[發(fā)明專利]一種三維海浪運動模擬裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011577205.8
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112798222B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設計）人: 朱洪海;祁國梁;王志;劉茂科;韓偉;楊立
• 申請（專利權）人: 山東省科學院海洋儀器儀表研究所
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01C13/00;G01N27/62;G09B9/00
• 代理公司: 青島致嘉知識產權代理事務所(普通合伙) 37236
• 代理人: 吳杉

本發(fā)明公開了一種三維海浪運動模擬裝置，包括控制臺和支架，控制臺和支架并列設置，在支架上設有托盤、電纜卷揚系統、纜繩卷揚系統和頂架，所述頂架呈圓環(huán)形并位于支架頂面前端，頂架設有光電感應開關，所述托盤位于頂架正下方，所述托盤頂部設有多個吊環(huán)，所述纜繩卷揚系統包括三套鋼絲軟繩卷揚機構，每套鋼絲軟繩卷揚機構具有一根獨立的鋼絲軟繩、一個伺服電機，伺服電機的輸出端連接有減速器，減速器輸出端鏈接有滾輪，所述鋼絲軟繩一端繞卷在滾輪上；本裝置采用軟繩傳動方式，可以實現大幅度海浪運動模擬；采用并聯式驅動方式，可以實現海浪三個自由度的運動模擬；整體系統，結構簡單，制造成本較低。

技術領域

本發(fā)明涉及海洋監(jiān)測技術，具體是一種三維海浪運動模擬裝置及方法。

背景技術

海浪通常指海洋中由風產生的波浪。主要包括風浪、涌浪和海洋近海波。在不同的風速、風向和地形條件下，海浪的尺寸變化很大，通常周期為零點幾秒到數十秒，波長為幾十厘米至幾百米，波高為幾厘米至20余米，在罕見地形下，波高可達30米以上。

海浪是海洋運動過程中的最常見的波動現象，對海浪運動參數的測量和分析是研究海洋環(huán)境要素的基礎工作。不管是對海洋資源的開發(fā)，還是對海上交通運輸業(yè)來說，對海浪運動參數的測量都具有十分重要的意義。

對于海浪的研究，主要方式還是依賴模擬研究，但存在的問題是：

1、傳統海浪運動模擬裝置多采用液壓伺服缸或電動伺服缸并聯驅動方式，結構復雜，制造成本高。

2、傳統海浪運動模擬裝置無法實現大幅度波浪模擬。

3、現有海洋設備在海洋中進行測試代價和成本較高，并具有一定的風險，急需一款簡易的海浪運動模擬裝置。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種三維海浪運動模擬裝置及方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種三維海浪運動模擬裝置，包括控制臺和支架，控制臺和支架并列設置，在支架上設有托盤、電纜卷揚系統、纜繩卷揚系統和頂架，所述頂架呈圓環(huán)形并位于支架頂面前端，所述托盤位于頂架正下方，所述托盤頂部設有多個吊環(huán)，所述纜繩卷揚系統包括三套鋼絲軟繩卷揚機構，每套鋼絲軟繩卷揚機構具有一根獨立的鋼絲軟繩和一個伺服電機，伺服電機的輸出端連接有滾輪，所述鋼絲軟繩一端繞卷在滾輪上，另一端固定在吊環(huán)上，在頂架上設有與鋼絲軟繩對應的滑輪，所述鋼絲軟繩從對應的滑輪上繞過并與其滑動連接，所述電纜卷揚系統位于頂架中心，電纜卷揚系統包括步進電機、收放卷輪和信號纜，所述控制臺具有電機驅動模塊、運動控制卡、控制主機和顯示屏，伺服電機和步進電機均與控制臺電性連接。

所述伺服電機的輸出端與滾輪之間還設有減速器；所述頂架中央的安裝孔上還設有光電感應開關,光電感應開關靠近纜繩卷揚系統設置并連接控制臺；所述頂架上設有三個中心桿，中心桿位于頂架內側并沿圓周方向等間距分布，三個中心桿前端對接固定在頂架中央，在每個中心桿上均開設有多個安裝孔，滑輪固定在安裝孔內。

三維海浪運動模擬裝置的模擬方法，包括模擬平臺的姿態(tài)定義、波浪位姿數據獲取、驅動電機控制參數獲取和波浪模擬實現。

其中a、模擬平臺的姿態(tài)定義：波點的所在的波面的法線表示模擬平臺的姿態(tài)，位移由平臺中心點的高度來表示，即模擬平臺的位姿表示：

b、波浪位姿數據獲?。翰捎肞-M波浪譜，反演三維波浪，求得波點高度數據和波面的法相向量；

具體過程：

a)、波浪譜采用P-M譜：

波浪能量譜引入方式：

波浪譜模型選用P-M譜模型，形勢如下：

其中a＝0.0081，β＝0.74；