CN105905258A - 一种彻底解决晕船的机电一体化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种彻底解决晕船的机电一体化系统，包括稳定平台、设置于稳定平台上的运动趋势传感器、至少两个用于调节稳定平台状态的调节机构、用以连接稳定平台与调节机构的悬挂结构，以及分别与运动趋势传感器和调节机构相连接用于根据稳定平台状态控制调节结构动作的控制器；调节结构包括依次连接的拉绳、滑轮装置、配重装置和伺服电机；运动趋势传感器感应稳定平台的状态信号，并把信号传输至控制器，控制器控制调节机构动作，最终控制稳定平台处于稳定状态。该系统具有稳定精度高、反应快的特点，能有效解决晕船问题。
Description
技术领域
本发明涉及防晕船装置技术领域，具体涉及到一种彻底解决晕船的机电一体化系统。
背景技术
随着社会的发展，人们生活水平的提高，人们已把重心放在提高自身的生活质量上，因此，更多的人愿意出去旅游，坐船游玩，但很多人乘坐船舶时会发生晕船现象，为解决这以问题，目前通常采用减摇的手段来缓解晕船症状，如采用减摇鳍、陀螺减摇器等，这些措施只能减少船舶晃动的幅度，无法彻底解决乘客乘坐船舶时的晕船症状，同时在船舶停航期间采用减摇鳍技术的减摇手段就无法工作；采用陀螺减摇器的方案中需要对陀螺器内部抽真空，陀螺转轮质量大、转速高，即使小型化的陀螺减摇器动辄上百公斤，生产难度大，成本昂贵。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种彻底解决晕船的机电一体化系统，该系统能有效解决晕船问题。
为达上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种彻底解决晕船的机电一体化系统，包括稳定平台、设置于稳定平台上的运动趋势传感器、至少两个用于调节稳定平台状态的调节机构、用以连接稳定平台与调节机构的悬挂结构，以及分别与运动趋势传感器和调节机构相连接用于根据稳定平台状态控制调节机构动作的控制器；
调节结构包括依次连接的拉绳、滑轮装置、配重装置和伺服电机；
运动趋势传感器感应稳定平台的状态信号，并把信号传输至控制器，控制器控制调节机构动作，最终控制稳定平台处于稳定状态。
作为优选，悬挂结构包括绳索以及与绳索相连接的球头。
作为优选，稳定平台上还设置有固定扣，固定扣与悬挂结构上的绳索相连接，用于悬挂稳定平台。
作为优选，运动趋势传感器为重力感应传感器、2D加速度传感器、3D加速度传感器、三轴陀螺仪、单轴传感器和单轴陀螺仪中的一种或几种。
作为优选，运动趋势传感器为重力感应传感器、3D加速度传感器和三轴陀螺仪的组合。
作为优选，调节机构设置为3个，通过悬挂结构与稳定平台连接。
作为优选，滑轮装置为定滑轮或定滑轮与动滑轮的组合。
作为优选，控制器为单片机、微处理器、电脑主机或FPGA。
本发明提供的一种彻底解决晕船的机电一体化系统，具有以下优点：
（1）该防晕船机电一体化系统，稳定精度高、反应快；所优选的运动趋势传感器为重力感应传感器、3D加速度传感器和三轴陀螺仪的组合，可精确检测到船舶向上、向下、水平左移、水平右移、水平加速、水平减速、水平转动以及船舶其它动作的变化，并将这些变化及时的发送到控制器，由控制器根据传感器检测的信号实时精确地调节稳定平台，使之处于稳定状态，控制方法智能、实时，方便、快捷，具有巨大的应用前景。
（2）拉绳和配重装置组合在一起，通过配重的方式使得稳定平台工作时处于近乎平衡状态，以减少伺服电机的工作压力，进而节省能源。
（3）定滑轮安装在船体上可以减轻伺服电机的负载，本系统中可以全部使用定滑轮，也可以以定滑轮加动滑轮的组合方式出现，以便使用小功率的伺服电机；最佳优选方式为3个定滑轮，其在船体上的安装位置不在同一条直线上即可。
（4）伺服电机可以转动，伺服电机的正反转动可以增加或减少定滑轮与拉绳的切点到悬挂点的距离，3个不同位置的伺服电机利用空间三球交互定位的原理，在系统控制器的协调下互相配合，以达到使稳定平台相对于地球静止或作匀速直线运动的目的，从而消除晕船现象的发生。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中，1、稳定平台；2、运动趋势传感器；3、拉绳；4、配重装置；5、滑轮装置；6、伺服电机；7、固定扣；8、悬挂结构；81、球头；82、绳索。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。
参考图1，本实施例提供了一种彻底解决晕船的机电一体化系统，包括稳定平台1、设置于稳定平台1上的运动趋势传感器2、设置有3个用于调节稳定平台1状态的调节机构、用以连接稳定平台1与调节机构的悬挂结构8，以及分别与运动趋势传感器2和调节机构相连接用于根据稳定平台1状态控制调节机构动作的控制器（图中未标出）。
调节结构包括依次连接的拉绳3、滑轮装置5、配重装置4和伺服电机6，其中滑轮装置5为定滑轮并安装在船体上，可以减轻伺服电机6的负载，调节机构设置有3个，即拉绳3、配重装置4、定滑轮和伺服电机6的个数分别是3个；拉绳3和配重装置4组合在一起，通过配重的方式使得稳定平台1工作时处于近乎平衡状态，以减少伺服电机6的工作压力，进而节省能源；悬挂结构8包括绳索82以及与绳索相连接的球头81，球头81设置有2个；稳定平台1上还设置有固定扣7，固定扣7与悬挂结构8上的绳索82相连接，用于悬挂稳定平台1；调节机构中的3条拉绳3一端分别与3个伺服电机6配合，另一端交汇于一处（称为悬挂点），连接于悬挂结构8中的一个球头81上，悬挂结构8中的绳索82通过连接稳定平台1上的固定扣7，将其悬挂于悬挂结构8的另一球头81上，悬挂结构8的两球头81通过绳索或钢绳等紧密连接在一起；运动趋势传感器2安装在稳定平台1上，通过感应稳定平台1上的状态信号，并把该信号传输至控制器，控制器向调节机构中的伺服电机6输入运行控制信号，伺服电机6可以转动，伺服电机6的正反转动可以增加或减少定滑轮与拉绳3的切点到悬挂点的距离，用以放松或收紧拉绳3，3个不同位置的伺服电机6在系统控制器的协调下互相配合，以达到使稳定平台1相对于地球静止或作匀速直线运动的目的，从而消除晕船现象的发生；运动趋势传感器2为重力感应传感器、3D加速度传感器和三轴陀螺仪的组合，可以精确测定船舶相对于地球空间位置的变化，并将这些变化及时的发送到控制器；控制器为单片机、微处理器、电脑主机或FPGA，可有效的向伺服电机6发出指令。
本发明中的稳定平台1就是为容易晕船的乘客提供了一个相对于地球几乎固定不动或作匀速直线运动的休息处，可有效解决乘客晕船的问题。
在实施过程中，当船体垂直向上浮动时，稳定平台1上的重力感应传感器检测到稳定平台1先超重后失重的行为发生，同时安装在稳定平台1上的3D加速度传感器感应到垂直方向上有加速度的明显变化，而三轴陀螺仪并未检测到稳定平台1有任何变化，运动趋势传感器2将检测到的变化发送给控制器，控制器发出指令给三部伺服电机6以相应的速度放松拉绳3，使得悬挂稳定平台1的悬挂点在空间的位置相对于船体是下降的，但是相对于地球而言其高度几乎不变。
当船体垂直向下跌落时，稳定平台1上的重力感应传感器检测到稳定平台1先失重后超重的行为发生，同时安装在稳定平台1上的3D加速度传感器感应到垂直方向上有加速度的明显变化，而三轴陀螺仪并未检测到稳定平台1有任何变化，运动趋势传感器2将检测到的变化发送给控制器，控制器发出指令给三部伺服电机6以相应的速度收紧拉绳3，使得悬挂稳定平台1的悬挂点在空间的位置相对于船体是上升的，但是相对于地球而言其高度几乎不变。
当船体水平向左移动时，安装在稳定平台1上的重力感应传感器检测到稳定平台1重力方向向左倾的行为发生，同时安装在稳定平台1上的3D加速度传感器感应到水平方向向左的加速度明显的先正后负的变化，而三轴陀螺仪首先感应到船体横截面上向左转动，运动趋势传感器2将检测到的变化发送给控制器，控制器发出指令给三部伺服电机6，左侧的伺服电机6以合适的速度放松拉绳3，右侧的伺服电机6则以适当的速度收紧拉绳3，前方的伺服电机6则依据稳定平台1具体的位置变化收紧或放松拉绳3，使稳定平台1相对于船体向右以相反的加速度移动，但是稳定平台1相对于地球而言几乎不变或作匀速直线运动。
当船体水平向右移动时，安装在稳定平台1上的重力感应传感器检测到稳定平台1重力方向向右倾的行为发生，同时安装在稳定平台1上的3D加速度传感器感应到水平方向向右的加速度明显的先正后负的变化，而三轴陀螺仪首先感应到船体横截面上向右转动，运动趋势传感器2将检测到的变化发送给控制器，控制器发出指令给三部伺服电机6，右侧的伺服电机6以合适的速度放松拉绳3，左侧的伺服电机6则以适当的速度收紧拉绳3，前方的伺服电机6则依据稳定平台1具体的位置变化收紧或放松拉绳3，使稳定平台1相对于船体向左以相反的加速度移动，但是稳定平台1相对于地球而言几乎不变或作匀速直线运动。
当船体向前加速时，安装在稳定平台1上的重力感应传感器检测到稳定平台1重力方向向前倾的行为发生，同时安装在稳定平台1上的3D加速度传感器感应到水平面上向前的加速度明显的先正后负的变化，而三轴陀螺仪首先感应到船体纵截面上向前转动，运动趋势传感器2将检测到的变化发送给控制器，控制器发出指令给三部伺服电机6，前侧的伺服电机6以合适的速度放松拉绳3，左、右侧的伺服电机6则以适当的速度收紧拉绳3，使稳定平台1相对于船体向后以相反的加速度移动，但是稳定平台1相对于地球而言几乎不变或作匀速直线运动。
当船体向前减速时，安装在稳定平台1上的重力感应传感器检测到稳定平台1重力方向向后倾的行为发生，同时安装在稳定平台1上的3D加速度传感器感应到水平方向向后的加速度明显的先正后负的变化，而三轴陀螺仪首先感应到船体横截面上向后转动，运动趋势传感器2将检测到的变化发送给控制器，控制器发出指令给三部伺服电机6，前侧的伺服电机6以合适的速度收紧拉绳3，左、右侧的伺服电机6则以适当的速度放松拉绳3，使稳定平台1相对于船体向前以相反的加速度移动，但是稳定平台1相对于地球而言几乎不变或作匀速直线运动。
当船体在水平面内转动时，安装稳定平台1上的重力感应传感器检测不到稳定平台1重力方向上的变化，一同安装在稳定平台1上的3D加速度传感器也检测不到加速度明显的变化，而三轴陀螺仪首先感应到船体水平面上的明显转动，运动趋势传感器2将检测到的变化发送给控制器，控制器发出指令给三部伺服电机6，前侧的伺服电机6维持拉绳3张紧度，船体通过拉绳3施加扭矩给稳定平台1使其一同转向，由于是一个费力杠杆，稳定平台1随着船体转动的加速度将明显小于船体转向的加速度，以减轻船体转向时相对稳定平台1的影响，当船体不再转向时，在拉绳3施加在悬挂点的扭矩的作用下，稳定平台1指向前方的方向会自动地慢慢指向船舶行驶的方向状态。
当船体做其他方向加减速运动或角度转动时，都可以分解为以上几种行为的矢量合成，对各伺服电机6的控制需要控制器依据相应的算法科学的给出控制指令，从而在航行的船舶上为容易晕船的乘客提供一个固定不动的稳定休息处即稳定平台1。
本发明中悬挂点的作用是利用稳定平台1的重力作用配合控制器和伺服电机6的共同作用，以抵消稳定平台1在水平面、横截平面和纵截平面上的转动，其悬挂点在空间的位置由3根或更多的拉绳3的长度在重力的作用下用三球交会定位原理来决定，其在空间的位置是唯一的，当船体静止不发生晃动的情况下或做匀速直线运动时，整个系统应将恢复悬挂点到定滑轮上的拉绳3稳定时的长度并通过拉绳3作用在悬挂结构8上的扭矩让稳定平台1回位。
其中，拉绳可以用硬拉杆、液压伸缩活塞、气压伸缩式活塞、液压顶杆、钢索等代替，其伺服电机则可以换成相应的动力装置。
上述实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种彻底解决晕船的机电一体化系统，其特征在于，包括稳定平台、设置于稳定平台上的运动趋势传感器、至少两个用于调节稳定平台状态的调节机构、用以连接稳定平台与调节机构的悬挂结构，以及分别与运动趋势传感器和调节机构相连接用于根据稳定平台状态控制调节机构动作的控制器；
所述调节机构包括依次连接的拉绳、滑轮装置、配重装置和伺服电机；
所述运动趋势传感器感应稳定平台的状态信号，并把信号传输至控制器，控制器控制调节机构动作，最终控制稳定平台处于稳定状态。
2.根据权利要求1所述的彻底解决晕船的机电一体化系统，其特征在于，所述悬挂结构包括绳索以及与绳索相连接的球头。
3.根据权利要求2所述的彻底解决晕船的机电一体化系统，其特征在于，所述稳定平台上还设置有固定扣，固定扣与悬挂结构上的绳索相连接，用于悬挂稳定平台。
4.根据权利要求1所述的彻底解决晕船的机电一体化系统，其特征在于，所述运动趋势传感器为重力感应传感器、2D加速度传感器、3D加速度传感器、三轴陀螺仪、单轴传感器和单轴陀螺仪中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的彻底解决晕船的机电一体化系统，其特征在于，所述运动趋势传感器为重力感应传感器、3D加速度传感器和三轴陀螺仪的组合。
6.根据权利要求1所述的彻底解决晕船的机电一体化系统，其特征在于，所述调节机构设置为3个，通过悬挂结构与稳定平台连接。
7.根据权利要求 1所述的彻底解决晕船的机电一体化系统，其特征在于，所述滑轮装置为定滑轮或定滑轮与动滑轮的组合。
8.根据权利要求1所述的彻底解决晕船的机电一体化系统，其特征在于，所述控制器为单片机、微处理器、电脑主机或FPGA。
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Granted publication date: 20181130 |