区域进行结构加强。


6.根据权利要求1所述的六自由度...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢道华，唐向东，仲纪松，王佳，郑博文，汤雁冰，
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