[发明专利]一种具有主动波浪补偿功能的机器人系统

说明书

技术领域

本发明涉及海上船舶作业领域，尤其涉及一种具有主动补偿功能的波浪补偿机器人系统。

背景技术

随着我国海洋工程产业不断的发展，海洋平台或船舶越来越频繁地进行着海上的作业，其作业范围从近海走向深海，甚至超深海，作业的难度也随之增大。由于风浪的影响，在海上作业和行驶途中的船舶都会随着风浪做无规律的摇摆，这些摇摆会导致船舶的相对位置发生变化。同时，也会产生作业效率低下，人员安全存在隐患等问题。所以，如何去除风浪引起的扰动即风浪引起的横摇、纵摇和升沉，提高海上作业的安全平稳和高效，对实际工程和科学研究有着重大的意义。

目前，波浪补偿技术主要运用于海上补给、海上货物起吊和运送作业人员登靠风电塔等。并且，大多数采用体积较大的并联平台形式进行波浪补偿，串联形式的波浪补偿装置主要以具有波浪补偿功能的起重机为主。并联平台的自身质量较大，工作范围较小。并联平台和波浪补偿起重机在海上作业过程中，对于完成物体的抓取和运送的功能还需要不断开发和完善。同时，二者由于体积较大安装完成之后，不易于移动也无法放进防腐蚀的壳体内。现有装置能够实现的功能比较单一，现阶段上还未有一种具有波浪补偿功能的通用装置或系统，能够同时实现船舶行进途中吊放货物、运送人员和海上补给等功能。

如中国专利201610617770 .X所述的一种波浪补偿专用机器人，具有小臂、手腕机构、末端执行器驱动器和末端执行机构，小臂前端连接手腕机构后端，手腕机构前端刚性连接末端执行器驱动器，末端执行器驱动器连接末端执行机构，初始位置时的手腕机构平行于舰船甲板，手腕机构前端指向船头正前方向，其特征是：手腕机构的后端包含第一、第二驱动器，前端包含一个差动机构和两个支撑臂，中间是支撑架，支撑架与小臂前端固接，支撑架的中间位置固联驱动框架，第一、第二驱动器在驱动框架的左、右两侧相对布置且共同连接驱动框架，第一、第二驱动器的中心轴均左右水平布置；支撑架的前侧方固接一左一右布置的两个支撑臂，两个支撑臂之间是差动机构；差动机构由四个锥齿轮、一个偏转轴和两个俯仰主动轴组成，偏转轴上下垂直布置，第一、第二俯仰主动轴中心线共线、与偏转轴的中心线相垂直且一左一右对称布置在偏转轴的两侧，第一、第二俯仰主动轴的一端共同能转动地连接差动机构支撑块，另一端支撑在同侧对应的支撑臂上，偏转轴的中间段同轴间隙穿过差动机构支撑块的中心孔，偏转轴的上段上通过轴承同轴连接第三锥齿轮，偏转轴的下段上同轴固定连接第一锥齿轮；第一俯仰主动轴上同轴固定套装相互固接在一起的第二锥齿轮和第一带轮，第二俯仰主动轴上同轴固定套装相互固接在一起的第四锥齿轮和第三带轮，第一锥齿轮与第二锥齿轮、第四锥齿轮均相啮合，第三锥齿轮与第二锥齿轮、第四锥齿轮也均相啮合；第一驱动器的输出轴同轴固定连接第四带轮， 第二驱动器的输出轴同轴固定连接第二带轮，第一带轮通过第一齿形皮带连接第二带轮，第三带轮通过第二齿形皮带连接第四带轮；锥齿轮通过连接件固接末端执行器驱动器。

上述专利中采用带轮式的传送结构，导致传动机构复杂，工作空间狭小，维护麻烦且使用寿命低，带轮式的传动精度差；

针对上述技术问题，本发明旨在提供一种串联的多自由度波浪补偿机器人系统和该系统的控制方法。该系统是一个通用系统，具有结构简单、操作方便、使用范围广、效率高和功能多等优点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有主动波浪补偿功能的机器人系统，该系统和控制方法能够解决船舶在海上行驶或者作业过程中，因风浪造成的横摇、纵摇和升沉等给机器人末端执行器带来的影响问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种具有主动波浪补偿功能的机器人系统，该有主动波浪补偿功能的机器人系统安装在船舶上；其创新点在于：包括横向导轨、纵向导轨、底盘、微惯导、机械臂、计算机和控制器；

所述横向导轨与纵向导轨互相垂直设置在同一水平面上，且横向导轨与纵向导轨铺设在船舶甲板上；所述底盘通过驱动电机可沿着互相垂直的横向导轨与纵向导轨往复移动；所述机械臂通过螺栓组固定连接在底盘上，机械臂跟随底盘沿着横向导轨或纵向导轨移动；所述微惯导位于机械臂的旁侧且连接固定在底盘上，实时测量因风浪引起的数据变换并向计算机发送所测试的数据；所述计算机与微惯导之间通过传感器进行数据交换，计算机处理微惯导输出的数据并进行处理以及建立模型、预测和输出数据；所述控制器的一端与计算机进行数据交换，控制器的另一端与机械臂相连并控制机械臂进行补偿运动。

进一步的，该系统的控制方法为：