一种波浪补偿舷梯系统及其控制方法与流程

本发明涉及波浪补偿舷梯，具体为一种波浪补偿舷梯系统及其控制方法。

背景技术：

1、波浪补偿舷梯是一种专为海上作业设计的设备，它能够在船舶和海上设施（如风电平台）之间搭建起一个相对稳定的通道。由于海上环境受到风、浪、流等自然因素的影响，船体会产生横摇、纵摇、升沉等多自由度的运动，这使得人员从船上换乘至海上设施时面临较大风险和困难。波浪补偿舷梯通过运动补偿技术，能够对这些运动进行补偿，从而保障人员和物资安全、高效地转移。

2、波浪补偿舷梯系统通常包括多个自由度的补偿，如三自由度补偿舷梯系统（横摇、纵摇、升沉）和六自由度补偿舷梯系统（横摇、纵摇、升沉、偏航、横移、首尾倾）。这些系统利用传感器监测船舶的运动，并通过控制系统驱动液压缸或其他执行机构进行相应的补偿动作，以减少或消除船舶运动对舷梯的影响。

3、现有的波浪补偿舷梯在进行部署时，为了确保末端对接完全，往往需要人眼校准手动操控调整，而人工也有误差的可能，在外接自然因素的干扰下误差会很大，因此需要一种舷梯系统来辅助对接。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种波浪补偿舷梯系统及其控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种波浪补偿舷梯系统及其控制方法，包括舷梯、平台、运动机构、补偿机构以及控制系统，舷梯包括主舷梯和子舷梯，运动机构包括伸缩组件、俯仰组件以及回转组件，其中所述主舷梯一端铰接在平台入口侧，所述子舷梯活动设置在主舷梯内部，所述伸缩组件设置在主舷梯底部且连接子舷梯，用于控制子舷梯在主舷梯内滑动，所述俯仰组件两端分别与主舷梯、平台铰接，用于控制主舷梯的仰角，所述回转组件设置在平台底部，用于控制平台转动，所述补偿机构设置在回转组件下侧，用于补偿船舶的横摇、纵摇和升沉等运动，确保舷梯末端与海上设施之间保持相对静止，所述控制系统包括多个自由度传感器、控制器和执行器，其中所述自由度传感器用于获得船舶不同自由度的运动参数，所述控制器用于控制器将这些运动参数进行解算分析，从而获得所需的行程，所述执行器用于控制调节补偿机构；

3、进一步的，所述补偿机构采用六自由度补偿平台，所述六自由度补偿平台设置有六个液压缸和摄像模块，所述自由度传感器采用微惯性传感器，所述微惯性传感器连接有自适应滤波器。

4、进一步的，所述控制器计算的为每个液压缸的行程，控制器的阀控模块将控制信号送到相应的液压缸。控制器经过位姿反解得出六个液压缸伸长量的期望值，此时控制执行器产生与船舶运动大小相等、方向相反的六自由度运动，实现波浪补偿；最终，将各个液压缸的实际位置与期望值构成的运动控制偏差输入自抗扰控制器，构成完整的控制回路。其中阀控信号采用两种方法来确定：比例控制和前馈控制。比例控制主要用来调整实际液压缸位置偏差；前馈控制则实现对增压缸速度的调整；这两者获得的控制信号也仅为预控信号。考虑到阀件特性的差异和非线性，最后综合获得最终的液压缸的控制信号。

5、进一步的，基于微电子机械系统(mems)的微惯性传感器，包括微加速度器、微陀螺仪，可以测量6个自由度的运动，包括微加速度器测得的三维加速度和微陀螺仪获取的物体姿态和转动角速度；所述微加速度器将测得的加速度数据经过对时间一次积分可得到母船的速度、二次积分可得到母船的位移，最终得到位置的增量变化。

6、进一步的，所述伸缩组件包括伸缩电机、主动转轴、从动转轴以及若干皮带轮组，其中所述伸缩电机固定在平台一侧且通过一个皮带轮组连接主动转轴，所述主动转轴与从动转轴之间连接有两个皮带轮组，所述从动转轴与子舷梯底部连接。

7、进一步的，所述俯仰组件采用液压缸，通过液压缸的伸缩作用实现舷梯整体的上抬和下降。

8、进一步的，所述回转组件采用液压马达，通过液压马达的转动作用实现平台整体的转动。

9、进一步的，所述主舷梯和子舷梯上侧盖设有防水盖，两侧设置有护壁，底部设置有防滑板。

10、进一步的，所述平台内置有若干组爬梯以便于人员上下进出。

11、进一步的，所述自适应滤波器采用选择巴特沃斯滤波器，以实现减少测量的积分误差以及自身的幅值、相位误差，采用互为滤波的方法降低延时，截止频率可以根据升沉运动的频率特性优化调整，实验表明数据精度满足补偿要求。

12、进一步的，所述摄像模块采用双目视觉测量波浪补偿平台末端的姿态，通过检测目标图像上的特征点，获得特征点在世界坐标系中的空间坐标，进而解算目标的空间位姿。多个特征点即可立体匹配获得三维图像，因此跟踪特征点可得到多个三维图像，从而获得补偿平台末端的姿态变化。

13、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：通过设置有控制系统,经过位姿反解得出六个液压缸伸长量的期望值，此时控制执行器产生与船舶运动大小相等、方向相反的六自由度运动，实现波浪补偿；通过设置有自适应滤波器，可以减少测量的积分误差以及自身的幅值、相位误差，采用互为滤波的方法降低延时，截止频率可以根据升沉运动的频率特性优化调整。

技术特征：

1.一种波浪补偿舷梯系统，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的一种波浪补偿舷梯系统，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种波浪补偿舷梯系统，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的一种波浪补偿舷梯系统，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的一种波浪补偿舷梯系统，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的一种波浪补偿舷梯系统，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的一种波浪补偿舷梯系统，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的一种波浪补偿舷梯系统，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的一种波浪补偿舷梯系统，其特征在于：

10.根据权利要求9所述的一种波浪补偿舷梯系统的控制方法，其特征在于：

技术总结本发明公开了一种波浪补偿舷梯系统及其控制方法，涉及波浪补偿舷梯技术领域，包括舷梯、平台、运动机构、补偿机构以及控制系统，舷梯包括主舷梯和子舷梯，运动机构包括伸缩组件、俯仰组件以及回转组件，所述补偿机构设置在回转组件下侧，用于补偿船舶的横摇、纵摇和升沉等运动，确保舷梯末端与海上设施之间保持相对静止，所述控制系统包括多个自由度传感器、控制器和执行器，其中所述自由度传感器用于获得船舶不同自由度的运动参数，所述控制器用于控制器将这些运动参数进行解算分析，从而获得所需的行程，所述执行器用于控制调节补偿机构。本发明提高了补偿精度，可以辅助舷梯在各种工况下的对接作业。技术研发人员：王秋林受保护的技术使用者：泰州市金泰船舶设备有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15