一种模拟海上浮式平台的六自由度平台装置

1.本发明涉及海洋工程领域，具体为一种模拟海上浮式平台的六自由度平台装置。


背景技术：

2.随着现代科学技术的飞速发展，我国环保标准日益严格化和能源结构的改变，海洋工程将呈现爆发式的增长，跨海大桥、海上油田开采、海上风力发电等近海工程、海岸工程发展迅速。海洋风能资源具有持久、稳定、质量高等优点，因此具有较大的发电潜力和较好的发电效果。这种资源优势由近海到远海逐渐增强，而对于远海区域，水深一般超过50米，固定基桩式风机平台已经不再适用，漂浮式平台成为更加合适的选择。
3.目前深海漂浮式风电技术还未得到大规模利用，因为其所处海洋环境具有极大的复杂性和不确定性，例如风浪等载荷联合作用，都使得其研制和开发面临巨大的困难，迫切需要模拟海洋环境中的风浪对风机模型影响的试验，研究其服役阶段的承载力特性，为其服役阶段的安全可靠性提供理论依据。现有的模拟装置灵活性差，基座稳定性不够，且不能根据需要调整平台的位姿变换范围，局限性较大。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种模拟海上浮式平台的六自由度平台装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种模拟海上浮式平台的六自由度平台装置，包括固定平台以及置于固定平台上方的运动平台，所述固定平台上呈环形阵列分布有三个移动座，各移动座上分别铰接有两个电动缸，运动平台底面呈环形阵列分布有三对铰接点，各电动缸上端与运动平台底面对应的铰接点铰接，使运动平台相对固定平台进行三转动和三移动的六自由度运动输出；所述固定平台上设置有调整移动座位置的驱动组件，所述驱动组件包括呈环形阵列嵌装在固定平台上的三个直线导轨；所述固定平台底部贴合设置有底座，底座外沿伸出固定平台并向上垂直翻折形成限位环，限位环和固定平台侧边之间连接有若干呈环形阵列分布的缓冲组件；所述固定平台底面中心设置有嵌入底座内的转轴，底座顶面中心预留有供转轴插入的避让槽，转轴内嵌装有将固定平台与底座锁定的锁止机构，所述运动平台上嵌装有用于采集运动平台的位姿及受力数据的数据采集模块。
6.优选的，所述固定平台、运动平台、底座均为圆盘形结构，各直线导轨分别一一对应设置在各移动座底部并沿固定平台径向方向延伸，各直线导轨自带的滑块与对应的移动座底部固接。
7.优选的，所述固定平台上于各直线导轨两侧分别设置有平行于直线导轨的导向滑槽，各移动座底部分别设置有滑动嵌入导向滑槽内的导向块。
8.优选的，所述缓冲组件包括伸缩杆体，所述伸缩杆体两端分别铰接在限位环和固定平台的相对面上，所述伸缩杆体包括套筒以及滑动插入套筒内的滑杆，且套筒和滑杆相
互远离的一端分别设置有一圈限位板，两限位板之间设置有套设在伸缩杆体上的弹簧。
9.优选的，所述套筒内壁设置有凸起嵌入滑杆内的限位块，滑杆两侧壁对应开设有供限位块嵌入滑动的限位槽。
10.优选的，所述避让槽的内径尺寸大于转轴的外径尺寸。
11.优选的，所述锁止机构包括嵌装在转轴内的电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的输出端向下并固接有截面为方形结构的插块，所述避让槽中心预留有供插块插入的锁孔，转轴中心预留有供插块移动的通道。
12.优选的，所述数据采集模块包括六分力传感器、倾角传感器和位移传感器，用于测量所述运动平台所受的作用力，以及运动平台在运动时的倾角和位移。
13.优选的，还包括运动控制系统，所述运动控制系统与数据采集模块的输出端连接，用于根据输入的位姿的运动轨迹或受力数据，对六个电动缸进行运动控制，实现运动平台的六自由度调节；所述运动控制系统与直线导轨的控制端连接，用于根据需要调整移动座的位置。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明能够便捷有效地模拟海洋环境下的工况，既可以实现模型的定姿态模拟，也可通过运动平台实现模型的连续动姿态模拟，同时其也能作为陆上模拟实验平台，实现多种作业，且该装置结构简单，易于实现。
15.2、本发明通过在固定平台底部设置底座，并在底座上设置与固定平台连接的缓冲组件，能够有效缓冲固定平台在海洋环境下受到的各个方向的冲击力，增强固定平台的稳定性；同时在固定平台的转轴内安装锁止机构，能够将固定平台与底座锁定，切换固定平台的安装状态，适应多种模拟试验需求。
16.3、本发明在固定平台上设置移动座供电动缸铰接，且移动座的位置可调，可根据需要扩大或缩小电动缸的调节范围，对六自由度平台的位姿变换范围进行设定，灵活性强，满足多种模型的试验需求。
附图说明
17.图1为本发明的整体结构示意图。
18.图2为本发明的缓冲组件和驱动组件的具体分布示意图。
19.图3为本发明的缓冲组件的具体结构示意图。
20.图4为本发明的套筒和滑杆的内部具体连接示意图。
21.图5为本发明的图1中a部分的放大示意图。
22.图中：1、固定平台；2、运动平台；3、移动座；4、电动缸；5、直线导轨；6、导向滑槽；7、底座；8、限位环；9、缓冲组件；10、套筒；11、滑杆；12、限位板；13、弹簧；14、限位块；15、限位槽；16、转轴；17、避让槽；18、电动伸缩杆；19、插块；20、锁孔；21、数据采集模块。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
25.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.实施例1：请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种模拟海上浮式平台的六自由度平台装置，包括固定平台1以及置于固定平台1上方的运动平台2，所述固定平台1上呈环形阵列分布有三个移动座3，各移动座3上分别铰接有两个电动缸4，运动平台2底面呈环形阵列分布有三对铰接点，各电动缸4上端与运动平台2底面对应的铰接点铰接，使运动平台2相对固定平台1进行三转动和三移动的六自由度运动输出，所述运动平台2上嵌装有用于采集运动平台2的位姿及受力数据的数据采集模块21。
27.在本实施例中，所述数据采集模块21包括六分力传感器、倾角传感器和位移传感器，用于测量所述运动平台2所受的作用力，以及运动平台2在运动时的倾角和位移。
28.在本实施例中，还包括运动控制系统，所述运动控制系统与数据采集模块21的输出端连接，用于根据输入的位姿的运动轨迹或受力数据，对六个电动缸4进行运动控制，实现运动平台2的六自由度调节。
29.具体的：在模拟试验时，数据采集模块21实时采集运动平台2所受的作用力，以及运动平台2在运动时的倾角和位移数据，并将数据发送至运动控制系统，运动控制系统根据输入的位姿或受力数据，对六个电动缸4进行控制，实现运动平台2的三转动和三移动的六自由度调节，使运动平台2按照输入的受力数据调整对应的位姿，数据采集模块21采集运动平台2的位姿及受力数据并传输给运动控制系统进行校验，完成闭环控制。
30.实施例2：请参阅图2，所述固定平台1上设置有调整移动座3位置的驱动组件，所述驱动组件包括呈环形阵列嵌装在固定平台1上的三个直线导轨5；所述固定平台1、运动平台2、底座7均为圆盘形结构，各直线导轨5分别一一对应设置在各移动座3底部并沿固定平台1径向方向延伸，各直线导轨5自带的滑块与对应的移动座3底部固接。
31.在本实施例中，所述固定平台1上于各直线导轨5两侧分别设置有平行于直线导轨5的导向滑槽6，各移动座3底部分别设置有滑动嵌入导向滑槽6内的导向块，利用导向块和导向滑槽6的配合，使移动座3稳定移动。
32.在本实施例中，所述运动控制系统与直线导轨5的控制端连接，用于根据需要调整移动座3的位置。
33.具体的：由运动控制系统控制直线导轨5的运行，从而调整各移动座3在固定平台1径向方向上的位置，从而调整各电动缸4在固定平台1上的铰接位置，可根据需要对六自由度平台的位姿变换范围进行设定，各移动座3围成的圆周面积越大，六自由度平台的位姿变换范围越大，灵活性更好，满足多种模型的试验需求。
34.实施例3：请参阅图1-4，所述固定平台1底部贴合设置有底座7，底座7外沿伸出固定平台1并向上垂直翻折形成限位环8，限位环8和固定平台1侧边之间连接有若干呈环形阵列分布的缓冲组件9；所述缓冲组件9包括伸缩杆体，所述伸缩杆体两端分别铰接在限位环8和固定平台1的相对面上，所述伸缩杆体包括套筒10以及滑动插入套筒10内的滑杆11，且套筒10和滑杆11相互远离的一端分别设置有一圈限位板12，两限位板12之间设置有套设在伸缩杆体上的弹簧13。
35.在本实施例中，所述套筒10内壁设置有凸起嵌入滑杆11内的限位块14，滑杆11两侧壁对应开设有供限位块14嵌入滑动的限位槽15。
36.具体的，固定平台1滑动贴合设置在底座7上，并通过呈环形阵列设置的缓冲组件9连接，缓冲组件的伸缩杆体两端分别铰接在限位环8和固定平台1的相对面上，实现缓冲组件能够随固定平台1的扭转而对应调整倾斜状态；同时缓冲组件在套筒10、滑杆11和弹簧13的配合下，能够有效缓冲固定平台1在海洋环境下受到的各个方向的冲击力，增强固定平台1的稳定性。
37.实施例4：请参阅图1和图5，所述固定平台1底面中心设置有嵌入底座7内的转轴16，底座7顶面中心预留有供转轴16插入的避让槽17，转轴16内嵌装有将固定平台1与底座7锁定的锁止机构。
38.在本实施例中，所述避让槽17的内径尺寸大于转轴16的外径尺寸。
39.在本实施例中，所述锁止机构包括嵌装在转轴16内的电动伸缩杆18，所述电动伸缩杆18的输出端向下并固接有截面为方形结构的插块19，所述避让槽17中心预留有供插块19插入的锁孔20，转轴16中心预留有供插块19移动的通道。
40.在本实施例中，所述控制系统与电动伸缩杆18的控制端连接。
41.具体的，在需要保持固定平台1固定安装状态的试验需求下，可通过锁止机构将固定平台1与底座7锁定，即通过运动控制系统控制启动电动伸缩杆18，将插块19插入底座7的锁孔20内，完成对固定平台1的移动限制，可自由切换固定平台1的安装状态，适应多种模拟试验需求。
42.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种模拟海上浮式平台的六自由度平台装置，其特征在于，包括固定平台（1）以及置于固定平台（1）上方的运动平台（2），所述固定平台（1）上呈环形阵列分布有三个移动座（3），各移动座（3）上分别铰接有两个电动缸（4），运动平台（2）底面呈环形阵列分布有三对铰接点，各电动缸（4）上端与运动平台（2）底面对应的铰接点铰接，使运动平台（2）相对固定平台（1）进行三转动和三移动的六自由度运动输出；所述固定平台（1）上设置有调整移动座（3）位置的驱动组件，所述驱动组件包括呈环形阵列嵌装在固定平台（1）上的三个直线导轨（5）；所述固定平台（1）底部贴合设置有底座（7），底座（7）外沿伸出固定平台（1）并向上垂直翻折形成限位环（8），限位环（8）和固定平台（1）侧边之间连接有若干呈环形阵列分布的缓冲组件（9）；所述固定平台（1）底面中心设置有嵌入底座（7）内的转轴（16），底座（7）顶面中心预留有供转轴（16）插入的避让槽（17），转轴（16）内嵌装有将固定平台（1）与底座（7）锁定的锁止机构，所述运动平台（2）上嵌装有用于采集运动平台（2）的位姿及受力数据的数据采集模块（21）。2.根据权利要求1所述的一种模拟海上浮式平台的六自由度平台装置，其特征在于：所述固定平台（1）、运动平台（2）、底座（7）均为圆盘形结构，各直线导轨（5）分别一一对应设置在各移动座（3）底部并沿固定平台（1）径向方向延伸，各直线导轨（5）自带的滑块与对应的移动座（3）底部固接。3.根据权利要求1所述的一种模拟海上浮式平台的六自由度平台装置，其特征在于：所述固定平台（1）上于各直线导轨（5）两侧分别设置有平行于直线导轨（5）的导向滑槽（6），各移动座（3）底部分别设置有滑动嵌入导向滑槽（6）内的导向块。4.根据权利要求1所述的一种模拟海上浮式平台的六自由度平台装置，其特征在于：所述缓冲组件（9）包括伸缩杆体，所述伸缩杆体两端分别铰接在限位环（8）和固定平台（1）的相对面上，所述伸缩杆体包括套筒（10）以及滑动插入套筒（10）内的滑杆（11），且套筒（10）和滑杆（11）相互远离的一端分别设置有一圈限位板（12），两限位板（12）之间设置有套设在伸缩杆体上的弹簧（13）。5.根据权利要求4所述的一种模拟海上浮式平台的六自由度平台装置，其特征在于：所述套筒（10）内壁设置有凸起嵌入滑杆（11）内的限位块（14），滑杆（11）两侧壁对应开设有供限位块（14）嵌入滑动的限位槽（15）。6.根据权利要求1所述的一种模拟海上浮式平台的六自由度平台装置，其特征在于：所述避让槽（17）的内径尺寸大于转轴（16）的外径尺寸。7.根据权利要求1所述的一种模拟海上浮式平台的六自由度平台装置，其特征在于：所述锁止机构包括嵌装在转轴（16）内的电动伸缩杆（18），所述电动伸缩杆（18）的输出端向下并固接有截面为方形结构的插块（19），所述避让槽（17）中心预留有供插块（19）插入的锁孔（20），转轴（16）中心预留有供插块（19）移动的通道。8.根据权利要求1所述的一种模拟海上浮式平台的六自由度平台装置，其特征在于：所述数据采集模块（21）包括六分力传感器、倾角传感器和位移传感器，用于测量所述运动平台（2）所受的作用力，以及运动平台（2）在运动时的倾角和位移。9.根据权利要求1所述的一种模拟海上浮式平台的六自由度平台装置，其特征在于：还包括运动控制系统，所述运动控制系统与数据采集模块（21）的输出端连接，用于根据输入的位姿的运动轨迹或受力数据，对六个电动缸（4）进行运动控制，实现运动平台（2）的六自
由度调节；所述运动控制系统与直线导轨（5）的控制端连接，用于根据需要调整移动座（3）的位置。

技术总结
本发明属于海洋工程领域，具体公开了一种模拟海上浮式平台的六自由度平台装置，包括固定平台以及运动平台，固定平台上呈环形阵列分布有三个移动座，各移动座上分别铰接有两个电动缸，运动平台底面呈环形阵列分布有三对铰接点，各电动缸上端与运动平台底面对应的铰接点铰接，使运动平台相对固定平台进行三转动和三移动的六自由度运动输出；固定平台上设置有调整移动座位置的驱动组件，所述驱动组件包括呈环形阵列嵌装在固定平台上的三个直线导轨；底座外沿的限位环和固定平台侧边之间连接有若干缓冲组件；固定平台底面转轴内嵌装有将固定平台与底座锁定的锁止机构，所述运动平台上嵌装有用于采集运动平台的位姿及受力数据的数据采集模块。据采集模块。据采集模块。


技术研发人员：赵祥堂 赵志刚 苏程 孟佳东
受保护的技术使用者：兰州交通大学
技术研发日：2022.12.23
技术公布日：2023/3/7