技术领域
[0001] 本发明属于海洋工程装备技术领域，特别涉及一种具有波浪补偿的船用液压机械臂。
相关背景技术
[0002] 船舶与固定海上平台之间或船舶与船舶之间的人员过驳和物资转运等海上作业会受到海风、海浪及洋流引起的船舶横摇、纵摇和升沉运动干扰，会导致操作设备与作业平台发生相对运动，不但增加作业难度，也容易引起碰撞事故。
[0003] 现有的海上平台间人员货物转运装备，大多采用Stewart并联平台和机械臂串联的方案，部分采用横纵两个维度的转动以及垂向的升沉进行补偿的方案，也有部分采用升降塔式结构的补偿方案。但是现有方案所需设备的体积庞大，占用的船舶空间大，且设备初始高度增加会造成船舶与转运平台的人员与货物换乘难度增加，有一定安全风险。同时，现有转运装备，伸出长度有限，工作空间有限，且转角与跨距较小，特别是在深海区域作业，例如海上风机运维人员登乘等母船无法抵近的大跨距作业时，往往不能满足工作需求。此外，现有转运装备多仅具备人员过驳或轻型货物转运的单一功能，无法转运较重的设备，如需要维修替换风电机组中的发电机、减速机等。同时，现有的船用机械臂多采用串联式结构，只能实现每节机械臂自身的俯仰，和整体机械臂的旋转，并不能实现机械臂自身的左右摆动，很少具有六自由度波浪补偿功能，可以平衡海浪对机械臂等所产生的影响。串联机构具有结构简单，成本低，控制简单，运动空间大等优点，已成功应用于很多领域，如挖掘机的机械臂，各种机床等。并联机构的研究与串联相比起步较晚，并联机构具有精度高，刚度大，承载能力强等优点，在大承载能力的场合具有明显优势。
[0004] 综上所述，研发一种具有主动波浪补偿功能，占用船舶空间小，重量轻，工作空间大，稳定性好，适应各种环境的多功能船用液压机械臂是有意义的。
具体实施方式
[0029] 为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。
[0030] 本发明的一种具有波浪补偿的船用液压机械臂，如图1和图2所示，包括并联波浪补偿装置1和克林吊装置2。并联波浪补偿装置1包括四组抗摇UPS直线分支1和升沉直线UP分支13，能够实现整个装置的横摇、纵摇和升沉波浪补偿功能，克林吊装置2设于并联波浪补偿装置1上，能够实现货物的吊装转运以及人员的转运。
[0031] 如图3和图4所示，并联波浪补偿装置1包括底座11、四组抗摇UPS直线分支12、升沉直线UP分支13、内层筒14和外层筒15，内层筒14和外层筒15均呈八边形结构装，且内层筒14和外层筒15的四条短边和四条长边相间布置，外层筒15的每条短边上均设有导轨，内层筒14的每条短边上相应设有滑块，内层筒14滑动设于外层筒15的内侧，且升沉直线UP分支13设于外层筒15内侧，升沉直线UP分支13包括中间虎克铰131和中间推杆132，中间推杆132的下端通过中间虎克铰131与底座11U副连接，且中间推杆132的上端与内层筒14固定连接，通过升沉直线UP分支13能实现内层筒14沿Z轴方向的较大范围移动，且可承较大负载，四组抗摇UPS直线分支12均布设于外层筒15短边的外侧，且每组抗摇UPS直线分支12均包括第一虎克铰121、第一推杆122和第一球铰123，第一推杆122的第一端通过第一虎克铰121与底座
11U副连接，且第一推杆122的第二端通过第一球铰123与外层筒15的外侧S副连接。对称布置的两组抗摇UPS直线分支12中的第一推杆122相互连通，通过驱动对称布置的两组第一推杆122共同运动，能实现补偿内层筒14横摇、纵摇两个方向的自由度以及联合补偿随机方向摇晃，并联波浪补偿装置1可实现整个装置的横摇、纵摇和升沉波浪补偿功能，可实现大范围的升沉补偿，同时占地面积小，对缸连通驱动解决了传统机械结构上存在的冗余驱动，克服了系统工作过程中存在的重偏载问题，使得对缸受力对称，并且简化了液压系统。
[0032] 如图5～图7所示，克林吊装置2设于并联波浪补偿装置1的内层筒14上，且克林吊装置2包括转动平台21、吊装机械臂22和转运平台23，转动平台21设于内层筒14上，机械臂22包括俯仰机械臂221、俯仰驱动分支222、伸缩机械臂223、第一变幅机械臂224、第一驱动分支225、卷扬机226和柔索229，俯仰机械臂221的第一端与转动平台21中转盘平台212的第一端第一转动副连接，且俯仰机械臂221的下侧设有俯仰驱动分支222，俯仰驱动分支222的第一端与俯仰机械臂221的下侧第二转动副连接，且俯仰驱动分支222的第二端与转盘平台
212的第二端第三转动副连接，俯仰机械臂221的第二端设有伸缩机械臂223，且伸缩机械臂
223的一侧设有用于驱动伸缩机械臂223伸缩的伸缩臂驱动分支，伸缩机械臂223的第二端与第一变幅机械臂224的第一端第四转动副连接，且伸缩机械臂223的第二端设有第一滑轮组227，第一变幅机械臂224的第二端设有第二滑轮组228，第一变幅机械臂224的下侧设有第一驱动分支225，且第一驱动分支225的第一端与第一变幅机械臂224的下侧第五转动副连接，第一驱动分支225的第二端与伸缩机械臂223的第二端第六转动副连接，卷扬机226设于俯仰机械臂221上，且柔索229的第一端缠绕于卷扬机226上，柔索229的第二端穿过第一滑轮组227以及第二滑轮组228与吊钩230连接，且转运平台23设于第一变幅机械臂224上，通过卷扬机226实现转运货物的上提下放，克林吊装置2实现大跨距下货物的吊装转运功能，其中本申请的大跨距是指指母船需要与结构物之间有一定的安全距离、无法抵近，需要在较大空间距离上进行施工操作，例如：漂浮式海上风机运维时，母船与作业平台安全距离
10m以上，且母船甲板与平台具有一定高度差，人员和物资需要在较大跨度上进行转运作业。
[0033] 第一转动副轴线与第二转动副轴线平行，且第二转动副轴线与第三转动副轴线平行，第三转动副轴线与第四转动副轴线平行，且第四转动副轴线与第五转动副轴线平行，第五转动副轴线与第六转动副轴线平行。
[0034] 如图5所示，转动平台21包括转盘轴承211、转盘平台212和回转液压马达213，转盘轴承211的下端与内层筒105的上端连接，转盘轴承211的上端与转盘平台212连接，且转盘平台212上设有用于驱动转盘平台212转动的回转液压马达213，整个转动平台21通过回转液压马达213可以实现克林吊装置2绕中心轴线360°的旋转。
[0035] 如图5所示，伸缩机械臂223为多级伸缩机械臂，且伸缩机械臂223的第一端与俯仰机械臂221的第二端滑动连接，伸缩机械臂223的第二端与第一变幅机械臂224的第一端第四转动副连接，伸缩机械臂223的一侧设有伸缩臂驱动分支，且伸缩臂驱动分支的第一端与俯仰机械臂221第二端连接，伸缩臂驱动分支的第二端与伸缩机械臂223的第二端连接，通过伸缩臂驱动分支实现伸缩机械臂223的伸缩运动。
[0036] 如图6所示，转运平台23包括第二变幅机械臂231、第二驱动分支232、水平机械臂233、水平直线驱动分支234和工作台235，第二变幅机械臂231的第一端与第一变幅机械臂
224的第二端第七转动副连接，且第二驱动分支232设于第二变幅机械臂231的一侧，第二驱动分支232的第一端与第二变幅机械臂231的第一端第八转动副连接，且第二驱动分支232的第二端与第一变幅机械臂224第九转动副连接，通过第二驱动分支232实现第二变幅机械臂231的变幅运动，水平机械臂233的第一端与第二变幅机械臂231的第二端第十转动副连接，且水平直线驱动分支234设于水平机械臂233的一侧，水平直线驱动分支234的第一端与水平机械臂233的第二端第十一转动副连接，且水平直线驱动分支234的第二端与第二变幅机械臂231的第二端十二转动副连接，水平机械臂233的第二端与工作台235连接，通过水平直线驱动分支234实现水平机械臂233的水平调节运动。
[0037] 第七转动副轴线与第八转动副轴线平行，且第八转动副轴线与第九转动副轴线平行，第九转动副轴线与第十转动副轴线平行，且第十转动副轴线与第十一转动副轴线平行，第十一转动副轴线与第十二转动副轴线平行。
[0038] 本发明的具体操作步骤如下：
[0039] 如图1～图7所示，本发明的一种具有波浪补偿的船用液压机械臂，如图7所示，为整个机械臂的完全展开工作状态。并联波浪补偿装置1由四组抗摇UPS直线分支12和升沉直线UP分支13驱动，通过改变每个分支中推杆的输入大小，实现整个装置的横摇、纵摇和升沉波浪补偿功能。
[0040] 克林吊装置2安装在并联波浪补偿装置1上，利用转动平台21通过回转液压马达213可以实现克林吊装置2绕中心轴线360°的旋转，通过俯仰驱动分支222可以实现俯仰机械臂221的俯仰运动，通过伸缩臂驱动分支实现伸缩机械臂223的伸缩运动，通过第一驱动分支225实现第一变幅机械臂224的变幅运动，利用柔索229与分布在各机构上的第一滑轮组227以及第二滑轮组228连接位于第一变幅机械臂224末端下方的吊钩230通过卷扬机226实现转运货物的上提下放，克林吊装置2实现大跨距下货物的吊装转运功能。转运平台23设于第一变幅机械臂224上，通过第二驱动分支232实现第二变幅机械臂231的变幅运动，通过水平直线驱动分支234实现水平机械臂233的水平调节运动，转运平台23实现人员过驳的功能。克林吊装置2共同实现了具备人员过驳和货物转运的多种功能，能够适应多种复杂的作业需求。
[0041] 本发明并联波浪补偿装置中包含四组抗摇UPS直线分支和升沉直线UP分支，通过驱动各分支中的推杆运动，实现整个装置的横摇、纵摇和升沉波浪补偿功能，同时可实现大范围的升沉补偿，同时采用对称推杆连通驱动方式，解决了传统机械结构上存在的冗余驱动，克服了系统工作过程中存在的重偏载问题，使得对缸受力对称，并且简化了液压系统。此外在并联波浪补偿装置上设置克林吊装置，克林吊装置具备人员过驳和货物转运的多种功能，能够适应多种复杂的作业需求，具有工作空间大、稳定性良好、安全性高，可以满足母船无法抵近的大跨距作业需求等优点。
[0042] 以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
