[发明专利]基于海上浮吊作业要求的主动波浪补偿模拟方法及装置

说明书

本发明提供了基于海上浮吊作业要求的主动波浪补偿模拟方法及装置，属于海洋工程领域。一种基于海上浮吊作业要求的主动波浪补偿模拟方法，包括以下步骤：S1造波；S2深沉运动、横摇运动和纵摇运动的检测；S3输入设备；S4服务器控制线程；S5驱动线程；主动波浪补偿模拟装置，包括基座，运动平台设置在基座上，机械手设置在运动平台上，运动平台包括上平台、电机一、电机二和电机三，电机一、电机二和电机三输出轴上分别铰接有支架一、支架二和支架三，的支架一、支架二和支架上分别设置有万向节一、万向节二和万向节三。本发明具有能够模拟海上恶劣环境，用于测试不同的控制方法和训练，从而来降低实际海上浮吊作业要求风险度。

技术领域

本发明属于海洋工程领域，涉及一种主动波浪补偿模拟装置及方法，特别是一种基于海上浮吊作业要求的主动波浪补偿模拟方法及装置。

背景技术

在最近的几十年里，海洋工业已经被看成一个增长的兴趣点，开发新技术和相关的海洋装备去完成持续增长的海洋工业的需求。目前，近海装备的操作具有高度不确定性，会导致事故的发生，在这种如此具有挑战性的操作环境情况下，海上浮吊将在运用到运输和吊装作业中起到一个重要的作用。

在汹涌的海洋环境中，海上浮吊的操作会存在许多问题，比如摇摆、精确定位、避免碰撞和操作安全。在大多数情况下，操作者需要去处理大量的关于杆杆和按钮去操作吊车的各个环节。当考虑到工作效率和安全性时，这种仅仅依靠操作员的丰富经验和高水平技术的控制将很难管理。尤其，当在极端的海洋环境下，一个大浪发生，这种不可靠控制将不可能手动实现的。同时，大量的资金投入在训练操作员身上，这将产生很大的浪费，因为在真正恶劣的环境下无法训练，且测试新的控制方法在真实的环境中是非常困难。

发明内容

本发明的第一个目的是针对现有的技术存在的问题，提出了一种基于海上浮吊作业要求的主动波浪补偿模拟方法，该方法具有能够模拟海上恶劣环境，用于测试不同的控制方法和训练，从而来降低实际海上浮吊作业要求风险度。

本发明的第一个目的可通过下列技术方案来实现：

一种基于海上浮吊作业要求的主动波浪补偿模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1造波：随机正弦信号发生器应用于重现波，形成运动平台的输入信号,信号的产生：

式中，A_h为随机深沉振幅[0,150]mm均匀分布，A_Φ为随机横摇振幅[0,100]mm均匀分布，A_θ为随机纵摇振幅[0,100]mm的均匀分布，f为随机频率变量[0,0.1]Hz均匀分布，Ω为随机相位变量[-π,π]；

S2深沉运动、横摇运动和纵摇运动的检测：利用安装在运动平台上的加速度传感器来监测运动平台的横摇运动和纵摇运动，通过Arduino开发板采集运动的原始数据，将来自扰动横摇角运动Φ和纵摇角运动θ的原始数据进行滤波，并进行信号采集；深沉运动直接通过读取运动平台的实际角度来获取位移，通过应用正向运动学和网络通信协议采集数据；

S3输入设备：一个标准的操纵杆作为一个通用的输入设备，操纵杆的每个自由度拥有一个平移轴，控制机械手的工作空间，当操作者的手离开机械手，机械手自动地恢复到末端执行器保持的最后位置的点，机械手的信号i，比例缩放因子k，通过UDP协议采集数据；

S4服务器控制线程：末端执行器的位置X_C，可以通过如下变换矩阵获得T_C：

T_C＝T_Z T_θ T_Φ T_A，