[发明专利]一种应用于内河航道测量的主动式波浪补偿装置及方法

权利要求书

1.一种应用于内河航道测量的主动式波浪补偿装置，其特征在于：包括安装座组件、线性模组、升降电机、转接座组件、转台座组件、转台组件、摇摆电机、限位开关、固定套、安装杆和姿态仪；

所述安装座组件安装在一水平台面上，所述线性模组与安装座组件相连接，线性模组上设置有滑块；所述转接座组件一端与线性模组上的滑块相连，另一端与转台座组件相连；所述升降电机安装在线性模组的顶端驱动滑块带动转接座组件和转台座组件沿着竖直方向移动；

所述转台座组件包括底板和立板，所述底板与转接座组件相连；所述立板具有一对且垂直设置在底板上端面两侧；所述转台组件包括横摇转台和纵摇转台；所述横摇转台设置在纵摇转台上，纵摇转台设置在转台座组件的立板上；

所述摇摆电机包括横摇电机和纵摇电机，所述横摇电机和纵摇电机分别连接在横摇转台和纵摇转台的一侧；所述横摇转台在横摇电机的驱动下绕着纵摇转台转动，所述纵摇转台在纵摇电机的驱动下绕着立板转动；

所述固定套固定在所述横摇转台上表面中心，且固定套套接在安装杆上；所述安装杆穿过转台座组件和转台组件且安装杆上端连接着测深仪的GPS天线，安装杆的下端连接着测深仪的换能器；所述姿态仪设置在安装座组件上。

2.根据权利要求1所述的一种应用于内河航道测量的主动式波浪补偿装置，其特征在于：所述限位开关包括升降限位开关、横摇限位开关和纵摇限位开关三组，所述升降限位开关设置在线性模组上，横摇限位开关置于纵摇转台的内侧，纵摇限位开关置于转台座组件中的立板的内侧。

3.一种权利要求1所述的应用于内河航道测量的主动式波浪补偿装置的测量方法，其特征在于：具体方法如下：

S1：由放置在稳定平台安装座的姿态仪测量由波浪引起的船舶多个自由度的运动姿态数据；

S2：将姿态仪与控制器之间通过串口通讯以协议的方式将姿态数据实时传输给运动控制器；

S3：运动控制器解析姿态数据得到其中横摇角度α、纵摇角度β和升沉高度h；设置横摇伺服电机和纵摇伺服电机脉冲当量均为μ，单位为度数/脉冲，设置升降伺服电机脉冲当量为ω，单位为毫米/脉冲；初始时刻，姿态仪中心与横摇转台中心水平距离为k；当发生横摇α角度发生变化时，横摇转台中心点会产生一个竖直方向的偏移，偏移距离为k sinα；为了使安装杆不受上述的摇摆和升沉的影响，需要对两个转台和线性模组进行反向运动补偿；由于两个转台和线性模组之间是相互独立的，则对横摇转台反向补偿α角度，对纵摇转台反向补偿β角度，对线性模组反向补偿h+k sinα距离；转换为三个电机的位置变化：分别为l₁＝＝α/μl₂＝β/μl₃＝＝h+ksinα/ω；

S4：求出S1-S3的反解后，采用前馈闭环PID算法，将位置变化距离与电机编码器反馈回来的位置作比较形成位置偏差，对偏差进行放大并加上速度与加速度的前馈最终转化为电机信号指令，伺服驱动器从而驱动电机转动；

S5：接入原点、正负限位等信号，保证转台及模组运转过程中不发生超程避免机械碰撞；并在系统中开发回零、点动运行等功能模块，确保系统安全平稳地运行。