[发明专利]主动位移补偿式超稳四体船

说明书

本发明涉及船舶与海洋科技和自动控制技术领域，公开了一种主动位移补偿式超稳四体船，所述超稳四体船包括：分离式主船体，用于搭载乘客和装备；4个独立的片体，用于放入水中支撑主船体，安装轮机电等动力设施；中央承力柱(C柱)，用于承载整船的结构受力，连接片体、主船体等各个部件；执行机构，用于在程序控制下推动或拉动片体上下移动；超稳控制方法，用于控制执行机构动作。根据本发明的主动位移补偿式超稳四体船，可让船在波浪中保持一个稳定的状态，保障船体上的摄像头、激光、声纳、机械臂等先进技术设备可高效运行，保障搭载的乘客乘坐舒适和生命安全，可广泛应用于无人船、快艇、私人游艇、公务艇、科学实验船艇等领域。

技术领域

本发明涉及船舶与海洋科技和自动控制技术领域，具体是涉及分体式船舶设计、多轴姿态控制技术、运动位移补偿技术。

背景技术

船舶受到水面条件影响而摇晃，是船舶、水面装备应用首先的最大的技术瓶颈之一，摇晃不稳定状态下摄像头、激光、声纳、机械臂等先进技术设备不能正常工作，乘客身体会产生剧烈不适，甚至船舶、水面装备会出现倾覆、沉没等灾难性风险。

传统船舶耐波性设计主要依靠船体线型和附加装置来实现减摇。线型设计需要针对于特定海况开展，不同海况条件稳定效果各异，同时线型设计时为了平衡耐波性，会牺牲船舶高速性、空间布局适用性、动力经济性等其他性能。附加装置有减摇水舱、稳定鳍、陀螺减摇器、T型水翼等，附加装置存在应用船型受限、安装要求复杂、影响船舶其他性能等缺陷，而且，它们达到的稳定效果仅仅只能改善船体摇晃，无法实现足够稳定，不能满足先进技术设备工作和乘坐人员舒适需求。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供主动位移补偿式超稳四体船设计，解决了船在水中摇晃的问题，同时还可提升船舶高速性、空间舒适性、动力经济性等其他性能。

1、本发明第一方面提供了一种4片体可以独立运动的四体船设计，包括：

中央承力柱(C柱)设计，通过中央承力柱设计，将片体和主船体分离，使得主船体的姿态不再受到片体的直接影响，将波浪的对主船体的影响实施物理隔离。

分离式主船体，主船体用于搭载乘客和装备，安装与C柱之上，不与水面接触，主船体的造型可以任意设计成需要的形状，无需考虑船舶在水中性能，只需专注于功能对空间的需求。

悬挂机构设计，片体通过该机构与C柱连接，支撑主船体，通过该机构可实现单个片体独立运动，能够自由上下位移以补偿波浪引起水面的上下波动。

平行杆设计，通过连接与片体和C柱的平行杆，将片体无论上下如何移动，垂直方向始终与C柱平行，使得片体不会出现侧倾侧翻风险。

4片体设计，4个独立的片体通过C柱将主船体支撑于水面之上，4片体分布与正方形的4个顶点，支撑结构稳定，片体的设计无需考虑耐波性和抗倾覆性，只需专注于高速性能、动力经济性。

2、本发明第二方面提供了一种位移补偿执行机构，包括：

主动执行机构，用于推拉悬臂，通过执行驱动单元的指令控制伺服电机动作，使得片体在垂直方向上产生位移，补偿波浪上下起伏的波动，在一些实施例中，根据按照四体船载重等级选用舵机、步进电机、丝杠推进、液压缸等其他设备。

被动减震机构，用于吸收片体自身动力系统产生的震动和水面碎波纹产生的高频抖动，该机构连接在主动执行机构之上，在一些实施例中，根据参数设定需要采用弹簧、液压、空气弹簧等装置。

3、本发明第三方面提供了超稳控制系统，包括：

运算控制单元，用于获取处理传感器数据，通过超稳控制算法生成控制指令发送给执行驱动单元。

执行驱动单元，用于为位移补偿执行机构供电，接收处理运算控制单元指令并驱动位移补偿执行机构按照指令动作。