專利名稱：雙自由度海洋浮動平臺仿真裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種模擬海浪波動的頻率、 角度可調(diào)的雙自由度海洋浮動平臺仿真裝置。
技術(shù)背景目前海洋浮式平臺的研究都選擇在人造水池中通過造波機等設(shè)備制造模擬海 洋環(huán)境來進行實驗，這種方法雖能較為接近的模擬實際情況，但其場地要求高、 設(shè)備眾多，投資高昂。對于中小型的海洋模擬實驗，往往沒有如此高的預(yù)算來支 持建造人造水池作為實驗裝置。通過對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索，中國專利CN1614376A、中國專利CN2518096Y和 中國專利CN101201291都分別提出了各自的海洋平臺仿真裝置，但有些設(shè)計復(fù)雜， 裝置龐大，有些不能滿足大型實驗需要或不能靈活調(diào)節(jié)各項參數(shù)。另外中國專利"單自由度可調(diào)振幅平臺"(申請?zhí)?00810201923. 8)中提出了一種單自由度可調(diào)振幅平臺，該技術(shù)自述 一種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的單自由度可 調(diào)振幅平臺，包括平臺、A型支撐、平臺與支撐間連接裝置、曲柄連桿機構(gòu)、 電機以及底板，曲柄連桿機構(gòu)驅(qū)動平臺做往復(fù)擺動，以兩側(cè)A型支撐作為平臺轉(zhuǎn) 動軸線。所述曲柄連桿機構(gòu)由行星多孔圓盤曲柄和連桿組成，行星多孔圓盤曲柄 設(shè)有圓盤中心軸孔和多個行星孔，圓盤中心軸孔與電機軸配合連接，行星孔與連 桿配合。行星多孔圓盤曲柄上中心軸孔與各行星孔間距對應(yīng)不同曲柄長度，連桿 與不同行星孔連接即可改變平臺振幅。該技術(shù)雖然通過曲柄連桿機構(gòu)驅(qū)動平臺擺 動，由行星多孔圓盤形式的曲柄能夠調(diào)節(jié)平臺振幅。但是并不能真實的模擬復(fù)雜 海洋環(huán)境，也不能模擬艏搖和橫搖或縱搖。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足和缺點，提出一種雙自由度海洋浮 動平臺仿真裝置，使其將所有環(huán)境因素簡化合成為浮式平臺的周期性擺動和轉(zhuǎn)動， 通過機械方式驅(qū)動平臺來代替水池模擬方法，并且該平臺的自由度以及擺動角度、4頻率可調(diào)，調(diào)節(jié)方式簡單、迅速。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括平臺、兩A型支撐、夾具_ 軸組合裝置、曲柄連桿機構(gòu)、第一減速電機、第一底板、第一行程控制機構(gòu)、第 二減速電機、第二行程控制機構(gòu)、第二底板、第二減速電機底座、第二行程控制 機構(gòu)支架，平臺的兩邊中間各設(shè)一個固定在第一底板上的A型支撐，夾具-軸組合 裝置連接平臺和兩A型支撐，平臺另兩邊的其中一邊中間連接曲柄連桿機構(gòu)，第 一底板上固定設(shè)置第一減速電機，第一底板設(shè)置在第二底板上，第一底板與第二 底板通過錐齒齒輪組嚙合連接，第一行程控制機構(gòu)固定在第一底板上，第二行程 控制機構(gòu)固定在第二行程機構(gòu)支架上。第二底板上固定設(shè)置第二減速電機底座， 第二減速電機底座上固定設(shè)置第二減速電機。第二底板通過底腳膨脹螺栓固定設(shè) 置于地面。所述的平臺為四邊形。所述的曲柄連桿機構(gòu)設(shè)置在第一減速電機上。 所述的第一減速電機前設(shè)置第一交流變頻調(diào)速器。 所述的第二減速電機前接一第二交流變頻調(diào)速器。 所述的第一底板小于第二底板。所述的第一底板和第二底板之間通過轉(zhuǎn)盤形成轉(zhuǎn)動連接。所述的第一底板下和第二底板上表面設(shè)置導(dǎo)向滾輪，導(dǎo)向滾輪在第二底板上 滑動。所述的轉(zhuǎn)盤由上轉(zhuǎn)盤、下轉(zhuǎn)盤和滾珠構(gòu)成，上轉(zhuǎn)盤固定于第一底板的下表面， 下轉(zhuǎn)盤固定于第二底板的上表面，滾珠位于上轉(zhuǎn)盤和下轉(zhuǎn)盤之間。所述的錐齒齒輪組由水平傘齒輪、垂直傘齒輪構(gòu)成，第一底板上設(shè)置水平傘 齒輪，第二底板上的第二減速電機的輸出軸段上設(shè)置垂直傘齒輪，兩齒輪嚙合構(gòu) 成錐齒齒輪組。所述的第一底板上設(shè)置第一行程控制機構(gòu)，該第一行程控制機構(gòu)包括兩個行 程開關(guān)，第一行程控制機構(gòu)的位置在曲柄連桿機構(gòu)的一側(cè)。所述的第一行程控制機構(gòu)包括一立板、兩個滾輪手柄式行程開關(guān)，立板固定 在第二底板上，立板再固定于第二行程控制機構(gòu)支架上。所述的立板通過螺栓和墊圈連接兩長形板，兩長形板可繞螺栓轉(zhuǎn)動，以調(diào)整 與撥片撞擊的位置，兩個滾輪手柄式行程開關(guān)分別設(shè)置在兩長形板上，兩長形板分別通過鉆孔與立板固定，在立板上設(shè)有按照長形板轉(zhuǎn)動軌跡所鉆的定位孔。 所述的兩個滾輪手柄式行程開關(guān)分別設(shè)置在兩個長形板上。本發(fā)明的工作原理為在單自由度可調(diào)振幅平臺實現(xiàn)平臺垂直方向繞軸擺動 的同時，用第二減速電機驅(qū)動錐齒齒輪組，使平臺可以整體相對于地面實現(xiàn)另一 個轉(zhuǎn)動自由度。本發(fā)明采用機械裝置來進行水波模擬，電機驅(qū)動機械平臺，通過 改變電機的驅(qū)動頻率和行程開關(guān)撥片的位置達到平臺在兩個自由度的頻率和角度 可調(diào)。兩個自由度其一為平臺繞中軸的擺動自由度，其二為平臺相對地面的旋轉(zhuǎn) 自由度。本發(fā)明通過兩個自由度的運動配合更加真實的模擬海浪波動。平臺轉(zhuǎn)動自由度的實現(xiàn)是通過第一底板和第二底板(第二底板固定于地面) 的相對轉(zhuǎn)動，從而帶動平臺相對地面轉(zhuǎn)動。第一底板和第二底板的相對轉(zhuǎn)動通過 錐齒齒輪組的相互嚙合運動來帶動的，而錐齒齒輪組的嚙合運動由第二減速電機 驅(qū)動垂直齒輪產(chǎn)生。在此機構(gòu)基礎(chǔ)上，第二減速電機前部連接第二交流變頻調(diào)速 器使第二減速電機轉(zhuǎn)速降低到海洋平臺晃動頻率的范圍之內(nèi)，只需調(diào)節(jié)第二交流 變頻調(diào)速器輸出頻率來改變第二減速電機轉(zhuǎn)速，錐齒齒輪組的嚙合角速度即發(fā)生 變化，從而實現(xiàn)平臺轉(zhuǎn)動頻率的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)錐齒齒輪組轉(zhuǎn)角幅度，通過在錐齒齒 輪組旋轉(zhuǎn)行程內(nèi)的不同角度設(shè)置上、下限位的行程開關(guān)來實現(xiàn)錐齒輪組轉(zhuǎn)角幅度 的調(diào)節(jié)，即可調(diào)節(jié)平臺相對地面的轉(zhuǎn)動幅度。行程開關(guān)串聯(lián)在第二減速電機正、 反轉(zhuǎn)電路中，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動撞擊其行程內(nèi)某角度的上限位開關(guān)則減速電機反轉(zhuǎn)，齒 輪反轉(zhuǎn)；再撞擊對稱布置的下限位開關(guān)，減速電機正轉(zhuǎn)，齒輪也改變轉(zhuǎn)動方向。 這樣，齒輪始終運動在上、下限位開關(guān)之間，從而只要調(diào)整上、下限位開關(guān)的位 置，就可控制齒輪轉(zhuǎn)動角度范圍，平臺相對地面的轉(zhuǎn)動角度就相應(yīng)得到調(diào)節(jié)。本發(fā)明依據(jù)需要設(shè)定第二交流變頻調(diào)速器輸出頻率的電壓給第二減速電機， 第二減速電機內(nèi)部經(jīng)齒輪減速后，輸出更低的轉(zhuǎn)速給錐齒輪組，錐齒齒輪組驅(qū)動 第一底板A。齒輪撞擊撥片設(shè)置在其轉(zhuǎn)動行程內(nèi)某角度的上、下限位開關(guān)，被控制 在上、下限位開關(guān)間往復(fù)轉(zhuǎn)動，從而平臺在對應(yīng)的角度內(nèi)轉(zhuǎn)動。本發(fā)明提出的一種模擬海浪波動的頻率、角度可調(diào)的雙自由度海洋浮動平臺 仿真裝置，使其將所有環(huán)境因素簡化合成為浮式平臺的周期性擺動和轉(zhuǎn)動，通過 機械方式驅(qū)動平臺來代替水池模擬方法，并且該平臺的自由度以及擺動角度、頻 率可調(diào)，調(diào)節(jié)方式簡單、迅速。


圖l為本發(fā)明裝置的主視圖。圖2為本發(fā)明裝置的右視剖面圖。圖3為本發(fā)明轉(zhuǎn)盤軸承結(jié)構(gòu)示意圖；其中(a)是轉(zhuǎn)盤軸承的剖面，(b)是轉(zhuǎn)盤軸承的結(jié)構(gòu)放大示意。 圖4為本發(fā)明錐齒齒輪組的示意圖。 圖5為本發(fā)明導(dǎo)向滾輪的示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護 范圍不限于下述的實施例。如圖1和圖2所示，本實施例包括平臺l、兩A型支撐2和3、夾具-軸組 合裝置4、曲柄連桿機構(gòu)5、第一減速電機6、第一底板7、第一行程控制機構(gòu)8、 第一交流變頻調(diào)速器9、第二減速電機31、第二行程控制機構(gòu)32、第二底板33、 第二交流變頻調(diào)速器34、第二減速電機底座36、第二行程控制機構(gòu)支架37、水平 齒輪28、垂直齒輪29、轉(zhuǎn)盤軸承30、導(dǎo)向滾輪35，平臺1為四邊形，其中兩條 對邊中間各設(shè)一個A型支撐2、 3，夾具-軸組合裝置4連接平臺1和兩A型支撐2、 3。平臺1另兩邊的其中一邊中間連接曲柄連桿機構(gòu)5，曲柄連桿機構(gòu)5設(shè)置在第 一減速電機6上，驅(qū)動平臺l。第一減速電機6前接第一交流變頻調(diào)速器9。第一 底板7上固定設(shè)置第一減速電機6和A型支撐2、 3，第一底板7設(shè)置在第二底板 33上，第一底板7小于第二底板33的。第一底板7和第二底板33之間通過轉(zhuǎn)盤30形成轉(zhuǎn)動連接，如圖1所示。如圖1所示，由第二減速電機31帶動錐齒齒輪組運動，第二減速電機31固 定于固定在第二底板33上的第二減速電機底座36上，第二減速電機31后接一第 二交流變頻調(diào)速器34。第二行程控制機構(gòu)32固定在固定于地面上的第二行程機構(gòu) 支架37上。如圖1所示，第一底板7上焊接一套由兩個可旋轉(zhuǎn)行程開關(guān)組成的第一行程 控制機構(gòu)8，第一行程控制機構(gòu)8的位置在曲柄連桿機構(gòu)5的一側(cè)。如圖3所示，轉(zhuǎn)盤30由上轉(zhuǎn)盤25、下轉(zhuǎn)盤26和滾珠27構(gòu)成，圖3 (a)是 轉(zhuǎn)盤軸承的剖面圖，其中上轉(zhuǎn)盤25固定于第一底板7的下表面，下轉(zhuǎn)盤26固定 于第二底板33的上表面，滾珠27位于上轉(zhuǎn)盤25和下轉(zhuǎn)盤26之間，圖3 (b)所示，滾珠27使得轉(zhuǎn)盤25和下轉(zhuǎn)盤26之間的相對滑動更加穩(wěn)定。第二底板33上固定設(shè)置第二減速電機底座36，第二減速電機底座36上固定設(shè)置第二減速電機31、第二交流變頻調(diào)速器34。第二底板33通過底腳膨脹螺栓固定設(shè)置于地面。如圖4所示，第一底板7上設(shè)置水平傘齒輪28，第二底板33上的第二減速 電機31的輸出軸段上設(shè)置垂直傘齒輪29，兩齒輪嚙合構(gòu)成錐齒齒輪組，第二減速 電機31驅(qū)動垂直傘齒輪29，由垂直傘齒輪29的轉(zhuǎn)動帶動水平傘齒輪28的轉(zhuǎn)動， 從而使平臺實現(xiàn)相對地面的轉(zhuǎn)動自由度。如圖5所示，第一底板7下和第二底板33上表面設(shè)置導(dǎo)向滾輪35，導(dǎo)向滾輪 35在第二底板33上滑動，以增加第一底板7相對第二底板33轉(zhuǎn)動的穩(wěn)定性。第一行程控制機構(gòu)8包括一立板、兩個滾輪手柄式行程開關(guān)，立板焊接在第 二底板33上，立板通過螺栓和墊圈連接兩長形板，兩長形板可繞螺栓轉(zhuǎn)動，以調(diào) 整與撥片撞擊的位置，兩個滾輪手柄式行程開關(guān)分別設(shè)置在兩長形板上，兩長形 板分別通過鉆孔與所述立板固定，在立板上設(shè)有按照長形板轉(zhuǎn)動軌跡所鉆的定位 孔。第一行程控制機構(gòu)8中的設(shè)有兩個滾輪手柄式的行程開關(guān)可旋轉(zhuǎn)來對應(yīng)不同 的曲柄角度要求。兩個滾輪手柄式行程開關(guān)分別設(shè)置在兩個長形板上，當(dāng)撥片撞 擊其中一個行程開關(guān)的滾輪，觸發(fā)電路，減速電機反轉(zhuǎn)使得曲柄改變方向旋轉(zhuǎn)，運動到另一個行程開關(guān)處，觸發(fā)滾輪，減速電機正轉(zhuǎn)，曲柄再次改變運動方向。 整個行程機構(gòu)實現(xiàn)曲柄在一定角度內(nèi)轉(zhuǎn)動，并可改變行程開關(guān)位置改變曲柄轉(zhuǎn)動 的角度范圍。第二行程控制機構(gòu)32是以與第一行程控制機構(gòu)8相同原理制成，不同處在于 將立板焊接在固定于地面上的第二行程控制機構(gòu)支架37上。本實施例實現(xiàn)了增加了一個轉(zhuǎn)動自由度，通過調(diào)節(jié)第二減速電機31的驅(qū)動頻 率和調(diào)節(jié)第二行程控制機構(gòu)32的行程開關(guān)，就可以實現(xiàn)此自由度的調(diào)節(jié)，使得轉(zhuǎn) 動頻率在2-20赫茲范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)動角度在0-15度內(nèi)，更加有利于模擬真實的海浪 運動情況，尤其是當(dāng)海面具有漩渦時海洋浮動平臺的運動，并可同時實現(xiàn)兩自由 度且獨立控制、調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1、一種雙自由度海洋浮動平臺仿真裝置，包括平臺、兩A型支撐、第一減速電機、錐齒齒輪組、曲柄連桿機構(gòu)、第一底板，其特征在于，還包括夾具-軸組合裝置、第一行程控制機構(gòu)、第二減速電機、第二行程控制機構(gòu)、第二底板、第二減速電機底座、第二行程控制機構(gòu)支架，平臺的兩邊中間各設(shè)一個固定在第一底板上的A型支撐，夾具-軸組合裝置連接平臺和兩A型支撐，平臺另兩邊的其中一邊中間連接曲柄連桿機構(gòu)，第一底板上固定設(shè)置第一減速電機，第一底板設(shè)置在第二底板上，第一底板與第二底板通過錐齒齒輪組嚙合連接，第一行程控制機構(gòu)固定在第二底板上，第二行程控制機構(gòu)固定在第二行程機構(gòu)支架上，第二底板上固定設(shè)置第二減速電機底座，第二減速電機底座上固定設(shè)置第二減速電機，第二底板通過底腳膨脹螺栓固定設(shè)置于地面。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙自由度海洋浮動平臺仿真裝置，其特征是所述的 曲柄連桿機構(gòu)設(shè)置在第一減速電機上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙自由度海洋浮動平臺仿真裝置，其特征是所述的 第一減速電機前設(shè)置第一交流變頻調(diào)速器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙自由度海洋浮動平臺仿真裝置，其特征是所述的第二減速電機后接一第二交流變頻調(diào)速器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙自由度海洋浮動平臺仿真裝置，其特征是所述的第一底板和第二底板之間通過轉(zhuǎn)盤形成轉(zhuǎn)動連接，所述的轉(zhuǎn)盤由上轉(zhuǎn)盤、下轉(zhuǎn)盤 和滾珠構(gòu)成，上轉(zhuǎn)盤固定于第一底板的下表面，下轉(zhuǎn)盤固定于第二底板的上表面， 滾珠位于上轉(zhuǎn)盤和下轉(zhuǎn)盤之間。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙自由度海洋浮動平臺仿真裝置，其特征是所述的 第一底板下和第二底板上表面設(shè)置導(dǎo)向滾輪，導(dǎo)向滾輪在第二底板上滑動。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙自由度海洋浮動平臺仿真裝置，其特征是所述的 錐齒齒輪組由水平傘齒輪、垂直傘齒輪構(gòu)成，第一底板上設(shè)置水平傘齒輪，第二 底板上的第二減速電機的輸出軸段上設(shè)置垂直傘齒輪，兩齒輪嚙合構(gòu)成錐齒齒輪 組。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙自由度海洋浮動平臺仿真裝置，其特征是所述的第一底板上設(shè)置一套由兩個行程開關(guān)組成的第一行程控制機構(gòu)，第一行程控制機 構(gòu)的位置在曲柄連桿機構(gòu)的一側(cè)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的雙自由度海洋浮動平臺仿真裝置，其特征是所述的 第一行程控制機構(gòu)包括一立板、兩個滾輪手柄式行程開關(guān)，立板固定在第二底板 上，立板在固定于第二行程控制機構(gòu)支架上，兩個滾輪手柄式行程開關(guān)分別設(shè)置 在兩個長形板上。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙自由度海洋浮動平臺仿真裝置，其特征是所述 的立板通過螺栓和墊圈連接兩長形板，兩長形板可繞螺栓轉(zhuǎn)動，以調(diào)整與撥片撞 擊的位置，兩個滾輪手柄式行程開關(guān)分別設(shè)置在兩長形板上，兩長形板分別通過 鉆孔與立板固定，在立板上設(shè)有定位孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的雙自由度海洋浮動平臺仿真裝置，本發(fā)明平臺的兩邊中間各設(shè)一個固定在第一底板上的A型支撐，夾具-軸組合裝置連接平臺和兩A型支撐，平臺另兩邊的其中一邊中間連接曲柄連桿機構(gòu)，第一底板上固定設(shè)置第一減速電機，第一底板設(shè)置在第二底板上，第一底板與第二底板通過錐齒齒輪組嚙合連接，第一行程控制機構(gòu)固定在第二底板上，第二行程控制機構(gòu)固定在第二行程機構(gòu)支架上，第二底板上固定設(shè)置第二減速電機底座，第二減速電機底座上固定設(shè)置第二減速電機，第二底板通過底腳膨脹螺栓固定設(shè)置于地面。本發(fā)明同時實現(xiàn)兩自由度均由減速電機驅(qū)動，可通過變頻器和行程控制機構(gòu)獨立調(diào)節(jié)頻率和角度，簡單、安全、可靠。
文檔編號G05D3/00GK101576433SQ20091005246
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月4日
發(fā)明者劉軼倫, 巨永林, 仁 竺, 鑫 謝, 妍 顧 申請人:上海交通大學(xué)