[发明专利]一种模拟船舶海上摇摆的七自由度运动模拟平台

说明书

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°回转，连续无死点。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

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°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。

发明内容

本发明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。

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；

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；

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；

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。

进一步的，所述负载支撑板上设置有走线孔和固定孔。

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。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：