專利名稱：用于海上流體輸送系統(tǒng)的控制設(shè)備的制作方法
用于海上流體輸送系統(tǒng)的控制設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域
概括而言，本發(fā)明涉及為船舶裝載和/或卸載流體用系統(tǒng)，所述系統(tǒng)通常稱為海 運(yùn)裝載系統(tǒng)。這些系統(tǒng)用于在船舶和碼頭之間或者在兩艘船舶之間輸送流體制品。
流體制品理解為指的是液態(tài)或氣態(tài)制品。
更特別地，本發(fā)明涉及用于這種裝載和/或卸載系統(tǒng)的控制移動(dòng)、定位和連接的 設(shè)備。
背景技術(shù)：
一般而言，海運(yùn)裝載系統(tǒng)具有流體輸送管路端，固定于底座并連接于待輸送流體 的罐；以及相對(duì)管路端，可移動(dòng)并設(shè)置有適于連接于目標(biāo)管道的連接器，所述相對(duì)管路端自 身連接于一流體罐。
用于船舶的兩系列流體裝載系統(tǒng)是公知的，它們通過(guò)它們的結(jié)構(gòu)來(lái)劃分利用剛 性管的輸送用系統(tǒng)和利用柔性管的輸送用系統(tǒng)。
在所述系列的利用剛性管的輸送用系統(tǒng)中，可劃分為裝載臂系統(tǒng)和縮放儀系統(tǒng)。
所述裝載臂為活節(jié)式管狀結(jié)構(gòu)，包括底座，連接于流體罐，在流體罐上存在安裝 的設(shè)計(jì)為內(nèi)管的第一管子，經(jīng)由管子的一部分帶有90°彎曲，能使它的端部中的一個(gè)端部 圍繞豎直軸線旋轉(zhuǎn)而另一端部圍繞水平軸線旋轉(zhuǎn)。在所述內(nèi)管的相對(duì)端，設(shè)計(jì)為外管的第 二管子圍繞水平軸線旋轉(zhuǎn)安裝。連接器安裝在外管的端部。所述三個(gè)旋轉(zhuǎn)的每一個(gè)旋轉(zhuǎn)由 千斤頂或液壓馬達(dá)控制。
所述伸縮儀系統(tǒng)像所述裝載臂一樣包括與罐連接的底座。起重機(jī)可旋轉(zhuǎn)地安裝在 那個(gè)底座上。起重機(jī)包括攜帶流體用管子的吊桿。在吊桿的端部存在安裝的伸縮儀，伸縮儀 包括用于流體的活節(jié)管子且能使安裝在伸縮儀自由端的連接器移動(dòng)。伸縮儀的傾斜受吊桿 的所述端部處的旋轉(zhuǎn)控制。伸縮儀的運(yùn)動(dòng)受液壓馬達(dá)和在底座上用于旋轉(zhuǎn)的千斤頂控制。
最近，所述柔性管系統(tǒng)一般包括管路，在所述管路中運(yùn)送流體制品；以及機(jī)械系 統(tǒng)，使所述管路能被操縱。存在有幾種類型的操縱系統(tǒng)，但是在所有情況下，它們包括用于 支撐連接柔性管用連接器的操縱起重機(jī)或結(jié)構(gòu)。
一般而言，所述裝載系統(tǒng)在其端部包括致動(dòng)器，所述致動(dòng)器使連接器能被夾緊或 松開(kāi)。一般而言，存在有一個(gè)或多個(gè)的千斤頂或者一個(gè)或多個(gè)的液壓馬達(dá)。
實(shí)際上，在多數(shù)系統(tǒng)中，連接器在其端部處為帶有三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度的活節(jié)連接。這 樣，連接器的平面相對(duì)目標(biāo)管道的平面的角度定向可以與所述臂的傾斜無(wú)關(guān)，所述連接的 平面在接近連接時(shí)保持平行于目標(biāo)管道的平面；隨后一旦連接器已夾緊在目標(biāo)管道上，這 些活節(jié)就使組裝體能進(jìn)行“漂浮”運(yùn)動(dòng)。實(shí)際上，所述旋轉(zhuǎn)經(jīng)由液壓馬達(dá)或千斤頂而受操作 員控制，直到已實(shí)現(xiàn)連接器連接于目標(biāo)管道。一旦連接器已被夾緊，液壓馬達(dá)或千斤頂斷開(kāi) 或“設(shè)置成空轉(zhuǎn)”，以使所述裝載系統(tǒng)在不約束連接器的情況下能跟隨目標(biāo)管道運(yùn)動(dòng)。
上述兩個(gè)系列裝載設(shè)備具有結(jié)構(gòu)上的差異，但是它們的控制系統(tǒng)依據(jù)同樣的一般 操作原理來(lái)設(shè)計(jì)。值得注意的是，在所有情況下，連接器相對(duì)于支承所述管道的固定端的底座具有至少三個(gè)自由度，而且在這些自由度中的每個(gè)自由度下的運(yùn)動(dòng)均獨(dú)立地受致動(dòng)器控 制。操作員具有使他能控制連接器運(yùn)動(dòng)的命令界面。
各致動(dòng)器或者由開(kāi)/關(guān)型獨(dú)立控制器或者由同步比例控制器來(lái)獨(dú)立控制。
在開(kāi)關(guān)型獨(dú)立控制器的情況下，操作員可獨(dú)立地作用在所述控制器的每一個(gè)控制 器上，以控制所述裝載系統(tǒng)的特定部件。在致動(dòng)器組上的組合動(dòng)作使連接器能定位在空間 中的所需位置處。
在比例控制器的情況下，操作員具有命令輸入界面，命令輸入界面包括與計(jì)算器 配合的比例控制器，從而利用更高或更低量值作用在所述比例控制器上，產(chǎn)生分別用于相 應(yīng)致動(dòng)器的各自更高或更低量值的至少一個(gè)比例控制指令，這導(dǎo)致連接器以相應(yīng)更高或更 低的運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)。
由此，操作員可直接控制所述連接器的運(yùn)動(dòng)，而且由此尤其可實(shí)現(xiàn)連接器的直線 性和/或恒速運(yùn)動(dòng)，因?yàn)橛?jì)算器通過(guò)同時(shí)作用于所有致動(dòng)器上來(lái)編寫連接器的運(yùn)動(dòng)。
一般而言，所采用的致動(dòng)器為液壓式，例如液壓馬達(dá)或千斤頂，但是采用電致動(dòng)器 也是公知的，例如電馬達(dá)或氣動(dòng)致動(dòng)器。裝備海運(yùn)裝載系統(tǒng)的致動(dòng)器或者由針對(duì)開(kāi)關(guān)型獨(dú) 立控制器的開(kāi)/關(guān)控制器(針對(duì)恒定運(yùn)動(dòng)速度，且在某些情況下，針對(duì)可能隨意設(shè)定兩個(gè)運(yùn) 動(dòng)速度)來(lái)控制，或者在比例控制控制器的情況下由比例分配器來(lái)控制。
在所有情況下，在具有或不具有控制計(jì)算器媒介的情況下，為了達(dá)到將連接器連 接于目標(biāo)管道上，連接器與目標(biāo)管道的連接由人工進(jìn)行，由此操作員操縱所述裝載系統(tǒng)
這些控制設(shè)備難以執(zhí)行，因?yàn)椴僮鲉T必須完全知道所述海運(yùn)裝載系統(tǒng)的功能和運(yùn) 動(dòng)學(xué)。此外，他必須補(bǔ)償船舶的運(yùn)動(dòng)，尤其是在大浪的情況下。這增加了連接器碰撞障礙物 或目標(biāo)管道的風(fēng)險(xiǎn)，這可能損壞連接器的密封。由此，所述操縱及連接要求勝任的人員。
便于將連接器連接于目標(biāo)管道成為可能的系統(tǒng)是公知的，其中連接器事先通過(guò)線 纜鏈接于目標(biāo)管道。線纜被投擲到支撐所述底座的碼頭或船舶和支承目標(biāo)管道的船舶之 間、隨后由操作員連接在目標(biāo)管道和底座之間。隨后，絞車使所述臂能沿張緊的線纜前行， 并由此使連接器能被拉向目標(biāo)管道。該系統(tǒng)通常稱為“導(dǎo)向目標(biāo)系統(tǒng)”。它是半自動(dòng)系統(tǒng) 一旦已連接上所述線纜，操作員必須通過(guò)致動(dòng)卷取操作來(lái)控制連接器沿所述線纜的運(yùn)動(dòng)。 導(dǎo)錐設(shè)置成用于接近的最后階段。一旦連接器被拉到近前，操作員必須人工完成連接器的 連接和連接器的封閉。
這種半自動(dòng)連接模式要求有經(jīng)驗(yàn)的人員和合適的重機(jī)械結(jié)構(gòu)(尤其是，適于沿線 纜牽引所述臂的馬達(dá)、針對(duì)線纜相對(duì)端的錨定點(diǎn)、和用于最終階段接近的導(dǎo)錐)。發(fā)明內(nèi)容
基于這些觀察，本發(fā)明目的在于提供這樣一種設(shè)備，所述設(shè)備便于操作員操作連 接器控制運(yùn)動(dòng)，尤其在不利的海況下能夠成功連接連接器；而且本發(fā)明更一般的目的在于， 在所有情況下便于連接并使連接更快速，同時(shí)減少碰撞連接器的風(fēng)險(xiǎn)。
為此，本發(fā)明提供了一種控制設(shè)備，用于海運(yùn)裝載系統(tǒng)用連接器的運(yùn)動(dòng)和定位，所 述海運(yùn)裝載系統(tǒng)包括至少一個(gè)流體輸送管路，所述至少一個(gè)流體輸送管路具有固定于底座 的管路端和設(shè)置有連接器的活動(dòng)管路端，連接器適于連接于目標(biāo)管道，連接器相對(duì)底座具 有至少三個(gè)自由度，所述設(shè)備的特征在于，所述設(shè)備包括至少三個(gè)致動(dòng)器，各致動(dòng)器用于控制所述系統(tǒng)在一個(gè)自由度上的運(yùn)動(dòng)，而且連接器/目標(biāo)管道組的至少一個(gè)組員或與所述連 接器/目標(biāo)管道組的組員中的至少一個(gè)組員緊鄰的一個(gè)部件包括至少一個(gè)用于提供連接 器定位信息的裝置，而且所述設(shè)備還包括計(jì)算裝置，計(jì)算裝置適于
依據(jù)由連接器的所述定位信息裝置提供的信息，計(jì)算連接器直接相對(duì)目標(biāo)管道的 相對(duì)定位；
計(jì)算給予所述致動(dòng)器中的每個(gè)致動(dòng)器的控制指令，從而所述致動(dòng)器的組合運(yùn)動(dòng)使 得連接器產(chǎn)生旨在帶動(dòng)連接器更靠近目標(biāo)管道的運(yùn)動(dòng)；
施加所述控制指令，以帶動(dòng)連接器更接近目標(biāo)管道；
重復(fù)前三個(gè)步驟，直到連接器出現(xiàn)在目標(biāo)管道前面的連接位置處。
所述緊鄰部件理解為指的是所述海運(yùn)裝載系統(tǒng)的這樣的部件，所述部件分別相對(duì) 連接器或目標(biāo)管道固定或可移動(dòng)、但不管所述裝載系統(tǒng)的幾何構(gòu)型如何卻能足以靠近，以 給予關(guān)于連接器相對(duì)目標(biāo)管道的相對(duì)定位的精確信息，尤其針對(duì)連接目的能夠使連接器自 動(dòng)精確地出現(xiàn)在目標(biāo)管道前面。
有利地，依據(jù)本發(fā)明所述的設(shè)備使操作員能在接近用于連接的目標(biāo)管道的過(guò)程中 免除對(duì)連接器運(yùn)動(dòng)的控制，因?yàn)樗鲈O(shè)備承擔(dān)了自動(dòng)控制連接器運(yùn)動(dòng)的任務(wù)，直到連接器 出現(xiàn)在目標(biāo)管道前面。
換句話說(shuō)，依據(jù)本發(fā)明所述的設(shè)備使連接器能自動(dòng)移動(dòng)，直到連接器位于目標(biāo)管 道前面的連接位置處。操作員不再需要控制連接器連接目標(biāo)管道的運(yùn)動(dòng)，連接器運(yùn)動(dòng)到連 接位置處是自動(dòng)進(jìn)行的。
這有利地能夠便于連接、且在所有情況下使連接更快、而且更尤其在不利海況下 成功進(jìn)行連接器的連接，同時(shí)減少了撞擊連接器的風(fēng)險(xiǎn)。
甚至對(duì)于新操作員，采用依據(jù)本發(fā)明所述的設(shè)備，所述連接也是可行的。
依據(jù)本發(fā)明所述的設(shè)備通過(guò)消除不合適操縱的任何風(fēng)險(xiǎn)能使使用安全性增加。
有利地，本發(fā)明適于任意類型的海運(yùn)裝載系統(tǒng)，適于利用剛性管的輸送用系統(tǒng)、以 及適于利用柔性管的輸送用系統(tǒng)，因?yàn)樗鲇糜谔峁┻B接器定位信息的裝置使獲得的連接 器直接相對(duì)目標(biāo)管道的相對(duì)定位的信息與所述裝載系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)。
依據(jù)本發(fā)明的有利特征，所述設(shè)備可組合有
所述連接器/目標(biāo)管道組的至少一個(gè)組員或相對(duì)所述連接器/目標(biāo)管道組的所 述組員中的至少一個(gè)組員固定的部件包括至少一個(gè)用于提供目標(biāo)管道定位信息的裝置；而 且，所述計(jì)算裝置適于根據(jù)用于提供定位信息的所述至少兩個(gè)裝置提供的所述管道定位信 息和連接器的定位信息來(lái)導(dǎo)出連接器相對(duì)目標(biāo)管道的相對(duì)位置；
所述用于提供連接器定位信息的裝置和所述用于提供目標(biāo)管道定位信息的裝置 設(shè)計(jì)成彼此通信，而且包括用于計(jì)算并直接提供連接器相對(duì)目標(biāo)管道相對(duì)定位信息的計(jì)算 裝置；
連接器在其端部活節(jié)連接有三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，而且所述三個(gè)旋轉(zhuǎn)中的至少一個(gè)旋 轉(zhuǎn)受致動(dòng)器控制，所述設(shè)備設(shè)置有用于提供連接器角度定向信息的裝置和用于提供目標(biāo)管 道角度定向信息的裝置，所述計(jì)算裝置適于根據(jù)所述用于提供角度定向信息的裝置提供的 信息來(lái)計(jì)算提供給至少一個(gè)致動(dòng)器的控制指令，以在連接位置處使連接器的角度定向基本 與目標(biāo)管道的角度定向相同。7
有利地，連接器沿與目標(biāo)管道相同的軸線定向，這使連接能精確可靠，同時(shí)限制了 碰撞和損壞密封的風(fēng)險(xiǎn)。
依據(jù)本發(fā)明的有利特征，本發(fā)明可組合有
所述設(shè)備還包括能將連接器夾緊和松開(kāi)的致動(dòng)器，而且一旦連接器已出現(xiàn)在目標(biāo) 管道前面的連接位置處，所述計(jì)算裝置施加控制指令給該致動(dòng)器，以將連接器夾緊在目標(biāo) 管道上；
一旦連接器已被連接并夾緊到目標(biāo)管道上，所述計(jì)算裝置施加斷開(kāi)所述致動(dòng)器的 指令，以控制所述系統(tǒng)在它的自由度上的運(yùn)動(dòng)，從而使得所述系統(tǒng)自由運(yùn)動(dòng)。
由此，有利地，所述連接在無(wú)人工干預(yù)的情況下進(jìn)行，即使目標(biāo)管道移動(dòng)，例如當(dāng) 海面洶涌時(shí)。一旦連接器已存在于連接位置處，夾緊連接器是自動(dòng)的。所述裝載系統(tǒng)的所 述致動(dòng)器隨后允許在它們的運(yùn)動(dòng)上變成自由，從而使連接器和所述裝載系統(tǒng)能跟隨目標(biāo)管 道的運(yùn)動(dòng)，而不對(duì)所述裝載系統(tǒng)造成損壞。
依據(jù)有利特征，所述設(shè)備可組合有
所述用于提供目標(biāo)管道定位信息的裝置包括系統(tǒng)的全球定位尤其是GPS型全球 定位的裝置，這使得能夠提供目標(biāo)管道的絕對(duì)位置，所述計(jì)算裝置適于根據(jù)目標(biāo)管道絕對(duì) 位置信息來(lái)計(jì)算連接器相對(duì)目標(biāo)管道的相對(duì)定位；
所述用于提供連接器定位信息的裝置包括系統(tǒng)的全球定位尤其是GPS型全球定 位的裝置，這使得能夠提供連接器的絕對(duì)位置，所述計(jì)算裝置適于根據(jù)連接器和目標(biāo)管道 的絕對(duì)位置信息來(lái)計(jì)算連接器相對(duì)目標(biāo)管道的相對(duì)定位；
所述用于全球定位尤其是GPS型全球定位的裝置為設(shè)計(jì)成彼此通信的裝置，而且 包括用于計(jì)算并直接提供連接器相對(duì)目標(biāo)管道相對(duì)定位信息的計(jì)算裝置；
所述用于提供連接器定位信息的裝置或所述用于提供目標(biāo)管道定位信息的裝置 中的一個(gè)裝置包括光學(xué)裝置，所述光學(xué)裝置適于通過(guò)分別朝目標(biāo)管道或連接器或朝所述相 對(duì)目標(biāo)管道或連接器固定的標(biāo)靶發(fā)射諸如激光束的光束，而與相應(yīng)目標(biāo)管道或連接器配合 或與相對(duì)目標(biāo)管道或相對(duì)連接器相應(yīng)固定的標(biāo)靶配合，并檢測(cè)反射光束且測(cè)量光束的行進(jìn) 時(shí)間，以由此導(dǎo)出連接器直接相對(duì)目標(biāo)管道的相對(duì)定位信息；
所述用于提供連接器定位信息的裝置包括光學(xué)攝像機(jī)，所述光學(xué)攝像機(jī)設(shè)計(jì)并安 裝成將連接器的圖像提供給所述計(jì)算裝置，所述計(jì)算裝置適于處理由所述攝像機(jī)提供的圖 像，以計(jì)算連接器相對(duì)目標(biāo)管道的相對(duì)定位；
在連接器和目標(biāo)管道之間利用繞線架張緊有至少一條繩索，而且所述用于提供定 位信息的裝置為在所述繞線架上的至少一個(gè)繩索解開(kāi)長(zhǎng)度傳感器和/或至少一個(gè)角度傳 感器，所述傳感器選擇成將信息提供給所述計(jì)算裝置，從而能夠所述計(jì)算連接器相對(duì)目標(biāo) 管道的相對(duì)定位；
所述各用于控制所述系統(tǒng)在自由度上運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)器中的至少一個(gè)為比例控制致 動(dòng)器；
所述設(shè)備包括供操作員使用的命令界面，而且所述命令界面和所述計(jì)算裝置之間 的通信以無(wú)線方式進(jìn)行，所述命令界面包括用于與鏈接所述計(jì)算裝置上的接收器進(jìn)行無(wú)線 通信的發(fā)射器；
所述設(shè)備包括至少兩個(gè)用于提供連接器定位信息的裝置，其中一個(gè)裝置能夠以比另一個(gè)裝置更高的精度確定連接器的定位；而且針對(duì)連接器定位，當(dāng)連接器和目標(biāo)管道之 間的距離變成小于預(yù)定距離時(shí)，所述計(jì)算裝置使用所述具有更高精度的定位裝置。
當(dāng)連接器被移動(dòng)得離所述底座太遠(yuǎn)時(shí)，存在著尤其通過(guò)斷裂或干擾損壞所述系統(tǒng) 的風(fēng)險(xiǎn)。尤其當(dāng)在伸展過(guò)程中連接器被移動(dòng)得離所述底座太遠(yuǎn)時(shí)，存在所述系統(tǒng)斷裂的風(fēng) 險(xiǎn)。當(dāng)連接器相對(duì)所述底座旋轉(zhuǎn)時(shí)，尤其是當(dāng)若干裝載系統(tǒng)并行布置在碼頭上時(shí)，存在著相 鄰裝載系統(tǒng)碰撞的風(fēng)險(xiǎn)采用干擾造成損壞的術(shù)語(yǔ)。
為了避免這種對(duì)所述裝載系統(tǒng)的破壞，警報(bào)裝置已設(shè)置在某些類型的裝載設(shè)備 上。
采用設(shè)置在裝載系統(tǒng)的部件或部件路徑上的接近檢測(cè)器和角度傳感器的系統(tǒng)是 公知的。用于檢測(cè)接近的所述系統(tǒng)或開(kāi)關(guān)具有的缺陷在于，要求了解所述裝載系統(tǒng)的動(dòng)力 性，并隨后定位開(kāi)關(guān)或傳感器在所述系統(tǒng)上，以限定工作區(qū)域。此外，這些傳感器僅發(fā)出開(kāi) /關(guān)型信號(hào)，這限制了用于警報(bào)的可能性。針對(duì)每個(gè)傳感器，存在有單個(gè)區(qū)域限制。具有角 度傳感器的設(shè)備能限定工作區(qū)域，但是強(qiáng)加給系統(tǒng)將傳感器放置在系統(tǒng)內(nèi)的剛性結(jié)構(gòu)。最 近，針對(duì)帶有柔性管的系統(tǒng)，目前了解到?jīng)]有任何系統(tǒng)能被觸發(fā)警報(bào)。
為此，依據(jù)本發(fā)明的有利特征，所述至少一個(gè)用于提供連接器定位信息的裝置適 于直接與設(shè)置在底座上或者設(shè)置在相對(duì)底座固定的部件上的用于提供底座定位信息的裝 置配合，以根據(jù)底座定位信息來(lái)提供連接器直接相對(duì)底座的相對(duì)定位信息；或者所述至少 一個(gè)用于提供連接器定位信息的裝置適于提供連接器在空間中的絕對(duì)定位信息，而且所述 底座在空間中具有固定位置，所述設(shè)備包括能夠根據(jù)連接器絕對(duì)定位信息和底座固定在空 間中的定位數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算連接器直接相對(duì)底座的相對(duì)定位信息的計(jì)算裝置，所述設(shè)備還包括 一計(jì)算裝置，該計(jì)算裝置適于
依據(jù)連接器相對(duì)底座的運(yùn)動(dòng)，實(shí)時(shí)計(jì)算連接器相對(duì)底座的定位信息、限定在所述 計(jì)算裝置中參數(shù)化且用于連接器的核準(zhǔn)的至少一個(gè)定位區(qū)域的數(shù)據(jù)；
實(shí)時(shí)檢查是否連接器位于所述核準(zhǔn)區(qū)域內(nèi)；
當(dāng)連接器離開(kāi)所述相應(yīng)核準(zhǔn)區(qū)域時(shí)，發(fā)出特定警報(bào)來(lái)警示操作員。
由此，通過(guò)所述計(jì)算裝置實(shí)際上限定了核準(zhǔn)區(qū)域或工作區(qū)域。為了限定這種區(qū)域， 沒(méi)有必要提供物理設(shè)置在所述裝載系統(tǒng)上的傳感器或開(kāi)關(guān)，而且這種區(qū)域容易通過(guò)所述計(jì) 算裝置而參數(shù)化。
這使得能夠通過(guò)更精確觸發(fā)的警報(bào)而增加使用安全性，而與所述裝載系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng) 學(xué)和結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)。
此外，可提供多個(gè)核準(zhǔn)區(qū)域，所述多個(gè)核準(zhǔn)區(qū)域例如一個(gè)重疊在另一個(gè)之內(nèi)，所述 多個(gè)核準(zhǔn)區(qū)域具有不同工作風(fēng)險(xiǎn)程度、且依據(jù)是否在所涉及的區(qū)域中工作承擔(dān)更大或更低 風(fēng)險(xiǎn)而對(duì)應(yīng)不同警報(bào)。
依據(jù)有利特征，所述計(jì)算裝置適于停止施加給予到用于賦予連接器運(yùn)動(dòng)的所述致 動(dòng)器的每個(gè)致動(dòng)器上的控制指令。
由此當(dāng)警報(bào)已被觸發(fā)，則連接程序自動(dòng)停止，這使依據(jù)本發(fā)明的所述設(shè)備能變得 更安全。
依據(jù)有利特征，若干海運(yùn)裝載系統(tǒng)連接于所述計(jì)算裝置；而且，選擇器設(shè)置于所述 命令界面，以選擇性地控制與所述計(jì)算裝置連接的所述裝載系統(tǒng)中的一個(gè)裝載系統(tǒng)。
由此，操作員僅必須選擇他希望將連接器連接的臂，而且不管目標(biāo)管道是運(yùn)動(dòng)還 是靜止，所述操作將自動(dòng)執(zhí)行。
依據(jù)另一方面，本發(fā)明提供一種計(jì)算器，供依據(jù)上述設(shè)備使用，所述計(jì)算器適于
依據(jù)由所述用于提供連接器定位信息的裝置提供的信息，計(jì)算連接器相對(duì)目標(biāo)管 道的相對(duì)定位；
計(jì)算給予所述致動(dòng)器的每一個(gè)致動(dòng)器的控制指令，從而所述致動(dòng)器的組合運(yùn)動(dòng)產(chǎn) 生連接器的旨在帶動(dòng)連接器更靠近目標(biāo)管道的運(yùn)動(dòng)；
施加所述控制指令，以帶動(dòng)連接器更靠近目標(biāo)管道，直到連接器出現(xiàn)在目標(biāo)管道 前面的連接位置處。
依據(jù)又一方面，本發(fā)明提供了一種計(jì)算方法，供上述設(shè)備的所述計(jì)算裝置使用，所 述計(jì)算方法包括以下計(jì)算步驟
依據(jù)由所述用于提供連接器定位信息的裝置提供的信息，計(jì)算連接器相對(duì)目標(biāo)管 道的相對(duì)定位；
計(jì)算給予所述致動(dòng)器的每一個(gè)致動(dòng)器的控制指令，從而所述致動(dòng)器的組合運(yùn)動(dòng)使 得連接器產(chǎn)生旨在帶動(dòng)連接器更靠近目標(biāo)管道的運(yùn)動(dòng)；
施加所述控制指令，以帶動(dòng)連接器更靠近目標(biāo)管道，直到連接器存在于目標(biāo)管道 前面的連接位置處。


通過(guò)參照附圖詳細(xì)說(shuō)明下面作為非限制實(shí)例給出的實(shí)施例，將繼續(xù)說(shuō)明本發(fā)明。 在附圖中
圖1是裝載臂的立體示意圖，裝載臂裝備有依據(jù)本發(fā)明的控制設(shè)備；
圖2是依據(jù)圖1的所述設(shè)備操作的概要圖3是表示依據(jù)圖1和圖2的控制設(shè)備的操作原理的功能圖4是裝載臂另一實(shí)施例的立體示意圖，裝載臂裝備有依據(jù)本發(fā)明的控制設(shè)備；
圖5是裝載臂又一實(shí)施例的立體示意圖，裝載臂裝備有依據(jù)本發(fā)明的控制設(shè)備。
具體實(shí)施方式
圖1是裝載臂2的非常示意的表示，裝載臂2裝備有依據(jù)本發(fā)明的控制設(shè)備1。在 此表示的裝載臂被相當(dāng)?shù)睾?jiǎn)化；而且，對(duì)此應(yīng)記起的是，依據(jù)本發(fā)明所述的控制設(shè)備適于任 意類型的海運(yùn)裝載系統(tǒng)，尤其適于上面所述的裝載系統(tǒng)。
圖1的裝載臂包括底座21，底座21連接于位于表面22下方的流體罐，所述底座固 定在表面22上。在當(dāng)前的情況下，所述表面為碼頭，但在變型情況下所述表面為船舶。在 底座的頂部處存在有旋轉(zhuǎn)式活節(jié)彎管23，在彎管23上繼而活節(jié)連接有稱為內(nèi)管M的第一 管，內(nèi)管M在它的相對(duì)端處活節(jié)連接于稱為外管25的第二管。外管的端部攜帶連接器沈， 連接器沈適于連接于目標(biāo)管道35，在本實(shí)例中，目標(biāo)管道35設(shè)置在非常示意表示的船舶 36上。
在給出的本實(shí)施例中，在本身公知的方式下，連接器相對(duì)外管的所述端部具有三 個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。在本實(shí)施例中，這三個(gè)旋轉(zhuǎn)是自由的，從而在針對(duì)連接器連接于目標(biāo)管道而解決的最后階段過(guò)程中，操作員可自由調(diào)整連接器的角度。
在未示出的替代實(shí)施例中，這些旋轉(zhuǎn)中的一個(gè)或多個(gè)的旋轉(zhuǎn)受致動(dòng)器控制并連接 于命令界面，以使操作員能直接控制連接器最終接近時(shí)的旋轉(zhuǎn)。
在本身公知的方式下，連接器在本實(shí)施例中具有鎖定爪31，一旦連接器和鎖定爪 被連接，鎖定爪31通過(guò)非常示意表示的致動(dòng)器30閉合，以將連接器沈保持在目標(biāo)管道35 周圍。
一般而言，這種類型的裝載臂本身是公知的，而且在此將不更詳細(xì)地予以說(shuō)明。此 外，將記起的是，依據(jù)本發(fā)明所述的控制設(shè)備適于所有海運(yùn)裝載系統(tǒng)；而且將記起的是，依 據(jù)本發(fā)明所述的控制設(shè)備適于任何其它類型的裝載系統(tǒng)、尤其適用于上面所述系統(tǒng)的其中 之一，將處于本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)。
在如圖1示意表示的依據(jù)本發(fā)明所述的設(shè)備中，致動(dòng)器27、28、四設(shè)置在所述裝載 臂的三個(gè)活節(jié)中的各自的活節(jié)(由雙箭頭A、B、C象征表示)處。更具體地，第一致動(dòng)器27 設(shè)置在底座21的所述頂部和彎管23之間，以使后者相對(duì)底座水平樞轉(zhuǎn)；第二致動(dòng)器觀設(shè) 置在彎管23的端部和內(nèi)管M之間，以使內(nèi)管豎向樞轉(zhuǎn)；而第三致動(dòng)器四設(shè)置在內(nèi)管M和 外管25之間，以使后者豎向樞轉(zhuǎn)。
三個(gè)致動(dòng)器27、28、四均為在此非常示意表示在圖中的液壓千斤頂。在未示出的 變型中，所述液壓千斤頂中的一個(gè)或多個(gè)的千斤頂由液壓馬達(dá)來(lái)替代。依據(jù)另一未示出的 變型，所述致動(dòng)器為電馬達(dá)或氣動(dòng)馬達(dá)。
在此設(shè)置在非常示意表示的船舶36上的目標(biāo)管道35設(shè)置有盒子34，盒子34裝有 用于提供目標(biāo)管道定位信息的裝置，在本實(shí)施例中，所述裝置為GPS型全球定位系統(tǒng)裝置， 這能給予絕對(duì)位置，而且更特別給予目標(biāo)管道的自由端的空間坐標(biāo)。
同樣適用于連接器沈，連接器沈包括盒子33，盒子33裝有GPS型全球定位系統(tǒng) 裝置，這能給予絕對(duì)位置，而且更特別低給予連接器連接端的空間坐標(biāo)。
所述控制設(shè)備的計(jì)算裝置結(jié)合到計(jì)算器41中，計(jì)算器41設(shè)置在電控制柜40中。
液壓動(dòng)力單元42設(shè)置成將所述致動(dòng)器操作必須的液壓能提供給所述致動(dòng)器。所 述液壓動(dòng)力單元受計(jì)算器41控制。
GBS盒子33和34各自相應(yīng)設(shè)置有發(fā)射包括定位信息的信號(hào)的發(fā)射器33A和34A。 計(jì)算器鏈接于接收裝置40A，接收裝置40A適于接收來(lái)自發(fā)射器33A和34A的所述信號(hào)。所 述控制設(shè)備還包括供操作員使用的命令界面60。
可替代地，盒子33定位在緊鄰連接器的部件上，例如在與所述臂的端部活節(jié)連接 的部件中的一個(gè)部件上，所述計(jì)算裝置適于相對(duì)所述盒子提供的信息來(lái)外推連接器的定位 fn息ο
如在圖2中更顯著地看到，在依據(jù)圖1的所述設(shè)備的操作概要圖中，計(jì)算器41鏈 接于接收器40A，接收器40A為無(wú)線接收器，接收器40A適于與無(wú)線發(fā)射裝置33A和34A通 信，無(wú)線發(fā)射裝置33A和34A分別鏈接于連接器的GPS盒子33和目標(biāo)管道的GPS盒子34。 由此，所述GPS盒子將連接器和目標(biāo)管道的定位信息提供給計(jì)算器。
在替代實(shí)施例中，所述GPS盒子為設(shè)計(jì)成彼此通信而直接將連接器相對(duì)目標(biāo)管道 的相對(duì)位置的信息提供給計(jì)算器的裝置。
裝載臂2裝備由閥控制的致動(dòng)器27、28、四，所述閥自身受所述計(jì)算器控制。液壓動(dòng)力單元42經(jīng)由所述閥將所述致動(dòng)器操作必須的液壓能提供給所述致動(dòng)器。計(jì)算器經(jīng)由 功率繼電器控制所述液壓動(dòng)力單元，以控制所述液壓動(dòng)力單元的啟動(dòng)和停止。所述液壓?jiǎn)?元包括泵(未示出)，所述泵適于抽取液壓流體，以供給所述致動(dòng)器。
命令界面60鏈接于計(jì)算器，以使操作員能命令將連接器連接于目標(biāo)管道。
如在圖2和圖3中可看到的，當(dāng)操作員想要將連接器連接于目標(biāo)管道時(shí)，他致動(dòng)命 令界面60上的按鈕61，以指示所述連接。與他的指示對(duì)應(yīng)的信號(hào)隨后發(fā)送到計(jì)算器。計(jì)算 器隨后運(yùn)行自動(dòng)連接程序。
計(jì)算器經(jīng)由無(wú)線接收器40A接收來(lái)自相應(yīng)GPS盒子33和34的連接器和目標(biāo)管道 定位信息?？商娲兀诹硪粚?shí)施例中，計(jì)算器通過(guò)電纜直接接收來(lái)自所述GPS盒子的信 肩、ο
依據(jù)替代實(shí)施例，位于船舶上的GPS盒子34將目標(biāo)管道定位信息發(fā)送給所述裝載 臂的GPS盒子33，GPS盒子33計(jì)算連接器相對(duì)目標(biāo)管道的相對(duì)定位、并將結(jié)果通過(guò)無(wú)線或 有線鏈接發(fā)回給計(jì)算器。
計(jì)算器將這個(gè)信息轉(zhuǎn)換成空間坐標(biāo)，以獲得連接器相對(duì)目標(biāo)管道的相對(duì)位置。
基于連接器相對(duì)目標(biāo)管道的相對(duì)位置的信息，計(jì)算器計(jì)算沿圖1示意表示的X、Y 和Z軸保持在連接器和目標(biāo)管道之間的距離。
如果這三個(gè)距離均不為零或不等于以已知用于所述連接的參數(shù)化為參考距離的 距離，則計(jì)算器計(jì)算針對(duì)所述臂的每個(gè)致動(dòng)器27、28、四的控制指令，從而它們的組合運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)致連接器的旨在沿所述三個(gè)軸將連接器帶動(dòng)到更接近目標(biāo)管道的運(yùn)動(dòng)。計(jì)算器隨后將所 計(jì)算的針對(duì)每個(gè)致動(dòng)器的所述控制指令經(jīng)由相應(yīng)的閥作用于致動(dòng)器27、28、四。一旦所述致 動(dòng)器已執(zhí)行所述指令，則計(jì)算器再次計(jì)算沿X、Y、和Z軸保持在連接器和目標(biāo)管道之間的距 離。如果這些距離依然不為零或不等于所述參數(shù)化距離(例如，當(dāng)海況差時(shí))，計(jì)算器重新 開(kāi)始計(jì)算針對(duì)所述致動(dòng)器的所述指令并應(yīng)用所述指令，直到所述距離為零或等于所述參數(shù) 化距離為止。換句話說(shuō)，在操作員的經(jīng)由命令界面60的指示下，計(jì)算器施加控制指令，以帶 動(dòng)連接器朝向目標(biāo)管道，直到連接器出現(xiàn)在目標(biāo)管道前面的連接位置中。
如果所述三個(gè)距離均為零或等于所述參數(shù)化距離，這意味著，連接器面向目標(biāo)管 道定位在連接位置中。隨后，計(jì)算器將控制指令發(fā)送給連接器的致動(dòng)器30，以將連接器夾緊 在目標(biāo)管道上；而且一旦連接器已連接并夾緊在目標(biāo)管道上，計(jì)算器隨后發(fā)送斷開(kāi)所述臂 的致動(dòng)器27、28、四的指令，以使所述臂自由運(yùn)動(dòng)。
最后，指示燈62在所述命令界面上指示操作員已成功完成自動(dòng)連接。
用于使自動(dòng)連接程序停止的緊急停止按鈕(未示出)設(shè)置在命令界面60上。
在未示出的變型中，其它指示器設(shè)置在所述命令界面上，以將在自動(dòng)連接過(guò)程中 的各種故障或問(wèn)題用信號(hào)通知操作員。
依據(jù)未示出的實(shí)施例，用于提供連接器定位信息的裝置適于直接與用于提供底座 定位信息的裝置(設(shè)置在底座上或設(shè)置在相對(duì)底座固定的部件上)配合，以基于底座定位 信息來(lái)提供連接器直接相對(duì)底座的相對(duì)定位信息。例如，這可以是同一 GPS盒子33與設(shè)置 在底座上的另一 GPS盒子配合?？商娲?，如果底座固定于碼頭，所述用于提供連接器定位 信息的裝置適于例如經(jīng)由GSP盒子提供連接器在空間中的絕對(duì)定位信息；而且在底座在空 間中具有固定位置的情況下，基于固定底座的GPS坐標(biāo)和連接器在空間中活動(dòng)的GSP坐標(biāo)，計(jì)算器適于計(jì)算連接器直接相對(duì)底座的相對(duì)定位。在該實(shí)施例中，依據(jù)連接器的運(yùn)動(dòng)和所 述用于提供連接器定位信息的裝置所提供的信息，計(jì)算器實(shí)時(shí)計(jì)算連接器相對(duì)底座的定位 信息。計(jì)算器參數(shù)化有數(shù)據(jù)(所述數(shù)據(jù)限定至少一個(gè)定位連接器用核準(zhǔn)區(qū)域)并適于實(shí)時(shí) 驗(yàn)證連接器是否處于該核準(zhǔn)區(qū)域中。在相反的情況下，當(dāng)連接器離開(kāi)所述對(duì)應(yīng)的核準(zhǔn)區(qū)域 時(shí)，計(jì)算裝置適于發(fā)出警報(bào)。有利地，依據(jù)變型，當(dāng)發(fā)出這種警報(bào)時(shí)，計(jì)算器適于終止自動(dòng)連 接連接器的命令。有利地，提供這種核準(zhǔn)區(qū)域或工作區(qū)域的事實(shí)使得能夠避免損壞所述系 統(tǒng)(尤其在延伸或旋轉(zhuǎn)過(guò)程中當(dāng)連接器移動(dòng)得離底座太遠(yuǎn)時(shí)由于斷裂或干擾)的風(fēng)險(xiǎn)。
在這種情況下，計(jì)算器可編程，以依據(jù)流體制品的各裝載或卸載操作由操作員限 定可參數(shù)化的工作區(qū)域和/或禁止區(qū)域。例如，這使得將自動(dòng)連接程序適于不同船舶(所 述不同船舶可能具有不同的可能碰撞區(qū)域)。
光或聲發(fā)射指示器設(shè)置成警告操作員錯(cuò)過(guò)核準(zhǔn)區(qū)域邊界。
在未示出的實(shí)施例中，若干海運(yùn)裝載系統(tǒng)均連接于同一計(jì)算器40 ；而選擇器設(shè)置 于所述命令界面，以選擇性地控制所述若干裝載系統(tǒng)中的一個(gè)裝載系統(tǒng)或其它裝載系統(tǒng)鏈 接于計(jì)算器。與相鄰裝載系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的工作區(qū)域被編程，以避免不同裝載系統(tǒng)之間的碰撞。
在未示出的替代實(shí)施例中，連接器在其端部相對(duì)外管端部的三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度受致 動(dòng)器(例如液壓馬達(dá)或千斤頂)控制。所述設(shè)備設(shè)置有用于提供連接器角度定向信息的 裝置和用于提供目標(biāo)管道角度定向信息的裝置，例如擺動(dòng)式傳感器。合適的計(jì)算裝置設(shè)置 成，依據(jù)用于提供連接器角度定向信息的裝置和用于提供目標(biāo)管道角度定向信息的裝置所 提供的信息，來(lái)計(jì)算給予所述致動(dòng)器的控制指令，以使在連接位置中連接器的角度定向與 目標(biāo)管道的角度定向基本相同。由此，所述連接完成得更精確且更可靠，因?yàn)樵谶B接時(shí)目標(biāo) 管道和連接器對(duì)齊。這使得能夠尤其減少連接器和目標(biāo)管道之間的密封遭到損壞的風(fēng)險(xiǎn)降 低。
在所有情況下，當(dāng)已完成所述連接，就是說(shuō)，當(dāng)連接器已夾緊在目標(biāo)管道上時(shí)，計(jì) 算器發(fā)給致動(dòng)器斷開(kāi)指令，從而使所述系統(tǒng)自由運(yùn)動(dòng)，以使連接器能自由跟隨目標(biāo)管道的 運(yùn)動(dòng)。
圖4是裝載臂另一實(shí)施例的立體示意圖，裝載臂裝備有依據(jù)本發(fā)明的控制設(shè)備， 在所述控制設(shè)備中，用于提供連接器定位信息的裝置為安裝在連接器上的攝像機(jī)。出于清 楚的原因，已簡(jiǎn)化了連接器的表示。
標(biāo)靶71設(shè)置目標(biāo)管道35上。攝像機(jī)設(shè)計(jì)成聚焦在標(biāo)靶上并將標(biāo)靶的圖像提供給 計(jì)算器?；谀莻€(gè)圖像，計(jì)算器適于計(jì)算連接器相對(duì)目標(biāo)管道的相對(duì)定位。
為此，計(jì)算器設(shè)置有用于處理圖像和形狀識(shí)別的算法，以確定距離和角度，從而由 此導(dǎo)出連接器相對(duì)目標(biāo)管道的相對(duì)位置。為了計(jì)算距離，所述算法采用的原理是，連接器和 目標(biāo)管道之間的距離越大，標(biāo)靶的圖像越小；而針對(duì)角度計(jì)算，所述算法采用的原理是，針 對(duì)圓形目標(biāo)，當(dāng)連接器順著目標(biāo)管道軸線時(shí)，標(biāo)靶的圖像為圓形，而當(dāng)連接器相對(duì)目標(biāo)管道 軸向偏移時(shí)，標(biāo)靶的圖像為橢圓形。
在另一種變型中，若干攝像機(jī)設(shè)置成聚焦于同一標(biāo)靶上并將幾幅圖像提供給計(jì)算 器，后者適于處理所有這些圖像，以計(jì)算連接器相對(duì)目標(biāo)管道的相對(duì)定位。
在另一實(shí)施例中，攝像機(jī)安裝在電動(dòng)支撐物上，所述電動(dòng)支撐物自身受計(jì)算裝置 控制而樞轉(zhuǎn)，以連續(xù)地朝標(biāo)靶定向并能在任何時(shí)刻知曉攝像機(jī)相對(duì)連接器軸線的角度定向，所述計(jì)算裝置適于處理這種角度定向信息和攝像機(jī)發(fā)送的圖像，以控制連接器向連接 位置移動(dòng)。
優(yōu)選地，出于性能上的原因，標(biāo)靶為反射照準(zhǔn)裝置(reflective sighting device)0
依據(jù)未示出的優(yōu)選變型，可省略標(biāo)靶，而攝像機(jī)設(shè)計(jì)成以目標(biāo)管道的自由端自身 作為標(biāo)靶進(jìn)行拍攝。這個(gè)實(shí)施例尤其使得能夠免除具有照準(zhǔn)裝置或目標(biāo)管道上的標(biāo)靶。由 此，例如，如果目標(biāo)管道位于小船上，所述設(shè)備將可能適于管道與連接器兼容的所有小船， 而不管這些小船是否裝備有標(biāo)靶。
除了上述的差異之外，該實(shí)施例在結(jié)構(gòu)和功能上與圖1至圖3的實(shí)施例相同，而且 因此這里將不再更詳細(xì)進(jìn)行說(shuō)明。
依據(jù)另一未示出的實(shí)施例，攝像機(jī)可設(shè)置在目標(biāo)管道或小船的船橋上，以相對(duì)小 船的船橋固定或電動(dòng)并定向成將連接器的圖像提供給計(jì)算器，從而使計(jì)算器能采用同樣的 原理計(jì)算連接器相對(duì)目標(biāo)管道的相對(duì)定位。
圖5為裝載臂另一實(shí)施例的立體示意圖，裝載臂裝備有依據(jù)本發(fā)明的控制設(shè)備， 在所述控制設(shè)備中，用于提供連接器定位信息的裝置為連接管道和連接器之間的張力繩索。
繩索75在它的一端具有固定于目標(biāo)管道的裝置。繩索的另一端連接于繞線架72 的輥筒，繞線架72自身安裝在連接器上。繞線架包括增量傳感器73，增量傳感器73能夠確 定繩索解開(kāi)的長(zhǎng)度，該信息被發(fā)送到計(jì)算器，計(jì)算器由此導(dǎo)出連接器和目標(biāo)管道之間的距1 O
此外，為繩索75設(shè)置繩索角度傳感器74，以確定繩索相對(duì)至少兩個(gè)參考角度的傾 斜。
這樣，基于所述兩個(gè)參考角度和繩索解開(kāi)的距離，可確定連接器相對(duì)目標(biāo)管道的 相對(duì)定位。所述角度傳感器例如是采用傾角計(jì)或激光器的傳感器，以確定繩索相對(duì)所述至 少兩個(gè)參考角度的傾斜。
作為變型，所述設(shè)備設(shè)置有多個(gè)繞線架，繩索連接在所述多個(gè)繞線架的各自位置 處，從而僅基于所述繞線架傳感器提供的解開(kāi)距離信息，計(jì)算器計(jì)算用于連接器相對(duì)目標(biāo) 管道的相對(duì)位置的角度和距離。
一旦在現(xiàn)場(chǎng)放置繩索，繩索首先被固定到拋射體上，通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的 手段將拋射體從碼頭上投擲到船舶上、或者從一只船舶上投擲到另一只船舶上。操作員隨 后將繩索的自由端固定到設(shè)置在目標(biāo)管道上的位置處。操作員可隨后運(yùn)行采用與圖1至圖 3的實(shí)施例相同原理的自動(dòng)連接程序。
依據(jù)未示出的變型，繞線架設(shè)置有繩索斷裂檢測(cè)器，以在繩索斷裂情況下暫停所 述連接程序并觸發(fā)臂收回程序。相應(yīng)的警示隨后經(jīng)由所述命令界面(例如通過(guò)至少繩索斷 裂的指示燈)通信給操作員。
圖6a和圖6b為裝載臂另一實(shí)施例的立體示意圖，裝載臂裝備有依據(jù)本發(fā)明的控 制設(shè)備，在所述控制設(shè)備中，采用了兩個(gè)不同的用于提供連接器定位信息的裝置。所述兩個(gè) 裝置中的一個(gè)裝置能夠以比另一個(gè)裝置更精確地確定連接器的定位。針對(duì)連接器連接于目 標(biāo)管道的目的，計(jì)算器40適于采用具有最小精度的用于定位連接器的裝置來(lái)進(jìn)行粗略接近；隨后，當(dāng)連接器和目標(biāo)管道的距離變成小于預(yù)定距離時(shí)，針對(duì)使連接器出現(xiàn)在目標(biāo)管道 前面的連接位置處的目的，計(jì)算器采用具有最高精度的連接器定位信息的裝置，以執(zhí)行最 后階段的接近。實(shí)際上，在第一階段，計(jì)算器依據(jù)與前面所述相同的原理使用GPS盒子33 和34 ；而在第二階段，激光裝置包括激光發(fā)射器77和標(biāo)靶76，在最后階段的旨在使連接器 出現(xiàn)在目標(biāo)管道前面的連接位置處的接近過(guò)程中，所述設(shè)備適于通過(guò)激光束78來(lái)確定連 接器相對(duì)目標(biāo)管道的相對(duì)定位。由此，有利地，所述設(shè)備利用所述用于提供連接器和目標(biāo)管 道定位信息的不同裝置使它們的精度與抵達(dá)連接位置的剩余距離匹配的特性。由此優(yōu)化了 連接精度。作為變型，所述激光裝置可由紅外線裝置來(lái)替代。
一般而言，在未示出的適用所有上述實(shí)施例的變型中，若干臂受同一計(jì)算器控制。 設(shè)置在所述命令界面上的選擇器采用相同的原理并利用同一命令界面能使與同一計(jì)算器 鏈接的多個(gè)裝載臂受控制。
在另一未示出的一般變型中，所述命令界面為遠(yuǎn)程控制單元，所述遠(yuǎn)程控制單元 設(shè)置有發(fā)射器，所述發(fā)射器用于與所述電控制柜中的計(jì)算器鏈接的接收器無(wú)線通信。所述 發(fā)射器和接收器通過(guò)無(wú)線電波來(lái)通信。作為變型，所述發(fā)射器和所述接收器通過(guò)光波(例 如紅外波)來(lái)通信。
在未示出的變型中，所述裝載臂的所述致動(dòng)器中的至少一個(gè)致動(dòng)器為比例控制致 動(dòng)器。在這個(gè)變型中，計(jì)算器適于控制所述比例控制致動(dòng)器。有利地，比例控制致動(dòng)器的使 用使得連接器能夠直接和直線性地并由此更短并更快地運(yùn)動(dòng)。這使得自動(dòng)鏈接程序用時(shí)減 少。
依據(jù)環(huán)境條件，各種其它變型也是可能的，而且針對(duì)此，將注意到的是本發(fā)明不限 于所示出和所說(shuō)明的實(shí)例。
權(quán)利要求
1.一種控制設(shè)備，其用于海運(yùn)裝載系統(tǒng)O)的連接器06)的運(yùn)動(dòng)和定位，所述海運(yùn)裝 載系統(tǒng)包括至少一個(gè)流體輸送管路，所述至少一個(gè)流體輸送管路具有固定于底座的 管路端和設(shè)置有連接器06)的活動(dòng)管路端，連接器06)用于連接于目標(biāo)管道(35)，連接 器相對(duì)底座具有至少三個(gè)自由度(A，B，C)，其特征在于，所述控制設(shè)備包括至少三個(gè)致動(dòng)器 (27，28，四)，每個(gè)致動(dòng)器用于控制所述海運(yùn)裝載系統(tǒng)在一個(gè)自由度上的運(yùn)動(dòng)，并且連接器 /目標(biāo)管道組的至少一個(gè)組員或與所述連接器/目標(biāo)管道組的組員中的至少一個(gè)組員緊鄰 的部件包括至少一個(gè)用于提供連接器定位信息的裝置(33，34)，并且所述控制設(shè)備還包括 計(jì)算裝置(41)，計(jì)算裝置Gl)用于依據(jù)由連接器的定位信息裝置提供的信息，計(jì)算連接器直接相對(duì)目標(biāo)管道的相對(duì)定位；計(jì)算給予所述致動(dòng)器中的每個(gè)致動(dòng)器的控制指令，從而所述致動(dòng)器的組合運(yùn)動(dòng)使得連 接器產(chǎn)生旨在帶動(dòng)連接器更靠近目標(biāo)管道的運(yùn)動(dòng)；施加所述控制指令，以帶動(dòng)連接器更接近目標(biāo)管道；重復(fù)前三個(gè)步驟，直到連接器出現(xiàn)在目標(biāo)管道前面的連接位置處。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的控制設(shè)備，其特征在于，連接器06)在其端部活節(jié)連接有三 個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，而且所述三個(gè)旋轉(zhuǎn)中的至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)受致動(dòng)器控制，所述控制設(shè)備設(shè)置有 用于提供連接器角度定向信息的裝置和用于提供目標(biāo)管道角度定向信息的裝置，計(jì)算裝置 (41)用于根據(jù)用于提供角度定向信息的裝置所提供的信息來(lái)計(jì)算提供給至少一個(gè)致動(dòng)器 的控制指令，以在連接位置處使連接器06)的角度定向基本與目標(biāo)管道(3 的角度定向 相同。
3.依據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述控制設(shè)備還包括能 將連接器夾緊和松開(kāi)的致動(dòng)器(30)，而且一旦連接器已出現(xiàn)在目標(biāo)管道前面的連接位置 處，那么計(jì)算裝置Gl)將施加控制指令給所述致動(dòng)器(30)，以將連接器夾緊在目標(biāo)管道 上。
4.依據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制設(shè)備，其特征在于，一旦連接器06)已被連 接并夾緊到目標(biāo)管道(3 上，那么計(jì)算裝置Gl)就施加斷開(kāi)所述致動(dòng)器的指令，以控制所 述系統(tǒng)在其自由度上的運(yùn)動(dòng)，從而使得所述系統(tǒng)自由運(yùn)動(dòng)。
5.依據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述連接器/目標(biāo)管道組的至少一個(gè)組員或相對(duì)所述連接器/目標(biāo)管道組的組員中的 至少一個(gè)組員固定的部件包括至少一個(gè)用于提供目標(biāo)管道定位信息的裝置(34)；而且，所 述計(jì)算裝置根據(jù)用于提供定位信息的至少兩個(gè)裝置(33，34)所提供的管道定位信息和連 接器的定位信息來(lái)導(dǎo)出連接器06)相對(duì)目標(biāo)管道(3 的相對(duì)位置。
6.依據(jù)權(quán)利要求5所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述用于提供連接器定位信息的裝 置(3 和所述用于提供目標(biāo)管道定位信息的裝置(34)設(shè)計(jì)成彼此通信，而且包括用于計(jì) 算并直接提供連接器相對(duì)目標(biāo)管道相對(duì)定位信息的計(jì)算裝置。
7.依據(jù)權(quán)利要求5或6所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述用于提供目標(biāo)管道定位信息 的裝置(34)包括系統(tǒng)的全球定位尤其是GPS型全球定位的裝置，這使得能夠提供目標(biāo)管道 的絕對(duì)位置，所述計(jì)算裝置用于根據(jù)目標(biāo)管道的絕對(duì)位置信息來(lái)計(jì)算連接器相對(duì)目標(biāo)管道 的相對(duì)定位。
8.依據(jù)權(quán)利要求7所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述用于提供連接器定位信息的裝 置(3 包括系統(tǒng)的全球定位尤其是GPS型全球定位的裝置，這使得能夠提供連接器的絕對(duì) 位置，所述計(jì)算裝置用于根據(jù)連接器和目標(biāo)管道的絕對(duì)位置信息來(lái)計(jì)算連接器相對(duì)目標(biāo)管 道的相對(duì)定位。
9.依據(jù)權(quán)利要求8所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述用于全球定位尤其是GPS型全球 定位的裝置(33，34)為設(shè)計(jì)成彼此通信的裝置且包括用于計(jì)算并直接提供連接器相對(duì)目 標(biāo)管道相對(duì)定位信息的計(jì)算裝置。
10.依據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述用于提供連接器定 位信息的裝置或所述用于提供目標(biāo)管道定位信息的裝置中的一個(gè)裝置包括光學(xué)裝置(76， 78)，所述光學(xué)裝置(76，，78)用于通過(guò)分別朝目標(biāo)管道或連接器或朝所述相對(duì)目標(biāo)管道或 連接器固定的標(biāo)靶發(fā)射諸如激光束的光束(78)，而與相應(yīng)目標(biāo)管道或連接器配合或與相對(duì) 目標(biāo)管道或相對(duì)連接器相應(yīng)固定的標(biāo)靶配合，并檢測(cè)反射光束且測(cè)量光束的行進(jìn)時(shí)間，以 由此導(dǎo)出連接器直接相對(duì)目標(biāo)管道的相對(duì)定位信息。
11.依據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述用于提供連接器定 位信息的裝置包括光學(xué)攝像機(jī)(70)，光學(xué)攝像機(jī)(70)設(shè)計(jì)并安裝成將連接器的圖像提供 給所述計(jì)算裝置，所述計(jì)算裝置用于處理由所述攝像機(jī)提供的圖像，以計(jì)算連接器相對(duì)目 標(biāo)管道的相對(duì)定位。
12.依據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制設(shè)備，其特征在于，在連接器和目標(biāo)管道之 間利用繞線架(72)張緊有至少一條繩索(75)，而且用于提供定位信息的裝置為在所述繞 線架上的至少一個(gè)繩索解開(kāi)長(zhǎng)度傳感器(73)和/或至少一個(gè)角度傳感器(74)，傳感器選擇 成將信息提供給計(jì)算裝置Gl)，從而能夠計(jì)算連接器相對(duì)目標(biāo)管道的相對(duì)定位。
13.依據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述各用于控制所述系 統(tǒng)在自由度上運(yùn)動(dòng)的致動(dòng)器07二8，29)中的至少一個(gè)為比例控制致動(dòng)器。
14.依據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述控制設(shè)備包括供操 作員使用的命令界面(60)，而且命令界面(60)和所述計(jì)算裝置之間的通信以無(wú)線方式進(jìn) 行，所述命令界面包括用于與鏈接到所述計(jì)算裝置上的接收器進(jìn)行無(wú)線通信的發(fā)射器。
15.依據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述控制設(shè)備包括至少 兩個(gè)用于提供連接器定位信息的裝置(33，34，77，76)，其中一個(gè)裝置(77，76)能夠以比另 一個(gè)裝置(33，34)更高的精度確定連接器的定位；而且針對(duì)連接器定位，當(dāng)連接器和目標(biāo) 管道之間的距離變成小于預(yù)定距離時(shí)，所述計(jì)算裝置Gl)使用所述具有更高精度的定位直ο
16.依據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述至少一個(gè)用于提供 連接器定位信息的裝置(3 用于直接與設(shè)置在底座(3 上或者設(shè)置在相對(duì)底座固定的部 件上的用于提供底座定位信息的裝置配合，以根據(jù)底座的定位信息來(lái)提供連接器直接相對(duì) 底座的相對(duì)定位信息；或者所述至少一個(gè)用于提供連接器定位信息的裝置用于提供連接器 在空間中的絕對(duì)定位信息，而且底座在空間中具有固定位置，所述控制設(shè)備包括能夠根據(jù) 連接器絕對(duì)定位信息和底座固定在空間中的定位數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算連接器直接相對(duì)底座的相對(duì) 定位信息的計(jì)算裝置，所述控制設(shè)備還包括一計(jì)算裝置，該計(jì)算裝置用于依據(jù)連接器相對(duì)底座的運(yùn)動(dòng)，實(shí)時(shí)計(jì)算連接器相對(duì)底座的定位信息、限定在所述計(jì)算裝置中參數(shù)化且用于連接器的核準(zhǔn)的至少一個(gè)定位區(qū)域的數(shù)據(jù)；實(shí)時(shí)檢查連接器是否位于所述核準(zhǔn)區(qū)域內(nèi)；當(dāng)連接器離開(kāi)所述相應(yīng)核準(zhǔn)區(qū)域時(shí)，發(fā)出特定警報(bào)來(lái)警示操作員。
17.依據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制設(shè)備，其特征在于，所述計(jì)算裝置Gl)用 于停止向用于賦予連接器運(yùn)動(dòng)的所述致動(dòng)器的每個(gè)致動(dòng)器施加控制指令。
18.依據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制設(shè)備，其特征在于，若干海運(yùn)裝載系統(tǒng)連接 于所述計(jì)算裝置Gl)；而且，所述命令界面(60)處設(shè)置有選擇器，以選擇性地控制與所述 計(jì)算裝置連接的所述海運(yùn)裝載系統(tǒng)中的一個(gè)海運(yùn)裝載系統(tǒng)。
19.一種計(jì)算器(41)，供依據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的控制設(shè)備使用，其特征在 于，所述計(jì)算器用于依據(jù)由所述用于提供連接器定位信息的裝置所提供的信息，計(jì)算連接器相對(duì)目標(biāo)管道 的相對(duì)定位；計(jì)算提供給所述致動(dòng)器的每一個(gè)致動(dòng)器的控制指令，從而所述致動(dòng)器的組合運(yùn)動(dòng)使得 連接器產(chǎn)生旨在帶動(dòng)連接器更靠近目標(biāo)管道的運(yùn)動(dòng)；施加所述控制指令，以帶動(dòng)連接器更靠近目標(biāo)管道，直到連接器出現(xiàn)在目標(biāo)管道前面 的連接位置處。
20.一種計(jì)算方法，供依據(jù)權(quán)利要求中1-18中任一項(xiàng)所述的控制設(shè)備的計(jì)算裝置使 用，其特征在于，所述計(jì)算方法包括以下計(jì)算步驟依據(jù)由所述用于提供連接器定位信息的裝置所提供的信息，計(jì)算連接器相對(duì)目標(biāo)管道 的相對(duì)定位；計(jì)算提供給所述致動(dòng)器的每一個(gè)致動(dòng)器的控制指令，從而所述致動(dòng)器的組合運(yùn)動(dòng)使得 連接器產(chǎn)生旨在帶動(dòng)連接器更靠近目標(biāo)管道的運(yùn)動(dòng)；施加所述控制指令，以帶動(dòng)連接器更靠近目標(biāo)管道，直到連接器存在于目標(biāo)管道前面 的連接位置處。
全文摘要
本發(fā)明一種控制設(shè)備(1)，用于移動(dòng)和定位海運(yùn)裝載系統(tǒng)(2)用連接器(26)，所述海運(yùn)裝載系統(tǒng)包括至少一個(gè)流體輸送管路，所述至少一個(gè)流體輸送管路具有固定于底座(21)的管路端和設(shè)置有連接器(26)的活動(dòng)管路端，連接器(26)適于連接于目標(biāo)管道(35)，所述設(shè)備包括至少三個(gè)致動(dòng)器(27，28，29)和命令界面(60)，各致動(dòng)器用于控制所述系統(tǒng)在一個(gè)自由度上的運(yùn)動(dòng)，而且連接器/目標(biāo)管道組的至少一個(gè)組員或與所述連接器/目標(biāo)管道組的所述組員中的至少一個(gè)組員固定的一個(gè)部件包括至少一個(gè)用于提供連接器定位信息的裝置(33，34)，而且所述設(shè)備還包括計(jì)算裝置(41)，計(jì)算裝置(41)適于依據(jù)由連接器的所述定位信息裝置提供的信息，計(jì)算連接器直接相對(duì)目標(biāo)管道的相對(duì)定位；計(jì)算提供給所述致動(dòng)器中的每個(gè)致動(dòng)器的控制指令，從而所述致動(dòng)器的組合運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生連接器的旨在帶動(dòng)連接器更靠近目標(biāo)管道的運(yùn)動(dòng)；施加所述控制指令，以帶動(dòng)連接器更接近目標(biāo)管道；重復(fù)前三個(gè)步驟，直到連接器出現(xiàn)在目標(biāo)管道前面的連接位置處。
文檔編號(hào)B67D9/02GK102036905SQ200880129330
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2008年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月22日
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