【摘 要】
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舰船在海上工作时,受到海风、海浪的影响,会产生横摇、纵摇、垂荡等六维摇荡运动,这种六维摇荡运动会对舰船与风电塔、钻井平台等之间的人员换乘带来安全隐患,尤其是在高海况下会制约舰船的作业窗口时间。本文针对国内外现有产品存在的大型、重偏载工况下驱动力是负载数倍的问题,机构复杂,伺服力不对称的问题,提出了一种对缸反向连通驱动双轴摇摆串并混联人员转运舷桥机构,主要研究内容如下:根据现有海上人员转运产品存在的
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“浮动基大型刚弹柔耦合装备空间多环机构学理论及控制研究”； 河北省重点研发计划“海上多功能补偿式人员传送、货物过驳串并混联智能装备研发”；
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舰船在海上工作时,受到海风、海浪的影响,会产生横摇、纵摇、垂荡等六维摇荡运动,这种六维摇荡运动会对舰船与风电塔、钻井平台等之间的人员换乘带来安全隐患,尤其是在高海况下会制约舰船的作业窗口时间。本文针对国内外现有产品存在的大型、重偏载工况下驱动力是负载数倍的问题,机构复杂,伺服力不对称的问题,提出了一种对缸反向连通驱动双轴摇摆串并混联人员转运舷桥机构,主要研究内容如下:根据现有海上人员转运产品存在的技术问题,结合舰船摇荡规律和课题要求,提出了一种对缸反向驱动的双轴摇摆并联平台,并以此为基础提出了一种串并混联人员转运舷桥方案。分析了串联舷桥和并联补偿平台的自由度特征,分别对串联机构和并联机构提出了多种方案,并分析确定了一种串并混联人员转运舷桥构型方案。该方案能够补偿舰船的±15°横摇和纵摇运动以及±200mm垂荡运动;舷桥回转变幅为360°,舷桥工作范围为3m～5m。建立了4UPS/UP+RRPS串并混联人员转运舷桥在非惯性系下的运动学模型,基于舰船摇荡规律,对运动学模型进行了位置、速度和加速度分析,推导得出了并联补偿平台的Jacobian矩阵和Hessian矩阵。通过MATLAB编程得出了各分支驱动关节的位置、速度曲线和加速度的理论曲线,并且通过Simulink对运动学建模仿真得出了各分支驱动关节位置、速度和加速度的仿真曲线,对运动学建模进行了验证。基于旋量表示的牛顿-欧拉法,结合达朗贝尔原理和虚功原理,建立了4UPS/UP+RRPS串并混联人员转运舷桥在非惯性系下的动力学模型;结合运动学分析得到的数据,通过MATLAB编程得到了各分支驱动关节的驱动力理论曲线,通过Simulink对三维模型仿真得出了各分支驱动关节的驱动力仿真曲线,对动力学模型进行了验证。基于机械系统设计理论,详细设计了串并混联人员转运舷桥的机械结构,并校核了关键零部件的强度,成功研制出了并联补偿平台的原型样机,对缸反向连通驱动方式的可行性和合理性进行了验证。
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