專利名稱：海洋平臺錨泊輔助動力定位模型測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的裝置，尤其涉及的是一種海洋平臺錨泊
輔助動力定位模型測試裝置。
背景技術(shù)：
為了滿足在深海的惡劣環(huán)境條件下進(jìn)行鉆探等工程作業(yè)的需要，必須在較長一段 時(shí)間內(nèi)精確地保持半潛式平臺在海面上的位置，但是半潛式平臺在水平面內(nèi)的運(yùn)動不具有 回復(fù)力，這就需要安裝定位系統(tǒng)，平衡作用在浮體上的外力，減小浮體的水平運(yùn)動，以減小 其水平面的位移。傳統(tǒng)的定位方式是錨泊定位，錨泊定位因其結(jié)構(gòu)簡單、投資小、節(jié)省能源、 操作簡便而被廣泛采用。然而其應(yīng)用受到水深條件的限制，并且海底土質(zhì)要有利于拋錨，另 外錨泊定位的機(jī)動靈活性較差，遇到突發(fā)的惡劣海況，不能夠及時(shí)的撤離。近年來，隨著人 類對深海的進(jìn)軍，平臺的作業(yè)水深急劇增加，若仍然僅依靠錨泊線，錨泊線的制作成本會隨 著水深的增加而大幅度的提高，且水深較大，系泊纜索對浮體的影響比較大，兩者之間的耦 合運(yùn)動比較強(qiáng)烈，從而降低定位的精度。動力定位因其不受水深的限制，且適于惡劣海況， 能夠迅速躲避惡劣海況，從而彌補(bǔ)了錨泊定位的不足，但全動力定位系統(tǒng)初始投資和營運(yùn) 成本都比較高，單純的依靠動力定位將會降低整體的經(jīng)濟(jì)效益，故在適當(dāng)水深的條件下，采 取錨泊輔助的動力定位的方式，將會使得平臺的能耗、定位精度等各項(xiàng)性能的綜合指標(biāo)達(dá) 到最優(yōu)。 經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利申請?zhí)?00810036552. 2，名稱主
動式海洋平臺混合模型試驗(yàn)裝置，該技術(shù)包括海洋平臺模型、拉力傳感器、系泊纜模型、滑
塊、計(jì)算機(jī)、運(yùn)動控制卡、驅(qū)動器、絲桿、伺服電機(jī)、水密裝置、非接觸式光學(xué)測量系統(tǒng)、應(yīng)變
放大器、接線裝置和數(shù)據(jù)自動采集卡及計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)分析模塊，其中海洋平臺模型通過拉力
傳感器和系泊纜模型相連，系泊纜模型下端固接于滑塊，滑塊位于絲杠上面，絲桿和伺服電
機(jī)固接，水密裝置位于伺服電機(jī)、絲杠和滑塊的外面，且置于水池底部，運(yùn)動控制卡連接到
計(jì)算機(jī)，非接觸式光學(xué)測量系統(tǒng)連接數(shù)據(jù)自動采集卡及計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)分析模塊，拉力傳感器
設(shè)置在海洋平臺模型和錨泊線模型上端之間，拉力傳感器連接到應(yīng)變放大器，應(yīng)變放大器
連接到數(shù)據(jù)自動采集卡及計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)分析模塊。該技術(shù)的缺陷是系泊纜頂端固定，不能通
過控制系統(tǒng)實(shí)施隨時(shí)收放，并且沒有考慮在環(huán)境載荷較大的情況下的定位方式。 又如中國發(fā)明專利申請?zhí)?00910045544. 9，名稱半潛式平臺動力定位模型試
驗(yàn)推進(jìn)裝置，該技術(shù)的第一軸承、第二軸承設(shè)置在內(nèi)軸上，第一直齒輪設(shè)置在步進(jìn)電機(jī)上，
第一直齒輪與第二直齒輪嚙合，第二直齒輪設(shè)置在外軸上端，外軸上設(shè)有吊艙和導(dǎo)管，外軸
通過第一推力軸承和第二推力軸承連接在外軸套中，第三軸承設(shè)置在靠近螺旋槳端的吊艙
的一端。該裝置能夠全方位回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)360。全方位推進(jìn)，適合在環(huán)境載荷較大的情況下使用。 綜上所述，現(xiàn)階段急需一種裝置當(dāng)環(huán)境載荷較小時(shí)，錨泊機(jī)構(gòu)可以根據(jù)自身的適 當(dāng)調(diào)節(jié)以滿足船舶(或海洋平臺)的定位精度要求；當(dāng)環(huán)境載荷較大時(shí)，錨泊線不能夠滿足定位精度需求或者在錨泊線張力達(dá)到極限值之前，能夠適時(shí)啟動動力定位裝置，實(shí)現(xiàn)二者 的聯(lián)合定位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種海洋平臺錨泊輔助動力定位模 型測試裝置，本發(fā)明對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，將系泊纜模型、滑塊、驅(qū)動器、絲桿、伺服電機(jī) 和水密裝置用錨泊機(jī)構(gòu)代替；通過錨泊機(jī)構(gòu)和推力器的聯(lián)合，利用運(yùn)動控制模塊發(fā)出實(shí)時(shí) 指令來滿足定位精度要求。 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括海洋平臺模型、推力器、錨泊機(jī) 構(gòu)、非接觸式光學(xué)測量器、應(yīng)變片、應(yīng)變放大器、數(shù)據(jù)采集分析模塊、計(jì)算機(jī)和運(yùn)動控制模 塊，其中運(yùn)動控制模塊分別與錨泊機(jī)構(gòu)和推力器相連并輸出運(yùn)動控制信號，運(yùn)動控制模塊 和計(jì)算機(jī)相連，錨泊機(jī)構(gòu)固定于海洋平臺模型上，推力器設(shè)置于海洋平臺模型內(nèi)，應(yīng)變片和 應(yīng)變放大器相連，應(yīng)變片和錨泊機(jī)構(gòu)相連，應(yīng)變放大器和數(shù)據(jù)采集分析模塊相連，數(shù)據(jù)采集 分析模塊分別與計(jì)算機(jī)和非接觸式光學(xué)測量器相連，非接觸式光學(xué)測量器設(shè)置于海洋平臺 模型上。 所述的錨泊機(jī)構(gòu)包括錨泊線、錨泊電機(jī)、飛輪、齒輪和絞車，其中錨泊電機(jī)和飛 輪相連，飛輪和齒輪相連，齒輪和絞車相連，錨泊線纏繞設(shè)于絞車上，錨泊線和應(yīng)變片相連， 錨泊電機(jī)和絞車固定設(shè)于海洋平臺模型上，運(yùn)動控制模塊和錨泊電機(jī)相連并輸出運(yùn)動控制 信號。 所述的推力器包括伺服電機(jī)、第一錐齒輪、第二錐齒輪、內(nèi)軸、第三錐齒輪、第四 錐齒輪、螺旋槳、吊艙、步進(jìn)電機(jī)、第一直齒輪、第二直齒輪、外軸和螺旋槳軸，其中運(yùn)動控 制模塊分別與步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)相連并輸出運(yùn)動控制信號，伺服電機(jī)和第一錐齒輪相 連，第一直齒輪和第二錐齒輪相連，第二錐齒輪和內(nèi)軸相連，內(nèi)軸和第三錐齒輪相連，第三 錐齒輪和第四錐齒輪相連，第四錐齒輪和螺旋槳軸相連，螺旋槳軸和螺旋槳相連，螺旋槳設(shè) 置于海洋平臺模型的底部，步進(jìn)電機(jī)和第一直齒輪相連，第一直齒輪和第二直齒輪相連，第 二直齒輪和外軸相連，外軸和吊艙相連，內(nèi)軸和外軸相連。 本發(fā)明工作時(shí)，首先根據(jù)實(shí)際海洋平臺和水池的尺度確定合適的海洋平臺模型，
并根據(jù)海洋平臺模型制作錨泊線，通過計(jì)算機(jī)和運(yùn)動控制模塊完成對錨泊線的布置。然后
模擬實(shí)際工作的環(huán)境載荷，在一定的風(fēng)浪流等外載荷條件下，通過非接觸式光學(xué)測量器測
量海洋平臺模型在水平面內(nèi)的位置信號，將測量得的位置信號傳遞給數(shù)據(jù)采集分析模塊，
同時(shí)改用現(xiàn)有技術(shù)的拉力傳感器為應(yīng)變片，通過應(yīng)變放大器，測量錨泊線的應(yīng)變，將錨泊線
的受力情況反饋給數(shù)據(jù)采集分析模塊，數(shù)據(jù)采集分析模塊將得到的數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)算機(jī)。計(jì)
算機(jī)通過程序計(jì)算后，選擇適當(dāng)?shù)亩ㄎ环绞?，運(yùn)動控制模塊發(fā)出指令控制錨泊電機(jī)和推力
器進(jìn)行收放錨泊線或啟動推力器定位方式來滿足海洋平臺模型的定位精度需求。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明能夠使得平臺系統(tǒng)在較小的環(huán)境載荷
下僅通過錨泊定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確定位，節(jié)省功率消耗。當(dāng)環(huán)境載荷增大時(shí)，啟用推力器進(jìn)行
定位從而實(shí)現(xiàn)精確定位。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是錨泊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是推力器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明的控制原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。 如圖1所示，本實(shí)施例包括海洋平臺模型1、推力器2、錨泊機(jī)構(gòu)3、非接觸式光學(xué) 測量器4、應(yīng)變片5、應(yīng)變放大器6、數(shù)據(jù)采集分析模塊7、計(jì)算機(jī)8、運(yùn)動控制模塊9和拖車 10，其中運(yùn)動控制模塊9分別與計(jì)算機(jī)8、推力器2和錨泊機(jī)構(gòu)3相連，錨泊機(jī)構(gòu)3固定于 海洋平臺模型1上，推力器2設(shè)置于海洋平臺模型1內(nèi)，應(yīng)變片5和應(yīng)變放大器6相連，應(yīng) 變片5和錨泊機(jī)構(gòu)3相連，應(yīng)變放大器6和數(shù)據(jù)采集分析模塊7相連，數(shù)據(jù)采集分析模塊7 分別與計(jì)算機(jī)8和非接觸式光學(xué)測量器4相連，非接觸式光學(xué)測量器4設(shè)置于海洋平臺模 型1上，拖車10用于放置數(shù)據(jù)采集分析模塊7。 如圖2所示，錨泊機(jī)構(gòu)3包括錨泊線11、錨泊電機(jī)12、飛輪13、齒輪14和絞車15， 其中錨泊電機(jī)12和飛輪13相連，飛輪13和齒輪14相連，齒輪14和絞車15相連，錨泊線 11纏繞在絞車15上，錨泊線11和應(yīng)變片5相連，運(yùn)動控制模塊9和錨泊電機(jī)12相連，錨泊 電機(jī)12和絞車15固定設(shè)于海洋平臺模型1上。 如圖3所示，推力器2包括伺服電機(jī)16、第一錐齒輪17、第二錐齒輪18、內(nèi)軸19、 第三錐齒輪20、第四錐齒輪21、螺旋槳22、吊艙23、步進(jìn)電機(jī)24、第一直齒輪25、第二直齒 輪26、外軸27、外軸套28、第二軸承29、第一軸承30、第一推力軸承31、第二推力軸承32和 螺旋槳軸33，其中運(yùn)動控制模塊9分別與步進(jìn)電機(jī)24和伺服電機(jī)16相連并輸出運(yùn)動控 制信號，伺服電機(jī)16和第一錐齒輪17相連，第一直齒輪17和第二錐齒輪18相連，第二錐 齒輪18和內(nèi)軸19相連，內(nèi)軸19和第三錐齒輪20相連，第三錐齒輪20和第四錐齒輪21相 連，第四錐齒輪21和螺旋槳軸33相連，螺旋槳軸33和螺旋槳22相連，步進(jìn)電機(jī)24和第一 直齒輪25相連，第一直齒輪25和第二直齒輪26相連，第二直齒輪26和外軸27相連，外軸 27和吊艙23相連，內(nèi)軸19和外軸27通過第一軸承30和第二軸承29相連接，外軸27與外 軸套28通過第一推力軸承31和第二推力軸承32相連。 所述的海洋平臺模型1是根據(jù)縮尺比和實(shí)際工作的海洋平臺制作的。
所述的非接觸式光學(xué)測量器4測量海洋平臺模型1的位置信號，并將信號傳遞給 數(shù)據(jù)采集分析模塊7，同時(shí)應(yīng)變片5測量錨泊線11的應(yīng)變，并由計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)計(jì)算出導(dǎo)纜 孔處錨鏈的張力，通過應(yīng)變放大器6將信號進(jìn)行放大，錨泊線11的受力情況被反饋給數(shù)據(jù) 采集分析模塊7，數(shù)據(jù)采集分析模塊7將得到的數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)算機(jī)8。 所述的計(jì)算機(jī)8接收海洋平臺模型1隨時(shí)間變化的運(yùn)動信息，并將信息傳送至運(yùn) 動控制模塊9。
所述的運(yùn)動控制模塊9包括運(yùn)動控制卡和信號驅(qū)動器，其中運(yùn)動控制卡接收計(jì)算機(jī)8傳送的控制信息，并將此信號傳送至信號驅(qū)動器，信號驅(qū)動器驅(qū)動錨泊電機(jī)12、步進(jìn) 電機(jī)24和伺服電機(jī)16以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動信號的傳輸。 本實(shí)施例中，錨泊線11共有八根，對稱的布置于實(shí)驗(yàn)水池中，每兩根錨泊線11通 過一個(gè)導(dǎo)纜孔固定于海洋平臺模型1的外側(cè)，并分別與海洋平臺模型1成45度夾角。推力 器2共有八個(gè)，設(shè)置在海洋平臺模型1之中，其中推力器2的螺旋槳22設(shè)置于海洋平臺模型 1的下浮體的底部，其他部分設(shè)于海洋平臺模型1的內(nèi)部，螺旋槳軸33中心的位置坐標(biāo)分 別為(單位為m) : (-O. 864， 0. 7) ， (-O. 864， -0. 7) ， (0. 864， -0. 7) ， (0. 864， 0. 7) ， (-O. 352， 0. 5) ， (0. 352， 0. 5) ， (-0. 352， -0. 5) ， (0. 352， -0. 5)，海洋平臺模型1的主甲板長度和寬度 均為1. 56m，海洋平臺模型1的下浮體的寬度為0. 36m。 本實(shí)施例使用前，需要對錨泊線11進(jìn)行等效水深的截?cái)?。啟動海洋平臺模型1定 位控制程序，程序就會根據(jù)實(shí)時(shí)反饋的海洋平臺模型1位置參數(shù)及錨泊線11的張力來自動 選取定位方式。 如圖4所示，本實(shí)施例使用時(shí)，首先根據(jù)實(shí)際海洋平臺和水池的尺度確定合適的 海洋平臺模型1，并根據(jù)海洋平臺模型1制作錨泊線11，通過計(jì)算機(jī)8和運(yùn)動控制模塊9完 成錨泊線11的布置。然后模擬實(shí)際工作的環(huán)境載荷，在一定的風(fēng)浪流等外載荷條件下，通 過非接觸式光學(xué)測量器4測量海洋平臺模型1在水平面內(nèi)的位置信號，將測量得的位置信 號傳遞給數(shù)據(jù)采集分析模塊7，同時(shí)應(yīng)變片5通過應(yīng)變放大器6將錨泊線11的受力情況反 饋給數(shù)據(jù)采集分析模塊7，數(shù)據(jù)采集分析模塊7將得到的數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)算機(jī)8。計(jì)算機(jī)8通 過程序計(jì)算后，選擇適當(dāng)?shù)亩ㄎ环绞?，運(yùn)動控制模塊9發(fā)出指令控制錨泊電機(jī)12和推力器 2進(jìn)行收放錨泊線11或啟動動力定位方式來滿足海洋平臺模型1的定位精度需求。
權(quán)利要求
一種海洋平臺錨泊輔助動力定位模型測試裝置，包括海洋平臺模型、非接觸式光學(xué)測量器、應(yīng)變片、應(yīng)變放大器、數(shù)據(jù)采集分析模塊、計(jì)算機(jī)、運(yùn)動控制模塊和推力器，其特征在于，還包括錨泊機(jī)構(gòu)，運(yùn)動控制模塊和計(jì)算機(jī)相連，應(yīng)變片和應(yīng)變放大器相連，應(yīng)變放大器和數(shù)據(jù)采集分析模塊相連，數(shù)據(jù)采集分析模塊分別與計(jì)算機(jī)和非接觸式光學(xué)測量器相連，非接觸式光學(xué)測量器設(shè)置于海洋平臺模型上，運(yùn)動控制模塊分別與錨泊機(jī)構(gòu)和推力器相連并輸出運(yùn)動控制信號，錨泊機(jī)構(gòu)固定于海洋平臺模型上，推力器設(shè)置于海洋平臺模型內(nèi)，應(yīng)變片和錨泊機(jī)構(gòu)相連；所述的錨泊機(jī)構(gòu)包括錨泊線、錨泊電機(jī)、飛輪、齒輪和絞車，其中錨泊電機(jī)和飛輪相連，飛輪和齒輪相連，齒輪和絞車相連，錨泊線纏繞設(shè)于絞車上，錨泊線和應(yīng)變片相連，錨泊電機(jī)和絞車固定設(shè)于海洋平臺模型上，運(yùn)動控制模塊和錨泊電機(jī)相連并輸出運(yùn)動控制信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋平臺錨泊輔助動力定位模型測試裝置，其特征是，所述 的運(yùn)動控制模塊包括運(yùn)動控制卡和信號驅(qū)動器，其中運(yùn)動控制卡接收計(jì)算機(jī)傳送的控 制信息，并將此信號傳送至信號驅(qū)動器，信號驅(qū)動器驅(qū)動錨泊電機(jī)和推力器以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動信 號的傳輸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的海洋平臺錨泊輔助動力定位模型測試裝置，其特征是， 所述的推力器包括伺服電機(jī)、第一錐齒輪、第二錐齒輪、內(nèi)軸、第三錐齒輪、第四錐齒輪、螺 旋槳、吊艙、步進(jìn)電機(jī)、第一直齒輪、第二直齒輪、外軸和螺旋槳軸，其中運(yùn)動控制模塊分別 與步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)相連并輸出運(yùn)動控制信號，伺服電機(jī)和第一錐齒輪相連，第一直齒 輪和第二錐齒輪相連，第二錐齒輪和內(nèi)軸相連，內(nèi)軸和第三錐齒輪相連，第三錐齒輪和第四 錐齒輪相連，第四錐齒輪和螺旋槳軸相連，螺旋槳軸和螺旋槳相連，螺旋槳設(shè)置于海洋平臺 模型的底部，步進(jìn)電機(jī)和第一直齒輪相連，第一直齒輪和第二直齒輪相連，第二直齒輪和外 軸相連，外軸和吊艙相連，內(nèi)軸和外軸相連。
全文摘要
一種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的海洋平臺錨泊輔助動力定位模型測試裝置，其中運(yùn)動控制模塊分別與錨泊機(jī)構(gòu)和推力器相連并輸出運(yùn)動控制信號，運(yùn)動控制模塊和計(jì)算機(jī)相連，錨泊機(jī)構(gòu)固定于海洋平臺模型上，推力器設(shè)置于海洋平臺模型內(nèi)，應(yīng)變片和應(yīng)變放大器相連，應(yīng)變片和錨泊機(jī)構(gòu)相連，應(yīng)變放大器和數(shù)據(jù)采集分析模塊相連，數(shù)據(jù)采集分析模塊分別與計(jì)算機(jī)和非接觸式光學(xué)測量器相連，非接觸式光學(xué)測量器設(shè)置于海洋平臺模型上。本發(fā)明能夠使得平臺系統(tǒng)在較小的環(huán)境載荷下僅通過錨泊定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確定位，節(jié)省功率消耗。當(dāng)環(huán)境載荷增大時(shí)，啟用推力器進(jìn)行定位從而實(shí)現(xiàn)精確定位。
文檔編號G01M10/00GK101782455SQ20101012262
公開日2010年7月21日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者孫攀, 張申, 李勇躍, 楊世知, 王磊 申請人:上海交通大學(xué)