一种模拟船舶海上摇摆的七自由度运动模拟平台制造技术

一种模拟船舶海上摇摆的七自由度运动模拟平台，以解决现有六自由度模拟平台不能完全模拟和再现船体在复杂海况上遇到的情况的问题。本发明专利技术的单自由度转台安装于上台面，并通过单自由度转台上的Z轴电机驱动，主动轮与被动轮之间的啮合实现转动控制，六自由度平台采用并联机构方案，利用伺服电机驱动切向摆杆式控制六个环形均匀分布在上下台面的支点之间距离，实现X、Y、Z方向的平动和转动。六自由度运动平台与单自由度转台的协同作用不仅可以模拟船舶在海上航行时遇到的大部分情况，例如横荡、纵荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇等的复合运动，还可以在任意位置实现第七自由度绕Z轴转动及360

【技术实现步骤摘要】
一种模拟船舶海上摇摆的七自由度运动模拟平台


[0001]本专利技术涉及船舶航行运动安全领域，具体涉及一种模拟船舶海上摇摆的七自由度运动模拟平台。

技术介绍

[0002]海上航行环境恶劣，由于海浪的持续干扰会使得船舶运动过程中的摇荡运动不断加剧，从而威胁到船舶的航行安全。因此，研究船舶在海浪作用下的运动模型对于提高船舶航行过程中的安全性以及稳定性具有重要意义。船舶运动模拟平台是一种发展迅速、应用广泛的典型运动模拟平台。它可以模拟再现船体在复杂海况上遇到的大部分情况。
[0003]船舶在海面上航行的运动可以看作是刚体在空间中的运动，因此可以用三维空间中的六个自由度来描述他们的运动状况，即沿着三维坐标系各个轴的平动和转动。为了在实验室环境下模拟船舶在海面上航行时的运动情况，必须要依赖六自由度运动平台，六自由度运动平台可以实现空间中六个自由度的复杂运动，用来模拟船舶在海面上航行时海浪作用下产生的各种短时、复杂特征的运动和加速度。
[0004]六自由度运动平台属于Stewart并联机构，对于传统的Stewart机构而言，其较串联机构刚度与强度都较高，具有高载荷自重比的特点，在船舶运动模拟平台的设计过程中得到了广泛应用。但是，Stewart机构由于其具有六个自由度和构型的特点，现在还没有求解出其运动学正解的解析解，很难实现高精度的运动。而这一缺点也直接影响了通过六自由度运动平台仿真得到的船舶海面上航行运动结果的准确性，并且六自由度运动平台只能模拟横荡、纵荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇等运动，而不能绕Z轴转动及360<br/>°
回转，不能模拟持续大范围的精确角运动。因此，单一的六自由度模拟平台不能完全模拟和再现船体在复杂海况上遇到的情况。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决现有六自由度模拟平台不能完全模拟和再现船体在复杂海况上遇到的情况的问题，而提供的一种模拟船舶海上摇摆的七自由度运动模拟平台。
[0006]一种模拟船舶海上摇摆的七自由度运动模拟平台，其组成包括六自由度运动平台、负载支撑板、单自由度转台和六个底座；
[0007]六自由度运动平台包括上台面、下台面、六个联动机构和六个隔块，每个联动机构包括伺服电机、摆杆、连杆和万向节，摆杆的输入端与伺服电机的输出轴固接，连杆的一端与摆杆铰接，连杆的另一端与万向节连接；六个联动机构沿同一圆周均布设置在上台面与下台面之间，万向节的上端与上台面固接，伺服电机的壳体与下台面固接，每相邻两个伺服电机之间设置一个隔块，隔块与下台面固接；
[0008]单自由度转台包括Z轴电机、主动轮、从动轮和法兰轴套，主动轮固装在Z轴电机的输出轴上，从动轮与主动轮啮合，从动轮套装在法兰轴套上；
[0009]单自由度转台设置在负载支撑板的下面，且从动轮与负载支撑板通过连接元件连
接，从动轮位于六自由度并联机构的上台面上，且法兰轴套与上台面通过连接元件连接，Z轴电机的外壳与上台面连接，六个底座均布设置在下台面的下方，且六个伺服电机与六个底座上下一一对应。
[0010]进一步的，所述负载支撑板上设置有走线孔和固定孔。
[0011]进一步的，所述模拟平台在零位时，模拟平台的高度为1117mm，模拟平台的直径为Ф1300mm。
[0012]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0013]1、本专利技术利用六自由度运动平台与单自由度转台的协同作用可以实现七自由度运动模拟平台任意位置绕Z轴转动，并且是360
°
回转，其中六自由度运动平台可以实现空间中六个自由度的复杂运动，用来模拟船舶在海面上航行时海浪作用下产生的各种短时、复杂特征的运动和加速度，绕Z轴转动的单自由度转台则模拟持续大范围的精确角运动。因此，本专利技术不仅可以模拟船舶在海上航行时遇到的大部分情况，例如横荡、纵荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇等的复合运动，还可以在任意位置实现第七自由度绕Z轴转动及360
°
回转，连续无死点，回转速度≥0.5
°
/s，因此，本专利技术能够完全有效的模拟和再现船体在复杂海况上遇到的大部分情况。
[0014]2、本专利技术的六自由度运动平台采用并联机构方案，以达到结构紧凑、负载能力大、运动速度高、运动精度高等优点，通过伺服电机驱动切向摆杆控制六个联动机构在上下台面的支点之间距离，实现X、Y、Z方向的平动和转动。
[0015]3、本专利技术采用伺服电机驱动切向摆杆式的方案调整上下支点间距离，提高了六自由度并联机构响应速度。
[0016]4、本专利技术的有效载荷≥100kg。
[0017]5、本专利技术结构紧凑、响应速度快、可控精度高的模拟船舶海上摇摆的七自由度运动模拟平台。
附图说明
[0018]图1是本专利技术一种模拟船舶海上摇摆的七自由度运动模拟平台的整体结构立体图；
[0019]图2是本专利技术一种模拟船舶海上摇摆的七自由度运动模拟平台的主视图；
[0020]图3是图2的俯视图；
[0021]图4是负载支撑板2的结构示意图；
[0022]图5是单自由度转台3的整体结构立体图；
[0023]图6是单自由度转台3的主视图；
[0024]图7是图6的A
‑
A剖视图；
[0025]图8为本专利技术的模拟平台沿Z方向平动
‑
150mm的主视状态图；
[0026]图9为本专利技术的模拟平台沿Z方向平动前处于零位的主视状态图；
[0027]图10为本专利技术的模拟平台沿Z方向平动+150mm的主视状态图；
[0028]图11是本专利技术的模拟平台沿X方向平动
‑
180mm的俯视状态图；
[0029]图12是本专利技术的模拟平台沿X、Y方向平动前处于零位的俯视状态图；
[0030]图13是本专利技术的模拟平台沿X方向平动+180mm的俯视状态图；
[0031]图14是本专利技术的模拟平台沿Y方向平动+180mm的俯视状态图；
[0032]图15是本专利技术的模拟平台沿Y方向平动
‑
180mm的俯视状态图；
[0033]图16是本专利技术的模拟平台绕X方向转动+30
°
的主视状态图(即模拟平台俯仰)；
[0034]图17是本专利技术的模拟平台绕X方向转动
‑
30
°
的主视状态图(即模拟平台俯仰)；
[0035]图18是本专利技术的模拟平台绕Y方向转动+30
°
的主视状态图(即模拟平台横滚)；
[0036]图19是本专利技术的模拟平台绕Y方向转动
‑
30
°
的主视状态图(即模拟平台横滚)；
[0037]图20是本专利技术的模拟平台绕Z方向转动+30
°
的俯视状态图(即模拟平台偏航)；
[0038]图21是本专利技术的模拟平台绕Z方向转动前处于偏航零位的俯视状态图；
[0039]图22是本专利技术的模拟平台绕Z方向转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟船舶海上摇摆的七自由度运动模拟平台，其特征在于：所述模拟平台包括六自由度运动平台(1)、负载支撑板(2)、单自由度转台(3)和六个底座(4)；六自由度运动平台(1)包括上台面(11)、下台面(12)、六个联动机构(13)和六个隔块(14)，每个联动机构(13)包括伺服电机(131)、摆杆(132)、连杆(133)和万向节(134)，摆杆(132)的输入端与伺服电机(131)的输出轴固接，连杆(133)的一端与摆杆(132)铰接，连杆(133)的另一端与万向节(134)连接；六个联动机构(13)沿同一圆周均布设置在上台面(11)与下台面(12)之间，万向节(134)的上端与上台面(11)固接，伺服电机(131)的壳体与下台面(12)固接，每相邻两个伺服电机(131)之间设置一个隔块(14)，隔块(14)与下台面(12)固接；单自由度转台(3)包括Z轴电机(31)、主动轮(32)、从动轮(33)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭立国，王一波，王立杰，张新彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：