[发明专利]一种升沉补偿的三自由度船载稳定平台

说明书

针对船载设备由于海浪干扰产生摇摆的问题，设计一种升沉补偿的三自由度船载稳定平台。本发明装置由减横摇外环、减纵摇内环、升沉补偿系统、PLC控制箱、双向阻尼器、多角度传感器、超声波距离传感器、波高观测系统、横纵摇伺服系统和载物平台等部分组成。减横摇外环、减纵摇内环和升沉补偿系统保持载物平台在横纵摇及升沉方向的位置恒定，采用角度传感器测量横、纵摇角信号，进而驱动横、纵摇伺服系统，抑制装置在横纵摇方向的运动，利用波高观测系统获取波高后计算补偿后期望位置，带入阻抗公式获得系统输出力，补偿升沉方向的干扰。本发明对载物平台的横、纵摇及升沉三自由度分别进行干扰补偿，本装置的稳定性强，响应速度快，控制精度高。

技术领域

本发明属于船载特辅装备，尤其涉及一种升沉补偿的三自由度船载稳定平台装置。

背景技术

船载稳定平台作为一类常见的船载装备，被广泛应用于辅助人员和货物转运、吊装作业、医疗急救方面。由于海浪干扰会对各类作业与人员安全性产生影响。因此，对于安装在甲板平面的稳定平台的横摇角，纵摇角进行抑制，对装置升沉运动进行补偿，对保持载物平台上各类作业的精确性和稳定性具有重要意义。

目前，常见的稳定平台鲜有能对升沉运动进行补偿的装置出现，且多数装置属于被动控制，其控制精度和响应速度相对较差。中国专利CN105173024A三自由度液压驱动重载稳定平台，其机械结构在高海况下适应性差，本专利具有更大的极限角度并对结构进行了建模分析，且该专利所使用的滚珠结构面对高频升沉运动会对其机械结构造成损伤。中国专利CN103760811舰载重型稳定平台在横、纵摇可进行一定程度的减摇，但其二自由度对于升沉运动无法进行补偿，会增大机械结构的承重能力，且其减摇方法属于被动减摇。

发明内容

本发明的目的在于提供一种升沉补偿的三自由度船载稳定平台，可对装置在三自由度的位置偏移进行有效抑制，解决船载设备在各类复杂海况下横摇、纵摇和升沉运动的问题。

为了实现上述目的，本发明设计了一种升沉补偿的三自由度船载稳定平台，主要由刚性固定架，刚性连杆，减横摇外环，差速连杆一，横摇伺服系统，横摇角度传感器，减纵摇内环，差速连杆二，纵摇伺服系统，纵摇角度传感器，升沉补偿系统，双向阻尼器，升沉角度传感器，超声波距离传感器，滑动筒，铰链，波高观测系统，PLC控制箱，载物平台。本发明还可以包括：

刚性固定架与减横摇外环，减横摇外环与减纵摇内环，减纵摇内环与升沉补偿系统依次通过刚性连杆，差速连杆一，差速连杆二连接。横、纵摇角度传感器采集的横、纵摇信号后，PLC控制箱控制横、纵摇伺服系统，从而驱动执行机构差速连杆进行横、纵摇自由度的运动抑制；PLC控制箱获取波高观测系统测得波高，后计算双向阻尼器需要补偿的位移量，带入阻抗模型后输出参考力，从而使得载物平面保持位置恒定。

减横、纵摇装置结构设计：

甲板平台放置刚性固定架，底端与母船甲板直接连接，弧形底座内部通过刚性连杆沿着OY方向安装减横摇外环装置；减纵摇内环装置设置在减横摇外环装置内部，其半径小于外环装置，减横摇装置和减纵摇装置之间通过差速连杆一进行连接，其方向沿着OX方向，减横摇外环内面上安装横摇角度传感器，用以测量减横摇外环的横摇角度θ_x，差速连杆一上装有横摇伺服系统，在采集横摇角θ_x后驱动执行机构差速连杆一，进行横摇自由度的运动抑制；减纵摇装置和升沉补偿系统之间通过差速连杆二进行连接，其方向沿着OY垂直于差速连杆一，减纵摇内环内面上装有纵摇角度传感器，用以测量减纵摇内环的纵摇角度θ_y，差速连杆二上安装有纵摇伺服系统，在采集纵摇角θ_y后驱动执行机构差速连杆二，进行纵摇自由度的运动抑制。

升沉补偿机构结构设计：