一种具有运动补偿能力的三自由度海上廊桥装置
阅读说明：本技术 一种具有运动补偿能力的三自由度海上廊桥装置 (Three-degree-of-freedom offshore gallery bridge device with motion compensation capability ) 是由 王生海 邱建超 韩广冬 仇伟晗 陈海泉 李建 牛安琪 孙茂凱 孙玉清 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有运动补偿能力的三自由度海上廊桥装置,包括可伸缩舷梯和三自由度稳定平台,所述三自由度稳定平台活动连接在可伸缩舷梯的下方。该装置采用三个伺服电动缸对三自由度稳定平台的上稳定平台的位姿进行实时控制,当船舶受到风、浪、流载荷作用产生的复杂扰动时通过对三个伺服电动缸的实时控制,对海上廊桥装置进行主要的运动补偿控制,使上稳定平台一直保持在水平状态进而使舷梯也保持在水平状态,从而实现对海上廊桥的位姿控制,同时在三自由度稳定平台上加有伸缩立柱限制稳定平台的扭转,伸缩外柱和伸缩内柱的八个面上均装有滚动轴承用以克服平台运动过程中产生的摩擦力使平台快速稳定的运行。(The invention discloses a three-degree-of-freedom offshore gallery bridge device with motion compensation capability, which comprises a telescopic gangway ladder and a three-degree-of-freedom stable platform, wherein the three-degree-of-freedom stable platform is movably connected below the telescopic gangway ladder. The device adopts three servo electric cylinders to control the pose of an upper stabilizing platform of the three-degree-of-freedom stabilizing platform in real time, when a ship is subjected to complex disturbance generated by the action of wind, wave and flow loads, the three servo electric cylinders are controlled in real time, main motion compensation control is carried out on the offshore gallery bridge device, the upper stabilizing platform is always kept in a horizontal state, and a gangway ladder is also kept in the horizontal state, so that the pose control of the offshore gallery bridge is realized, meanwhile, a telescopic upright post is added on the three-degree-of-freedom stabilizing platform to limit the torsion of the stabilizing platform, and rolling bearings are respectively arranged on eight surfaces of a telescopic outer post and a telescopic inner post and used for overcoming the friction force generated in the platform moving process so as to enable the platform to operate quickly and stably.)
技术领域
本发明涉及海上廊桥装置技术领域，尤其涉及一种具有运动补偿能力的三自由度海上廊桥装置。
背景技术
发展海洋工程离不开海洋平台，海洋钻井平台的可以开采储存油气，海洋风电平台可以提供大量风能。海上平台需要定期进行人员维护保养以及人员更换，工作人员登上海洋平台作业以船舶为运输工具，海上情况较之陆地复杂多变，恶劣天气带来的危害不可避免。在运输人员物资过程中高海况产生风、浪、流扰动，船舶和海洋平台之间容易发生碰撞事故。严重情况下甚至损坏设备，严重威胁人员生命安全。传统的换乘方式主要有绳荡换乘、舷靠换乘、舷梯换乘以及吊篮换乘，这些换乘方式都具有共同的缺点，安全性没有保障、不适用于高海况作业、多采用被动补偿或者没有补偿以及人员换乘操作不便。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种具有运动补偿能力的三自由度海上廊桥装置，包括：可伸缩舷梯和三自由度稳定平台，所述三自由度稳定平台活动连接在可伸缩舷梯的下方；
所述可伸缩舷梯包括下舷梯、定向轮、滑台以及上舷梯，所述下舷梯上固定连接有支架，所述定向轮连接在支架上，所述滑台连接在下舷梯上，所述滑台上设置有滑块；
所述三自由度稳定平台包括上稳定平台、三个结构相同的一号电动缸、二号电动缸、三号电动缸、可伸缩支柱、变幅电动缸和下稳定平台；所述一号电动缸的一端通过第一虎克铰连接在上稳定平台上、另一端通过第一虎克铰连接在下稳定平台上，所述二号电动缸和三号电动缸采用与一号电动缸相同的设置方式安装在上稳定平台和下稳定平台上，所述可伸缩支柱的一端连接在上稳定平台上、另一端连接在下稳定平台上，所述变幅电动缸的一端与上稳定平台相连接、另一端与下舷梯的底部相连接。
所述可伸缩支柱包括伸缩外柱和伸缩内柱，所述伸缩外柱的底端与下稳定平台相连接，所述伸缩内柱的顶端与虎克铰相连接，所述虎克铰与上稳定平台相连接；所述伸缩外柱上连接有滚动轴承，所述滚动轴承通过轴承支架与伸缩外柱相连接，所述伸缩内柱上连接有滚动轴承二，所述滚动轴承二通过螺杆与伸缩内柱相连接，所述滚动轴承和滚动轴承二在同一平面设置，所述伸缩内柱在上稳定平台的带动下在竖直方向上运动。
所述上稳定平台上连接有舷梯支座，所述下舷梯通过角铁与吊臂相连接，所述吊臂与舷梯支座通过插栓卡扣相连接。
所述上稳定平台包括上层稳定平台一和上层稳定平台二，所述上层稳定平台一和上层稳定平台二通过螺栓固定连接在一起构成上稳定平台，所述上层稳定平台一用于固定第一虎克铰，所述上层稳定平台二用于固定舷梯支座。
所述第一虎克铰包括上支撑法兰架、横轴、纵轴、以及下支撑法兰架，所述下支撑法兰架的轴孔中设置有第一端盖轴承，所述横轴安装在端盖轴承上；所述横轴中间设有通孔，通孔上端设有螺纹孔，所述纵轴穿过横轴的通孔安装在上支撑法兰架的第二端盖轴承上，所述横轴与纵轴通过横轴的中间通孔上端的螺栓孔使用限位螺栓固定连接。
所述第二虎克铰包括固定架和横轴，所述横轴安装在固定架的通孔的端盖轴承上并与上稳定平台的质心保持在同一水平面上。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种具有运动补偿能力的三自由度海上廊桥装置，该装置采用三个伺服电动缸对三自由度稳定平台的上稳定平台的位姿进行实时控制，当船舶受到风、浪、流载荷作用产生的复杂扰动时通过对三个伺服电动缸的实时控制，对海上廊桥装置进行主要的运动补偿控制，使上稳定平台一直保持在水平状态进而使舷梯也保持在水平状态，从而实现对海上廊桥的位姿控制，同时在三自由度稳定平台上加有伸缩立柱限制稳定平台的扭转，伸缩外柱和伸缩内柱的八个面上均装有滚动轴承用以克服平台运动过程中产生的摩擦力使平台快速稳定的运行。
另外在稳定平台与舷梯之间装有变幅电动缸，可以对海上廊桥的高度进行调节并且还可以补偿产生的升沉运动，在上舷梯以及下舷梯之间设有滑台使舷梯可以进行伸缩进而对舷梯的长度进行调节，并且可以补偿船舶产生的纵摇运动，借助这两种方法对海上廊桥的位姿进行辅助控制，同时可以对该海上廊桥长度以及高度进行调节以适应不同的工作环境，通过该三自由度海上廊桥装置实现人员以及货物安全平稳的输送。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种具有运动补偿能力的三自由度海上廊桥装置的整体结构图；
图2为本发明
具体实施方式
中三自由度稳定平台的结构示意图；
图3、4为本发明具体实施方式中虎克铰的结构示意图；
图5为本发明具体实施方式中虎克铰横轴结构示意图；
图6为本发明具体实施方式中伸缩立柱的结构示意图；
图7为本发明具体实施方式中可伸缩舷梯的结构示意图。
图中：1、可伸缩舷梯，2、铰耳，3、吊耳，4、变幅电动缸，5、吊耳，6、铰耳，7、插栓卡扣，8、三自由度稳定平台，9、吊臂，10、角铁，11、插栓卡扣，12、舷梯支座，1.1、上舷梯，1.2、定向轮支架，1.3、滑块，1.4、滑台，1.5、定向轮，1.6、下舷梯，8.0、上稳定平台，8.3、上层稳定平台一，8.4、上层稳定平台二，8.1、第一虎克铰，8.2、一号电动缸，8.5、第二虎克铰，8.6、伸缩支柱，8.7二号电动缸，8.8、三号电动缸，8.9、下稳定平台，8.1.1、上支撑法兰架，8.1.2、第一端盖轴承，8.1.3、纵轴，8.1.4、下支撑法兰架，8.1.5、横轴，8.1.6、第二端盖轴承，8.1.7、螺栓孔孔，8.1.8、中间通孔,8.5.1、横轴固定架，8.5.2、轴承,8.5.3、通孔,8.6.1、伸缩内柱，8.6.2、轴承，8.6.3、伸缩外柱，8.6.4、轴承，8.6.5、轴承支架，8.6.6、螺杆。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面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的描述：
如图1所示的一种具有运动补偿能力的三自由度海上廊桥装置，包括三自由度稳定平台8和可伸缩舷梯1，其中三自由度稳定平台活动连接在可伸缩舷梯1的下方。
所述三自由度稳定平台8包括上稳定平台8.0、三个结构相同的一号电动缸8.2、二号电动缸8.7、三号电动缸8.8、可伸缩支柱8.6、变幅电动缸4和下稳定平台8.9；所述一号电动缸8.2的一端通过第一虎克铰8.1连接在上稳定平台8.0上、另一端通过第一虎克铰8.1连接在下稳定平台8.9上，所述二号电动缸8.7和三号电动缸8.8采用与一号电动缸8.2相同的设置方式安装在上稳定平台8.0和下稳定平台8.9上，所述可伸缩支柱8.6的一端连接在上稳定平台8.0上、另一端连接在下稳定平台8.9上，因为设计的此款虎克铰可以进行全方位360°的转动，因此采用三个伺服电动缸的稳定平台便会发生扭转，通过中间添加伸缩立柱的这种设计方式不仅可以限制三自由度稳定平台发生的扭转而且还不妨碍稳定平台本身的运动.所述变幅电动缸4的一端通过铰耳2以及吊耳3与上稳定平台8.0相连接、另一端通过吊耳5以及铰耳6与下舷梯1.6的底部相连接。铰耳2、吊耳3以及铰耳6吊耳5之间通过插栓卡扣7连接.通过增加有变幅电动缸的这种设计方式就可以对舷梯的高度进行调节，扩大该装置的作业范围，当船舶受到复杂扰动时，除了三自由度稳定平台的三个伺服电动缸进行运动补偿以外，这样的设计还可以对船舶受到的升沉扰动进行再一次补偿，起到辅助运动补偿的作用，进一步提升该装置的运动补偿能力。
所述可伸缩舷梯1包括下舷梯1.6、定向轮1.5、滑台1.4以及上舷梯1.1；所述下舷梯1.6通过角铁10与两侧吊臂9连接，所述吊臂9与上稳定平台8.3、8.4的舷梯支座12通过插栓卡扣11连接，所述定向轮1.5通过支架1.2连接在下舷梯1.6上，所述滑台1.4上设置有滑块1.3，所述上舷梯1.1通过滑台1.4以及定向轮1.5与下舷梯1.6进行连接。电机驱动丝杠带动滑台运动进而带动上端舷梯运动使舷梯具有伸缩的功能，扩大该装置的作业范围定向轮的高度与滑块的高度在同一平面上，使舷梯更加平稳有效的运行，当船舶受到复杂扰动时，除了三自由度稳定平台的三个伺服电动缸进行运动补偿以外，这样的设计还可以对船舶受到的纵摇扰动进行再一次补偿，起到辅助运动补偿的作用，进一步提升该装置的运动补偿能力。
进一步的,所述上稳定平台8.0包括上层稳定平台一8.3和上层稳定平台二8.4，所述上层稳定平台一8.3和上层稳定平台二8.4通过螺栓固定连接在一起构成上稳定平台8.0，所述上层稳定平台一8.3用于固定第一虎克铰8.1，所述上层稳定平台二8.4用于固定舷梯支座12。这样的设计方式使得该装置拆装方便，便于运输安装，在某些特定场合拆下上部的舷梯装置也可用作稳定平台的使用。
进一步的,所述可伸缩支柱8.6包括伸缩外柱8.6.3和伸缩内柱8.6.1，所述伸缩外柱8.6.3的底端与下稳定平台8.9相连接，所述伸缩内柱8.6.1的顶端与虎克铰8.5相连接，所述虎克铰8.5与上稳定平台8.0相连接；所述伸缩外柱8.6.3上连接有滚动轴承8.6.2，所述滚动轴承8.6.2通过轴承支架8.6.5与伸缩外柱8.6.3相连接，所述伸缩内柱8.6.1上连接有滚动轴承二8.6.4，所述滚动轴承二8.6.4通过螺杆8.6.6与伸缩内柱8.6.1相连接，所述滚动轴承8.6.2和滚动轴承二8.6.4在同一平面设置，所述伸缩内柱8.6.1在上稳定平台8.0的带动下在竖直方向上运动。这样的设计方式既可以防止三自由度稳定平台发生扭转而且还不限制稳定平台的运动，在伸缩外柱以及伸缩内柱的八个面上均装有滚动轴承，这样即解决了伸缩立柱可能会出现的摩擦甚至卡死的问题而且还使得伸缩内柱上部和下部在同一水平面上运行。
进一步的，上稳定平台8.0上开有通孔，所述伸缩外柱8.6.3与上稳定平台8.0连接的第二虎克铰8.5穿过通孔，所述伸缩外柱8.6.3与上稳定平台8.0连接的第二虎克铰8.5还包括两侧的固定架8.5.1，所述横轴8.1.5安装在两侧固定架8.5.1的通孔8.5.3中的轴承8.5.2上并与上稳定平台的质心保持在同一水平面上。这样的设计方式解决了平台控制的精度问题，使得平台的控制更加精确。
进一步的，第一虎克铰包括上支撑法兰架8.1.1、横轴8.1.5、纵轴8.1.3以及下支撑法兰架8.1.4，所述横轴8.1.5安装在下撑法兰架8.1.4的轴孔中的端盖轴承8.1.6上，所述横轴8.1.5中间设有通孔8.1.8，通孔8.1.8上端设有螺纹孔8.1.7，所述纵轴8.1.3穿过横轴8.1.5的通孔8.1.8安装在上支撑法兰架8.1.1的轴孔中，通过横轴中间通孔8.1.8上端的螺纹孔8.1.7使用限位螺栓将横轴8.1.6与纵轴8.1.3固连。这样的设计方式使得该虎克铰进行360°的全方位运动可以实现稳定平台的三自由度运动并且不会出现咬合以及卡死的问题。
本发明公开的一种具有运动补偿功能的三自由度海上廊桥装置，采用三自由度稳定平台对船舶受到的复杂扰动进行主要的运动补偿，采用伸缩立柱解决了三自由度稳定平台的扭转问题，采用虎克铰实现稳定平台的运动补偿动作，采用变幅电缸以及伸缩舷梯扩大该装置的工作范围以适应各种复杂的工作环境并且可以对船舶受到的扰动进行辅助运动补偿。通过这几种方式的配合实现该装置的运动补偿能力，提升工作效率以及安全性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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