三自由度波浪补偿平台

技术领域

本发明涉及海洋工程装备技术领域，特别涉及三自由度波浪补偿平台。

背景技术

我国在波浪补偿研究领域的研究开发起步较晚，目前已经开发出来的波浪补偿装置较少，大多处于仿真试验阶段，波浪补偿装置基本被几大进口品牌产品所垄断。近年来，海上风电安装运维、深远海养殖和南海地区海洋科考活动的需求增加，由于南方地区的海域经常出现恶劣的天气情况，加上作业平台的抗风浪能力较弱，因此海上的作业平台需要配备波浪补偿功能，现有的波浪补偿装置一般需要通过四组的伸缩油缸来组成四边形作业平台。

但采取此种布置方案时需要对四组伸缩油缸进行相当高精度的控制，但亦可能存在四组伸缩油缸伸缩量配合不佳的情况，导致伸缩油缸上方的四组连接件无法精准地保持在同一平面内，从而造成作业平台所在的工作平面的翘曲以及各组伸缩油缸处于不正常受力状态的问题，严重的甚至会直接导致波浪补偿装置整体失效，因此该种波浪补偿装置会对作业平台上的人员生命安全和装备构成潜在威胁。

发明内容

本发明的目的是提供三自由度波浪补偿平台，本发明能够使作业平台不会发生翘曲以及各个升降机构受力不正常的情况出现，能够尽量减轻其中一个升降机构失效时作业平台对其与升降机构造成损坏的情况，保证作业平台在恶劣海况中始终处于相对水平稳定状态。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：三自由度波浪补偿平台，包括：

作业平台；

第一双自由度转动机构，其具有两个转动方向的自由度；

第一升降机构，其通过所述第一双自由度转动机构与所述作业平台连接；

第二双自由度转动机构，其具有两个转动方向的自由度；

第二升降机构，其通过所述第二双自由度转动机构与所述作业平台连接；

第三双自由度转动机构，其具有两个转动方向的自由度；

第三升降机构，其通过所述第三双自由度转动机构与所述作业平台连接；

所述第一双自由度转动机构、所述第二双自由度转动机构、所述第三双自由度转动机构在所述作业平台上呈三角形分布。

由此，第一升降机构、第二升降机构、第三升降机构三者能够形成对作业平台形成三角形的稳定受力结构，由于空间不共线的三点可确定任一平面的原理可知，即使其中一个升降机构失效，第一双自由度转动机构、第二双自由度转动机构、第三双自由度转动机构仍可保持在同一平面内，以使作业平台不会发生作业平台翘曲以及各个升降机构受力不正常的情况出现，以尽量减轻其中一个升降机构失效时作业平台对其与升降机构造成损坏的情况。而且本方案的第一升降机构、第二升降机构、第三升降机构三者均在与作业平台连接处具有两个转动方向的自由度，因此可在海洋装备(如船舶、海工平台)由于恶劣海况产生横摇、纵摇、垂荡运动时，其对作业平台进行三个自由度的运动补偿，并限制作业平台在水平横向(如船宽方向，即第二升降机构和第三升降机构的连接线延伸方向)、水平纵向(如船长方向，即相对于作业平台而言，第一升降机构垂直于第二升降机构和第三升降机构之间连接线的延伸方向)、水平面内旋转方向(如与船体甲板平行的水平面，即作业平台沿着第一升降机构轴向为转动轴向的旋转方向)三个自由度的位移或旋转，以保证作业平台在恶劣海况中始终处于相对水平稳定状态。

本方案的作业平台仅需借助三个升降机构便能与船连接，其使平台附近人员和设施、装备具有更大的操作空间，对原海洋装备(如船舶、海工装备等)结构改造要求和空间腾让要求低，同时方便模块化安装及运输，以便于降低生产制造及运输的成本。

在一些具体实施方式中，还包括：

第四升降机构，其固定端与所述第一升降机构的固定端转动连接，

连杆，其固定端与所述第四升降机构的活动端转动连接，其活动端转动连接于所述作业平台的中部。

由此，通过第四升降机构和连杆的组合后能够为作业平台提供受力支撑，而且由于连杆作用于作业平台的中部，因此能够提高作业平台在运动及受力过程中的稳定性；其次，第四升降机构与连杆的组合还能够进一步地限制作业平台在水平方向(具体是指第二升降机构与第三升降机构两者之间的连接线方向)以及旋转方向(具体是指作业平台沿着第一升降机构轴向为转动轴向的旋转方向)发生的位置偏移。

在一些具体实施方式中，包括第一连接座，所述第一升降机构的固定端设置于所述第一连接座上，所述第四升降机构固定端转动连接于所述第一连接座上，所述第一升降机构的固定端外侧套设有加强套筒，所述加强套筒固定于所述第一连接座上。

由此，加强套筒能够限制第一升降机构在水平方向以及旋转方向发生的位置偏移，第一连接座可供第四升降机构的固定端连接，而且第一连接座还能够用于增大与船体的接触面积。

在一些具体实施方式中，还包括：

第六上转动装置；

第六下转动装置，其与连杆连接，其转动方向与所述第六上转动装置的转动方向垂直；

所述第六上转动装置的一端与所述作业平台连接，所述第六上转动装置的另一端与所述第六下转动装置连接。

由此，第六上转动装置与第六下转动装置之间能够使作业平台与连杆之间形成有两个自由度，以便于作业平台的调整。

在一些具体实施方式中，还包括连接板，所述连杆的数量至少为两个且并排连接于所述第六下转动装置，所述第六下转动装置转动连接于所述连接板的一侧，所述第六上转动装置连接于所述连接板的另一侧。

由此，连接板能够使若干个连杆同时作用力于作业平台上。

在一些具体实施方式中，包括：

第一连接件，所述第四升降机构的数量至少为两个，且相邻两个所述第四升降机构的固定端套设有所述第一连接件；

第二连接件，所述连杆的数量至少为两个，且相邻两个所述连杆的固定端套设有所述第二连接件。

由此，第一连接件能够使第四升降机构的固定端固定成一体，第二连接件能够使连杆的固定端固定成一体，进而便于提高多个第四升降机构、连杆同时设置时的一体性。

在一些具体实施方式中，所述第一连接件包括：

第一连接部，其套设于所述第四升降机构的固定端上，其数量为若干个且沿着所述第四升降机构的轴向布置；

第一加强筋，相邻两个所述第一连接部之间通过所述第一加强筋连接。

由此，本方案提供了一种第一连接件的具体结构构造，第一加强筋既能够作为加强结构以用于相邻两个第一连接部的连接，其还能够使得多个第一连接部之间能够形成一个整体。

在一些具体实施方式中，所述第二连接件包括：

第二连接部，其套设于所述第四升降机构的固定端上，其数量为若干个且沿着所述第四升降机构的轴向布置；

第二加强筋，相邻两个所述连接部之间通过所述第二加强筋连接。

由此，本方案提供了一种第二连接件的具体结构构造，第二加强筋既能够作为加强结构以用于相邻两个第二连接部的连接，其还能够使得多个第二连接部之间能够形成一个整体。

在一些具体实施方式中，还包括：

第二连接座，其用于安装在船上；

第四双自由度转动机构，其具有两个转动方向的自由度，其一端与所述第二升降机构的固定端连接，其另一端与所述第二连接座连接。

由此，第四双自由度转动机构能够使第二升降机构的固定端与船的连接处具有两个自由度，进而通过提高第二升降机构的自由度来进一步提高对作业平台的可调整度。

在一些具体实施方式中，还包括：

第三连接座，其用于安装在船上；

第五双自由度转动机构，其具有两个转动方向的自由度，其一端与所述第三升降机构的固定端连接，其另一端与所述第三连接座连接。

由此，第五双自由度转动机构能够使第三升降机构的固定端与船的连接处具有两个自由度，进而通过提高第三升降机构的自由度来进一步提高对作业平台的可调整度。

综上所述，本发明能够使作业平台不会发生翘曲以及各个升降机构受力不正常的情况出现，能够尽量减轻其中一个升降机构失效时作业平台对其与升降机构造成损坏的情况，保证作业平台在恶劣海况中始终处于相对水平稳定状态。

附图说明

图1是本实施例的结构示意图；

图2是本实施例的另一视角的结构示意图；

图3是图2中A处的放大图；

图4是图2中B处的放大图；

图5是图2中C处的放大图；

图6是图2中D处的放大图；

图7是图2中E处的放大图；

图8是图2中F处的放大图；

图9是图2中G处的放大图。

附图标记：1、第一升降机构；10、第一连接座；11、第一双自由度转动机构；11a、第一上转动装置；11b、第一下转动装置；12、加强套筒；2、第二升降机构；20、第二连接座；21、第二双自由度转动机构；21a、第二上转动装置；21b、第二下转动装置；22、第四双自由度转动机构；22a、第四上转动装置；22b、第四下转动装置；3、第三升降机构；30、第三连接座；31、第三双自由度转动机构；31a、第三上转动装置；31b、第三下转动装置；32、第五双自由度转动机构；32a、第五上转动装置；32b、第五下转动装置；4、第四升降机构；5、连杆；50、连接板；51、第六双自由度转动机构；51a、第六上转动装置；51b、第六下转动装置；6、作业平台；71、第一连接件；71a、第一连接部；71b、第一加强筋；72、第二连接件；72a、第二连接部；72b、第二加强筋。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例

三自由度波浪补偿平台，如图1至图9所示，包括：作业平台6、第一双自由度转动机构11、第一升降机构1、第二双自由度转动机构21、第二升降机构2、第三双自由度转动机构31、第三升降机构3、第四升降机构4、连杆5，具体如下：

作业平台6，其截面呈三角形，具体为等腰三角形。

第一双自由度转动机构11，其具有两个转动方向的自由度；具体地，第一双自由度转动机构11包括互相连接的第一上转动装置11a和第一下转动装置11b；

如图3所示，第一升降机构1，其通过第一双自由度转动机构11与作业平台6连接；第一上转动装置11a与作业平台6的底壁连接，以形成第一双自由度转动机构11的第一个自由度,第一下转动装置11b与第一升降机构1的活动端连接，以形成第一双自由度转动机构11的第二个自由度，第一上转动装置11a和第一下转动装置11b两者的转动方向互相垂直，以形成两个自由度。

如图6所示，第二双自由度转动机构21，其具有两个转动方向的自由度；具体地，第二双自由度转动机构21包括互相连接的第二上转动装置21a和第二下转动装置21b，第二升降机构2，其通过第二双自由度转动机构21与作业平台6连接；

具体地，第二上转动装置21a的一端与作业平台6连接，第二上转动装置21a的另一端与第二下转动装置21b连接，第二下转动装置21b与第二升降机构2的活动端连接，第二上转动装置21a和第二下转动装置21b两者的转动方向互相垂直，以形成两个自由度。

第三双自由度转动机构31，其具有两个转动方向的自由度；具体地，第三双自由度转动机构31包括互相连接的第三上转动装置31a和第三下转动装置31b；

如图8所示，第三升降机构3，其通过第三双自由度转动机构31与作业平台6连接。具体地，第三上转动装置31a远离第三下转动装置31b的一端与作业平台6连接，第三下转动装置31b远离第三上转动装置31a的一端与第三升降机构3连接，第三上转动装置31a和第三下转动装置31b两者的转动方向互相垂直，以形成两个自由度。

在本实施例中，第一上转动装置11a、第二上转动装置21a、第三上转动装置31a的转动方向相平行。

在本实施例中，第一双自由度转动机构11、第二双自由度转动机构21、第三双自由度转动机构31在作业平台6上呈三角形分布。

本方案的作业平台6仅需借助三个升降机构便能与船连接，其使平台附近人员和设施、装备具有更大的操作空间，对原海洋装备(如船舶、海工装备等)结构改造要求和空间腾让要求低，同时方便模块化安装及运输，以便于降低生产制造及运输的成本。

第四升降机构4，其固定端与第一升降机构1的固定端转动连接；

连杆5，其固定端与第四升降机构4的活动端转动连接，其活动端转动连接于作业平台6的中部。

由此，通过第四升降机构4和连杆5的组合后能够为作业平台6提供受力支撑，而且由于连杆5作用于作业平台6的中部，因此能够提高作业平台6在运动及受力过程中的稳定性。其次，第四升降机构4与连杆5的组合还能够进一步地限制作业平台6在水平方向(具体是指第二升降机构2与第三升降机构3两者之间的连接线方向)以及旋转方向(具体是指作业平台6沿着第一升降机构1轴向为转动轴向的旋转方向)发生的位置偏移。

优选地，本实施例还包括第一连接座10，第一升降机构1的固定端设置于第一连接座10上，第四升降机构4固定端转动连接于第一连接座10上，第一升降机构1的固定端外侧套设有加强套筒12，加强套筒12固定于第一连接座10上。

由此，加强套筒12能够限制第一升降机构1在水平方向以及旋转方向发生的位置偏移，第一连接座10可供第四升降机构4的固定端连接，而且第一连接座10还能够用于增大与船体的接触面积。优选地，加强套筒12的表面开设有若干个挖槽，其能够减轻加强套筒12的自重。

优选地，如图5所示，本实施例还包括：第六双自由度转动机构51，其具有两个转动方向的自由度，具体地，第六双自由度转动机构51包括互相连接的第六上转动装置51a和第六下转动装置51b，第六上转动装置51a的一端与作业平台6连接，第六上转动装置51a的另一端与第六下转动装置51b连接，第六下转动装置51b与连杆5连接，第六上转动装置51a和第六下转动装置51b两者的转动方向互相垂直，以形成两个自由度。

由此，第六上转动装置51a与第六下转动装置51b之间能够使作业平台6与连杆5之间形成有两个自由度，以便于作业平台6的调整。

优选地，本实施例还包括连接板50，在本实施例中，连杆5的数量至少为两个且并排连接于第六下转动装置51b，第六下转动装置51b转动连接于连接板50的一侧，第六上转动装置51a连接于连接板50的另一侧；具体地，连杆5的数量为两个。由此，连接板50能够使若干个连杆5同时作用力于作业平台6上。

优选地，本实施例包括：第一连接件71和第二连接件72，具体如下：

在本实施例中，如图4所示，第四升降机构4的数量至少为两个，且相邻两个第四升降机构4的固定端套设有第一连接件71；但不仅限于此，第四升降机构4的数量还能够是一个，此时第四升降机构4的固定端外侧无需套设有第一连接件71。其中，如图4所示，第一连接件71包括：第一连接部71a和第一加强筋71b，具体如下：

第一连接部71a，其套设于第四升降机构4的固定端上，其数量为若干个且沿着第四升降机构4的轴向布置；

第一加强筋71b，相邻两个第一连接部71a之间通过第一加强筋71b连接，在本实施例中，第一连接部71a的数量为三个，第一加强筋71b的数量为两个。

由此，本方案提供了一种第一连接件71的具体结构构造，第一加强筋71b既能够作为加强结构以用于相邻两个第一连接部71a的连接，其还能够使得多个第一连接部71a之间能够形成一个整体。

在本实施例中，连杆5的数量至少为两个，且相邻两个连杆5的固定端套设有第二连接件72。但不仅限于此，连杆5的数量还可以是一个，此时连杆5的固定端外侧无需套设有第二连接件72。

由此，第一连接件71能够使第四升降机构4的固定端固定成一体，第二连接件72能够使连杆5的固定端固定成一体，进而便于提高多个第四升降机构4、连杆5同时设置时的一体性。

第二连接件72包括：第二连接部72a、第二加强筋72b，具体如下：

第二连接部72a，其套设于第四升降机构4的固定端上，其数量为若干个且沿着第四升降机构4的轴向布置；

第二加强筋72b，相邻两个连接部之间通过第二加强筋72b连接。

由此，本方案提供了一种第二连接件72的具体结构构造，第二加强筋72b既能够作为加强结构以用于相邻两个第二连接部72a的连接，其还能够使得多个第二连接部72a之间能够形成一个整体。

优选地，如图7所示，本实施例还包括：第二连接座20和第四双自由度转动机构22，具体如下：

第二连接座20，其用于安装在船上；

第四双自由度转动机构22，其具有两个转动方向的自由度，其一端与第二升降机构2的固定端连接，其另一端与第二连接座20连接。

具体地，第四双自由度转动机构22包括互相连接的第四上转动装置22a和第四下转动装置22b，第四上转动装置22a远离第四下转动装置22b的一端与第二升降机构2的固定端连接，第四下转动装置22b远离第四上转动装置22a的一端与第二连接座20连接，第四上转动装置22a和第四下转动装置22b两者的转动方向互相垂直，以形成两个自由度。

由此，第四双自由度转动机构22能够使第二升降机构2的固定端与船的连接处具有两个自由度，进而通过提高第二升降机构2的自由度来进一步提高对作业平台6的可调整度。

优选地，如图9所示，本实施例还包括：

第三连接座30，其用于安装在船上；

第五双自由度转动机构32，其具有两个转动方向的自由度，其一端与第三升降机构3的固定端连接，其另一端与第三连接座30连接；具体地，第五双自由度转动机构32包括互相连接的第五上转动装置32a和第五下转动装置32b，其中，第五上转动装置32a远离第五下转动装置32b的一端与第三升降机构3的固定端连接，第五下转动装置32b远离第五上转动装置32a的一端与第三连接座30连接。

由此，第五双自由度转动机构32能够使第三升降机构3的固定端与船的连接处具有两个自由度，进而通过提高第三升降机构3的自由度来进一步提高对作业平台6的可调整度。

在本实施例中，第一升降机构1、第二升降机构2、第三升降机构3、第四升降机构4均为直线油缸，因此上述多个升降机构的固定端均为直线油缸的筒体，上述多个升降机构的活动端均为直线油缸的活塞杆。

第一上转动装置11a、第一下转动装置11b、第二上转动装置21a、第二下转动装置21b、第三上转动装置31a、第三下转动装置31b、第四上转动装置22a、第四下转动装置22b、第六上转动装置51a、第六下转动装置51b均为本领域常见的铰接结构。

有益效果

第一升降机构1、第二升降机构2、第三升降机构3三者能够形成对作业平台6形成三角形的稳定受力结构，由于空间不共线的三点可确定任一平面的原理可知，即使其中一个升降机构失效，第一双自由度转动机构11、第二双自由度转动机构21、第三双自由度转动机构31仍可保持在同一平面内，以使作业平台6不会发生作业平台6翘曲以及各个升降机构受力不正常的情况出现，以尽量减轻其中一个升降机构失效时作业平台6对其与升降机构造成损坏的情况。而且本方案的第一升降机构1、第二升降机构2、第三升降机构3三者均在与作业平台6连接处具有两个转动方向的自由度，因此可在海洋装备(如船舶、海工平台)由于恶劣海况产生横摇、纵摇、垂荡运动时，其对作业平台6进行三个自由度的运动补偿，并限制作业平台6在水平横向(如船宽方向，即第二升降机构2和第三升降机构3的连接线延伸方向)、水平纵向(如船长方向，即相对于作业平台6而言，第一升降机构1垂直于第二升降机构2和第三升降机构3之间连接线的延伸方向)、水平面内旋转方向(如与船体甲板平行的水平面，即作业平台6沿着第一升降机构1轴向为转动轴向的旋转方向)三个自由度的位移或旋转，以保证作业平台6在恶劣海况中始终处于相对水平稳定状态。

本发明围绕海工装备在恶劣海况条件下安全作业的工程实际需求，针对波浪补偿相关技术和产品受国外垄断、波浪补偿海工装备价格昂贵、应用推广困难等现状，开展三自由度波浪补偿装置开发，模块化的波浪补偿装置可使常规海洋工程装备通过极少量的适应性调整与其结合，实现波浪补偿功能，大幅度提升在恶劣海况下的作业能力，提高装备性能，降低应用成本。

本发明可实现对海洋装备(如船舶、海工装备等)横摇、纵摇和垂荡三个自由度的运动补偿，为作业平台6上人员和设施、装备提供安全、稳定的工作环境，大幅度提升在恶劣海况下的作业能力；

通过设置连杆5并配合加强套筒12可限制作业平台6在水平方向(具体是指第二升降机构2与第三升降机构3两者之间的连接线方向)以及旋转方向(具体是指作业平台6沿着第一升降机构1轴向为转动轴向的旋转方向)发生的位置偏移幅度，以保证作业平台6在恶劣海况下保持水平位姿状态，保证本方案整体结构强度和结构稳定性。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。