专利名称：用于支撑舰首炮的并联机构平台装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及军舰舰首炮的支撑平台装置，特别是一种具有并联机构的军舰舰首炮的支撑平台装置。
背景技术：
舰首炮是军舰的核心部分，其发射的准确性关系到国家海域的安全，为了提高舰首炮发射的稳定性与准确性，舰首炮对其支撑平台有了更高的要求。目前，舰首炮稳定平台设计大部分都是采用可以补偿船舶纵摇和横摇的二自由度平台，采用液压驱动系统，运用传感器装置、伺服控制单元及动力定位系统等多种方法来补偿因外界不稳定因素造成的位姿误差，使舰船的横向和纵向的振荡得到一定的控制。陀螺稳定平台是一个最典型的设计方案，由于其结构简单、高精度、低成本等特点，在一些武器装备上得到了应用。另外，基于微惯性传感器的稳定跟踪平台在一些主战坦克和导弹海上发射平台等先进武器中也应用广泛。但是舰船在海上航行时，由于受到风、 浪、潮等各种恶劣环境因素的影响而产生晃动，其上安装的设备舰首炮会跟随舰船的摇摆而存在明显的横摇、纵摇和锤荡运动，舰船在较高海况下的这些大幅度摇摆是很难补偿的。现在很多舰船稳定平台系统不具有波浪运动补偿功能，使其在恶劣条件下大幅度降低摇摆和升沉，更不用说能够始终保持相对静止状态。这样会在很大程度上影响舰首炮的发射精度，从而制约了舰首炮的高精度打击性能，因而不能满足当今发展的需求。因此，需要一种新的技术方案以解决上述问题。
发明内容
针对上述现有技术所存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种提高舰首炮稳定性的用于支撑舰首炮的并联机构平台装置。为实现上述目的，本发明用于支撑舰首炮的并联机构平台装置可采用如下技术方案一种用于支撑舰首炮的并联机构平台装置，该并联机构平台装置安装于舰船本体上并用以承载舰首炮。本发明与现有技术相比将并联机构应用到舰首炮的支撑平台上，得到了一种刚度大、承载能力强、精度高、误差小的用于支撑舰首炮的并联机构平台装置，能够快速响应外力冲击，从而保持舰首炮发射的稳定性与准确性。应用到的并联机构是由上下两个平台以及六根杆组成的，六根杆通过球铰与动、静平台相连接。其中上平台为静平台，上平台的稳定可以大大提高舰首炮发射的准确性；下平台为动平台，与舰船本体相连，在风浪等载荷的冲击下，无论动平台的摇摆再剧烈，通过六根杆的调节与控制，能够始终保持静平台的平稳。
图I是用于支撑舰首炮的并联机构平台装置的结构示意图。图2是用于支撑舰首炮的并联机构平台装置的控制方案原理图。图3是用于支撑舰首炮的并联机构平台装置的控制系统的示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式
仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。请结合图I所示，本发明用于支撑舰首炮的并联机构平台装置包括用以承载舰首炮4的静平台I (六自由度静平台)、与舰船本体(未图示)相连的动平台2 (六自由度动平台)以及连接静平台I与动平台2的六根杆3，该六根杆3通过球铰(未标号)与动平台2以 及静平台I相连接，动、静平台的6个球铰分别位于两个平面之中，每个运动支链由两个球铰副和一个移动副组成。杆中间是采用液压驱动。动平台2随着舰船受外界冲击而产生纵摇、横摇及锤荡运动，通过图2控制系统原理图的各环节最终可以实现舰首炮的发射机座(即并联机构静平台)相对稳定，从而提高舰首炮的发射精度，满足设计要求。目前对于并联机构的分析方法较为完善，将并联机构运用到舰首炮的支撑平台完全可以达到其稳定性。以下为并联机构运动学分析形成体系的三套方法。矢量分析法矢量分析法使运动学反解变得容易而直观，但得到主动关节、被动关节与期望位姿的关系是很困难的。变换矩阵法变换矩阵法基于D-H参数建立起机构的运动分析，其为动力学分析提供了很好的条件，但运动学反解较困难且不直观。李代数法以运动螺旋和力螺旋为基本量，以指数映射和对易运算为基本计算，指数映射就是状态空间分析中的状态转移矩阵，可以把现代控制理论引入并联机构的控制中，对易运算(李括号)是三维矢量外积的推广。这里按李代数法建立了运动学正解的指数映射，采用解析法解决了运动学反解的问题。通过指数映射把并联机构的运动学正解的高度非线性问题变换为关节空间的Paden-kaha子问题，基本解决了并联机构的运动学正解的难题。并用各分支的雅可比矩阵判断施加的驱动是否无法控制某些运动，即雅可比矩阵的奇异问题。通过对实际的并联机构的实验和分析，证明了这些方法的正确性和有效性。为叙述明确，对各个支链和各个运动副都加以编号。对运动副的编号方式如下Θ i;j (i = I. . . 6、j=l. . . 6)。其中i代表第i条支链的，j表示从定平台算起的第j个运动副。Θ .j表示第i条支链、第j个运动副的关节变量，可以是线位移，也可以是角位移。并从定平台开始对各杆件加以编号，第j运动副连接j_l构件和j构件。构件O即为定平台，构件6即为动平台，铣刀与动平台可看作固定连接。该交叉杆型并联机床的关节空间是由36个变量组成，该交叉杆型并联机床的位形空间有6个独立变量组成，由此可以得出36个关节变量只有6个是独立的，要有30个约束条件。对于转动副关节变量为转角，ey.e
权利要求
1.一种用于支撑舰首炮的并联机构平台装置，其特征在于该并联机构平台装置安装于舰船本体上并用以承载舰首炮。
2.如权利要求I所述的用于支撑舰首炮的并联机构平台装置，其特征在于包括用以承载舰首炮的静平台、与舰船本体相连的动平台以及连接静平台与动平台的六根杆，该六根杆通过球铰与动平台以及静平台相连接。
3.如权利要求2所述的用于支撑舰首炮的并联机构平台装置，其特征在于杆的驱动采用由传感器、液压缸、液压阀及控制系统组成的液压伺服系统来实现。
4.如权利要求I或3所述的用于支撑舰首炮的并联机构平台装置，其特征在于还设有用以控制该用于支撑舰首炮的并联机构平台装置的并联机构控制系统，该并联机构控制系统由输入输出设备、数控装置、驱动装置和转置组成。
5.如权利要求4所述的用于支撑舰首炮的并联机构平台装置，其特征在于还设有用以控制该用于支撑舰首炮的并联机构平台装置的控制输出组件，所述控制输出组件的D /A转换电路有缓冲寄存器、二进制计数器、数值检测器、方向控制电路控制电路、比较放大器五部分组成。
6.如权利要求I所述的用于支撑舰首炮的并联机构平台装置，其特征在于设动坐标系O-XYZ建在动平台上，静坐标系O’ -X’ Y’ Z’固定于静平台上；在动坐标系中的任一向量Ri可以通过坐标变换方法变换到静坐标系中；坐标变换公式R=[T]R/ +P 其中=T为静平台姿态的方向余弦矩阵，P为动坐标系原点在固定坐标系中的坐标； 因此，6个驱动器杆长矢量Ii可在静坐标系中表示为 \k- + mxb,y + XP_alx、 K=O1- k = 1A + mA +Yp- afy ( i=i, 2，3，4, 5,6) J A- +mAy+zP y 从而得到机构的位置求解计算方程 I O ·~ι ΠIl=rix +!,y +/- (i=l，2，3，4，5，6)。
7.如权利要求5所述的用于支撑舰首炮的并联机构平台装置，其特征在于所述动平台会与舰船一样失去稳定性产生摇摆晃动而改变姿态，产生位移、速度、加速度变化，设置传感器将位移、速度、加速度数据传到控制系统，控制系统将动平台数据和静平台的姿态、位移、速度计加速度等数据结合起来得出相应的结论和判断，对伺服电机控制器发出相应的命令，由伺服阀控制器来驱动6根连杆的杆长变化，通过调整6根杆长间接调整静平台的位姿而使静平台相对稳定。
全文摘要
本发明公开一种用于支撑舰首炮的并联机构平台装置，将并联机构应用到舰首炮的支撑平台上，得到了一种刚度大、承载能力强、精度高、误差小的用于支撑舰首炮的并联机构平台装置，能够快速响应外力冲击，从而保持舰首炮发射的稳定性与准确性。应用到的并联机构是由上下两个平台以及六根杆组成的，六根杆通过球铰与动、静平台相连接。其中上平台为静平台，上平台的稳定可以大大提高舰首炮发射的准确性；下平台为动平台，与舰船本体相连，在风浪等载荷的冲击下，无论动平台的摇摆再剧烈，通过六根杆的调节与控制，能够始终保持静平台的平稳。
文档编号B63G1/00GK102774481SQ20121023639
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月9日 优先权日2012年7月9日
发明者张思崇, 方喜峰, 许钦桓, 赵若愚 申请人:江苏科技大学