基本信息
- 项目名称：
- 科考船减摇、减震平台
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品设计一个应用于科考船或船舶上的稳定平台，该平台主要减弱 “涌”对实验仪器影响，通过传感器采集数据反馈控制电机转动，使科研仪器置于其上可保持平衡。
- 详细介绍：
- 项目共分为两部分： 1、单个减摇、减震平台的设计本平台为一套模拟科考船自适应减摇减震的实验系统。它基本模拟了在实际的海洋风浪状态下，科考船在前后、左右、上下六个自由度上的震动和偏移，以及自平衡仪器如何自适应的快速做出响应，智能控制伺服电机转动相应的圈数，以此达到整个承重板的平衡的过程。整个过程无需人工干预，完全在自主控制状态下稳定运行。 2、多平台智能系统的组建在一个平台研制成功之后，继续开发应用ZigBee无线网络组的多平台智能系统。此系统由上述多个减摇、减震平台组成，通过ZigBee网络构成无线局域网，将每个平台的具体信息发送到制定控制中心。控制中心（Control Centre ）基于Linux的ARM9处理器，负责收集全部子平台的实时数据，包括平台倾角、周边温度、适度、风速、照度等其他信息。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品目的：科考船在海上行驶，船上的仪器由于涌浪的作用难以保持平衡，对仪器采集数据产生影响。本作品设计一个主要减弱 “涌”对实验仪器影响的平台，将科研仪器置于其上可保持平衡。 基本思路：利用3个步进电机转动产生控制平台平衡的驱动力，3个电机的配合使用能够减弱涌浪对平台的影响。在平台侧面使用报警装置，防止风浪过大对平台和仪器造成损害，融合ZigBee技术，将仪器数据和平台传感器数据发送到控制室。 创新点：1. 充分考虑船舶六个自由度运动对科学仪器的影响，结合船体六自由度的摇摆模型，采用加速度计等多传感器协作的方法，采集包括前后、左右、上下的传感信号和角度偏移信号。2. 平台使用ARM高性能处理器，并融合ZigBee网络技术，使工作人员可远程监控并采集平台数据。
科学性、先进性
- 作品科学性先进性在于： 1.作品在船舶上搭建减摇平台，原理不同于减摇鳍，不对船舶减摇。平台使用步进电机，可控精度高，反应速度快，平台本身体积小巧。 2.作品主要解决波长较长的“涌”对仪器的影响，主要使用在船舶上的质量不太大，对平稳性要求较高的科研仪器上，具有极高的专用型。 3.平台融合ZigBee网络，可以实时通过USB口将数据传送回控制室，使操作人员可以实时监控实验状态，减小实验误差。
获奖情况及鉴定结果
- 作品在2010年第二届“AMD杯（青岛）”大学生电子设计大赛中获一等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、图片、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该作品外型小巧，操作简单，结构新颖，使用寿命长，系统稳定性好。 使用范围：适用于科考船上重量不太大，精度要求高的小型科研仪器。 推广前景：本平台已开发USB接口的ZigBee网络，支持热插拔。操作极其简单，网络连通后，在PC机上使用windows自带的超级终端即可读出平台数据。在扩充多平台网络后，可实现单人实时监控多平台仪器数据，提高效率，节省人力成本。 市场分析和经济效益预测： 本作品使用材料价格便宜，制作成本低。ZigBee网络功耗小，可长时间连续工作，组建网络快速，维护费用以及性价比极具竞争力。将科考船仪器纳入统一网络中方便监控与管理，对科研效率的提升有很大帮助。
同类课题研究水平概述
- 随着人类对海洋探测的深入，对所使用的海洋仪器精度的要求也越来越高，而部分仪器数据的采集经常因为海水涌浪的影响而无法精确采集，甚至无法正常采集。因此如何保持船舶的平稳，减弱涌浪对船舶和仪器的影响，成了亟待解决的问题。 在船舶上安装减摇装置，能使船体在整体上减少摇摆（主要是横摇）。 目前船舶减摇装置共有三种，它们是：减摇鳍、减摇水舱、舵减摇。减摇鳍装置是最早发明的一种船舶减摇装置，目前装船也最多。早在二十世纪三十年代，英国的布朗兄弟就发明了减摇鳍并成功装船。我国的减摇鳍装置最早由七零四研究所研制，自六十年代开始，经过四十余年的探索和实践，国产减摇鳍装置才日臻成熟。 减摇鳍的工作原理是：波浪使船舶产生绕纵轴的横向摇动，为使船舶的摇摆角尽可能减小，施加给船舶一个稳定的力矩，这由减摇鳍装置提供。减摇水舱是近几年来随着控制技术的飞速发展而兴起的减摇技术及装置。它的最大优点是船舶在任何航速下，即使停泊时，依然有较好的减摇效果，也就是说减摇效果与航速无关。它的基本原理是在船的两舷侧，设置两对水舱，通过检测船的横摇角及横摇角速度，选择不同水舱组合，控制气阀的启闭，使水舱内水的横向流动周期和方向与船的摇摆运动周期同步，方向相反，从而达到削减摇摆幅度的目的。舵减摇是一项最新的减摇技术。靠舵对横摇和舷舰摇响应的差异，控制舵角，以达到一定的减摇效果。但这些技术只能对船体减摇，远远不能达到对实验仪器所要求的水平平台减摇的要求。 现在也有一些减震平台，一般由外罩、上盖及下座等几个主要部件构成。原理是在上盖及下座的侧板之间安装弹簧。上盖、外罩及精密仪器的重量由位于上盖和下座间有钢球支承。在剧烈震动发生时，由于弹簧及钢球的缓冲、衰减和上盖、外罩及仪器的惯性作用，使震动的水平振动大为减弱，从而使仪器得到有效的保护。但这些减震平台一般都是只适用于地面震动，很少有专门针对海上减摇、减震的平台，尤其缺少适用于科考船上并用于实验仪器的减摇、减震平台。
