一种刚柔混合并联对接机构

本发明属于岸船对接机构，具体涉及一种刚柔混合并联对接机构。

背景技术：

1、港口是全球贸易和运输的枢纽，为国际航运和物流体系提供关键的基础设施支持。其中，港口能源补给和液货装卸是两项重要的港口作业功能，直接关系到港口运营效率和船舶运营的顺利进行，由于风、浪、流的作用，港口岸边的泊岸船舶会不可避免的产生身产生横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡和垂荡六个自由度的不规则运动。通过锚泊定位或船舶动力装置，可实现船舶自身横荡、纵荡和艏摇三个自由度的运动补偿，而横摇、纵摇和垂荡则需要借助岸船对接装置来实现位姿控制和运动补偿,以保证港口能源补给或液货装卸的岸船对接作业的正常进行。

2、传统的港口能源补给与液货装卸的岸船对接通常采用装卸臂终端法兰与船体法兰刚性对接的方式，这种方式存在以下几个主要问题：

3、(1)由于装卸臂和船体之间的连接是刚性的，当船体受波浪、风等外力影响发生位姿变化时，很难对装卸臂进行实时的自动化调整来保持良好的对接状态，实时姿态调整困难，这增加了操作人员的工作难度和安全隐患；而且刚性对接会使装卸臂和船体受到较大的冲击载荷，长期使用下，对接法兰容易磨损和损坏，需要频繁维修更换，增加了运营成本。

4、(2)由于缺乏自动化调整能力，装卸作业需要依赖人工操作对接臂和船体进行频繁的微调，这大大降低了装卸效率，增加了作业时间，导致对接效率低下。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种刚柔混合并联对接机构，具有进行姿态调整、提高承载能力和对接效率的能力。

2、为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种刚柔混合并联对接机构，其特征在于，包括：固定平台、动平台、以及连接所述固定平台和所述动平台的三个被动弹性支链，所述动平台用以对接外部目标平台，每一所述被动弹性支链均包括相互连接的活塞杆和活塞缸，所述活塞杆的上端通过球副与所述动平台连接，所述活塞缸的下端通过转动副与所述固定平台转动连接；

4、三个驱动装置，所述驱动装置与所述被动弹性支链依次交替间隔设置，每一所述驱动装置均包括第一滑块、第一滑轨基座、驱动钢索、滑轮组件、第二滑轨基座和电机组件，所述第一滑轨基座绕所述动平台的中心轮辐分布设置，所述第二滑轨基座绕所述固定平台的中心轮辐分布设置，所述第一滑轨基座设置于所述动平台的下端面上，所述第一滑块与所述第一滑轨基座滑动连接，所述驱动钢索的上端连接在所述第一滑块上，所述驱动钢索的下端穿过所述滑轮组件连接于所述电机组件上，所述第二滑轨基座设置于所述固定平台上，所述滑轮组件与所述第二滑轨基座滑动连接。

5、具体的技术效果是：通过采用三个被动弹性支链形成3-rps的并联结构，以约束动平台沿着x轴和y轴的移动以及绕着z轴方向的转动，通过设置三个驱动装置，在三个驱动钢索作用下，动平台可实现绕x轴和y轴转动以及沿着z轴方向的移动，形成了基于3-rps具有两转动一平移自由度的运动输出，以补偿环境因素影响下的船舶自身横摇、纵摇和垂荡的运动，满足对接作业实际场景需求。

6、进一步地，三个所述第一滑块结构相同并关于所述动平台中心对称，所述第一滑轨基座结构相同并关于所述动平台中心对称，所述驱动钢索与所述第一滑块的连接处形成有钢索锚点b，三个所述钢索锚点b依次连接形成第二三角形，所述第二三角形的外接圆为s2，s2的半径为r，所述第一滑块可向靠近或远离所述动平台中心的方向移动以改变r的参数，r的范围为60mm～120mm。

7、进一步地，所述驱动钢索与所述滑轮组件的接触处形成有钢索锚点a，三个所述钢索锚点a依次连接形成第一三角形，所述第一三角形的外接圆为s1，s1的半径为r，所述滑轮端可向靠近或远离所述固定平台中心的方向移动以改变r的参数，r的范围为60mm～120mm，设定r与r的比值为a，a＝r/r，所述的一种刚柔混合并联对接机构刚度性能随a的增大而变大，且当a＝r/r＝1时，所述的一种刚柔混合并联对接机构刚度性能随r和r的数值的增大而变大。

8、具体的技术效果是：通过分别在固定平台和动平台上设置第一滑块、第一滑轨基座、滑轮组件和第二滑轨基座，从而调整第一滑块和滑轮组件的位置，通过改变第一滑块和滑轮组件的位置，可以调整r和r的数值，从而改变三个驱动钢索的位置，进而实现机构的刚度可调，以适应不同负载条件，提高系统的灵活性和适应性。

9、进一步地，还包括：三个卡爪组件，三所述卡爪组件均设置于所述动平台上，每一所述卡爪组件的一端与所述动平台转动连接，所述卡爪组件的另一端向所述动平台的中心方向延伸用以卡紧外部目标平台。

10、进一步地，三个所述卡爪组件结构相同并关于所述固定平台中心对称，每一所述卡爪组件包括：卡紧抓手、液压杆和液压缸，所述卡紧抓手的上端向所述动平台的中心方向延伸用以卡紧外部目标平台，所述卡进抓手的中部与所述动平台转动连接，所述液压杆的一端通过圆柱副与所述卡紧抓手的下端连接，所述液压缸通过第三安装螺栓安装在所述动平台的下端面上，所述液压杆的另一端与所述液压缸连接。

11、具体的技术效果是：三个卡爪组件各项性能与参数完全相同，液压缸推动液压杆移动进而推动卡紧抓手转动，实现动平台与外部目标平台卡紧，液压杆的一端通过圆柱副与卡紧抓手的下端连接，该圆柱副保持一定空间以满足液压杆伸缩过程中驱动对接转手卡紧时的运动行程。

12、进一步地，三个所述滑轮组件结构相同并关于所述固定平台中心对称，每一所述滑轮组件均包括滑轮装置和第二滑块，所述滑轮装置可转动地设置于所述第二滑块上，所述第二滑块与所述第二滑轨基座滑动连接，所述驱动钢索穿过所述滑轮装置连接于所述电机组件上。

13、具体的技术效果是：三个滑轮组件各项性能与参数完全相同，第二滑块沿第二滑轨基座滑动从而改变滑轮装置的位置，进而改变r的数值，滑轮装置可转动地设置于第二滑块上，以调整导向方位始终与驱动钢索所在平面平行。

14、进一步地，三个所述电机组件结构相同并关于所述固定平台中心对称，每一所述电机组件均包括：相互连接的驱动电机和减速机，所述驱动电机和所述减速机均设置于所述固定平台上，所述驱动钢索的下端穿过所述滑轮组件连接于所述减速机的转动绞盘上。

15、具体的技术效果是：三个电机组件各项性能与参数完全相同，驱动电机转动从而控制减速电机的转动绞盘转动，驱动钢索的下端缠绕在转动绞盘上，转动绞盘转动从而控制驱动钢索的伸长与缩短。

16、进一步地，三个所述球副结构相同并关于所述固定平台中心对称，每一所述球副包括：球副基座和球头，所述球副基座设置于所述动平台的下端面上，所述球头可转动地连接于所述球副基座，所述活塞杆的一端与所述球头连接。

17、进一步地，所述被动弹性支链还包括固定基座和弹簧，所述固定基座设置于所述固定平台上，所述弹簧套装于所述活塞杆的外部，所述弹簧的下端抵于所述活塞缸上，所述转动副包括：转动副轴、滚动轴承、圆螺母和垫圈，所述转动副轴设置于所述活塞缸的下端，所述滚动轴承、所述垫圈和所述圆螺母依次套设在所述转动副轴上，所述滚动轴承设置在所述固定基座上。

18、具体的技术效果是：三个被动弹性支链各项性能与参数完全相同，通过球头与球副基座之间转动连接、活塞杆与活塞缸之间可伸缩地连接以及转动副与固定基座之间的转动连接以约束动平台沿着x轴和y轴的移动以及绕着z轴方向的转动，在对接过程中，弹簧始终处于压缩状态，保证驱动钢索始终保持张紧状态。

19、进一步地，所述动平台上设置有缓冲密封圈。

20、具体的技术效果是：在进行对接作业时缓冲密封圈起到管路密封和缓冲的作用。

21、本发明的有益效果是：

22、(1)、通过采用三个被动弹性支链形成3-rps的并联结构，以约束动平台沿着x轴和y轴的移动以及绕着z轴方向的转动，通过设置三个驱动装置，在三个驱动钢索作用下，动平台可实现绕x轴和y轴转动以及沿着z轴方向的移动，满足对接作业实际场景需求，刚柔混合的设计对保证对接过程姿态调整的安全性有着更大的优势。

23、(2)、通过分别在动平台和固定平台上设置可移动的第一滑块和滑轮组件，可以调整r和r的数值，改变三个驱动钢索的位置，进而实现机构的刚度可调，以适应不同负载条件，提高系统的灵活性和适应性，这种可变式的机构构型具有可变刚度特性，可以优化载荷的能量吸收和分散，减轻对接机构损坏，延长设备的使用寿命。

24、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。