[发明专利]一种海上漂浮式风机波浪环境模拟平台装置及其工作方法

权利要求书

1.一种海上漂浮式风机波浪环境模拟平台装置，其特征在于，包括：

空间六自由度并联机构，主要由固定平台、运动平台、设于两平台之间的六个支链以及六个支链的驱动装置组成，用于使运动平台相对固定平台进行三转动三移动的六自由度运动输出；

风机模型，安装于空间六自由度并联机构的运动平台上，用于模拟海上漂浮式风机；

数据采集模块，安装于空间六自由度并联机构的运动平台与风机模型的底部之间，用于采集运动平台的位姿及受力数据，并传输给运动控制系统；以及

运动控制系统，用于根据输入的位姿的运动轨迹或受力数据，对空间六自由度并联机构进行运动控制。

2.根据权利要求1所述的一种海上漂浮式风机波浪环境模拟平台装置，其特征在于，所述数据采集模块包括六分力传感器、倾角传感器和位移传感器，用于测量所述风机模型运动对运动平台的作用力，以及运动平台在运动时的倾角和位移。

3.根据权利要求1所述的一种海上漂浮式风机波浪环境模拟平台装置，其特征在于，所述运动控制系统包括数据处理模块和通信模块，所述数据处理模块内设有运动计算模块，用于根据输入的位姿的运动轨迹或受力数据，计算出空间六自由度并联结构各支链的实际运动量并将其转化为数字信号，所述通信模块用于将生成的数字信号传输给空间六自由度并联机构，以对其进行运动控制。

4.根据权利要求3所述的一种海上漂浮式风机波浪环境模拟平台装置，其特征在于，所述运动计算模块进行位姿和受力的运动学方程正解与逆解，计算所用的运动学方程如下：

其中，[M_f]表示运动平台质量矩阵，[R_f]表示运动平台阻尼矩阵，[K_f]表示运动平台刚度矩阵，F_hst表示运动平台静水恢复力，F_moor表示运动平台系泊力，F_hydro表示运动平台受到的水动力，F_aero表示风机模型受到的气动力。

5.根据权利要求1所述的一种海上漂浮式风机波浪环境模拟平台装置，其特征在于，所述空间六自由度并联机构包括固定平台、运动平台、设于两平台之间的第一支链、第二支链、第三支链、第四支链、第五支链、第六支链以及六个支链的驱动装置，所述第一支链、第二支链、第三支链、第四支链、第五支链、第六支链依次均布于两平台周部并分别连接两平台，所述第一支链、第三支链、第五支链为RSS型运动支链，所述第二支链、第四支链、第六支链为PSS型运动支链。

6.根据权利要求5所述的一种海上漂浮式风机波浪环境模拟平台装置，其特征在于，所述RSS型运动支链包括第一主动臂和第一从动杆，所述第一主动臂下端与固定平台通过第一转动副连接，所述第一主动臂上端与第一从动杆下端通过第一球副连接，所述第一从动杆上端与运动平台通过第二球副连接，所述RSS型运动支链的驱动装置根据运动控制系统的控制指令，驱动第一主动臂相对于固定平台转动。

7.根据权利要求5所述的一种海上漂浮式风机波浪环境模拟平台装置，其特征在于，所述PSS型运动支链包括第一主动滑块和第二从动杆，所述固定平台上设有滑轨，所述第一主动滑块与固定平台上的滑轨通过第一移动副连接，所述第一主动滑块还与第二从动杆下端通过第三球副连接，所述第二从动杆上端与运动平台通过第四球副连接，所述PSS型运动支链的驱动装置根据运动控制系统的控制指令，驱动第一主动滑块在固定平台相应的滑轨上滑动。

8.根据权利要求5所述的一种海上漂浮式风机波浪环境模拟平台装置，其特征在于，两平台之间还设有第七支链，所述第七支链连接两平台中部，所述第七支链为SPS型运动支链。

9.根据权利要求8所述的一种海上漂浮式风机波浪环境模拟平台装置，其特征在于，所述SPS型运动支链包括第一运动杆和第二运动杆，所述第一运动杆下端与固定平台中部通过第五球副连接，所述第一运动杆上端与第二运动杆下端通过第二移动副连接，所述第二运动杆上端与运动平台中部通过第六球副连接。

10.一种海上漂浮式风机波浪环境模拟平台装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、装置启动，当要求解运动平台的受力情况时，进入步骤2，当要求解运动平台的位姿状态时，进入步骤4；

步骤2、输入运动平台位姿的运动轨迹，运动控制系统将运动轨迹传输给数据处理模块，数据处理模块通过运动学方程将运动轨迹处理为各支链的实际运动量，并转换为成数字信号；

步骤3、运动控制系统通过通信模块将数字信号传输到空间六自由度并联机构，控制各支链的驱动装置工作，使运动平台按输入的位姿运动轨迹运动，然后进入步骤6；

步骤4、输入运动平台的受力数据，运动控制系统将受力数据传输给数据处理模块，数据处理模块通过运动学方程将受力数据处理为各支链的实际运动量，并转换为成数字信号；

步骤5、运动控制系统通过通信模块将数字信号传输到空间六自由度并联机构，控制各支链的驱动装置工作，使运动平台按达到输入的受力数据对应的位姿运动；

步骤6、数据采集模块采集运动平台的位姿及受力数据并传输给运动控制系统进行校验，完成闭环控制。