CN114091289A - 基于多自由度运动平台的栈桥对接模拟仿真方法与*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于多自由度运动平台的栈桥对接模拟仿真方法与***，包括第一并联多自由度运动平台、第二并联多自由度运动平台、滑轨机构、平台控制模拟部、滑轨控制部以及距离计算部、摆动频率计算部、摆动幅度计算部与对接模拟部。通过本发明的栈桥对接模拟仿真方法与***，利用现有的多自由度并联运动平台即可实现大幅度水平横移仿真的栈桥对接模拟仿真***和方法，减少平台设计结构及复杂度，降低成本，提高***的可靠性和稳定性；同时可通过模拟海况环境下的对接过程，获得不同的海况环境下实际需要对接所需要的对接时间、对接距离以及对接频率和需要的牵引力数据，为实际海上对接栈桥建设以及部署提供准确的数据支撑。
Description
技术领域
本发明涉及运动控制仿真技术领域，尤其是海上对接模拟栈桥的方法，具体而言涉及一种基于多自由度运动平台的栈桥对接模拟仿真方法与***。
背景技术
在海上作战条件下，需要将两个或者两个以上的舰船进行对接形成跨海通道，实现快速海上通道的连接对接，实现对人员、物资、装备的快速运送。但在实际海上对接过程中，海洋环境会对舰船的横荡、纵荡、垂荡、横摇、纵摇和首摇六个自由度的运动产生干扰，导致动力***难以控制船体按既定的对接轨迹实施对接，需要反复调整船体的位置姿态，大大降低了对接效率，进而影响两船的对接过程，难以获得实际的对接耗时、相对位移、同频振荡和幅度，这对于实际海上作战的部署和战略是不利的。
在真实的海洋环境中实施船体对接试验需要耗费大量的人力物力，由于海洋环境的多变性和突变性，在我们通过仿真平台，例如多自由度运动平台来辅助模拟海上舰船的对接，实现栈桥的模拟过程，以获得船体对接的规律和数据，使得在海况环境中能够较为准确地估计对接时间和对接过程。
在模拟过程中，采用两个并联多自由度运动平台来模拟船体，其受到海洋环境的影响而产生的多自由度运动，即横荡、纵荡、垂荡、横摇、纵摇和首摇运动，通过伺服电动缸的运动协同来实现，例如上位机根据模拟海况环境数据，尤其不同的风力等级下，一般是4-5级以下风力海况，对预定吨位、尺寸、航速的舰船的影响，在进行栈桥对接仿真的情况下，其对接时间、达到同频的振荡等数据，但现有的多自由度运动仿真平台中的设计中，上平台相对于下平台的运动来说，其俯仰和偏摆运动的幅度较大，但在水平面内的偏移距离有限，难以模拟舰船对接的过程3米-5米的位移量。
如果需要模拟在水平方向3米-5米的位移量，按照平台和电动缸的尺寸、性能计算，对电动缸的运行性能提出非常严苛的要求，而且需要设计非常庞大的体积，而平台庞大结构设计的设计成本、结构复杂度、平台刚性与运行协调性能，难以获得保障，容易导致复杂位姿下的异常位置或者干涉。
发明内容
本发明目的在于提供一种在多自由度运动平台基础上增加水平滑动机构，利用现有的多自由度并联运动平台即可实现大幅度水平横移仿真的栈桥对接模拟仿真***和方法，减少平台设计结构、体积以及平台设计复杂度，降低成本，提高***的可靠性和稳定性。
本发明另一方面的目的在于提出一种基于多自由度并联运动平台以及滑动运动平台融合的栈桥对接模拟仿真***与方法，可针对某些型号的舰船的实际参数，通过模拟海况环境下的对接过程，获得不同的海况环境下实际需要对接所需要的对接时间、对接距离以及对接频率和需要的牵引力数据，为实际海上对接栈桥建设以及部署提供准确的数据支撑。
根据本发明目的的第一方面，提出一种基于多自由度运动平台的栈桥对接模拟仿真***，包括：
第一并联多自由度运动平台；
第二并联多自由度运动平台，与第一并联多自由度运动平台共水平面地设置，并且间隔开预定距离；
设置在第一并联多自由度运动平台上的滑轨机构，包括固定部以及运动部，所述滑轨机构的运动部被设置成可朝向第二并联多自由度运动平台水平滑动；
距离计算部，用于计算第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的实时距离；
摆动频率计算部，用于计算第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间实时的摆动频率偏差；
摆动幅度计算部，用于计算第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间实时的摆动幅值偏差；
平台控制模拟部，用于基于预设的海况环境参数以及牵引力驱动所述第一并联多自由度运动平台和第二并联多自由度运动平台模拟在海上的运动姿态；
滑轨控制部，用于响应于第一并联多自由度运动平台的水平横移位移达到平台极限值时，控制驱动运动部朝向第二并联多自由度运动平台水平滑动；
对接模拟部，用于根据前述计算的实时距离、摆动频率偏差以及摆动幅值偏差模拟第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台的对接过程，并记录对接参数值。
由于在海况环境下，例如设定的风力等级或者海况等级下，海浪朝向一个方向，而在模拟对接的过程中，两个多自由度运动平台在对接时做相对靠近的运动，其运动方向不同，使得海浪对其影响是不同的，例如造成不同的横摇角度、纵摇角度以及升沉量，在本发明的实施过程中通过牵引力模拟实际对接时将两艘舰船牵引拉近的过程，在此过程中既涉及到水平方向的横移，同时通过多自由度运动平台的横摇、纵摇运动，模拟实际对接时将两艘舰船收到牵引过程中收到海况环境的影响。
为了实现不需要特别设计庞大结构和体积的运动平台，减少成本和复杂结构带来的可靠性和稳定性风险，在本发明优选采用现有的运动平台结构即可，并在其中一个运动平台的上平台上安装一滑轨机构，使得滑轨机构可以跟随该运动平台一起同步地朝向另一个运动平台移动，同时滑轨机构设计有固定部和运动部，运动部的一端作为可驱动结构，与固定部啮合或者连接，运动部的另一端在初始状态下与上平台的边缘对齐，并与上平台保持同步；由此，当上平台运动到水平方向极限位置后，运动部被驱动而朝向另一个运动平台水平运动，延展运动平台在水平方向的位移，实现大幅度水平横移仿真，直到对接接触到另一个运动平台，实现对接仿真。
在实际两艘舰船对接时，我们选择采用公母式插接结构，即一艘船的船体边缘设置公插接头，另一艘船的船体边缘设置母式插接结构，通过公母对插实现对接。但由于海上环境的影响，两艘船即使在靠近过程中其摆动幅度、频率都影响插接的成功率，如何保证插接过程以及插接效率和成功率是需要解决的关键问题。本发明通过栈桥对接模拟仿真***的设计，可针对某些型号的舰船，在实现大幅度水平横移仿真的栈桥对接模拟的基础上，可通过设置不同的海况环境和船上的牵引机（例如绞车）的牵引力的仿真条件下，获得某型舰船的对接参数，即在一定初始距离下的对接起始时间、总耗时以及同频对接的频率与牵引力参数，为实际进行舰船的对接提供具有准确参考意义的对接模拟数据，保障对接的效率和成功率。
在可选的实施例中，本发明前述实施例的对接模拟部，被设置成响应于第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的实时距离小于等于预设的对接距离阈值Dpre时，判断摆动频率偏差以及摆动幅值偏差是否均在预设的允许范围内，如果在允许范围内则判定对应时刻为对接起点时刻，并由滑轨控制部控制运动部继续朝向第二并联多自由度运动平台水平滑动，直到与第二并联多自由度运动平台对接接触，完成对接。
其中，对接模拟部被设置成响应于对接完成，记录对接参数值，包括：
对接距离，包括对接初始距离以及对接起点距离，所述对接初始距离为第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的初始距离，所述对接起点距离为对接起点时刻下的第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的实时距离；
对接时间，包括对接起点时间以及总对接时间，所述对接起点时间为从平台运动的起始时刻至对接起点对应时刻的经过时间，所述总对接时间为从平台运动的起始时刻至对接完成的经过时间；
牵引力；以及
同频对接的频率值。
由此，通过本发明的上述仿真***的设计，可获得仿真所涉及的舰船在对接时的关键参数，为实际对接提供准确的数据支撑。
根据本发明目的的第二方面，还提出一种基于上述仿真***实现的栈桥对接模拟仿真方法，包括以下步骤：
设定海况环境参数和牵引力参数；
根据海况环境参数以及牵引力，驱动第一并联多自由度运动平台和第二并联多自由度运动平台模拟在海上的运动姿态，并且第一并联多自由度运动平台的上平台和第二并联多自由度运动平台的上平台相互靠近运动；
在相互靠近运动过程中，持续监测第一并联多自由度运动平台的水平横移距离，并且在其水平横移距离达到预设的极限值时，控制驱动滑轨机构的运动部朝向第二并联多自由度运动平台水平滑动；
在运动部水平滑动过程中，持续监测第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的实时距离、第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间实时的摆动频率偏差以及第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间实时的摆动幅值偏差；
基于监测的实时距离、摆动频率偏差以及摆动幅值偏差，判定对接起始时刻并模拟第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台的对接过程，并记录对接参数值，所述对接参数值包括对接距离、对接时间、牵引力以及同频对接的频率值。
在另外的实施例中，所述方法还包括以下步骤：
调整海况环境参数和/或牵引力参数，重新进行模拟过程，以获得不同海况环境及牵引力下的对接参数值。
由此，通过不同的海况环境和牵引力的调整，获得不同的对接数据，为实际对接时根据不同的需要确定对接方案和部署提供准确的数据基础和依据。
在另外的实施例中，还可以在本发明的上述模拟***和方法的教导下，更换舰船的型号，模型对接过程，获得对应的对接参数。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
图1是本发明示例性实施例的基于多自由度运动平台的栈桥对接模拟仿真***的示意图，其中滑轨机构处于初始状态。
图2是本发明示例性实施例的基于多自由度运动平台的栈桥对接模拟仿真***的平台对接运动过程示意图，其中在对接过程中，滑轨机构的运动部处于滑出状态。
图3是本发明示例性实施例的基于多自由度运动平台的栈桥对接模拟仿真***的平台对接运动过程示意图，其中在对接完成时刻，滑轨机构的运动部对接接触到另一个运动平台的上平台。
图4是本发明示例性实施例的基于多自由度运动平台的栈桥对接模拟仿真***的中滑轨机构的示意图。
图5是本发明示例性实施例的基于多自由度运动平台的栈桥对接模拟仿真方法的流程示意图。
图6是本发明另一个示例性实施例的基于多自由度运动平台的栈桥对接模拟仿真方法的流程示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。应当理解，本发明提出的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式，都可以以很多方式中任意一种来实施。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
结合图1所示示例性实施例的基于多自由度运动平台的栈桥对接模拟仿真***，包括第一并联多自由度运动平台P1、第二并联多自由度运动平台P2、滑轨机构P3、平台控制模拟部100、滑轨控制部200以及对接模拟部400。
第一并联多自由度运动平台P1和第二并联多自由度运动平台P2采用现有的并联式多自由度运动平台的设计，尤其是并联式六自由度运动平台。
应当理解，在本发明的实施例中，为了简化***的部署和设计，第一并联多自由度运动平台P1和第二并联多自由度运动平台P2采用同一型号、结构和性能要求的运动平台，每个运动平台配置其驱动电路和总线通信***。
结合图1所示，第一并联多自由度运动平台P1具有第一下平台11、第一上平台12以及多个第一电动缸13，多个第一电动缸13铰接在第一下平台11与第一上平台12之间，多个第一电动缸13可被驱动做伸缩运动，通过伸缩运动实现对第一上平台的位置姿态变换。
结合图1所示，第二并联多自由度运动平台P2具有第二下平台21、第二上平台22以及多个第二电动缸23，多个第二电动缸23铰接在第二下平台21与第二上平台22之间，多个第二电动缸23可被驱动做伸缩运动，通过伸缩运动实现对第二上平台的位置姿态变换。
由此，通过两个运动平台，即第一并联多自由度运动平台P1和第二并联多自由度运动平台P2模拟船身在海洋环境下的运动姿态。
在发明的模拟仿真***中，第二并联多自由度运动平台P2与第一并联多自由度运动平台P1共水平面地设置，保证下平台稳定，通过上平台的位姿变换实现运动模拟，并且两个运动平台之间隔开预定距离。在可选择的实施例中，隔开的预定距离，可以根据实际模拟的船体对象的参数进行设定和调整，例如在3m-6m之间，在该距离下模拟两个船体开始相互靠近的状态。
应当理解，在本发明所模拟的船体的实际对接过程中，以两艘船舶为例进行说明，需要对接过程如下：两艘船舶相隔较远时，每个船具有其对应的动力***，各自驱动使两艘船靠近；当靠近到一定距离时，抛缆，关闭各自动力，依靠缆绳的牵引进行相互拉近和调整，实现对准对接。通过缆绳将两艘船舶拉近到更近的距离时，两船体相对的方向设置有公母插头，互插对接。由此，实现两艘船体的对接。
结合图1、图2所示，第一并联多自由度运动平台P1的第一上平台11上设置滑轨机构P3，作为一个独立的运动平台，其一方面与第一并联多自由度运动平台P1的第一上平台11保持同步的运动，例如随着第一上平台11一起朝向第二并联多自由度运动平台P2运动，另一方面，结合图1、图2所示，尽管第一并联多自由度运动平台P1以及第二并联多自由度运动平台P2均想向运动到期水平横移方向的极限位置，但仍不能完成对接。结合图2所示，当第一并联多自由度运动平台P1的第一上平台11在水平方向的横移位移达到平台的极限值时，通过滑轨机构P3可以承担水平向横移的仿真，朝向第二并联多自由度运动平台P2运动实现对接仿真模拟。
结合图4所示的示例，滑轨机构P3包括固定部31以及运动部32。固定部31安装固定在第一上平台11上，作为驱动运动部32进行水平运动的驱动机构。运动部32被设计成可被固定部31驱动或者传动，而使其朝向第二并联多自由度运动平台P2水平移动。
结合图1、图2所示，滑轨机构P3在初始状态下，也就是第一并联多自由度运动平台P1未达到其水平横移的极限位置时，保持不动，并且其运动部32的边缘与第一上平台11的边缘齐平，以利于实时距离的推测。
结合图4所示，运动部32的一端作为可驱动结构，与固定部啮合或者连接，实现驱动配合，运动部32的另一端，如图1、4所示，在初始状态下与上平台的边缘对齐，并与上平台保持同步运动。
在可选的实施例中，滑轨机构P3可采用电动直线推杆，也即直线驱动器。
在另一些实施例中，滑轨机构P3还可以采用直线电机，其驱动结构也即固定部，其直线运动部作为运动部。在可选的实施例中，还可以在直线运动部的自由端部加装延长结构设计，作为固定部，以避免单纯使用直线运动部作为运动部导致的长度不足的问题。
在采用直线电机实现的滑轨机构P3中，可以采用圆柱形直线电机或者平板型直线电机。
在本发明的实施例中，结合图1所示，滑轨控制部200用于控制滑轨机构P3的运动。即，当第一并联多自由度运动平台的水平横移位移达到平台极限值时，控制驱动运动部32朝向第二并联多自由度运动平台P2进行水平滑动。
应当理解，滑轨控制部200可与平台控制模拟部100通信，以响应于第一并联多自由度运动平台的水平横移位移达到平台极限值时发出驱动信号，用以驱动滑轨机构P3的运动部32运动。
结合图1所示，平台控制模拟部100，用于基于预设的海况环境参数以及牵引力驱动第一并联多自由度运动平台P1和第二并联多自由度运动平台P2模拟在海上的运动姿态。
在本发明的实施例中，平台控制模拟部100可基于现有的海上船舶运动仿真模型实现，例如陈美蓉等人提出的船舶在不同海况下的摇荡运动模型，以预设牵引力作为驱动源来驱动两个运动平台的靠近运动，同时受到海上环境的影响而形成的摇荡运动，而模拟出船体在海上实际的运动姿态。
由此，在仿真***运行过程中，按时序顺序将获得每个时刻t的平台数据，包括第一并联多自由度运动平台P1和第二并联多自由度运动平台P2的水平横移位移、垂直升降位移，并根据垂直升降位移计算出摆动频率，即上下摆动的频率。
同时，在每个时刻t，前述的滑轨机构P3具有其水平滑动位移数据：当第一并联多自由度运动平台P1未达到极限位置，即滑轨机构P3未发生水平滑动时，其水平滑动距离为0；而当滑轨机构P3的运动部被驱动实现水平滑动时，可获得其具体的运动距离，作为其水平滑动距离。
作为可选的方式，例如可通过滑轨机构P3内置或者外置的传感器，来检测获得水平滑动的距离。
本发明的实施例中，前述的牵引力通过预设的方式在仿真***中设定。在实际的船体对接过程中，缆绳的牵引可通过绞车实现，绞车的牵引力是驱使两个船体相互靠近的来源。因此，在本发明的实施例中，通过牵引力的模拟设计与调整，来获得不同的对接仿真数据。
在本发明的实施例中，距离计算部310，被设置用于推算第一并联多自由度运动平台P1与第二并联多自由度运动平台P2之间的实时距离。
作为可选的示例，距离计算部310被设置成在对接过程中的某一时刻ti，根据第一并联多自由度运动平台的水平横移距离L1i与第二并联多自由度运动平台d 水平横移距离L2i以及滑轨机构的水平滑动距离L3i计算实时距离Li，其中：
Li =L0 – (L1i + L2i +L3i)
Li表示ti时刻下第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的实时距离，L0表示第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的初始距离。
应当理解，在本发明实施例中，模拟仿真***使用的两个平台P1、P2，其初始位置可以预先根据实际船体对接的具体距离设定，通常选择在2个船体相距数米时抛缆对接，因此在仿真***部署的初始阶段，两个平台P1和P2之间初始距离L0 可预先确定并且已知。在一些实施例中，初始距离L0 可根据仿真条件进行调整。
在本发明的上述示例中，初始距离L0的范围选择在3m-6m，优选范围是4m-5m。
在本发明的实施例中，摆动频率计算部320，用于计算第一并联多自由度运动平台P1与第二并联多自由度运动平台P2之间实时的摆动频率偏差。
作为可选的示例，摆动频率计算部320被设置成在对接过程中的某一时刻ti，根据第一并联多自由度运动平台P1的升降摆动频率f1i与第二并联多自由度运动平台P2的升降摆动频率f2i计算摆动频率偏差fi，其中：
fi = |f1i - f2i |
其中，fi表示ti时刻下第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的摆动频率偏差fi。
在本发明的实施例中，摆动幅度计算部330，用于计算第一并联多自由度运动平台P1与第二并联多自由度运动平台P2之间实时的摆动幅值偏差。
作为可选的示例，摆动幅度计算部330被设置成在对接过程中的某一时刻ti，根据第一并联多自由度运动平台的升降摆动幅值A1i与第二并联多自由度运动平台的升降摆动幅值A2i计算摆动幅值偏差Ai，其中：
Ai = |A1i - A2i |
其中，Ai表示ti时刻下第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的摆动幅值偏差Ai。
结合图1，对接模拟部400，用于根据前述确定的实时距离Li、摆动频率偏差fi以及摆动幅值偏差Ai模拟第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台的对接过程，并记录对接参数值。
结合图1，前述的距离计算部310、摆动频率计算部320、摆动幅度计算部330均与对接模拟部400数据通信。
作为可选的示例，距离计算部310、摆动频率计算部320、摆动幅度计算部330以及对接模拟部400集成在一仿真模拟控制器中，仿真模拟控制器可以基于STM32嵌入式计算机***实现，由此，在仿真模拟控制器内通过内存共享实现数据通信。
作为示例，对接模拟部400被设置成响应于第一并联多自由度运动平台P1与第二并联多自由度运动平台P2之间的实时距离小于等于预设的对接距离阈值Dpre时，判断摆动频率偏差以及摆动幅值偏差是否均在预设的允许范围内，如果在允许范围内则判定对应时刻为对接起点时刻并由滑轨控制部控制所述运动部继续朝向第二并联多自由度运动平台P2水平滑动，直到与第二并联多自由度运动平台P2对接接触，完成对接。
应当理解，由于在实际对接过程中，尽管在对接开始时，两个船体的摆动频率和幅度的偏差比较大，但通过缆绳的约束与牵引，并随着二者距离的接近，两个船体的摆动频率和幅度均逐渐开始减小，并且其幅度和频率的差异越来越小，理想情况下是基本一致或者完全相同，以利于对接过程的顺利完成。但实际情况下难以达到非常理想的状态，因此本发明的实施过程中，设定一定的允许误差范围，当幅度和频率的偏差都在预设的允许误差范围内的情况下，即减小到都满足预设的允许误差范围内时，判定可以实施公母对接过程，认为可以顺利完成对接。
因此，在本发明的实施例中，设置对接距离阈值Dpre以辅助进行判断。作为可选的方案，对接距离阈值Dpre的设置范围在1.5m±0.5m，也即在该范围内时，两个平台的摆动频率和幅度均逐渐开始减小，当减小到都满足预设的允许误差范围，判定可以实施对接过程，此时通过滑动机构的继续运动，直到与第二并联多自由度运动平台P2对接接触，完成对接。
在本发明的实施中，对接模拟部400被设置成响应于对接完成，记录对接参数值，包括对接距离、对接时间、牵引力以及同频对接的频率值。
对接距离，包括对接初始距离以及对接起点距离，所述对接初始距离为第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的初始距离，所述对接起点距离为对接起点时刻下的第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的实时距离；
对接时间，包括对接起点时间以及总对接时间，所述对接起点时间为从平台运动的起始时刻至对接起点对应时刻的经过时间，所述总对接时间为从平台运动的起始时刻至对接完成的经过时间。
作为可选的方式，前述对接同频的频率值被设定为：对接起点时刻下，第一并联多自由度运动平台P1的升降摆动频率或者第二并联多自由度运动平台P2的升降摆动频率。由于在对接起点时刻，二者之间的偏差已经小于预定的预期，并且二者实际上已经是非常接近同频的状态，因此以其中任意一个作为同频的频率值，都可以实现本发明的目的。
在另外的实施例中，前述对接同频的频率值被设定为：对接起点时刻下，第一并联多自由度运动平台的升降摆动频率与第二并联多自由度运动平台的升降摆动频率的均值。在该实施例中，设定该对接起点时刻下的两平台的升降摆动频率的均值，作为对接同频的频率值。
结合图5所示的对接仿真流程，结合图1-3所示的对接仿真***的实现，对接模拟仿真方法的示例性实现过程包括：
设定海况环境参数和牵引力参数，例如设定海况等级或者海上风力等级、牵引力等参数；
根据海况环境参数以及牵引力，驱动第一并联多自由度运动平台和第二并联多自由度运动平台模拟在海上的运动姿态，并且第一并联多自由度运动平台的上平台和第二并联多自由度运动平台的上平台相互靠近运动；
在相互靠近运动过程中，持续监测第一并联多自由度运动平台的水平横移距离，并且在其水平横移距离达到预设的极限值时，控制驱动滑轨机构的运动部朝向第二并联多自由度运动平台水平滑动；
在运动部水平滑动过程中，持续监测第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的实时距离、第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间实时的摆动频率偏差以及第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间实时的摆动幅值偏差；
基于监测的实时距离、摆动频率偏差以及摆动幅值偏差，判定对接起始时刻并模拟第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台的对接过程，并记录对接参数值，所述对接参数值包括对接距离、对接时间、牵引力以及同频对接的频率值，其中：
所述对接距离，包括对接初始距离以及对接起点距离，所述对接初始距离为第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的初始距离，所述对接起点距离为对接起点时刻下的第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的实时距离；
对接时间，包括对接起点时间以及总对接时间，所述对接起点时间为从平台运动的起始时刻至对接起点对应时刻的经过时间，所述总对接时间为从平台运动的起始时刻至对接完成的经过时间。
结合图6所示的对接仿真的另一示例流程，在图6所示的对接仿真方法中，在图5所示的对接仿真方法的基础上，增加了调整海况环境参数和/或牵引力参数的步骤，即：调整海况环境参数和/或牵引力参数，重新进行模拟过程，以获得不同海况环境及牵引力下的对接参数值。
由此，可以通过不同的海况环境和牵引力的调整，获得不同的对接数据，为实际对接时根据不同的需要确定对接方案和部署提供准确的数据基础和依据。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (10)
1.一种基于多自由度运动平台的栈桥对接模拟仿真***，其特征在于，包括：
第一并联多自由度运动平台；
第二并联多自由度运动平台，与第一并联多自由度运动平台共水平面地设置，并且间隔开预定距离；
设置在第一并联多自由度运动平台上的滑轨机构，包括固定部以及运动部，所述滑轨机构的运动部被设置成可朝向第二并联多自由度运动平台水平滑动；
距离计算部，用于计算第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的实时距离；
摆动频率计算部，用于计算第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间实时的摆动频率偏差；
摆动幅度计算部，用于计算第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间实时的摆动幅值偏差；
平台控制模拟部，用于基于预设的海况环境参数以及牵引力驱动所述第一并联多自由度运动平台和第二并联多自由度运动平台模拟在海上的运动姿态；
滑轨控制部，用于响应于第一并联多自由度运动平台的水平横移位移达到平台极限值时，控制驱动运动部朝向第二并联多自由度运动平台水平滑动；
对接模拟部，用于根据计算的实时距离、摆动频率偏差以及摆动幅值偏差模拟第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台的对接过程，并记录对接参数值。
2.根据权利要求1所述的基于多自由度运动平台的栈桥对接模拟仿真***，其特征在于，所述距离计算部被设置成在对接过程中的某一时刻ti，根据第一并联多自由度运动平台的水平横移距离L1i与第二并联多自由度运动平台d 水平横移距离L2i以及滑轨机构的水平滑动距离L3i计算实时距离Li，其中：
Li =L0 – (L1i + L2i +L3i)
Li表示ti时刻下所述第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的实时距离，L0表示第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的初始距离。
3.根据权利要求1所述的基于多自由度运动平台的栈桥对接模拟仿真***，其特征在于，所述摆动频率计算部被设置成在对接过程中的某一时刻ti，根据第一并联多自由度运动平台的升降摆动频率f1i与第二并联多自由度运动平台的升降摆动频率f2i计算摆动频率偏差fi，其中：
fi = |f1i - f2i |
其中，fi表示ti时刻下所述第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的摆动频率偏差fi。
4.根据权利要求1所述的基于多自由度运动平台的栈桥对接模拟仿真***，其特征在于，所述摆动幅度计算部被设置成在对接过程中的某一时刻ti，根据第一并联多自由度运动平台的升降摆动幅值A1i与第二并联多自由度运动平台的升降摆动幅值A2i计算摆动幅值偏差Ai，其中：
Ai = |A1i - A2i |
其中，Ai表示ti时刻下所述第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的摆动幅值偏差Ai。
5.根据权利要求1所述的基于多自由度运动平台的栈桥对接模拟仿真***，其特征在于，所述对接模拟部被设置成响应于第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的实时距离小于等于预设的对接距离阈值Dpre时，判断摆动频率偏差以及摆动幅值偏差是否均在预设的允许范围内，如果在允许范围内则判定对应时刻为对接起点时刻并由滑轨控制部控制所述运动部继续朝向第二并联多自由度运动平台水平滑动，直到与所述第二并联多自由度运动平台对接接触，完成对接。
6.根据权利要求1所述的基于多自由度运动平台的栈桥对接模拟仿真***，其特征在于，所述对接模拟部被设置成响应于对接完成，记录对接参数值，包括：
对接距离，包括对接初始距离以及对接起点距离，所述对接初始距离为第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的初始距离，所述对接起点距离为对接起点时刻下的第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的实时距离；
对接时间，包括对接起点时间以及总对接时间，所述对接起点时间为从平台运动的起始时刻至对接起点对应时刻的经过时间，所述总对接时间为从平台运动的起始时刻至对接完成的经过时间；
牵引力；以及
同频对接的频率值。
7.根据权利要求6所述的基于多自由度运动平台的栈桥对接模拟仿真***，其特征在于，所述对接同频的频率值为对接起点时刻下，第一并联多自由度运动平台的升降摆动频率或者第二并联多自由度运动平台的升降摆动频率。
8.根据权利要求6所述的基于多自由度运动平台的栈桥对接模拟仿真***，其特征在于，所述对接同频的频率值为对接起点时刻下，第一并联多自由度运动平台的升降摆动频率与第二并联多自由度运动平台的升降摆动频率的均值。
9.一种根据权利要求1-8中任意一项所述的基于多自由度运动平台的栈桥对接模拟仿真***实现的栈桥对接模拟仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
设定海况环境参数和牵引力参数；
根据海况环境参数以及牵引力，驱动第一并联多自由度运动平台和第二并联多自由度运动平台模拟在海上的运动姿态，并且第一并联多自由度运动平台的上平台和第二并联多自由度运动平台的上平台相互靠近运动；
在相互靠近运动过程中，持续监测第一并联多自由度运动平台的水平横移距离，并且在其水平横移距离达到预设的极限值时，控制驱动滑轨机构的运动部朝向第二并联多自由度运动平台水平滑动；
在运动部水平滑动过程中，持续监测第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的实时距离、第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间实时的摆动频率偏差以及第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间实时的摆动幅值偏差；
基于监测的实时距离、摆动频率偏差以及摆动幅值偏差，判定对接起始时刻并模拟第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台的对接过程，并记录对接参数值，所述对接参数值包括对接距离、对接时间、牵引力以及同频对接的频率值，其中：
所述对接距离，包括对接初始距离以及对接起点距离，所述对接初始距离为第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的初始距离，所述对接起点距离为对接起点时刻下的第一并联多自由度运动平台与第二并联多自由度运动平台之间的实时距离；
对接时间，包括对接起点时间以及总对接时间，所述对接起点时间为从平台运动的起始时刻至对接起点对应时刻的经过时间，所述总对接时间为从平台运动的起始时刻至对接完成的经过时间。
10.根据权利要求9所述的栈桥对接模拟仿真方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
调整海况环境参数和/或牵引力参数，重新进行模拟过程，以获得不同海况环境及牵引力下的对接参数值。
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| CN113947968A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-01-18 | 江苏普旭科技股份有限公司 | 滑轨式双运动平台对接模拟仿真***与方法 |
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2022
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