專利名稱：用于支撐艦首炮的并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軍艦艦首炮的支撐平臺(tái)裝置，特別是一種具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的軍艦艦首炮的支撐平臺(tái)裝置。
背景技術(shù)：
艦首炮是軍艦的核心部分，其發(fā)射的準(zhǔn)確性關(guān)系到國(guó)家海域的安全，為了提高艦首炮發(fā)射的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性，艦首炮對(duì)其支撐平臺(tái)有了更高的要求。目前，艦首炮穩(wěn)定平臺(tái)設(shè)計(jì)大部分都是采用可以補(bǔ)償船舶縱搖和橫搖的二自由度平臺(tái)，采用液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，運(yùn)用傳感器裝置、伺服控制單元及動(dòng)力定位系統(tǒng)等多種方法來補(bǔ)償因外界不穩(wěn)定因素造成的位姿誤差，使艦船的橫向和縱向的振蕩得到一定的控制。陀螺穩(wěn)定平臺(tái)是一個(gè)最典型的設(shè)計(jì)方案，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高精度、低成本等特點(diǎn)，在一些武器裝備上得到了應(yīng)用。另外，基于微慣性傳感器的穩(wěn)定跟蹤平臺(tái)在一些主戰(zhàn)坦克和導(dǎo)彈海上發(fā)射平臺(tái)等先進(jìn)武器中也應(yīng)用廣泛。但是艦船在海上航行時(shí)，由于受到風(fēng)、 浪、潮等各種惡劣環(huán)境因素的影響而產(chǎn)生晃動(dòng)，其上安裝的設(shè)備艦首炮會(huì)跟隨艦船的搖擺而存在明顯的橫搖、縱搖和錘蕩運(yùn)動(dòng)，艦船在較高海況下的這些大幅度搖擺是很難補(bǔ)償?shù)摹，F(xiàn)在很多艦船穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)不具有波浪運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償功能，使其在惡劣條件下大幅度降低搖擺和升沉，更不用說能夠始終保持相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。這樣會(huì)在很大程度上影響艦首炮的發(fā)射精度，從而制約了艦首炮的高精度打擊性能，因而不能滿足當(dāng)今發(fā)展的需求。因此，需要一種新的技術(shù)方案以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種提高艦首炮穩(wěn)定性的用于支撐艦首炮的并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明用于支撐艦首炮的并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)裝置可采用如下技術(shù)方案一種用于支撐艦首炮的并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)裝置，該并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)裝置安裝于艦船本體上并用以承載艦首炮。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比將并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用到艦首炮的支撐平臺(tái)上，得到了一種剛度大、承載能力強(qiáng)、精度高、誤差小的用于支撐艦首炮的并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)裝置，能夠快速響應(yīng)外力沖擊，從而保持艦首炮發(fā)射的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性。應(yīng)用到的并聯(lián)機(jī)構(gòu)是由上下兩個(gè)平臺(tái)以及六根桿組成的，六根桿通過球鉸與動(dòng)、靜平臺(tái)相連接。其中上平臺(tái)為靜平臺(tái)，上平臺(tái)的穩(wěn)定可以大大提高艦首炮發(fā)射的準(zhǔn)確性；下平臺(tái)為動(dòng)平臺(tái)，與艦船本體相連，在風(fēng)浪等載荷的沖擊下，無論動(dòng)平臺(tái)的搖擺再劇烈，通過六根桿的調(diào)節(jié)與控制，能夠始終保持靜平臺(tái)的平穩(wěn)。


圖I是用于支撐艦首炮的并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是用于支撐艦首炮的并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)裝置的控制方案原理圖。圖3是用于支撐艦首炮的并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)裝置的控制系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解下述具體實(shí)施方式
僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。請(qǐng)結(jié)合圖I所示，本發(fā)明用于支撐艦首炮的并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)裝置包括用以承載艦首炮4的靜平臺(tái)I (六自由度靜平臺(tái))、與艦船本體(未圖示)相連的動(dòng)平臺(tái)2 (六自由度動(dòng)平臺(tái))以及連接靜平臺(tái)I與動(dòng)平臺(tái)2的六根桿3，該六根桿3通過球鉸(未標(biāo)號(hào))與動(dòng)平臺(tái)2以 及靜平臺(tái)I相連接，動(dòng)、靜平臺(tái)的6個(gè)球鉸分別位于兩個(gè)平面之中，每個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈由兩個(gè)球鉸副和一個(gè)移動(dòng)副組成。桿中間是采用液壓驅(qū)動(dòng)。動(dòng)平臺(tái)2隨著艦船受外界沖擊而產(chǎn)生縱搖、橫搖及錘蕩運(yùn)動(dòng)，通過圖2控制系統(tǒng)原理圖的各環(huán)節(jié)最終可以實(shí)現(xiàn)艦首炮的發(fā)射機(jī)座(即并聯(lián)機(jī)構(gòu)靜平臺(tái))相對(duì)穩(wěn)定，從而提高艦首炮的發(fā)射精度，滿足設(shè)計(jì)要求。目前對(duì)于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的分析方法較為完善，將并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)用到艦首炮的支撐平臺(tái)完全可以達(dá)到其穩(wěn)定性。以下為并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析形成體系的三套方法。矢量分析法矢量分析法使運(yùn)動(dòng)學(xué)反解變得容易而直觀，但得到主動(dòng)關(guān)節(jié)、被動(dòng)關(guān)節(jié)與期望位姿的關(guān)系是很困難的。變換矩陣法變換矩陣法基于D-H參數(shù)建立起機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析，其為動(dòng)力學(xué)分析提供了很好的條件，但運(yùn)動(dòng)學(xué)反解較困難且不直觀。李代數(shù)法以運(yùn)動(dòng)螺旋和力螺旋為基本量，以指數(shù)映射和對(duì)易運(yùn)算為基本計(jì)算，指數(shù)映射就是狀態(tài)空間分析中的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，可以把現(xiàn)代控制理論引入并聯(lián)機(jī)構(gòu)的控制中，對(duì)易運(yùn)算(李括號(hào))是三維矢量外積的推廣。這里按李代數(shù)法建立了運(yùn)動(dòng)學(xué)正解的指數(shù)映射，采用解析法解決了運(yùn)動(dòng)學(xué)反解的問題。通過指數(shù)映射把并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解的高度非線性問題變換為關(guān)節(jié)空間的Paden-kaha子問題，基本解決了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解的難題。并用各分支的雅可比矩陣判斷施加的驅(qū)動(dòng)是否無法控制某些運(yùn)動(dòng)，即雅可比矩陣的奇異問題。通過對(duì)實(shí)際的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)和分析，證明了這些方法的正確性和有效性。為敘述明確，對(duì)各個(gè)支鏈和各個(gè)運(yùn)動(dòng)副都加以編號(hào)。對(duì)運(yùn)動(dòng)副的編號(hào)方式如下Θ i;j (i = I. . . 6、j=l. . . 6)。其中i代表第i條支鏈的，j表示從定平臺(tái)算起的第j個(gè)運(yùn)動(dòng)副。Θ .j表示第i條支鏈、第j個(gè)運(yùn)動(dòng)副的關(guān)節(jié)變量，可以是線位移，也可以是角位移。并從定平臺(tái)開始對(duì)各桿件加以編號(hào)，第j運(yùn)動(dòng)副連接j_l構(gòu)件和j構(gòu)件。構(gòu)件O即為定平臺(tái)，構(gòu)件6即為動(dòng)平臺(tái)，銑刀與動(dòng)平臺(tái)可看作固定連接。該交叉桿型并聯(lián)機(jī)床的關(guān)節(jié)空間是由36個(gè)變量組成，該交叉桿型并聯(lián)機(jī)床的位形空間有6個(gè)獨(dú)立變量組成，由此可以得出36個(gè)關(guān)節(jié)變量只有6個(gè)是獨(dú)立的，要有30個(gè)約束條件。對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)副關(guān)節(jié)變量為轉(zhuǎn)角，ey.e
權(quán)利要求
1.一種用于支撐艦首炮的并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)裝置，其特征在于該并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)裝置安裝于艦船本體上并用以承載艦首炮。
2.如權(quán)利要求I所述的用于支撐艦首炮的并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)裝置，其特征在于包括用以承載艦首炮的靜平臺(tái)、與艦船本體相連的動(dòng)平臺(tái)以及連接靜平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)的六根桿，該六根桿通過球鉸與動(dòng)平臺(tái)以及靜平臺(tái)相連接。
3.如權(quán)利要求2所述的用于支撐艦首炮的并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)裝置，其特征在于桿的驅(qū)動(dòng)采用由傳感器、液壓缸、液壓閥及控制系統(tǒng)組成的液壓伺服系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。
4.如權(quán)利要求I或3所述的用于支撐艦首炮的并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)裝置，其特征在于還設(shè)有用以控制該用于支撐艦首炮的并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)裝置的并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，該并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)由輸入輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、驅(qū)動(dòng)裝置和轉(zhuǎn)置組成。
5.如權(quán)利要求4所述的用于支撐艦首炮的并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)裝置，其特征在于還設(shè)有用以控制該用于支撐艦首炮的并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)裝置的控制輸出組件，所述控制輸出組件的D /A轉(zhuǎn)換電路有緩沖寄存器、二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、數(shù)值檢測(cè)器、方向控制電路控制電路、比較放大器五部分組成。
6.如權(quán)利要求I所述的用于支撐艦首炮的并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)裝置，其特征在于設(shè)動(dòng)坐標(biāo)系O-XYZ建在動(dòng)平臺(tái)上，靜坐標(biāo)系O’ -X’ Y’ Z’固定于靜平臺(tái)上；在動(dòng)坐標(biāo)系中的任一向量Ri可以通過坐標(biāo)變換方法變換到靜坐標(biāo)系中；坐標(biāo)變換公式R=[T]R/ +P 其中=T為靜平臺(tái)姿態(tài)的方向余弦矩陣，P為動(dòng)坐標(biāo)系原點(diǎn)在固定坐標(biāo)系中的坐標(biāo)； 因此，6個(gè)驅(qū)動(dòng)器桿長(zhǎng)矢量Ii可在靜坐標(biāo)系中表示為 \k- + mxb,y + XP_alx、 K=O1- k = 1A + mA +Yp- afy ( i=i, 2，3，4, 5,6) J A- +mAy+zP y 從而得到機(jī)構(gòu)的位置求解計(jì)算方程 I O ·~ι ΠIl=rix +!,y +/- (i=l，2，3，4，5，6)。
7.如權(quán)利要求5所述的用于支撐艦首炮的并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)裝置，其特征在于所述動(dòng)平臺(tái)會(huì)與艦船一樣失去穩(wěn)定性產(chǎn)生搖擺晃動(dòng)而改變姿態(tài)，產(chǎn)生位移、速度、加速度變化，設(shè)置傳感器將位移、速度、加速度數(shù)據(jù)傳到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將動(dòng)平臺(tái)數(shù)據(jù)和靜平臺(tái)的姿態(tài)、位移、速度計(jì)加速度等數(shù)據(jù)結(jié)合起來得出相應(yīng)的結(jié)論和判斷，對(duì)伺服電機(jī)控制器發(fā)出相應(yīng)的命令，由伺服閥控制器來驅(qū)動(dòng)6根連桿的桿長(zhǎng)變化，通過調(diào)整6根桿長(zhǎng)間接調(diào)整靜平臺(tái)的位姿而使靜平臺(tái)相對(duì)穩(wěn)定。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于支撐艦首炮的并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)裝置，將并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用到艦首炮的支撐平臺(tái)上，得到了一種剛度大、承載能力強(qiáng)、精度高、誤差小的用于支撐艦首炮的并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)裝置，能夠快速響應(yīng)外力沖擊，從而保持艦首炮發(fā)射的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性。應(yīng)用到的并聯(lián)機(jī)構(gòu)是由上下兩個(gè)平臺(tái)以及六根桿組成的，六根桿通過球鉸與動(dòng)、靜平臺(tái)相連接。其中上平臺(tái)為靜平臺(tái)，上平臺(tái)的穩(wěn)定可以大大提高艦首炮發(fā)射的準(zhǔn)確性；下平臺(tái)為動(dòng)平臺(tái)，與艦船本體相連，在風(fēng)浪等載荷的沖擊下，無論動(dòng)平臺(tái)的搖擺再劇烈，通過六根桿的調(diào)節(jié)與控制，能夠始終保持靜平臺(tái)的平穩(wěn)。
文檔編號(hào)B63G1/00GK102774481SQ20121023639
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月9日
發(fā)明者張思崇, 方喜峰, 許欽桓, 趙若愚 申請(qǐng)人:江蘇科技大學(xué)