高刚度重型舰载稳定平台装置的制作方法

本发明涉及海上风力发电、海上人员物资运输、海上观测、海上医疗技术领域，尤其涉及一种高刚度重型舰载稳定平台装置。

背景技术：

在航行过程中由于受风、浪、流、潮等恶劣环境和船体自身特性的影响，无法保持平衡，会不可避免地产生横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡六个自由度的无规则随机运动。尤其是在恶劣海况下，船体的运动会干扰舰载设备的正常工作。舰载稳定平台能够使被稳定对象在干扰作用下，隔离舰艇运动和姿态的影响，保持被控物体的稳定性，使其相对地球坐标系保持稳定。舰载稳定平台在离岸风力发电机组的运营与维护、远洋船舰之间的人员转移与物资补给、舰船精密装备仪器的稳定等方面均具有十分重要的作用。

现有的舰载姿态瞄准机构也是一种舰载稳定平台，但是这些姿态瞄准系统主要采用2-3轴的串联机构，存在刚度低、负载能力差等问题，还不能实现对稳定平台位置和姿态的完整补偿，更不适用于承载重的场合。相对于串联机构，并联机构具有刚度高、承载大的优点，利用并联机构开发重型舰船稳定平台具有较大的优势，目前利用并联机构开发的舰载稳定平台还很少。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种高刚度重型舰载稳定平台装置，具有刚度高、承载能力强、工作空间适配程度高、使用灵活、可靠性高等特点，可以满足离岸风力发电机组的运营与维护、远洋船舰之间的人员转移与物资补给、舰船精密装备仪器的稳定等各种需求。

根据本发明实施例的高刚度重型舰载稳定平台装置，包括：

六自由度驱动冗余并联机构，所述六自由度驱动冗余并联机构由底座、动平台和四个分支机构构成，其中，

所述底座的上表面上设有三个滑轨，三个所述滑轨呈正三角形布置；

所述动平台有间距地设置于所述底座的上方；

所述四个分支机构分别为三个相同的第一分支机构和一个第二分支机构；每个所述第一分支机构包括第一驱动组件、第一移动副、第一转动副、第一伸缩杆和第一球副，所述第一驱动组件驱动所述第一移动副沿对应的所述滑轨移动，所述第一转动副与所述第一移动副连接，所述第一转动副的轴线与对应的所述滑轨垂直且与所述底座的上表面平行，所述第一伸缩杆的下端与所述第一转动副连接且上端与所述第一球副连接，所述第一球副与所述动平台的下表面连接；三个所述第一分支机构的所述第一球副的中心分布在以所述动平台的中心为圆心的圆上并呈正三角形布置；

所述第二分支机构包括第一虎克铰、第二伸缩杆和第二球副，所述第一虎克铰与所述底座连接且位于三个所述滑轨所形成的正三角形的中心处，所述第一虎克铰平行于所述底座的上表面；所述第二伸缩杆的下端与所述第一虎克铰连接且上端与所述第二球副连接，所述第二球副与所述动平台的下表面连接且位于所述动平台的中心处；

转台系统，所述转台系统包括转台座和转台，所述转台座安装在所述动平台上，所述转台可转动地安装在所述转台座的上表面上。

根据本发明实施例的高刚度重型舰载稳定平台，具有如下的优点：第一、采用了六自由度驱动冗余并联机构，其中，通过即冗余驱动支链大幅度提高了本发明实施例高刚度重型舰载稳定平台装置的刚度和承载能力(也即负载能力)，使得本发明实施例的高刚度重型舰载稳定平台装置具有高刚度、高精度、高负载能力等优点，动态性能好，从而使得本发明实施例高刚度重型舰载稳定平台装置能够搭载舷梯、吊车等重型设备，例如，本发明实施例高刚度重型舰载稳定平台装置的转台上安装有吊车，通过本发明实施例高刚度重型舰载稳定平台装置使吊车相对于地球坐标系保持静止，从而可以平稳地运输物资。第二、本发明实施例的高刚度重型舰载稳定平台装置在具备驱动冗余特性的同时，也具有运动冗余的特点，即：由于六自由度驱动冗余并联机构具有六自由度，利用六自由度驱动冗余并联机构实现动平台的三维转动和三维移动的运动形式，从而可以控制动平台的姿态和水平位置，实现对舰艇受风浪影响而产生的六自由度颠簸运动的补偿；转台系统具有竖直方向的转动自由度，且工作空间大，能够弥补六自由度驱动冗余并联机构在竖直转动方向补偿能力的不足，实现恶劣海况下舰载稳定平台竖直转动方向的补偿，也就是说，通过转台系统施加运动学冗余，提高了装置对舰艇艏摇运动的补偿能力。第三、本发明实施例的高刚度重型舰载稳定平台装置适用于海上风力发电设备维护、海上人员物资运输、海上观测、海上医疗等多种应用场景。第四、本发明实施例的高刚度重型舰载稳定平台装置结构紧凑简单。

根据本发明的一个实施例，所述滑轨可采用滑槽替代。

根据本发明的一个实施例，所述转台座的上表面上设有环形滑轨，所述转台可沿所述环形滑轨转动。

根据本发明的一个实施例，所述第一驱动组件为由伺服电机驱动的滚珠丝杠系统。

根据本发明的一个实施例，所述第一伸缩杆包括第一连杆、第二连杆、第二移动副和第二驱动组件，所述第一连杆的下端与所述第一转动副连接，所述第二连杆的上端与所述第一球副连接，所述第二连杆通过所述第二移动副沿所述第一连杆移动，所述第二驱动组件驱动所述第二移动副移动；所述第二伸缩杆包括第三连杆、第四连杆、第三移动副和第三驱动组件，所述第三连杆的下端与所述第一虎克铰连接，所述第四连杆的上端与所述第二球副连接，所述四连杆通过所述第三移动副沿所述第三连杆移动，所述第三驱动组件驱动所述第三移动副移动。

根据本发明进一步的实施例，所述第二驱动组件为由伺服电机驱动的滚珠丝杠系统或液压系统，所述第三驱动组件为由伺服电机驱动的滚珠丝杠系统或液压系统。

根据本发明的一些实施例，所述第一球副是球铰或者是三个垂直方向转动轴相交为一点的复合球铰，所述第二球副是球铰或者是三个垂直方向转动轴相交为一点的复合球铰。

根据本发明的一些实施例，三个所述第一分支机构的所述第一移动副和所述第一转动副采用第二虎克铰替换，且所述第二虎克铰与所述底座相连的转轴为驱动副；或三个所述第一分支机构的所述第一移动副和所述第一转动副采用第三虎克铰替换，且所述第一球副采用第四虎克铰替换，且所述第三虎克铰与所述底座相连的转轴或所述第四虎克铰与所述动平台下表面相连的转轴为驱动副。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的高刚度重型舰载稳定平台装置的结构示意图。

图2为本发明实施例的高刚度重型舰载稳定平台装置搭载吊车的应用场景示意图。

附图标记：

高刚度重型舰载稳定平台装置1000

底座1滑轨101

动平台2

第一分支机构3

第一驱动组件301第一伺服电机3011第一丝杠3012

第一移动副302第一转动副303

第一伸缩杆304第一连杆3041第二连杆3042第二移动副3043第一球副305

第二分支机构4

第一虎克铰401

第二伸缩杆402第三连杆4021第四连杆4022第三移动副4023

第二球副403

转台座5

转台6

吊车7

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合图1至图2来描述根据本发明实施例的高刚度重型舰载稳定平台装置1000。

如图1所示，根据本发明实施例的高刚度重型舰载稳定平台装置1000，包括六自由度驱动冗余并联机构和转台系统。

具体地，六自由度驱动冗余并联机构由底座1、动平台2和四个分支机构构成。底座1的上表面上设有三个滑轨101，三个滑轨101呈正三角形布置。动平台2有间距地设置于底座1的上方。四个分支机构分别为三个相同的第一分支机构3和一个第二分支机构4；每个第一分支机构3包括第一驱动组件301、第一移动副302、第一转动副303、第一伸缩杆304和第一球副305，第一驱动组件301驱动第一移动副302沿对应的滑轨101移动，第一移动副302为驱动副，第一转动副303与第一移动副302连接，第一转动副303的轴线与对应的滑轨101垂直且与底座1的上表面平行，第一伸缩杆304的下端与第一转动副303连接且上端与第一球副305连接，第一球副305与动平台2的下表面连接；三个第一分支机构3的第一球副305的中心分布在以动平台2的中心为圆心的圆上并呈正三角形布置；三个第一分支机构3对动平台2均没有运动学约束，因而通过驱动三个第一分支机构3可以带动动平台2的三维转动和三维移动，同时可以有效提高装置的刚度、承载能力和灵活性。第二分支机构4包括第一虎克铰401、第二伸缩杆402和第二球副403，第一虎克铰401与底座1连接且位于三个滑轨101所形成的正三角形的中心处，第一虎克铰401平行于底座1的上表面；第二伸缩杆402的下端与第一虎克铰401连接且上端与第二球副403连接，第二球副403与动平台2的下表面连接且位于动平台2的中心处；第二分支机构4为冗余驱动支链，通过增加冗余驱动支链可以有效提高装置的刚度、承载能力和灵活性。

转台系统包括转台座5和转台6，转台座5安装在动平台2上，转台6可转动地安装在转台座5的上表面上。转台6通过伺服电机驱动，具有竖直方向的转动自由度，在利用并联机构实现六自由度运动的前提下形成运动学冗余。

根据本发明实施例的高刚度重型舰载稳定平台装置1000，具有如下的优点：第一、采用了六自由度驱动冗余并联机构，其中，通过冗余驱动支链大幅度提高了本发明实施例高刚度重型舰载稳定平台装置1000的刚度和承载能力(也即负载能力)，使得本发明实施例的高刚度重型舰载稳定平台装置1000具有高刚度、高精度、高负载能力等优点，动态性能好，从而使得本发明实施例的高刚度重型舰载稳定平台装置1000能够搭载舷梯、吊车等重型设备，例如，如图2所示，本发明实施例的高刚度重型舰载稳定平台装置1000的转台6上安装有吊车7，通过本发明实施例高刚度重型舰载稳定平台装置1000使吊车7相对于地球坐标系保持静止，从而可以平稳地运输物资。第二、本发明实施例的高刚度重型舰载稳定平台装置1000在具备驱动冗余特性的同时，也具有运动冗余的特点，即：由于六自由度驱动冗余并联机构具有六自由度，利用六自由度驱动冗余并联机构实现动平台2的三维转动和三维移动的运动形式，从而可以控制动平台2的姿态和水平位置，实现对舰艇受风浪影响而产生的六自由度颠簸运动的补偿；转台系统具有竖直方向的转动自由度，且工作空间大，能够弥补六自由度驱动冗余并联机构在竖直转动方向补偿能力的不足，实现恶劣海况下舰载稳定平台竖直转动方向的补偿，也就是说，通过转台系统施加运动学冗余，提高了装置对舰艇艏摇运动的补偿能力。第三、本发明实施例的高刚度重型舰载稳定平台装置1000适用于海上风力发电设备维护、海上人员物资运输、海上观测、海上医疗等多种应用场景。第四、本发明实施例的高刚度重型舰载稳定平台装置1000结构紧凑简单。

根据本发明的一个实施例，滑轨101可采用滑槽替代，也就是说，在底座1的上表面上可以直接设置滑槽来替代滑轨101，同样可以起到对第一移动副302的导向移动作用。

根据本发明的一个实施例，转台座5的上表面上设有环形滑轨(图中未示出)，转台6可沿环形滑轨转动。可以理解的是，通过设置环形滑轨，有利转台6平稳地转动。

根据本发明的一个实施例，第一驱动组件301为由伺服电机驱动的滚珠丝杠系统。具体地，第一驱动组件301可以包括第一伺服电机3011和第一丝杠3012，第一丝杠3012与第一移动副302连接，第一伺服电机3011驱动第一丝杠3012转动，从而带动第一移动副302沿对应的滑轨101移动。由此，第一移动副可以有效提高装置的补偿范围，第一驱动组件可以有效提高运动精度。

根据本发明的一个实施例，第一伸缩杆304包括第一连杆3041、第二连杆3042、第二移动副3043和第二驱动组件，第一连杆3041的下端与第一转动副303连接，第一连杆3041呈筒状，第二连杆3042伸入第一连杆3041中，第二连杆3042的上端与第一球副305连接，第二连杆3042通过第二移动副3043沿第一连杆3041移动，第二驱动组件驱动第二移动副3043移动，第二移动副3043为驱动副；由此，第一伸缩杆有利于提高本实施例的高刚度重型舰载稳定平台装置1000的刚度、承载力，第二驱动组件有利于提高第二移动副3043的运动精度。

第二伸缩杆402包括第三连杆4021、第四连杆4022、第三移动副4023和第三驱动组件，第三连杆4021的下端与第一虎克铰401连接，第三连杆4021呈筒状，第四连杆4022伸入第三连杆4021中，第四连杆4022的上端与第二球副403连接，四连杆通过第三移动副4023沿第三连杆4021移动，第三驱动组件驱动第三移动副4023移动，第三移动副4023为驱动副。由此，第二伸缩杆有利于提高本实施例的高刚度重型舰载稳定平台装置1000的刚度、承载力，第三驱动组件有利于提高第三移动副3043的运动精度。

根据本发明进一步的实施例，第二驱动组件为由伺服电机驱动的滚珠丝杠系统或液压系统，第三驱动组件为由伺服电机驱动的滚珠丝杠系统或液压系统。由此，有利于提高本实施例的高刚度重型舰载稳定平台装置1000的刚度、承载力，第三驱动组件有利于提高第三移动副3043的运动精度。

根据本发明的一些实施例，第一球副305是球铰或者是三个垂直方向转动轴相交为一点的复合球铰，第二球副403是球铰或者是三个垂直方向转动轴相交为一点的复合球铰。

根据本发明的一些实施例，三个第一分支机构3的第一移动副302和第一转动副303采用第二虎克铰替换，且第二虎克铰与底座1相连的转轴为驱动副；或三个第一分支机构3的第一移动副302和第一转动副303采用第三虎克铰替换，且第一球副305采用第四虎克铰替换，且第三虎克铰与底座1相连的转轴或第四虎克铰与动平台2下表面相连的转轴为驱动副。可以理解的是通过上述替换，可以达到同样的技术效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。