專利名稱：具有主動(dòng)控制功能的系泊系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有主動(dòng)控制功能的船只系泊系統(tǒng)，特別是涉及用于監(jiān)視施加到船只上的系泊負(fù)載以及船只移動(dòng)的系統(tǒng)。具體地講，但不局限于此，本發(fā)明涉及采用了系泊機(jī)器人的系泊系統(tǒng)的控制，系泊機(jī)器人具有吸引附著元件，以便與一個(gè)用于系緊船只的表面接合。
背景技術(shù)：
在站點(diǎn)例如碼頭利用系泊機(jī)器人系泊船只是公知的。自動(dòng)系統(tǒng)，例如WO 0162585中所描述的那些，相對(duì)于使用系泊纜繩的傳統(tǒng)系泊方法具有多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。
當(dāng)船只靠近站點(diǎn)時(shí)，系泊機(jī)器人能夠抓緊船只，并在短時(shí)間內(nèi)向其施加很大的力，以應(yīng)對(duì)相當(dāng)大的動(dòng)態(tài)力，從而減小船的運(yùn)動(dòng)并因此而將其以精確控制的方式帶到相對(duì)于站點(diǎn)的預(yù)期位置。然而，所有系泊系統(tǒng)都會(huì)遇到的問(wèn)題是水流和風(fēng)的作用，這種作用趨向于將船只向著視圖從其與系泊機(jī)器人的接觸中脫開(kāi)的方向向船只施加力。在設(shè)計(jì)采用吸引附著元件例如真空杯的機(jī)器人系統(tǒng)時(shí)，這一點(diǎn)需要著重考慮?？紤]到環(huán)境方面，希望在提供高級(jí)別安全性的同時(shí)避免過(guò)度設(shè)計(jì)和過(guò)分冗余。
利用真空杯型系泊機(jī)器人系泊船只的一個(gè)缺點(diǎn)是，會(huì)出現(xiàn)沿著趨向于使船脫離真空杯的方向施加的力大于真空杯對(duì)船只的吸力的情況。真空杯的這一保持力隨著氣動(dòng)吸附系統(tǒng)施加的吸力的級(jí)別而變化。因此，保持力的大小以及系泊機(jī)器人對(duì)船只的保持能力也會(huì)變化。在一種更為傳統(tǒng)的系泊纜繩的系泊方式中，系泊纜繩提供的保持能力取決于系泊纜繩的斷裂強(qiáng)度或用于將系泊纜繩保持在船只與海岸之間的夾具的強(qiáng)度。
在采用系泊纜繩的傳統(tǒng)系泊方式中，多種方法被提出以便監(jiān)視系泊負(fù)載和控制系泊系統(tǒng)，以避免災(zāi)難性故障。例如，在以前的方法中，系泊纜繩中的拉伸載荷的量級(jí)被監(jiān)視，以控制自動(dòng)系泊絞車。例如，US 4055137中描述了使用張力檢測(cè)器，以確定連接在碼頭與船只之間的系泊纜繩中的張力。這種信息用于控制絞車，以根據(jù)要求調(diào)節(jié)系泊纜繩的張力。然而，US 4055137中的系統(tǒng)僅僅基于確保系泊纜繩中的力不超過(guò)某些特定極限。根據(jù)系泊纜繩或相關(guān)夾具的抗拉強(qiáng)度，這些極限是固定的。由于抗拉強(qiáng)度極限不隨時(shí)間而變化，也不可能隨時(shí)間而變化，因此從系泊纜繩中的力獲取的信息只涉及確定系泊系統(tǒng)的最終的最大斷裂強(qiáng)度。另外，由于不測(cè)量船只與系泊纜繩之間的力的角度，因此不能利用US 4055137中的系統(tǒng)來(lái)確定沿例如橫向和縱向施加在船只上的總力。另外，由于US 4055137中描述的系統(tǒng)不提供角度和位移測(cè)量，因此US 4055137中的發(fā)明不能提供作為系統(tǒng)控制功能一部分的精確位置信息。US 4055137中的系統(tǒng)也不能在船只相對(duì)于站點(diǎn)移動(dòng)時(shí)提供系泊負(fù)載數(shù)據(jù)，因?yàn)樵撓到y(tǒng)沒(méi)有被設(shè)計(jì)成有意移動(dòng)船只。
US 4532879中描述了一種系泊機(jī)器人，其直接連接到船只。類似于US 4055137，沒(méi)有提供真空連接。US 4532879中僅利用系泊機(jī)器人沿一個(gè)方向測(cè)量系泊力，其目的是恢復(fù)船只相對(duì)于系泊機(jī)器人的位置。所述力被測(cè)量，以控制一個(gè)液壓系統(tǒng)，從而提供恢復(fù)力。由于系泊機(jī)器人的最終的保持能力取決于物理結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，因此不需要根據(jù)船舶與系泊機(jī)器人之間的連接元件的最終保持強(qiáng)度的任何變化來(lái)控制系泊力，因?yàn)楦静淮嬖谶@種變化。另外，US 4532879中的系泊機(jī)器人只能夠測(cè)量一個(gè)方向的力，因?yàn)闄C(jī)器人可繞一個(gè)樞轉(zhuǎn)點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。由于系泊機(jī)器人不向傳播提供側(cè)向約束，因此該系統(tǒng)類似于系泊纜繩中的力的測(cè)量結(jié)構(gòu)，例如，US 4055137中所示的。
我們自己的在先文獻(xiàn)WO 02/090173中描述了一種系泊機(jī)器人，然而，該文獻(xiàn)沒(méi)有涉及可變真空杯保持力與系泊機(jī)器人至少在橫向和縱向上測(cè)量的力之間的關(guān)系。
與系泊纜繩型系泊系統(tǒng)中的力和位移的監(jiān)視有關(guān)另一個(gè)問(wèn)題在于，這種系泊纜繩通常在本質(zhì)上是彈性的。因此，在這種彈性連接元件中不可能測(cè)量到力和位置的絕對(duì)值。雖然可以對(duì)系泊纜繩進(jìn)行測(cè)量以提供有關(guān)的絕對(duì)信息，但該信息并非船只負(fù)載和位置的瞬時(shí)反映。
因此，前面描述的一些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)利用力測(cè)量裝置來(lái)確保將系泊系統(tǒng)維持在其自身破毀的極限之內(nèi)。這是因?yàn)檫@些系統(tǒng)利用系泊機(jī)器人將船只直接機(jī)械式連接到碼頭。
此外，系泊纜繩型現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)所能獲得的精度受到系泊纜繩性能的限制，而纜繩可能彼此之間或與系船柱相干涉，從而產(chǎn)生難以測(cè)量到的不規(guī)則效果。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有主動(dòng)控制功能的系泊系統(tǒng)，其能解決前述要求和問(wèn)題，或者至少部分地向公眾提供一種有用的選擇。
通過(guò)下面僅以示例的方式所作描述，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)可以清楚地展現(xiàn)出來(lái)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種船只系泊系統(tǒng)控制方法，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)系泊機(jī)器人，用于將浮動(dòng)在水體表面上的船只可釋放地系緊在站點(diǎn)，所述系泊機(jī)器人包括吸力附著元件，吸力附著元件可移動(dòng)地結(jié)合在所述系泊機(jī)器人的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)固定在所述站點(diǎn)；所述吸力附著元件可釋放地接合船只表面，以將船只系緊在所述站點(diǎn)，系泊機(jī)器人使吸力附著元件相對(duì)于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)作主動(dòng)平移運(yùn)動(dòng)，以使船只沿著從下述兩個(gè)方向中選擇的任何一個(gè)或兩個(gè)方向移動(dòng)(i)橫向；和(ii)縱向；在通過(guò)使船只表面被吸力附著元件接合并且在所述船只與所述系泊機(jī)器人之間建立起吸力而使船只與系泊系統(tǒng)連接之后，所述方法包括(a)測(cè)量船只表面與吸力附著元件之間的吸力，以確定在至少一個(gè)下述方向上的保持能力(i)與吸力方向平行的方向；(ii)與吸力方向和水平方向垂直的方向；和(iii)與吸力方向和豎直方向垂直的方向；(b)至少在選自下述方向中的一個(gè)或多個(gè)方向上測(cè)量吸力附著元件與系泊機(jī)器人的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的力(i)與吸力方向平行的方向；(ii)與吸力方向和水平方向垂直的方向；和
(iii)與吸力方向和豎直方向垂直的方向；(c)監(jiān)視吸力與步驟(b)中測(cè)量的力之間的關(guān)系，如果步驟(b)中測(cè)量到的在趨向于允許吸力附著元件與所述船只之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上的一個(gè)或多個(gè)力接近于在趨向于允許吸力附著元件與所述船只相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上的基于吸力的保持能力時(shí)，則觸發(fā)警報(bào)。
優(yōu)選地，所述吸力附著元件是可變吸力附著元件，并且所述方法還包括當(dāng)步驟(b)中測(cè)量的任何一個(gè)或多個(gè)力達(dá)到一個(gè)趨向于允許可變吸力附著元件與所述船只之間沿著平行于所述被測(cè)量的力的方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的預(yù)定極限時(shí)實(shí)施控制，以便響應(yīng)于步驟(b)中測(cè)量的力來(lái)增大船只表面與可變吸力附著元件之間的吸力。
優(yōu)選地，所述吸力附著元件是可變吸力附著元件，并且所述方法還包括當(dāng)步驟(b)中測(cè)量的任何一個(gè)或多個(gè)力達(dá)到一個(gè)趨向于允許可變吸力附著元件與所述船只之間沿著平行于所述被測(cè)量的力的方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的預(yù)定極限時(shí)實(shí)施控制，以與步驟(b)中測(cè)量的力成正比的方式增大船只表面與可變吸力附著元件之間的吸力。
優(yōu)選地，所述吸力附著元件是可變吸力附著元件，并且所述方法還包括當(dāng)步驟(b)中測(cè)量的任何一個(gè)或多個(gè)力達(dá)到一個(gè)趨向于允許可變吸力附著元件與所述船只之間沿著平行于所述被測(cè)量的力的方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的預(yù)定極限時(shí)實(shí)施控制，以便在步驟(b)中測(cè)量的力達(dá)到預(yù)定范圍的最大極限時(shí)增大船只表面與可變吸力附著元件之間的吸力。
優(yōu)選地，利用由傳感器產(chǎn)生的信號(hào)來(lái)連續(xù)監(jiān)視和確定在步驟(b)中測(cè)量的吸力附著元件與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的力，所述由傳感器產(chǎn)生的信號(hào)被可視地顯示于船只上，以指示船只與所述系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)之間的力。
優(yōu)選地，所述系統(tǒng)包括多個(gè)彼此相隔的系泊機(jī)器人，每個(gè)系泊機(jī)器人分別設(shè)有用于與船只表面接合的吸力附著元件，并且利用由傳感器產(chǎn)生的信號(hào)來(lái)連續(xù)監(jiān)視和確定在步驟(b)中測(cè)量的吸力附著元件與每個(gè)系泊機(jī)器人的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的力，所述由傳感器產(chǎn)生的信號(hào)被可視地顯示于船只上，以指示船只與所述系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)之間的力。
優(yōu)選地，所述系統(tǒng)包括多個(gè)彼此相隔的系泊機(jī)器人，每個(gè)系泊機(jī)器人分別設(shè)有用于與船只表面接合的吸力附著元件，所述方法還包括當(dāng)步驟(b)中測(cè)量的一個(gè)所述系泊機(jī)器人的任何一個(gè)或多個(gè)力，也就是趨向于允許吸力附著元件與所述船只之間沿著平行于所述力的方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力，接近于可變吸力附著元件在任何所述被測(cè)量的力的方向上的保持能力時(shí)，至少一個(gè)其它系泊機(jī)器人被控制以將其吸力附著元件相對(duì)于所述固定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)沿一個(gè)方向移動(dòng)，以改變其吸力附著元件與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的在與該方向相反的方向上的力，從而減小前述一個(gè)系泊機(jī)器人的吸力附著元件與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的沿該方向的力。
優(yōu)選地，所述系統(tǒng)包括多個(gè)彼此相隔的系泊機(jī)器人，每個(gè)系泊機(jī)器人分別設(shè)有用于與船只表面接合的可變吸力附著元件，所述方法還包括當(dāng)步驟(b)中測(cè)量的一個(gè)所述系泊機(jī)器人的任何一個(gè)或多個(gè)力，也就是趨向于允許吸力附著元件與所述船只之間沿著平行于所述力的方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力，接近于可變吸力附著元件在任何所述被測(cè)量的力的方向上的保持能力時(shí)，至少一個(gè)其它系泊機(jī)器人被控制以增大其吸力。
優(yōu)選地，每個(gè)吸力附著元件與船只表面之間的吸力被測(cè)量，并且與被測(cè)量的吸力相對(duì)應(yīng)的信號(hào)被發(fā)送，以便顯示于船只上。
優(yōu)選地，所述吸力附著元件與船只表面之間的吸力并且與被測(cè)量的吸力相對(duì)應(yīng)的信號(hào)被發(fā)送，以便與步驟(b)中測(cè)量的力進(jìn)行比較，當(dāng)步驟(b)中測(cè)量的任何一個(gè)或多個(gè)力達(dá)到致使所述吸力附著元件與所述船只之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)所需的力的一定比例時(shí)，將觸發(fā)警報(bào)，其中所述保持力取決于被測(cè)量的吸力。
優(yōu)選地，所述吸力附著元件與船只表面之間的吸力并且與被測(cè)量的吸力相對(duì)應(yīng)的信號(hào)被發(fā)送，以便與步驟(b)中測(cè)量的力進(jìn)行比較，當(dāng)步驟(b)中測(cè)量的任何一個(gè)或多個(gè)力達(dá)到與致使所述吸力附著元件與所述船只之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)所需的力(保持力)相對(duì)應(yīng)的一個(gè)極限時(shí)，將增大吸力，其中所述保持力取決于被測(cè)量的吸力。
優(yōu)選地，所述吸力附著元件的類型為用于與所述船只的平表面相接合，且其吸力只沿法向作用于所述平表面上，其中每個(gè)吸力附著元件與平表面之間的吸力被測(cè)量，并且與被測(cè)量的吸力相對(duì)應(yīng)的信號(hào)被發(fā)送，以便與步驟(b)(ii)中測(cè)量的力進(jìn)行比較，當(dāng)由被測(cè)量的吸力確定出的在一個(gè)方向上的力，也就是趨向于導(dǎo)致所述吸力附著元件與所述船只沿著平行于步驟(b)(ii)中測(cè)量的力的方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力，接近于所述吸力附著元件與所述船只的保持能力時(shí)，觸發(fā)警報(bào)。
優(yōu)選地，所述吸力附著元件的類型為用于與所述船只的平表面相接合，且其吸力只沿法向作用于所述平表面上，并且所述吸力附著元件是可變吸力附著元件，其中，每個(gè)吸力附著元件與平表面之間的吸力被測(cè)量，并且與被測(cè)量的吸力相對(duì)應(yīng)的信號(hào)被發(fā)送，以便與步驟(b)(ii)中測(cè)量的力進(jìn)行比較，當(dāng)一個(gè)方向上的達(dá)到一個(gè)預(yù)定極限的力，也就是趨向于導(dǎo)致所述吸力附著元件與所述船只沿著平行于步驟(b)(ii)中測(cè)量的力的方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力，接近于所述吸力附著元件與所述船只的保持能力時(shí)，增加吸力。
優(yōu)選地，當(dāng)系泊機(jī)器人與船只之間的位于與步驟(b)(ii)中測(cè)量的力相平行的方向上的力，也就是趨向于導(dǎo)致所述吸力附著元件與所述船只分離的力，超過(guò)第一閾值時(shí)，系泊機(jī)器人采取安全模式，其中船只表面與吸力附著元件之間的吸力變?yōu)樽畲笪Α?br> 根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了一種船只系泊系統(tǒng)，包括固定在站點(diǎn)的至少兩個(gè)系泊機(jī)器人，所述站點(diǎn)由一個(gè)固定或浮動(dòng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，每個(gè)系泊機(jī)器人包括吸力附著元件，吸力附著元件可移動(dòng)地結(jié)合在所述系泊機(jī)器人的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)相對(duì)于站點(diǎn)固定，所述吸力附著元件用于可釋放地接合布置在左舷或右舷側(cè)的基本豎直延伸的船只表面，以將船只系緊在所述站點(diǎn)，所述吸力附著元件可沿其附著的所述船只表面的法向施加吸力；以及用于在所述船只與所述吸力附著元件之間建立吸力的吸力建立裝置；其中，每個(gè)系泊機(jī)器人包括用于驅(qū)動(dòng)吸力附著元件至少沿著從橫向和縱向二者中選擇的任何一個(gè)或兩個(gè)方向相對(duì)于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)移動(dòng)的吸力附著元件驅(qū)動(dòng)裝置；對(duì)于每個(gè)系泊機(jī)器人，所述系統(tǒng)還包括(a)用于測(cè)量吸力附著元件與船只之間在平行于所述法向的方向上的吸力以提供吸力能力讀取值的吸力測(cè)量裝置；和(b)用于測(cè)量所述吸力附著元件與所述系泊機(jī)器人的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間在下述方向中的至少一個(gè)或多個(gè)上的力的力測(cè)量裝置i.與所述法向平行的方向，以提供法向力讀取值；ii.水平且與所述法向垂直的方向，以提供水平剪力讀取值；和iii.豎直且與所述法向垂直的方向，以提供豎直剪力讀取值；(c)用于監(jiān)視所述吸力能力讀取值與所述法向力讀取值、水平剪力讀取值、豎直剪力讀取值中的一個(gè)或多個(gè)之間的關(guān)系以提供一個(gè)或多個(gè)系泊狀態(tài)讀取值的監(jiān)視裝置；(d)用于根據(jù)所述系泊狀態(tài)讀取值控制每個(gè)系泊機(jī)器人的控制裝置，當(dāng)法向力讀取值、水平剪力讀取值、豎直剪力讀取值中的任何一個(gè)或多個(gè)在趨向于允許在所述船只與所述系泊機(jī)器人的所述吸力附著元件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上達(dá)到所述吸力附著元件在該方向的保持能力的預(yù)定極限時(shí)，所述控制裝置實(shí)時(shí)控制以啟動(dòng)選自下述程序的至少任何一個(gè)或多個(gè)i.控制所述吸力建立裝置增加所述吸力；ii.發(fā)出警報(bào)；和iii.使至少一個(gè)其它系泊機(jī)器人的吸力附著元件相對(duì)于所述固定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)沿一個(gè)方向移動(dòng)，該方向與趨向于允許所述船只與所述系泊機(jī)器人的所述吸力附著元件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反，以增大所述至少一個(gè)其它系泊機(jī)器人的負(fù)載力，并且減小前述系泊機(jī)器人在所述趨向于允許所述船只與所述系泊機(jī)器人的所述吸力附著元件之間對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上的負(fù)載力。
優(yōu)選地，所述吸力附著元件是真空墊或真空杯；所述用于在所述船只與所述吸力附著元件之間建立吸力的吸力建立裝置是與所述真空杯流體連通的真空系統(tǒng)，并且包括真空發(fā)生器(優(yōu)選為真空泵)。
優(yōu)選地，設(shè)有用于接合在所述船只的船頭附近的至少兩個(gè)系泊機(jī)器人(船頭組)和用于接合在所述船只的船尾附近的至少兩個(gè)系泊機(jī)器人(船尾組)，其中，所述控制裝置可以以下述方式控制每個(gè)吸力附著元件的吸力，即在每個(gè)所述組中的至少一個(gè)所述系泊機(jī)器人施加在船只表面上的吸力達(dá)到第一閾值時(shí)，所述控制裝置操作，以使每個(gè)所述組中的每個(gè)系泊機(jī)器人的吸力正?；?。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種船只系泊系統(tǒng)，包括固定在站點(diǎn)的至少兩個(gè)系泊機(jī)器人，所述站點(diǎn)由一個(gè)固定或浮動(dòng)碼頭(或第二船只)構(gòu)成，每個(gè)系泊機(jī)器人包括吸力附著元件，吸力附著元件結(jié)合在所述系泊機(jī)器人的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)相對(duì)于站點(diǎn)固定，所述吸力附著元件用于可釋放地接合布置在左舷或右舷側(cè)的豎直延伸的船只表面，以將船只系緊在所述站點(diǎn)，所述吸力附著元件可沿其附著的所述船只表面的法向施加吸力；以及用于在所述船只與所述吸力附著元件之間建立吸力的吸力建立裝置；其中，對(duì)于每個(gè)系泊機(jī)器人，所述系統(tǒng)還包括(a)用于測(cè)量吸力附著元件與船只之間的吸力以提供吸力能力讀取值的吸力測(cè)量裝置；(b)用于測(cè)量所述吸力附著元件與所述系泊機(jī)器人的固定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間至少在與所述法向平行的方向上的力以提供法向力讀取值的力測(cè)量裝置；(c)用于監(jiān)視所述吸力能力讀取值與所述法向力讀取值之間的關(guān)系以提供系泊狀態(tài)讀取值的監(jiān)視裝置；(d)用于根據(jù)所述系泊狀態(tài)讀取值控制每個(gè)系泊機(jī)器人的控制裝置，當(dāng)法向力讀取值在趨向于使所述吸力附著元件與所述船只分離的方向上達(dá)到吸力能力讀取值的閾值時(shí)，所述控制裝置實(shí)時(shí)控制以啟動(dòng)選自下述程序的至少任何一個(gè)或兩個(gè)i.控制所述吸力建立裝置增加所述吸力；和ii.發(fā)出警報(bào)。
優(yōu)選地，每個(gè)系泊機(jī)器人包括用于驅(qū)動(dòng)吸力附著元件相對(duì)于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)至少在橫向平移運(yùn)動(dòng)的裝置，所述控制裝置可以附加啟動(dòng)所述系統(tǒng)的另一系泊機(jī)器人的吸力附著元件沿橫向朝著所述固定結(jié)構(gòu)移動(dòng)，以增加所述另一系泊機(jī)器人的負(fù)載力，另一系泊機(jī)器人的保持能力取決于所述吸力能力讀取值。
優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括a.用于根據(jù)所述吸力能力讀取值來(lái)確定所述吸力附著元件與所述船只之間在水平并且垂直于所述法向的方向上的剪力保持能力以提供剪力保持能力讀取值的裝置；b.用于測(cè)量所述吸力附著元件與所述系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)之間的剪切方向力以提供剪力讀取值的裝置，所述剪切方向力是平行于所述剪力保持能力的力；c.用于監(jiān)視所述剪力保持能力讀取值與所述剪力讀取值之間的關(guān)系以提供第二系泊狀態(tài)讀取值的裝置；其中，系泊機(jī)器人的控制裝置還以下述方式響應(yīng)于所述第二系泊狀態(tài)讀取值，即當(dāng)剪力讀取值在一個(gè)趨向于允許所述船只與所述吸力附著元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上達(dá)到一個(gè)預(yù)定極限時(shí)，所述控制裝置實(shí)時(shí)控制以啟動(dòng)選自下述程序的至少任何一個(gè)或兩個(gè)i.控制所述吸力建立裝置增加所述吸力；和ii.發(fā)出警報(bào)。
優(yōu)選地，所述用于驅(qū)動(dòng)吸力附著元件平移運(yùn)動(dòng)的裝置是具有沿橫向的操作軸的線性致動(dòng)器。
優(yōu)選地，所述用于驅(qū)動(dòng)吸力附著元件平移運(yùn)動(dòng)的裝置是具有沿橫向的操作軸的液壓線性致動(dòng)器，并且利用一個(gè)檢測(cè)所述液壓線性致動(dòng)器中的液壓力的裝置來(lái)實(shí)施所述法向力測(cè)量。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種船只系泊系統(tǒng)，其用于控制將船只系泊在碼頭設(shè)施上，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)系泊機(jī)器人，其用于可釋放地系緊在所述船只上，所述系泊機(jī)器人包含i.緊固在所述碼頭設(shè)施上的固定結(jié)構(gòu)；ii.用于可釋放地接合船只平坦豎直表面的吸力附著元件，所述吸力附著元件可移動(dòng)地布置在所述固定結(jié)構(gòu)上，并且可以相對(duì)于所述碼頭設(shè)施在三個(gè)正交方向移動(dòng)，所述三個(gè)正交方向是豎直方向、平行于豎直表面法向的第一水平方向、平行于平坦豎直表面的第二水平方向；和iii用于驅(qū)動(dòng)吸力附著元件沿至少所述第一和第二水平方向移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置；用于產(chǎn)生代表固定結(jié)構(gòu)與所述吸力附著元件之間在與所述第一水平方向平行的方向上的力的力信號(hào)的第一力信號(hào)產(chǎn)生裝置；用于產(chǎn)生代表固定結(jié)構(gòu)與所述吸力附著元件之間在與所述第二水平方向平行的方向上的力的力信號(hào)的第二力信號(hào)產(chǎn)生裝置；用于產(chǎn)生代表所述吸力附著元件與所述船只之間在所述第一水平方向上的保持張力的力信號(hào)的第三力信號(hào)產(chǎn)生裝置；用于確定所述吸力附著元件與所述船只之間在所述第二水平方向上的剪力保持能力的裝置；用于對(duì)所述第一和第二和第三力信號(hào)產(chǎn)生裝置作出響應(yīng)的響應(yīng)裝置，其中，當(dāng)出現(xiàn)下述情況中的一個(gè)或多個(gè)時(shí)(a)被所述第一力信號(hào)產(chǎn)生裝置測(cè)量的力達(dá)到一個(gè)接近于保持張力的預(yù)定值；和(b)被第二力信號(hào)產(chǎn)生裝置測(cè)量的力達(dá)到一個(gè)接近于剪力保持能力的預(yù)定值，所述響應(yīng)裝置啟動(dòng)選自下述程序的一個(gè)或多個(gè)(a)發(fā)出警報(bào)；(b)增加所述吸力附著元件與所述船只之間的吸力；(c)所述驅(qū)動(dòng)裝置改變所述吸力附著元件相對(duì)于所述碼頭設(shè)施在一個(gè)方向上的加速度/減速度，以降低超出預(yù)定值的力，所述力是下述力中的一個(gè)或兩個(gè)i.固定結(jié)構(gòu)與所述吸引附著元件之間在與所述第二水平方向平行的方向上的力；和/或ii.固定結(jié)構(gòu)與所述吸引附著元件之間在與所述第一水平方向平行的方向上的力。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種系泊系統(tǒng)，其用于將浮動(dòng)在水體表面上的船只可釋放地固定在站點(diǎn)，所述站點(diǎn)緊固在所述水體底部，所述船只承受因風(fēng)、潮汐、水流、波浪、船只載荷級(jí)別、被所述系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)著移動(dòng)等因素中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所引起的負(fù)載力，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)系泊機(jī)器人，其包含a)固定在所述站點(diǎn)和所述船只二者中的一個(gè)上的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)；b)結(jié)合在所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上的吸力附著元件，所述吸力附著元件適于附著在所述站點(diǎn)和所述船只二者中的另一個(gè)的表面上并形成連接，所述連接是吸附連接，以形成沿所附著表面的法向的吸附保持力；用于在吸力附著元件與所述表面保持連接關(guān)系的狀態(tài)下確定吸力附著元件的吸附保持力的裝置；用于在吸力附著元件與所述表面保持連接關(guān)系的狀態(tài)下確定吸力附著元件與所述表面之間的剪切方向保持力的裝置，所述剪切方向保持力(以下稱作水平剪切方向保持力)位于水平并且垂直于所述法向的方向上；用于確定選自下面一組的至少一個(gè)或多個(gè)力的裝置a.所述表面沿著平行于所述法向的方向施加在所述吸力附著元件上的力(以下稱作張力)；和b.所述表面沿著水平并且垂直于所述法向的方向施加在所述吸力附著元件上的力(以下稱作水平剪力)；用于進(jìn)行下述比較的比較裝置
i)所述吸附保持力與所述張力之間比較；ii)所述水平剪切方向保持力與所述水平剪力之間比較。
優(yōu)選地，當(dāng)出現(xiàn)下述情況中的一種或兩種時(shí)i.所述張力達(dá)到一個(gè)預(yù)定極限，該預(yù)定極限低于吸附保持力但接近于在趨向于使所述吸力附著元件與所述表面分離的方向上的吸附保持力；和ii.所述水平剪力達(dá)到一個(gè)預(yù)定極限，該預(yù)定極限低于水平剪切方向保持力但接近于在傾向于使所述表面與所述吸力附著元件之間沿水平方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上的水平剪切方向保持力；所述比較裝置啟動(dòng)選自下面一組程序中的至少任何一個(gè)或多個(gè)i.啟動(dòng)一個(gè)用于建立并改變所述吸力的裝置，以增加所述吸附保持力；和ii.發(fā)出警報(bào)。
優(yōu)選地，所述用于在吸力附著元件與所述表面保持連接關(guān)系的狀態(tài)下確定吸力附著元件的吸附保持力的裝置包括響應(yīng)于所述吸力附著元件與所述表面之間在所述表面的法向上的力的傳感器，以及響應(yīng)于來(lái)自所述傳感器的信號(hào)以確定有效吸附保持力的裝置。
優(yōu)選地，所述吸力附著元件借助于連桿機(jī)構(gòu)而可移動(dòng)地接合所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并且系統(tǒng)中設(shè)有用于主動(dòng)驅(qū)動(dòng)所述可變吸力附著元件相對(duì)于所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在平行于所述水平剪力的方向和平行于所述張力的方向上移動(dòng)的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置。
優(yōu)選地，所述吸力附著元件借助于連桿機(jī)構(gòu)而可移動(dòng)地接合所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并且系統(tǒng)中設(shè)有用于主動(dòng)驅(qū)動(dòng)所述可變吸力附著元件相對(duì)于所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在平行于所述水平剪力的方向上移動(dòng)的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置以及用于用于主動(dòng)驅(qū)動(dòng)在平行于所述張力的方向上移動(dòng)的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，當(dāng)出現(xiàn)下述情況中的一種或兩種時(shí)i.所述張力達(dá)到一個(gè)預(yù)定極限，該預(yù)定極限低于吸附保持力但接近于在趨向于使所述吸力附著元件與所述表面分離的方向上的吸附保持力；和ii.所述水平剪力達(dá)到一個(gè)預(yù)定極限，該預(yù)定極限低于水平剪切方向保持力但接近于在傾向于使所述表面與所述吸力附著元件之間沿水平方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上的水平剪切方向保持力；所述比較裝置還啟動(dòng)下述程序通過(guò)一個(gè)或兩個(gè)所述主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置改變所述吸力附著元的速度(加速度或減速度)，以使所述張力和/或水平剪力維持在它們各自的極限下。
優(yōu)選地，所述吸力附著元件是可變吸力附著元件，其吸力可以通過(guò)一個(gè)吸力控制裝置來(lái)改變。
優(yōu)選地，所述吸力附著元件是真空杯，所述真空杯在與所述表面結(jié)合時(shí)限定出壓力可控內(nèi)腔；所述吸力控制裝置包括真空形成裝置，所述真空形成裝置與所述內(nèi)腔流體連通，以控制所述內(nèi)腔中的壓力。
優(yōu)選地，所述用于在吸力附著元件與所述表面保持連接關(guān)系的狀態(tài)下確定吸力附著元件與所述表面之間的剪切方向保持力的裝置可確定出在豎直且與所述法向垂直的方向上的剪切方向保持力(以下稱作豎直剪切方向保持力)，并且系統(tǒng)中設(shè)有用于測(cè)量所述表面沿豎直且與所述法向垂直的方向施加在所述吸力附著元件上的力(以下稱作豎直剪力)的裝置，用于實(shí)現(xiàn)所述豎直剪切方向保持力與所述豎直剪力之間的比較。
優(yōu)選地，當(dāng)所述豎直剪力達(dá)到一個(gè)預(yù)定極限時(shí)，該預(yù)定極限低于豎直剪切方向保持力但接近于在傾向于使所述表面與所述吸力附著元件之間沿豎直方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上的豎直剪切方向保持力，所述比較裝置啟動(dòng)選自下面一組程序中的至少任何一個(gè)或多個(gè)i.啟動(dòng)一個(gè)用于建立并改變所述吸力的裝置，以增加所述吸附保持力；和ii.發(fā)出警報(bào)。
優(yōu)選地，所述用于確定水平剪力和/或張力的裝置包括用于測(cè)量對(duì)上述力作出的響應(yīng)的測(cè)量裝置，以及用于讀取所述測(cè)量裝置以提供信號(hào)的讀取裝置，該信號(hào)可被所述比較裝置使用。
優(yōu)選地，所述用于確定吸附保持力的裝置包括用于測(cè)量對(duì)上述力作出的響應(yīng)的測(cè)量裝置，以及用于讀取所述測(cè)量裝置以提供信號(hào)的讀取裝置，該信號(hào)可被所述比較裝置使用。
優(yōu)選地，所述吸力附著元件是真空杯，所述真空杯在與所述表面結(jié)合時(shí)限定出壓力可控內(nèi)腔；所述吸力控制裝置包括真空形成裝置，所述真空形成裝置與所述內(nèi)腔流體連通，以控制所述內(nèi)腔中的壓力；所述用于測(cè)量對(duì)上述力作出的響應(yīng)的測(cè)量裝置是壓力傳感器，所述壓力傳感器與所述系泊機(jī)器人接合，以測(cè)量所述真空杯的內(nèi)腔與外界大氣壓之間的壓差。
優(yōu)選地，所述用于測(cè)量水平剪切方向保持力的裝置是由測(cè)量的吸附保持力來(lái)計(jì)算水平剪切方向保持力的計(jì)算裝置。
優(yōu)選地，所述計(jì)算裝置包括一個(gè)表，該表包含依經(jīng)驗(yàn)收集的吸附保持力變化及相關(guān)水平剪切方向保持力，其中所述水平剪切方向保持力可基于表中的數(shù)值確定出來(lái)。
優(yōu)選地，所述主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置包括至少一個(gè)液壓缸。
優(yōu)選地，設(shè)有用于測(cè)量所述吸力附著元件相對(duì)于所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的位移的裝置。
優(yōu)選地，當(dāng)達(dá)到所述吸力附著元件相對(duì)于所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)極限時(shí)，發(fā)出警報(bào)聲音。
優(yōu)選地，所述吸力附著元件相對(duì)于所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的位移被可視地表示出來(lái)。
優(yōu)選地，所述吸力可通過(guò)人工輸入來(lái)控制。
優(yōu)選地，所述位移可通過(guò)人工輸入來(lái)控制。
優(yōu)選地，真空杯可以類似地相對(duì)于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在水平且與所述法向垂直的方向上移動(dòng)；并且利用一個(gè)用于主動(dòng)驅(qū)動(dòng)真空杯沿水平方向移動(dòng)的裝置使真空杯在水平方向上加速/減速，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水平剪力的控制。
所述用于主動(dòng)驅(qū)動(dòng)真空杯相對(duì)于所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)沿水平方向移動(dòng)的裝置優(yōu)選為液壓缸，其中所述真空杯這樣安裝在所述固定的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，即可通過(guò)平移運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)連接。
優(yōu)選地，所述用于測(cè)量張力和/或剪力的裝置包括壓力傳感器，其直接響應(yīng)于相應(yīng)的液壓缸的操作，以便在被與液壓缸的液壓力相連的所述壓力傳感器測(cè)量的方向上控制真空杯的位置。
優(yōu)選地，前面最后提到的液壓缸的運(yùn)動(dòng)操作軸線是水平的并且與所述法向橫貫。
優(yōu)選地，所述用于測(cè)量剪力的裝置包括壓力傳感器，其直接響應(yīng)于所述液壓缸的液壓力。
利用本發(fā)明的方法對(duì)系泊系統(tǒng)進(jìn)行操作，可以使其性能最大化，降低能量消耗，并且提高安全性。通過(guò)在接近能力極限時(shí)發(fā)出警報(bào)，并且將能力以及所承受負(fù)載的大小和方向進(jìn)行反饋，可以使船長(zhǎng)采取最適宜的行動(dòng)，以確保船只在極端情況下的安全。
這里在描述與將要導(dǎo)致相對(duì)運(yùn)動(dòng)或分離的方向相平行的“方向”時(shí)，可以理解為，在相平行的方向所作的移動(dòng)或測(cè)量既可以是指相同方向上的，也可以是相反方向上的。


通過(guò)下面參照附圖而僅以示例的方式所作詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它方面可以清楚地展現(xiàn)出來(lái)。
圖1是一個(gè)俯視圖，示出了多個(gè)系泊機(jī)器人將船只以接合狀態(tài)保持在碼頭中；圖2是與碼頭接合的系泊機(jī)器人的透視圖，示出了真空墊處在準(zhǔn)備用于被接收在船身上的狀態(tài)，并且為了在后文中被引用，真空墊相對(duì)于碼頭的運(yùn)動(dòng)軸線被示出；圖3是用于本發(fā)明的系統(tǒng)并且實(shí)施本發(fā)明方法的系泊機(jī)器人優(yōu)選實(shí)施例的局部圖；圖4是圖3中的系泊機(jī)器人的側(cè)視圖；圖5是圖3中的系泊機(jī)器人的分解圖；圖6從一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)了的角度示出了圖5中的系泊機(jī)器人；圖7以透視圖的形式示出了圖2所示類型的系泊機(jī)器人被施加且可測(cè)量的力的受力圖；圖8是圖7的端視圖；圖9是圖7的側(cè)視圖；圖10是圖7的俯視圖；圖11以透視圖的形式示出了受力圖，顯示了可以對(duì)圖2所示作為示例的系泊機(jī)器人進(jìn)行力測(cè)量的三個(gè)正交軸；圖12是圖11的端視圖；圖13是圖11的側(cè)視圖；圖14是圖11的俯視圖；圖15是一個(gè)透視圖，示出了圖2中所示類型的系泊機(jī)器人的受力圖，并且示出了作為示例不直接測(cè)量預(yù)期軸上的力的結(jié)構(gòu)的幾何形狀；圖16是圖15的端視圖；圖17是圖15的側(cè)視圖；圖18是圖15的俯視圖；圖19是與碼頭或是與塔架型或柱型系船樁相接合的系泊機(jī)器人的替代性結(jié)構(gòu)；圖20是圖19的側(cè)視圖；圖21是圖19的俯視圖；圖22示出了圖19-21中的系泊機(jī)器人配備有附加護(hù)板時(shí)的情形；圖23是圖22的前視圖；圖24是圖22的側(cè)視圖；
圖25是系統(tǒng)元件與船只和系泊機(jī)器人之間關(guān)系的示意圖；圖26是可由本發(fā)明的系泊機(jī)器人提供的力和位移測(cè)量的示意圖；圖27是靠近碼頭的船只的俯視圖，示出了可由系泊機(jī)器人測(cè)量以確定船只相對(duì)于碼頭的位置的坐標(biāo)；圖28是系泊機(jī)器人的透視圖，示出了真空墊運(yùn)動(dòng)軸線相對(duì)于碼頭的方向；圖29是示出了控制中的各個(gè)方面的流程圖；圖30是示出了系統(tǒng)的控制中的各個(gè)方面的流程圖；圖31是更靠近碼頭的船只的俯視圖，其中多個(gè)系泊機(jī)器人與船身相接合，并且還示出了船只與系泊機(jī)器人之間的每個(gè)系泊機(jī)器人所施加的力的分布；圖32-34示出了作為系統(tǒng)一部分的屏幕截取圖像；圖35是彼此相鄰安置的兩條船的俯視圖，其中船只A具有兩個(gè)附著的系泊機(jī)器人，它們可以與船只B接合；圖36是系泊系統(tǒng)的俯視圖，其中在系泊機(jī)器人處測(cè)量的力可以不平行于船只施加在系泊機(jī)器人的真空墊上的力；圖37是示出了剪力/張力之間關(guān)系的受力圖，所述關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)將在后面描述；圖38是兩條相鄰船只的端視圖，示出了利用本發(fā)明的一個(gè)系泊機(jī)器人系泊兩條船時(shí)的替代性結(jié)構(gòu)；圖39是一個(gè)透視圖，所示出了的系泊機(jī)器人可以被用于例如圖38所示情況中；
圖40是本發(fā)明的系泊機(jī)器人的側(cè)視圖，示出了真空墊相對(duì)于系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)繞Z軸方向的運(yùn)動(dòng)自由度；圖41是本發(fā)明的系泊機(jī)器人的側(cè)視圖，示出了真空墊相對(duì)于系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)繞Y軸方向的運(yùn)動(dòng)自由度；圖42是本發(fā)明的系泊機(jī)器人的側(cè)視圖，示出了真空墊相對(duì)于系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)繞X軸方向的運(yùn)動(dòng)自由度。
具體實(shí)施例方式
參看附圖的圖1、2和3，本發(fā)明涉及一種系泊系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)、更優(yōu)選為多個(gè)系泊機(jī)器人100，所述系泊機(jī)器人可以是我們的PCT國(guó)際申請(qǐng)No.PCT/NZ02/00062中描述的那一種。PCT/NZ02/00062對(duì)系泊機(jī)器人所作描述被結(jié)合在此作為參考。用于本發(fā)明的系統(tǒng)中的系泊機(jī)器人的其它優(yōu)選實(shí)施例也可以采用，并且在后文中參照?qǐng)D19至21描述一種替代性的形式?；蛘?，系泊系統(tǒng)可以包括固定在船只上的系泊機(jī)器人100，以使船只容易系緊在一個(gè)固定于船塢110上的支承板或者系緊在另一船只上。雖然這里本發(fā)明的最優(yōu)選實(shí)施方式描述的是系泊機(jī)器人被固定在碼頭時(shí)的型態(tài)，但可以理解，這種系泊機(jī)器人也可以接合在固定塔架上，或者用于實(shí)現(xiàn)船只對(duì)船只系泊。
參看圖1，多個(gè)系泊機(jī)器人100安裝在碼頭或船塢110。碼頭或船塢位于船只理想系泊的站點(diǎn)或基地，通常被用于裝載或卸載貨物。
機(jī)器人可以例如被固定在船塢的前系泊面112和/或甲板11。圖3中的系泊機(jī)器人100優(yōu)選包括至少一個(gè)或一對(duì)真空杯或墊1、1’，其被維持在基本上平行于前系泊面112所在平面，以與船身接合。在最便利的形式中，真空杯與船只的豎直延伸平面例如左舷或右舷側(cè)船身表面接合。真空杯可以選擇性地在機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)與將要接合的表面(例如船身)之間提供吸力。
系泊機(jī)器人100能夠?qū)φ婵毡?、1’進(jìn)行三維定位，所述三維在這里稱作“豎直方向”、“縱向”和“橫向”，也被分別稱作Y、Z、X軸?！翱v向”指的是與被系泊的船只或船塢前系泊面112的豎直軸相垂直但與其縱軸相平行的方向。
本發(fā)明人也知曉與相互垂直的X、Y、Z軸不同的改型三維描述方式，因此，如果需要測(cè)量非垂直方向上的分量(盡管不太希望如此)，本發(fā)明也可以被調(diào)整以適應(yīng)于這樣的改型。
雖然用于系泊系統(tǒng)的系泊機(jī)器人可以將真空杯永久性保持在固定位置，但在優(yōu)選形式中，真空杯可以相對(duì)于固定結(jié)構(gòu)移動(dòng)，從而在真空杯處在接合狀態(tài)時(shí)允許船只移動(dòng)。為此，圖3中的系泊機(jī)器人包括用于沿橫向移動(dòng)真空杯1、1’的平行臂連桿機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)包括平行的上下臂2、2’，它們連接在構(gòu)架113的一對(duì)立柱114與一個(gè)豎直導(dǎo)向部10之間。臂2、2’固定在構(gòu)架113上，以允許繞相應(yīng)的縱向和水平延伸軸線作樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其中每個(gè)臂2、2’被固定在緊固于立柱114上的軸承3上。類似地，樞轉(zhuǎn)連接結(jié)構(gòu)設(shè)置在臂2、2’與組件形式的導(dǎo)向部10之間。一個(gè)或多個(gè)液壓缸4用來(lái)驅(qū)動(dòng)真空杯沿橫向運(yùn)動(dòng)，所述液壓缸也是可樞轉(zhuǎn)地連接在構(gòu)架113與導(dǎo)向部10之間。
一個(gè)支架11用來(lái)與豎直導(dǎo)向部10接合，以控制豎直運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)向部10是一個(gè)組件，其包括一對(duì)平行的細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)向元件5、5’，二者由橫粱元件6、7和8連接。頂部的橫粱元件6上固定著兩個(gè)液壓馬達(dá)9、9’，二者分別連接著一圈鏈條20，每圈鏈條分別平行于相應(yīng)的一個(gè)導(dǎo)向元件5、5’延伸，并且連接著支架11移向其提供升降所需的動(dòng)力。
作為液壓馬達(dá)的一種替代，可以使用液壓缸。液壓缸分別連接著相應(yīng)的一圈鏈條，以帶動(dòng)鏈條作適宜的移動(dòng)。
一個(gè)連接著真空杯1、1’的副支架12可滑動(dòng)地接合著支架11，以使真空杯1、1’縱向移動(dòng)。支架11包括與導(dǎo)向元件5、5’接合的豎直構(gòu)槽21、21’和可滑動(dòng)地容納著副支架11的縱向延伸軌道22。固定在軌道22中的液壓缸23用于使真空杯1、1’縱向移動(dòng)，液壓缸23是雙動(dòng)型液壓缸，一個(gè)連續(xù)活塞桿24從液壓缸23的兩端伸出。
每個(gè)系泊機(jī)器人100還包括一個(gè)優(yōu)選安裝在構(gòu)架113內(nèi)側(cè)的液壓動(dòng)力源以及相關(guān)的控制裝置。
一個(gè)真空泵提供了用于在真空杯1、1’中抽真空的裝置。雖然這里參照真空和真空泵進(jìn)行描述，但下述狀態(tài)也被認(rèn)為是可能的，即不是提供完全真空，而只是在常規(guī)大氣壓狀態(tài)與位于限定在船身和真空杯之間的封腔中的壓力之間存在壓差，該壓差可在真空杯和船身之間建立保持力。因此，不必嚴(yán)格地認(rèn)為需要提供真空，只要能夠提供壓差以便通過(guò)真空杯向船只施加吸力而建立足夠的保持力即可。
下面描述液壓和氣動(dòng)真空系統(tǒng)及其相關(guān)控制裝置的細(xì)節(jié)。
圖3中的系泊機(jī)器人允許在豎直方向、縱向和橫向上控制真空杯的定位。通過(guò)液壓缸(或其它致動(dòng)裝置)的動(dòng)作而沿這些方向?qū)崿F(xiàn)定位，能夠?qū)⒄婵諌|定位在預(yù)期位置。
參看圖1，為了系緊船只，真空杯1、1’在船只200接近時(shí)從前系泊面112伸出。真空杯被預(yù)定位，以接合船只的平面部分。在最優(yōu)選形式中，平面部分是船身的一部分。然而，可以設(shè)想，真空杯也可以適合于接合船身的非平面部分。另外，雖然在最優(yōu)選形式中真空杯附著在船身部分上，但可以想象，其它位置的點(diǎn)也可以用于使真空杯附著在船只上。上層建筑的某個(gè)部位也可以用于被系泊機(jī)器人的真空杯接合。
雖然在最優(yōu)選形式中本發(fā)明描述了系泊機(jī)器人固定在海岸上且真空墊吸附在船只上，但也可以采用相反的構(gòu)造，即系泊機(jī)器人構(gòu)成船只的一部分且真空墊接合一個(gè)固定在碼頭上的表面。作為本發(fā)明范圍內(nèi)的另一種替代形式，系泊機(jī)器人可以設(shè)在一個(gè)船只上并且用于接合相鄰船只，以建立船只對(duì)船只系泊關(guān)系。作為示例，可參看圖38和39所示的情況。圖38和39示出了系泊機(jī)器人的一種替代性結(jié)構(gòu)，其可以特別用于只實(shí)現(xiàn)將兩個(gè)船只系泊在一起的目的。系泊機(jī)器人280可以從其相對(duì)于船只A保持固定的固定結(jié)構(gòu)側(cè)282提供一個(gè)真空杯281。液壓缸283可以提供用于橫向力測(cè)量的力源。這種結(jié)構(gòu)/液壓裝置和幾何形狀使得船只能夠在任何方向上合在系統(tǒng)范圍內(nèi)彼此相對(duì)移動(dòng)/旋轉(zhuǎn)。參看圖39，沿方向Z的縱向移動(dòng)也可實(shí)現(xiàn)。
一旦真空杯接觸到船，真空杯1、1’即被抽真空以實(shí)現(xiàn)向船上的緊固。設(shè)有一個(gè)包括真空泵的氣動(dòng)系統(tǒng)，真空泵被啟動(dòng)，直至真空杯中達(dá)到與外界大氣壓之間的壓差的閾值(例如80％)。在啟動(dòng)系泊機(jī)器人100以將船只200向預(yù)期系泊位置移動(dòng)之前，達(dá)到適宜的真空級(jí)別。雖然真空泵是用于在真空杯中建立真空的最優(yōu)選形式，其它形式的用于建立真空的方式也可以使用，例如，文丘里系統(tǒng)。
在預(yù)期系泊位置到達(dá)之前或之后，真空泵可以停止，且一個(gè)未示出的真空貯氣筒(蓄能器)可以被切換到包含真空杯1、1’的系統(tǒng)中，以維持真空。一旦真空杯與船只200的船身接合，真空墊的豎直控制即被關(guān)閉，以使系泊機(jī)器人在真空杯的豎直定位中處在被動(dòng)地位，至少是在真空杯保持固定在船只上時(shí)。在因潮汐和船只裝載而發(fā)生變化時(shí)，允許真空杯沿豎直方向相對(duì)于碼頭和相對(duì)于系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)自由移動(dòng)。因裝載和潮汐狀態(tài)而導(dǎo)致的船只受力是如此之大，乃至不能期望本發(fā)明的系泊機(jī)器人不能沿豎直方向?qū)ζ渥鞒龇磻?yīng)。因此，一旦真空杯被接合在船身上，真空杯沿豎直方向的自由浮動(dòng)狀態(tài)即被建立。
還可以在平行于X、Y和Z方向的旋轉(zhuǎn)軸上提供真空墊相對(duì)于系泊機(jī)器人固定結(jié)構(gòu)的一定程度的被動(dòng)移動(dòng)。船只左舷和右舷側(cè)之間的載荷差異可能導(dǎo)致船身表面繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)。類似地，裝在前后的力的差異會(huì)導(dǎo)致船身繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，可以提供真空墊與系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)之間的軛狀連接結(jié)構(gòu)。
圖40示出的是真空墊可以相對(duì)于系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)安裝成允許真空墊繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)。這使得船的側(cè)傾和橫傾可以改變。
圖41示出的是真空墊可以相對(duì)于系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)安裝成允許真空墊繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)。這使得船的平擺和偏轉(zhuǎn)可以改變。
圖42示出的是真空墊可以相對(duì)于系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)安裝成允許真空墊繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)。這使得船的吃水差可以改變。
通過(guò)在每個(gè)真空杯的背部使用作為萬(wàn)向節(jié)的普通球軸承540，可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)真空墊的轉(zhuǎn)動(dòng)。一對(duì)真空墊541和542分別連接著擺動(dòng)梁543，該擺動(dòng)梁通過(guò)擺動(dòng)梁銷544連接著系泊機(jī)器人的支架結(jié)構(gòu)545。
一旦接合到船上，就要對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制。在一個(gè)方面，所述控制包括真空杯沿縱向和橫向相對(duì)于系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)定位的控制，所述定位優(yōu)選通過(guò)液壓缸得以維持，從而控制船只在這些方向上的位置。
系統(tǒng)優(yōu)選以下述方式操作，即每個(gè)系泊機(jī)器人100根據(jù)因?yàn)轱L(fēng)、潮汐流、和/或巨浪而造成的負(fù)載狀態(tài)變化將船只在特定的位移極限內(nèi)維持系泊狀態(tài)。在到達(dá)預(yù)期系泊位置后，為液壓缸供應(yīng)動(dòng)力的液壓泵可以停止，一個(gè)蓄能器可以被切換到通向液壓缸4和23的液壓管線中，從而提供出液壓缸操作的阻尼彈性被動(dòng)模式。如果因縱向或橫向外力導(dǎo)致離開(kāi)理想預(yù)定系泊位置，則蓄能器會(huì)被動(dòng)增壓，以提高液壓力，并因此而向液壓缸4、23提供趨向于使船只恢復(fù)到預(yù)期系泊位置的阻力。定位可以由位置指示裝置確定出來(lái)，作為機(jī)器人一部分的位置指示裝置將在后面進(jìn)一步描述。
控制液壓缸的主動(dòng)增壓也是優(yōu)選的，以實(shí)現(xiàn)重新定位和/或負(fù)載分布。這一點(diǎn)將在后文中描述。
雖然在一個(gè)優(yōu)選形式中在蓄能器被接入之后真空泵或液壓泵將被從系統(tǒng)切換出去，但可以設(shè)想，在系統(tǒng)接入蓄能器之后，泵仍可以同時(shí)保持與系統(tǒng)連接。然而，將泵切換出去的原因之一是降低泄漏率。
船只所受到的最嚴(yán)重的力是水流或風(fēng)引起的力，這種力是沿橫向施加的分力，其作用是使船只200從機(jī)器人100分離或相對(duì)滑動(dòng)。
由于沿橫向作用在船只上的水流和/或風(fēng)所引起的船只受力趨向于使真空杯與船只分離，從而可能導(dǎo)致船只離開(kāi)碼頭。船只和碼頭之間的這種拉伸載荷可以被系泊機(jī)器人吸納。這種拉伸載荷的作用是使船只沿著最終導(dǎo)致船只從真空杯突然離開(kāi)的方向崩脫。類似地，縱向移動(dòng)可以導(dǎo)致真空杯沿著船身滑動(dòng)。因此，維持真空杯和船只之間在縱向上的固定關(guān)系也是非常重要的。特別地講，重要的是，需要知道因平行于吸力方向施加在真空杯上的力(出于崩脫的原因)和垂直于吸力方向施加在真空杯上的力(出于滑動(dòng)的原因)。在最優(yōu)選形式中，真空杯接合在船只的豎直表面上。這會(huì)導(dǎo)致垂直于縱向和豎直方向的水平吸力。下面將探討縱向保持力(與張力相反的剪力)。首先參看船只可能施加在系泊機(jī)器人上的橫向負(fù)載，特別是在趨向于使船只與系泊機(jī)器人分離的拉伸方向上的負(fù)載。
橫向力包括真空杯與船只之間的張力。為了利用真空杯施加適宜級(jí)別的真空以將船只緊固在系泊機(jī)器人上，重要的是知道船只向系泊機(jī)器人施加的負(fù)載。
首先，參看示出了靠近碼頭的船只的俯視圖的圖36，重要的是需要認(rèn)識(shí)到系泊機(jī)器人600可以設(shè)有真空杯601，真空杯601能夠提供垂直于被真空杯601接合的船只表面的方向(法向)上的吸力，該吸力并不平行于橫向，因此而不平行于真空杯601與系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)602之間的被測(cè)量的力。然而，由于重要的是需要知道系泊機(jī)器人與船只之間在平行于法向的方向上的力，以便確定是否達(dá)到在該方向上的保持能力，因此，必須進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算以將被測(cè)量的力Fm轉(zhuǎn)化為真空杯601受到船只的實(shí)際牽引力Fp。為了將被測(cè)量的力Fm轉(zhuǎn)化為牽引力Fp，需要測(cè)量角度θ。圖36在俯視圖中示出了牽引力Fp與被測(cè)量的力之間的非對(duì)正關(guān)系，然而，作為以向替代性或附加性特征，不僅僅是繞Y軸，而是作為替代或附加，繞Z軸的角度變化也需要被考慮。對(duì)于被真空被接合的船只表面不是基本豎直和/或平行于碼頭縱向邊緣時(shí)的情況，這一點(diǎn)特別重要。
真空杯可以以大范圍的真空狀態(tài)操作，以便維持與船只的連接。事實(shí)上，當(dāng)風(fēng)力或潮汐力沿著將船只推向真空杯的方向施加在船上時(shí)，理論上講，不需要提供真空。然而在拉伸載荷(與壓縮載荷相反)作用下，真空需要被施加在真空杯上，以確保在船只與系泊機(jī)器人之間維持連接。然而，這種真空不需要以最大可行真空度的形式提供以便在真空杯與船只之間提供最大保持力。通過(guò)監(jiān)視船只施加在系泊機(jī)器人上的力，系統(tǒng)在其一方面可以對(duì)真空杯的真空實(shí)施控制，以將真空維持在足以維持系泊連接的適宜級(jí)別。在船只向系泊機(jī)器人施加的拉伸載荷超過(guò)了一個(gè)特定閾值后，真空系統(tǒng)可以操作以增加提供給真空杯的真空度，從而提高真空杯與船只的保持強(qiáng)度。例如，在常規(guī)操作條件下，真空可以維持在大約60至80％之間。作為在真空杯與系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)之間測(cè)量的船只向真空杯施加的拉伸載荷的結(jié)果，一旦這種力達(dá)到預(yù)定極限，真空泵即可啟動(dòng)以提高真空度，并且因此提高張力保持能力。相反，在船只施加到系泊機(jī)器人的拉伸載荷下降到低于一個(gè)特定閾值(不論是與真空泵的啟動(dòng)閾值相同的閾值或其它閾值)時(shí)，真空度可以降低，或者真空泵可以停止。真空度極限可以不同，以便在氣動(dòng)系統(tǒng)的系泊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中提供滯后效果。
在這一階段，需要單獨(dú)但適宜地指出的是，真空系統(tǒng)可以不是完全防泄漏的。由于泄漏，真空度可以下降到低于特定的最小閾值(例如，60％)。作為真空壓力系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)視(在真空杯與船只限定的封腔中)的結(jié)果，真空泵可以啟動(dòng)以將真空度提高到預(yù)定操作條件(例如，在60％至80％真空度之間)。這樣，除了根據(jù)船只施加到系泊機(jī)器人的拉伸載荷來(lái)控制真空度以外，真空壓力本身也可以被本發(fā)明的系統(tǒng)監(jiān)視和控制。
在船只發(fā)生或需要重新定位的任何情況下，維持真空杯與船只之間的連接也是重要的。系泊機(jī)器人優(yōu)選能夠?qū)⒋恢匦露ㄎ辉谛碌奈恢?通過(guò)縱向和/或橫向位移)。系泊機(jī)器人的用于橫向和/或縱向定位真空杯的液壓缸可以被啟動(dòng)，以便在真空杯與船只接合的情況下移動(dòng)真空杯。這種移動(dòng)將導(dǎo)致船只相對(duì)于碼頭的運(yùn)動(dòng)。可以理解，具有很大尺寸和很大重量的船只會(huì)具有很大的慣性質(zhì)量，這一點(diǎn)需要在船只被系泊機(jī)器人移動(dòng)時(shí)需要考慮。系泊機(jī)器人向船只施加的用于移動(dòng)船只的力需要計(jì)入這種慣性，特別是考慮到需要在移動(dòng)中保持真空杯在這樣的狀態(tài)，即具有足夠的真空度以維持在船只上的附著。例如，液壓缸4沿著將船只移向碼頭的方向施加的大的力將導(dǎo)致船只與系泊機(jī)器人之間的張力增大，特別是直到這樣的狀態(tài)，即船只沿著指向碼頭的方向移動(dòng)的速度增加。船只的加速或減速并因此而造成的負(fù)載力增加可能要求真空杯的真空增加，以確保真空杯維持在與船只連接的狀態(tài)。作為替代或附加特征，加速或減速可以變化，以確保保持能力的極限不被突破。
雖然這里首先描述的是環(huán)境施加的或船只運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的橫向力，但船只與真空杯之間的縱向力也需要以類似的方式或?yàn)轭愃频哪康目紤]。因此，雖然下面將對(duì)橫向力進(jìn)行描述，但可以理解，這種力也可以是潮汐或風(fēng)負(fù)載而施加在船只上的，或者是船只沿縱向被機(jī)器人移動(dòng)而產(chǎn)生的。
為了確定船只與真空杯之間的拉伸載荷是否超過(guò)了可能導(dǎo)致連接故障的最大值，對(duì)至少橫向上的負(fù)載進(jìn)行監(jiān)視是重要的。對(duì)這種力進(jìn)行監(jiān)視以確定是否達(dá)到預(yù)定極限還能夠?qū)崿F(xiàn)在達(dá)到極限之前發(fā)出聲音警報(bào)，以便采取緊急行動(dòng)，例如，確保實(shí)施附加的緊固措施，以保持將船只系緊在碼頭上和/或增加或再分布真空和負(fù)載力。
如前所述，這里首先介紹如何確定可被本發(fā)明的系統(tǒng)監(jiān)視的橫向力(或者，參看圖36，該橫向力平行于在與被真空杯接合的表面相垂直的方向上施加的吸力或壓力)。在最優(yōu)選形式中，并且參看圖3，船只與系泊機(jī)器人之間的橫向力是這樣監(jiān)視的，例如，通過(guò)檢測(cè)液壓缸4中的液壓力。參看圖25，壓力傳感器60連接著用于控制真空杯橫向定位的液壓缸4的壓力管線。通過(guò)用液壓缸4中的壓力傳感器60測(cè)量液壓力，可以確定施加在液壓缸4上的力。在液壓缸沿大致水平方向和垂直于縱向啟動(dòng)時(shí)，通向液壓缸4的液壓管線中的壓力與船只施加到系泊機(jī)器人的橫向力成正比。參看圖7至圖10，可以看到，沿橫向延伸的液壓缸4的驅(qū)動(dòng)力平行于橫向X施加，因此，液壓缸4中的液壓力可以只加添加到船只向系泊機(jī)器人施加的力Fx。對(duì)于液壓缸4相對(duì)于橫向X的位置可以變化的情況，例如圖3和4或圖36中的系泊機(jī)器人的情況，液壓缸4的操作軸線相對(duì)于橫向X的角位移信息同樣需要確定，以便將傳感器60測(cè)量到的液壓力轉(zhuǎn)換成沿橫向X的力。參看圖15至17，可以看到，液壓缸4可以設(shè)置在相對(duì)于X方向具有角位移A的方位。通過(guò)簡(jiǎn)單的勾股定理計(jì)算，有關(guān)液壓缸4的液壓力以及由此計(jì)算得出的力的信息可以被求出，以確定力船只沿橫向作用在系泊機(jī)器人上的力Fx。參看圖4，通過(guò)真空杯1沿橫向X的位移，可以導(dǎo)致液壓缸4的操作軸線與橫向X之間的角度的變化。真空杯從碼頭伸出的越多，角位移越大。然而，由于系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)113與移動(dòng)結(jié)構(gòu)10之間的樞轉(zhuǎn)點(diǎn)是已知的，因此液壓缸伸出距離的測(cè)量值可以用于計(jì)算液壓缸4的操作方向與橫向X之間的角度。通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算，可以利用傳感器60測(cè)出的液壓缸4的液壓力來(lái)求出橫向力X。類似地，繞樞軸例如軸承3從固定結(jié)構(gòu)開(kāi)始擺動(dòng)的元件102的重量也可以作為一項(xiàng)系數(shù)加入方程中，以將液壓缸4的壓力在橫向力的方向上分解。液壓缸4伸出得越遠(yuǎn)，元件102的重量對(duì)液壓缸4的影響越大?；蛘?，也可以提供角度測(cè)量裝置。
在圖19至23所示的系泊機(jī)器人的結(jié)構(gòu)中，用于沿橫向移動(dòng)真空墊的液壓缸保持平行于橫向，液壓缸沒(méi)有角位移，因而不需要上述附加的計(jì)算步驟。
除了要確定系泊機(jī)器人與船只之間的橫向力以外，還希望知道系泊機(jī)器人與船只之間沿方向Z的縱向力。這種力趨向于在真空杯1與船只200之間產(chǎn)生剪力。重要的是，通過(guò)在真空杯與船只之間維持強(qiáng)真空以防止船只沿縱向相對(duì)于真空杯移動(dòng)，可以確保抵抗剪切方向上的力。如果上述移動(dòng)發(fā)生，則真空杯相對(duì)于船只的滑動(dòng)將容易最終導(dǎo)致船只與真空杯之間脫離。
類似于船只被系泊機(jī)器人帶動(dòng)著沿橫向的任何運(yùn)動(dòng)，同樣重要的是知道在船只被系泊機(jī)器人沿縱向移動(dòng)時(shí)船只與系泊機(jī)器人之間的力。重要的是確保上述力不超過(guò)一個(gè)極限，超過(guò)該極限已知會(huì)引起真空杯與船只之間的連接發(fā)生剪切故障。
在圖3所示的系泊機(jī)器人中，并請(qǐng)參看圖5所示的它的分解圖，真空杯沿縱向的定位控制是由液壓缸23實(shí)現(xiàn)的。液壓缸的一部分結(jié)合在系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)上，另一部分結(jié)合在可與真空杯一起沿縱向移動(dòng)的結(jié)構(gòu)上。液壓缸23的啟動(dòng)將導(dǎo)致真空杯沿縱向移動(dòng)。
以類似于沿橫向的力的測(cè)量方式，對(duì)沿縱向的力的測(cè)量可以通過(guò)確定液壓缸23的液壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)。參看圖26，壓力傳感器62可以用于確定施加在液壓缸23上的壓力，以便確定沿縱向Z的力。在圖3所示的系泊機(jī)器人的結(jié)構(gòu)中，液壓缸23在所有情況下均保持沿著平行于縱向的方向作用。因此，壓力傳感器62確定出的壓力保持與船只施加到系泊機(jī)器人的縱向力呈正比。在這種優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，沒(méi)有液壓缸相對(duì)于縱向Z的不對(duì)正因素需要被考慮。
壓力傳感器62檢測(cè)到的壓力優(yōu)選被發(fā)送到處理單元，以便用于計(jì)算和評(píng)估，以及用于監(jiān)視和補(bǔ)償。下面將對(duì)這種監(jiān)視和控制進(jìn)行描述。
用于驅(qū)動(dòng)液壓缸23移動(dòng)的液壓系統(tǒng)(對(duì)于液壓缸4而言也是如此)可以在需要和/或適宜的情況下切換到系統(tǒng)的蓄能器回路中，以使液壓缸23以被動(dòng)模式操作。在這種被動(dòng)模式，液壓缸針對(duì)真空杯沿縱向Z的任何移動(dòng)而以類似于彈簧的方式操作。優(yōu)選設(shè)置一個(gè)線性傳感器63，以確定真空杯沿縱向相對(duì)于系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)的位移。線性傳感器項(xiàng)處理單元反饋位移信息，該處理單元被構(gòu)造為可控制液壓缸23的啟動(dòng)，例如在真空杯的位移接近規(guī)定極限時(shí)。在這種情況下，連接著液壓缸23的液壓系統(tǒng)可以從蓄能器回路切換出來(lái)，并且切換到一個(gè)泵回路中，以適宜地增加供應(yīng)給液壓缸23的液壓力，從而確保將真空杯沿縱向的位移維持在預(yù)期極限內(nèi)。
參看圖26可以看到，可以對(duì)用于將真空杯沿豎直方向移動(dòng)的液壓缸64進(jìn)行類似的液壓力測(cè)量，然而，這種測(cè)量的作用較小，這是因?yàn)?，如前所述，在操作中系泊機(jī)器人將被允許作這種豎直運(yùn)動(dòng)，從而基本上不受液壓缸64的液壓控制。還優(yōu)選在系泊機(jī)器人的固定元件與沿豎直方向移動(dòng)以確定真空杯豎直移動(dòng)位置的元件之間設(shè)置一個(gè)線性傳感器65，以確定真空杯相對(duì)于系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)的定位。沿豎直方向的剪切方向力因此而也可以被測(cè)量。
參看圖7至10，可以看到由液壓缸4和23中的液壓力測(cè)量出的力Fx和Fz是如何被用于確定系泊機(jī)器人的總力Fxz的。同樣，如果除了測(cè)量液壓缸44和23中的液壓力，還需要通過(guò)確定壓力來(lái)計(jì)算液壓缸64施加的力，那么可以確定出作為力Fx、Fy和Fz的矢量和的力Fxyz，例如，圖11至14中所示的情況。然而，較為重要的是確定總力的分力Fx、Fz(以及優(yōu)選但重要性較低的Fy)，以確保真空杯在每個(gè)分力方向上的已知極限不被超過(guò)。真空杯在方向X和Z上的保持力容易確定出來(lái)(基于數(shù)學(xué)計(jì)算或經(jīng)驗(yàn))，而且沿所述分力方向作用的力需要被得知，以確保不會(huì)達(dá)到所述保持力的最終極限。
真空杯的真空壓力優(yōu)選通過(guò)壓力傳感器66確定，例如，圖26所示的壓力傳感器，而且壓力信息被反饋到處理單元以進(jìn)行適宜的處理。
參看圖37，圖中的受力圖剪力與真空連接力之間的關(guān)系。真空墊380接合在船身381上。圖37中所用的術(shù)語(yǔ)具有下述定義Fp＝船只與系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)之間的牽引力；Fv＝真空連接力；Pa＝大氣壓；Pv＝真空壓力；Fs＝可用剪力保持能力。
參看圖37，真空連接力Fv＝(Pa-Pv)×(真空杯的有效橫截面積)。
牽引力Fp＝被測(cè)量出的與進(jìn)出液壓力相關(guān)的力(或由應(yīng)變儀等確定出的力)。
因此，剪力保持能力Fs是剩余的連接/法向力Fn以及真空墊與船身之間摩擦系數(shù)m的函數(shù)。因此，可以表達(dá)為Fn＝Fv-Fp
Fs＝mFn。
摩擦系數(shù)m可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定，并且通常是在委托制作系泊系統(tǒng)的過(guò)程中確定的。對(duì)于Fv的一定范圍內(nèi)的剪力保持能力，可以建立一個(gè)數(shù)據(jù)表?；诒徽婵諌|接合的表面的特性，可能會(huì)出現(xiàn)一些變化。
除了監(jiān)視船只沿橫向X施加到系泊機(jī)器人的力以外，船只相對(duì)于系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)和/或碼頭的位置也要被確定。當(dāng)船只相對(duì)于系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)移動(dòng)超過(guò)特定極限后，蓄能器可以從液壓缸4的液壓系統(tǒng)切換出來(lái)，并且泵可以適宜地啟動(dòng)，以將真空墊以及船只沿橫向移動(dòng)和維持在一定范圍的位移極限內(nèi)。這種位移可以例如通過(guò)測(cè)量液壓缸4的伸出距離而測(cè)量出來(lái)，同樣，縱向位置控制也可以被實(shí)施公知的位移測(cè)量裝置可以用于此目的。其中包括光學(xué)或激光測(cè)量元件或線性傳感器。目前還有一種可用系統(tǒng)能夠讀取液壓缸軸上的“標(biāo)記”，它的工作方式與電子游標(biāo)相同。沿橫向的位移測(cè)量值(例如通過(guò)線性傳感器61)，正如壓力傳感器60的液壓力的測(cè)量值哪樣，被發(fā)送到中央處理單元。借助于船只沿橫向相對(duì)于系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)的位移信息，并且借助于系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)與船只之間的力的信息，可以利用本發(fā)明的系泊機(jī)器人實(shí)現(xiàn)對(duì)船只狀態(tài)的顯著高級(jí)別的控制和監(jiān)視。
另外，參看圖26，設(shè)有船身接近傳感器67，它們可以在系泊機(jī)器人與船只之間系泊接觸的初步階段中被使用，以避免在真空墊向船只施加時(shí)出現(xiàn)突然或大的沖擊力。船身接近傳感器67提供的接近信息可被發(fā)送到中央處理單元，以便通過(guò)液壓缸4和/或23和/或64的適宜啟動(dòng)來(lái)控制真空杯的定位，以使真空杯與船只之間建立輕緩的接觸。雖然在圖26中液壓泵/液壓蓄能器和閥68被大致地示出，但液壓領(lǐng)域的技術(shù)人員可以以適宜的形式設(shè)置它們。類似地，真空泵/液壓蓄能器和閥69也在圖26中被大致地示出。
參看圖19至21，圖中示出了系泊機(jī)器人100的一種替代性結(jié)構(gòu)。本例中的系泊機(jī)器人包括四個(gè)真空杯1，它們被結(jié)合在碼頭上的結(jié)構(gòu)例如碼頭的前表面112和碼頭的甲板113支撐著。一個(gè)豎直移動(dòng)支架81用于將真空杯1安裝在豎直延伸軌道82上，以使真空杯可沿豎直方向運(yùn)行。一個(gè)副支架83設(shè)置在支架81上，以使副支架以及真空杯1沿縱向在軌道82之間運(yùn)行。液壓缸和一個(gè)支承結(jié)構(gòu)84優(yōu)選被設(shè)置成允許真空杯1沿橫向從支架81和副支架83移動(dòng)。如圖19至21所示的真空杯1沿橫向相對(duì)于系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)100的移動(dòng)優(yōu)選由液壓缸提供。類似地，沿縱向的移動(dòng)也是由液壓缸提供的。在這種結(jié)構(gòu)中，沿豎直方向的移動(dòng)并不是必須由液壓缸提供，而是還可以由齒條和齒輪或類似結(jié)構(gòu)提供，以實(shí)現(xiàn)真空杯沿豎直方向的移動(dòng)。用于驅(qū)動(dòng)橫向和縱向移動(dòng)的液壓缸優(yōu)旋接合在壓力傳感器上(與參照?qǐng)D3描述的系泊機(jī)器人具有類似的目的和類似的結(jié)構(gòu))，以便能夠確定船只沿縱向和橫向施加到系泊機(jī)器人的力。圖22至24通過(guò)附圖標(biāo)記180表示的陰影區(qū)域示出了本結(jié)構(gòu)中系泊機(jī)器人為安置真空杯而在包絡(luò)面180中運(yùn)動(dòng)的自由度。
圖35示出了以永久方式接合在船只A上的兩個(gè)系泊機(jī)器人，其中真空杯251布置在船只A的側(cè)面，以便呈現(xiàn)出來(lái)而與船只B接合。在最優(yōu)選形式中，真空墊以下述狀態(tài)延伸，即吸力N是基本水平的并且垂直于船只B的將要被真空杯251接合的表面252。在最優(yōu)選形式中，真空杯接合船只B的一個(gè)基本豎直延伸表面。
參看圖31，在某些情況下，多個(gè)系泊機(jī)器人之間的負(fù)載分布可能不相等。實(shí)際上，可能會(huì)有系泊機(jī)器人處在或接近最大張力保持能力。在這種情況下，系統(tǒng)可被操作或者可自動(dòng)操作，以使多個(gè)系泊機(jī)器人中的各個(gè)機(jī)器人的負(fù)載再分布。參看圖31，可以看到，靠近船頭的機(jī)器人的橫向力量級(jí)大于靠近船尾的機(jī)器人。這可以是不同的風(fēng)或潮汐流的結(jié)果，并且對(duì)于給定的系泊設(shè)施而言，是很容易想到的。其成因可能是海面風(fēng)被碼頭上的大型建筑阻擋，并且船頭受到大的風(fēng)負(fù)載，以迫使船頭離開(kāi)碼頭。通過(guò)對(duì)所有系泊機(jī)器人的受力進(jìn)行監(jiān)視，可以建立與距碼頭的距離相關(guān)的負(fù)載分布圖。參看圖31，對(duì)各個(gè)機(jī)器人進(jìn)行負(fù)載再分布可以這樣實(shí)現(xiàn)，例如，利用系泊機(jī)器人2和3增加指向碼頭的橫向力從而降低沿橫向背離系泊機(jī)器人1的負(fù)載。通過(guò)單個(gè)系泊機(jī)器人沿橫向移動(dòng)例如移向碼頭而進(jìn)行力的再分布也可以通過(guò)增加系泊機(jī)器人真空杯的真空力而實(shí)現(xiàn)。在圖1所示的例子中，系泊系統(tǒng)包括至少兩個(gè)系泊機(jī)器人用以接合靠近船頭的部位，以及兩個(gè)系泊機(jī)器人用以接合靠近船尾的部位；如果施加在后一組系泊機(jī)器人中的一個(gè)系泊機(jī)器人上的橫向力超過(guò)一個(gè)閾值，而且后一組系泊機(jī)器人中的兩個(gè)系泊機(jī)器人具有相同的保持能力，則通過(guò)啟動(dòng)后一組系泊機(jī)器人中的另一個(gè)系泊機(jī)器人來(lái)增加其施加的橫向力，以均勻地分布由每個(gè)機(jī)器人施加的相應(yīng)橫向力。
類似地，每個(gè)系泊機(jī)器人沿縱向的負(fù)載分布圖可被確定?？梢允挂粋€(gè)系泊機(jī)器人讀取船只與系泊機(jī)器人之間的接近機(jī)器人真空杯的剪力保持能力的縱向力。系泊系統(tǒng)的相鄰機(jī)器人在它們各自的真空杯剪力方向保持能力極限內(nèi)操作，以使其它機(jī)器人能夠沿著使接近剪力方向保持能力的系泊機(jī)器人縱向負(fù)載減小的方向移動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)可以與增加真空壓力相組合，以進(jìn)一步提高剪力保持能力。
在得到了所有來(lái)自系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)的輸入后，一個(gè)PLC能夠控制和/或分布每個(gè)單元的剪力/縱向能力。由于每個(gè)單元之間的Fp可能會(huì)不同(參看例如圖31)，因此系統(tǒng)可以使液壓缸縱向(Z方向)的壓力最優(yōu)化，以提供所有單元在Z方向上的最佳保持力。在Fn的能力允許的前提下，上述情況也可以與將船只保持在護(hù)板50上相組合。
如圖1所示，圖中所示系泊系統(tǒng)的實(shí)施例包括兩對(duì)系泊機(jī)器人100，每個(gè)機(jī)器人分別具有獨(dú)立的液壓和真空供應(yīng)源，機(jī)器人100安裝在相隔布置在船塢12前表面上的能量吸收護(hù)板50之間。系統(tǒng)可被操作或者可自動(dòng)操作，即當(dāng)施加在機(jī)器人100上的力的縱向分力超過(guò)了Z方向保持能力的極限時(shí)，機(jī)器人100被控制著推壓船只200的船身與護(hù)板50接合。換言之，由于剪力開(kāi)始接近其能力極限，而此時(shí)有足夠的橫向保持能力，因此各單元可使船只向護(hù)板后退，以提供更大的縱向摩擦保持能力，并因此而增強(qiáng)系統(tǒng)的剪切保持能力。由于這樣做具有降低橫向能力的作用，因此這種程序的使用具有很大的局限性。
一些系泊設(shè)施可能只需要使用一個(gè)系泊機(jī)器人，其位于或朝向船頭或船尾，而船只的另一端通過(guò)其它措施相對(duì)于碼頭或設(shè)施限定。例如，滾裝滾卸船可能常常在船尾相對(duì)于設(shè)施系泊在碼頭的槽形區(qū)域中，該船尾通常設(shè)有滾裝/滾卸橋。由于船只的這一部分被俘獲在槽形區(qū)域中，因此本發(fā)明的系泊機(jī)器人可以設(shè)置成位于或朝向船頭。這種情況也顯示于例如圖36。
關(guān)于系統(tǒng)的監(jiān)視和控制，每個(gè)系泊機(jī)器人100通過(guò)通訊裝置(例如無(wú)線方式)連接著船只200上的遙控單元。遙控單元向每個(gè)系泊機(jī)器人100發(fā)送信號(hào)，以控制其位置和操作，并且接收反饋的實(shí)際位置上的力和真空壓力信息，包括至少橫向上的系泊負(fù)載的大小和方向。通過(guò)在船只的駕駛室顯示該信息，船長(zhǎng)可以采取措施以減小或再分布負(fù)載，并且接收通過(guò)采取這些措施而獲得效果的及時(shí)反饋。
在大多數(shù)情況下，系泊機(jī)器人100的操作是協(xié)調(diào)的，例如，在船只系泊和解纜時(shí)，或是在進(jìn)行豎直或水平步進(jìn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，如結(jié)合在此作為參考的WO 0162584中所描述。通過(guò)液壓缸4、23中的液壓力和真空杯1、1’中的真空度的監(jiān)視，可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能，以實(shí)現(xiàn)最佳使用每個(gè)系泊機(jī)器人100。
在常規(guī)條件下，如果系泊機(jī)器人100接近其豎直運(yùn)行極限，則系統(tǒng)啟動(dòng)一個(gè)步進(jìn)順序，以便以步進(jìn)的方式交替移動(dòng)每個(gè)系泊機(jī)器人100；然而，在高度加載狀態(tài)，需要避免步進(jìn)以確保船只安全。參看圖29，顯示了一個(gè)基本控制回路，描述的是當(dāng)系統(tǒng)需要移出Y方向范圍時(shí)一個(gè)單元在豎直方向上的重新定位過(guò)程(即豎直步進(jìn))?？梢钥吹?，如果負(fù)載太大而不能使一個(gè)系泊機(jī)器人脫開(kāi)，則不會(huì)實(shí)施脫開(kāi)。相反，警報(bào)會(huì)發(fā)送給船只/岸上人員，以使其采取適宜的行動(dòng)。
在船身相對(duì)于護(hù)板50自由時(shí)由每個(gè)系泊機(jī)器人100施加在船只200上的總系泊力是由固定在液壓缸4和23上的傳感器分別測(cè)量到的橫向和縱向分力的合力。在得知了總系泊力的量級(jí)和方向后，船長(zhǎng)能夠確定任何情況下的最佳反應(yīng)。
優(yōu)選地，真空杯中的真空度以及由液壓缸4和23的壓力測(cè)量值確定出的系泊負(fù)載和方向隨時(shí)間變化的特性被監(jiān)視和記錄。其它數(shù)據(jù)，包括真空杯的位置，也被監(jiān)視和記錄。作為一種選擇，風(fēng)以及水流速度和方向等的環(huán)境測(cè)量值也同時(shí)被監(jiān)視和記錄，以便積累船只的特定數(shù)據(jù)而用于負(fù)載預(yù)測(cè)。
本發(fā)明的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)系泊過(guò)程的完全自動(dòng)化，而不需要涉及人工輸入的手工調(diào)節(jié)。系統(tǒng)可以在船只與一個(gè)或多個(gè)系泊機(jī)器人接合的狀態(tài)下測(cè)量船只的位移，以確定離開(kāi)預(yù)編程基準(zhǔn)位置的距離，并因此而可將該距離與使用者設(shè)定的許用值作比較。系統(tǒng)通過(guò)液壓致動(dòng)器而提供了對(duì)抗縱向和橫向力的途徑，液壓致動(dòng)器可響應(yīng)于線性傳感器提供的信息而被啟動(dòng)，以使船只恢復(fù)到其原始位置或位于預(yù)定的位移包絡(luò)線內(nèi)。系統(tǒng)還提供了主動(dòng)引導(dǎo)船只到達(dá)預(yù)編程位置或?qū)⒋恢匦露ㄎ坏讲煌恢玫耐緩健Ｔ谖挥诟劭谥袝r(shí)，船只可能經(jīng)常要求沿著碼頭相對(duì)于岸上坡道、散料裝載/排放裝置或集裝箱岸吊等移動(dòng)。本發(fā)明允許這種移動(dòng)發(fā)生，并且能夠通過(guò)系泊機(jī)器人來(lái)確定和維持船只的位置和緊固程度，以實(shí)現(xiàn)完全控制。為了保持船身離開(kāi)護(hù)板和其它碼頭結(jié)構(gòu)，并因此而減小可能導(dǎo)致油漆磨蝕和機(jī)械磨損的接觸損失，利用本發(fā)明的系統(tǒng)對(duì)船只進(jìn)行橫向控制也是重要的。
系統(tǒng)能夠直接對(duì)由潮汐流和風(fēng)負(fù)載在多個(gè)平面上引起的施加在船身上的力進(jìn)行不間斷測(cè)量。此外，系統(tǒng)能夠確定豎直力，以及確定豎直行程。通過(guò)將可被本發(fā)明的系統(tǒng)測(cè)量的所有值中的一些相組合，使得總體力和位移能夠被連續(xù)且及時(shí)地計(jì)算和監(jiān)視。當(dāng)系統(tǒng)接近其保持能力時(shí)，可因接近其相應(yīng)真空杯保持能力極限的每個(gè)機(jī)器人中的拉伸載荷確定出來(lái)，從而發(fā)出警報(bào)，以使船長(zhǎng)能夠采取緊集行動(dòng)。作為一種選擇，船長(zhǎng)可以在警報(bào)級(jí)別以下的一定級(jí)別處設(shè)置“提醒”信號(hào)。
為了確保碼頭與船只之間的整體連接得以維持，這種信息還可以被用于統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，并且可以被聯(lián)系起來(lái)確定環(huán)境狀態(tài)，例如風(fēng)和巨浪狀態(tài)，所述環(huán)境狀態(tài)可以在將來(lái)被用于構(gòu)造特定的系泊設(shè)施或是本發(fā)明的用于特定船只的其它系泊設(shè)施。通過(guò)知曉氣候條件并且收集特定船只在特定港口中的系泊性能的統(tǒng)計(jì)學(xué)信息，本發(fā)明的系泊系統(tǒng)可以被構(gòu)造成適合于將來(lái)在特定的環(huán)境條件下系泊特定的船只?？梢岳斫猓承┐灰蚓哂休^高的風(fēng)阻特性而會(huì)承受較高的負(fù)載力。特定的系泊系統(tǒng)可以在接收已被收集了先前數(shù)據(jù)的船只之前被構(gòu)造成這樣的狀態(tài)，即其將來(lái)能夠根據(jù)開(kāi)始系泊時(shí)的環(huán)境條件而維持與船只之間的整體系泊關(guān)系。系統(tǒng)因此而能夠產(chǎn)生有關(guān)歷史環(huán)境情況及其對(duì)特定船只的所產(chǎn)生結(jié)果的數(shù)據(jù)庫(kù)，這可以在將來(lái)被用于在船只的初始系泊階段適宜地初始構(gòu)造系泊系統(tǒng)。作為示例，公知的是，在速度為20節(jié)的海綿風(fēng)的情況下，船只施加在系泊機(jī)器人上的拉伸載荷要求真空杯以90％的真空狀態(tài)操作，這可能超出了真空杯的初始標(biāo)準(zhǔn)操作條件。在知道了風(fēng)速后，在隨后在系泊設(shè)施處對(duì)船只進(jìn)行系泊操作時(shí)，真空杯可以被立即購(gòu)造成以90％的真空狀態(tài)操作。系統(tǒng)可以被構(gòu)造成使得船只上的人員對(duì)系統(tǒng)具有完全的自主權(quán)。每個(gè)系泊機(jī)器人的位移和力的信息以及總負(fù)載和位移狀態(tài)可以被本發(fā)明的系統(tǒng)監(jiān)視和以圖表的形式顯示。警報(bào)系統(tǒng)以及連續(xù)監(jiān)視的數(shù)據(jù)通過(guò)條形圖或其它圖表的形式顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，以顯示整個(gè)系泊設(shè)施以及單個(gè)機(jī)器人上的力和位移的大小。
雖然這里在很大程度上參照系泊機(jī)器人進(jìn)行了描述，但可以理解，船只在所有可能的狀況下均可通過(guò)至少兩個(gè)系泊機(jī)器人而被緊固在碼頭中，其中在船只的每端或朝向每端分別優(yōu)選設(shè)有至少一個(gè)系泊機(jī)器人。從船只與每個(gè)系泊機(jī)器人之間的關(guān)系獲取的數(shù)據(jù)可被收集和組合，并在需要時(shí)提供總體系泊狀態(tài)。
收集的數(shù)據(jù)優(yōu)選以圖表的形式展現(xiàn)出來(lái)。圖32至34示出了屏幕截取圖像，它們作為本發(fā)明的一部分用于表示可被顯示的各種信息。
圖32示出了承載單元狀態(tài)的屏幕截取圖像，其提供了單元性能和細(xì)節(jié)。用于每個(gè)單元的摘要屏幕(summary screen)顯示沿X、Y和Z方向的負(fù)載、負(fù)載能力、t在X、Y和Z方向的位置，船身距離檢測(cè)數(shù)據(jù)和真空級(jí)別。屏幕截取圖像中的區(qū)域300顯示的是系泊機(jī)器人的每個(gè)真空墊的真空級(jí)別的條形圖，區(qū)域301顯示的是每個(gè)真空墊的真空級(jí)別的數(shù)字值，區(qū)域302顯示的是單元的剩余保持能力的條形圖，相鄰的是相應(yīng)的數(shù)字值。區(qū)域303示出了真空墊的接近傳感器狀態(tài)，其中每個(gè)真空墊配備有兩個(gè)接近傳感器。區(qū)域304示出了系泊機(jī)器人對(duì)船只施加力的單元。區(qū)域305示出了系泊機(jī)器人在沿橫向定位真空墊時(shí)的伸出長(zhǎng)度，區(qū)域306示出了真空杯的上下位移。顯示位移和力的圖形條可以被彩色編碼，并且隨著接近該特定參數(shù)的預(yù)定極限，顏色從綠色變?yōu)槌壬?，再變?yōu)榧t色。系統(tǒng)可以對(duì)這些極限預(yù)編程和/或可以將其作為變量來(lái)調(diào)節(jié)。在圖32中，QS1、QS2、QS3和QS4指的是四個(gè)系泊機(jī)器人，它們沿著碼頭布置，以便將船只系泊在碼頭中。通過(guò)按下相應(yīng)單元的按鈕，該特定單元的數(shù)據(jù)將被顯示。
圖33是用于顯示整個(gè)系泊系統(tǒng)中的一個(gè)系泊機(jī)器人的在一段時(shí)間內(nèi)的記錄數(shù)據(jù)的屏幕截取圖像。一個(gè)或多個(gè)系泊機(jī)器人或整個(gè)船只相對(duì)于碼頭的力和壓力變化可以被顯示。除了顯示來(lái)自各個(gè)單獨(dú)單元的數(shù)據(jù)以外，可以設(shè)置摘要屏幕，例如圖34所示，以顯示所有單元的總體系泊能力，從而使得操作人員僅僅掃視一下就能夠作出基于信息的決定。另外，圖34中的屏幕截取圖像在區(qū)域310中示出了用于執(zhí)行一系列作業(yè)的按鈕。
區(qū)域901示出了單元1和2沿橫向施加在船只上的力，區(qū)域902可以顯示單元1和2的橫向位置，區(qū)域903可以顯示單元1和2的橫向負(fù)載(單位為公制噸)。
區(qū)域904可以顯示單元1和2被使用的橫向保持能力的比例，區(qū)域905可以顯示與區(qū)域901至904相同的信息，但顯示的是單元3和4。區(qū)域906是泊位圖，區(qū)域907示出了單元3和4被使用的縱向保持能力的比例，區(qū)域908示出了單元3和4的縱向負(fù)載(單位為公制噸)。
區(qū)域909示出了單元3和4沿縱向施加在船只上的力，區(qū)域910示出了單元3和4的縱向位置。區(qū)域911示出了有關(guān)單元1和2的那些與區(qū)域907至910所示類似的信息。
參看圖25，圖中示出了本發(fā)明系統(tǒng)的組成部件的優(yōu)選布置的示意圖，可以看到，從系泊機(jī)器人收集的數(shù)據(jù)被一個(gè)岸基PLC處理。該P(yáng)LC可以連接到一個(gè)工業(yè)PC，以便借助于該P(yáng)LC進(jìn)一步處理數(shù)據(jù)和/或控制系統(tǒng)。本發(fā)明系統(tǒng)的岸基部件可以提供用于與船只聯(lián)系的無(wú)線電通訊裝置，當(dāng)然，作為一種替代，這種通訊裝置也可以是硬連線通訊裝置。岸基PLC收集的數(shù)據(jù)可以被傳送到船只，在此可以顯示被岸基系統(tǒng)處理后的信息，和/或可以對(duì)來(lái)自岸基系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理。船基PLC和/或PC可以提供任何附加的處理，以及能夠顯示相關(guān)信息。來(lái)自岸基或船基PC的任何輸入可以被傳送到岸基PLC，以主動(dòng)控制每一單個(gè)系泊機(jī)器人提供的定位和力和真空杯的真空度，以確保系泊機(jī)器人與船只之間維持理想的連接。在最優(yōu)選形式中，來(lái)自系泊單元的所有反饋均被傳輸?shù)桨痘鵓LC，然后，適宜的數(shù)據(jù)被發(fā)送以便顯示于岸基和船基PC上。所述PLC對(duì)反饋?zhàn)鞒鲈u(píng)估，并且指令每個(gè)單元根據(jù)需要作出響應(yīng)。反饋包括來(lái)自線性傳感器或類似裝置的X、Y和Z方向的線性位置和/或來(lái)自每個(gè)液壓缸上的壓力傳感器的X、Y和Z方向的力。作為一種替代，可以使用應(yīng)變儀，應(yīng)變儀可以在適當(dāng)?shù)奈恢冒仓迷诟鲉卧校源_定力。例如，圖30示出了顯示了一個(gè)基本控制回路的流程圖，該基本控制回路用于將船只保持在X-Z平面內(nèi)的預(yù)定系泊范圍內(nèi)。如果船只在范圍之外持續(xù)一段時(shí)間，并且系泊單元達(dá)到保持能力和/或移動(dòng)范圍的極限，則警報(bào)會(huì)被發(fā)送給船只/岸上人員。橫向力、真空吸力和警報(bào)信號(hào)可被發(fā)送(例如發(fā)送至中心監(jiān)視站或港口主管機(jī)關(guān))，以提供對(duì)系泊機(jī)器人性能的遠(yuǎn)程監(jiān)視。
PLC將信息轉(zhuǎn)換成代表力的數(shù)值，并將其顯示在PC上。每個(gè)真空墊中的真空級(jí)別以及接近程度信息也可以被處理和以圖表的形式顯示。船基PC或岸基PC均可以被用于控制系泊單元，以使每個(gè)系泊單元具有適宜的安全性。宏控制指令可被提供保且可以包括a)在船只到達(dá)時(shí)執(zhí)行啟動(dòng)程序，b)系泊船只，c)將船只解纜，d)解纜并且推動(dòng)船只，以使船只啟航時(shí)具有離開(kāi)泊位的初始動(dòng)量，e)將船只向前移動(dòng)一段特定的距離，f)釋放各個(gè)單元并將它們且停放在關(guān)閉模式。
系統(tǒng)也可以提供可使系統(tǒng)發(fā)生動(dòng)力耗損的操作步驟。在這種情況下，系統(tǒng)通過(guò)真空杯保持附著在船只上，直至真空杯內(nèi)的壓力接近大氣壓，在此過(guò)程中保持能力會(huì)下降，例如，由于系統(tǒng)的泄漏。然后，回路中的氣動(dòng)和真空閥可以回到它們的關(guān)閉狀態(tài)，所述關(guān)閉狀態(tài)可以使得真空在真空杯中維持最長(zhǎng)時(shí)間。在它們的關(guān)閉狀態(tài)，閥將可能導(dǎo)致系統(tǒng)泄漏的元件特別是氣動(dòng)和真空泵從回路中移除。在動(dòng)力耗損模式，液壓蓄能器被切入回路中，以使系統(tǒng)在X-Y平面中保持其柔性和彈性。在這種模式下，恢復(fù)力只與位移成正比，而與時(shí)間無(wú)關(guān)。
由于本發(fā)明使用了不可壓縮流體，并且可以由該流體實(shí)施力測(cè)量，因此有關(guān)與船基計(jì)算機(jī)之間傳送信息的反應(yīng)時(shí)間可以加快。本發(fā)明的系統(tǒng)可以提供力和位移的實(shí)時(shí)絕對(duì)值。
雖然系統(tǒng)的操作可以以連續(xù)主動(dòng)的模式控制系泊機(jī)器人的位置，但有的時(shí)候?qū)τ谙挡礄C(jī)器人來(lái)說(shuō)，將致動(dòng)器控制的反應(yīng)平均化可能更為適宜。在這種方式下，不需要對(duì)系泊機(jī)器人提供連續(xù)主動(dòng)控制，而是只在下述階段進(jìn)行控制，即真空杯從預(yù)定正常位置的離開(kāi)已經(jīng)經(jīng)過(guò)了任何特定時(shí)段，該特定時(shí)段位于對(duì)真空杯進(jìn)行主動(dòng)控制以將其恢復(fù)到位移范圍極限內(nèi)之前。
權(quán)利要求
1.一種船只系泊系統(tǒng)控制方法，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)系泊機(jī)器人，用于將浮動(dòng)在水體表面上的船只可釋放地系緊在站點(diǎn)，所述系泊機(jī)器人包括吸力附著元件，吸力附著元件可移動(dòng)地結(jié)合在所述系泊機(jī)器人的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)固定在所述站點(diǎn)；所述吸力附著元件可釋放地接合船只表面，以將船只系緊在所述站點(diǎn)，系泊機(jī)器人使吸力附著元件相對(duì)于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)作主動(dòng)平移運(yùn)動(dòng)，以使船只沿著從下述兩個(gè)方向中選擇的任何一個(gè)或兩個(gè)方向移動(dòng)(i)橫向；和(ii)縱向；在通過(guò)使船只表面被吸力附著元件接合并且在所述船只與所述系泊機(jī)器人之間建立起吸力而使船只與系泊系統(tǒng)連接之后，所述方法包括(a)測(cè)量船只表面與吸力附著元件之間的吸力，以確定在至少一個(gè)下述方向上的保持能力(i)與吸力方向平行的方向；(ii)與吸力方向和水平方向垂直的方向；和(iii)與吸力方向和豎直方向垂直的方向；(b)至少在選自下述方向中的一個(gè)或多個(gè)方向上測(cè)量吸力附著元件與系泊機(jī)器人的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的力(i)與吸力方向平行的方向；(ii)與吸力方向和水平方向垂直的方向；和(iii)與吸力方向和豎直方向垂直的方向；(c)監(jiān)視吸力與步驟(b)中測(cè)量的力之間的關(guān)系，如果步驟(b)中測(cè)量到的在趨向于允許吸力附著元件與所述船只之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上的一個(gè)或多個(gè)力接近于在趨向于允許吸力附著元件與所述船只相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上的基于吸力的保持能力時(shí)，則觸發(fā)警報(bào)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸力附著元件是可變吸力附著元件，并且所述方法還包括當(dāng)步驟(b)中測(cè)量的任何一個(gè)或多個(gè)力達(dá)到一個(gè)趨向于允許可變吸力附著元件與所述船只之間沿著平行于所述被測(cè)量的力的方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的預(yù)定極限時(shí)實(shí)施控制，以便響應(yīng)于步驟(b)中測(cè)量的力來(lái)增大船只表面與可變吸力附著元件之間的吸力。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述吸力附著元件是可變吸力附著元件，并且所述方法還包括當(dāng)步驟(b)中測(cè)量的任何一個(gè)或多個(gè)力達(dá)到一個(gè)趨向于允許可變吸力附著元件與所述船只之間沿著平行于所述被測(cè)量的力的方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的預(yù)定極限時(shí)實(shí)施控制，以與步驟(b)中測(cè)量的力成正比的方式增大船只表面與可變吸力附著元件之間的吸力。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述吸力附著元件是可變吸力附著元件，并且所述方法還包括當(dāng)步驟(b)中測(cè)量的任何一個(gè)或多個(gè)力達(dá)到一個(gè)趨向于允許可變吸力附著元件與所述船只之間沿著平行于所述被測(cè)量的力的方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的預(yù)定極限時(shí)實(shí)施控制，以便在步驟(b)中測(cè)量的力達(dá)到預(yù)定范圍的最大極限時(shí)增大船只表面與可變吸力附著元件之間的吸力。
5.如權(quán)利要求1至4中任一所述的方法，其特征在于，利用由傳感器產(chǎn)生的信號(hào)來(lái)連續(xù)監(jiān)視和確定在步驟(b)中測(cè)量的吸力附著元件與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的力，所述由傳感器產(chǎn)生的信號(hào)被可視地顯示于船只上，以指示船只與所述系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)之間的力。
6.如權(quán)利要求1至5中任一所述的方法，其特征在于，所述系統(tǒng)包括多個(gè)彼此相隔的系泊機(jī)器人，每個(gè)系泊機(jī)器人分別設(shè)有用于與船只表面接合的吸力附著元件，并且利用由傳感器產(chǎn)生的信號(hào)來(lái)連續(xù)監(jiān)視和確定在步驟(b)中測(cè)量的吸力附著元件與每個(gè)系泊機(jī)器人的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的力，所述由傳感器產(chǎn)生的信號(hào)被可視地顯示于船只上，以指示船只與所述系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)之間的力。
7.如權(quán)利要求1至6中任一所述的方法，其特征在于，所述系統(tǒng)包括多個(gè)彼此相隔的系泊機(jī)器人，每個(gè)系泊機(jī)器人分別設(shè)有用于與船只表面接合的吸力附著元件，所述方法還包括當(dāng)步驟(b)中測(cè)量的一個(gè)所述系泊機(jī)器人的任何一個(gè)或多個(gè)力，也就是趨向于允許吸力附著元件與所述船只之間沿著平行于所述力的方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力，接近于可變吸力附著元件在任何所述被測(cè)量的力的方向上的保持能力時(shí)，至少一個(gè)其它系泊機(jī)器人被控制以將其吸力附著元件相對(duì)于所述固定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)沿一個(gè)方向移動(dòng)，以改變其吸力附著元件與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的在與該方向相反的方向上的力，從而減小前述一個(gè)系泊機(jī)器人的吸力附著元件與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的沿該方向的力。
8.如權(quán)利要求1至7中任一所述的方法，其特征在于，所述系統(tǒng)包括多個(gè)彼此相隔的系泊機(jī)器人，每個(gè)系泊機(jī)器人分別設(shè)有用于與船只表面接合的可變吸力附著元件，所述方法還包括當(dāng)步驟(b)中測(cè)量的一個(gè)所述系泊機(jī)器人的任何一個(gè)或多個(gè)力，也就是趨向于允許吸力附著元件與所述船只之間沿著平行于所述力的方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力，接近于可變吸力附著元件在任何所述被測(cè)量的力的方向上的保持能力時(shí)，至少一個(gè)其它系泊機(jī)器人被控制以增大其吸力。
9.如權(quán)利要求1至7中任一所述的方法，其特征在于，每個(gè)吸力附著元件與船只表面之間的吸力被測(cè)量，并且與被測(cè)量的吸力相對(duì)應(yīng)的信號(hào)被發(fā)送，以便顯示于船只上。
10.如權(quán)利要求1至9中任一所述的方法，其特征在于，所述吸力附著元件與船只表面之間的吸力并且與被測(cè)量的吸力相對(duì)應(yīng)的信號(hào)被發(fā)送，以便與步驟(b)中測(cè)量的力進(jìn)行比較，當(dāng)步驟(b)中測(cè)量的任何一個(gè)或多個(gè)力達(dá)到致使所述吸力附著元件與所述船只之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)所需的力的一定比例時(shí)，將觸發(fā)警報(bào)，其中所述保持力取決于被測(cè)量的吸力。
11.如權(quán)利要求1至10中任一所述的方法，其特征在于，所述吸力附著元件與船只表面之間的吸力并且與被測(cè)量的吸力相對(duì)應(yīng)的信號(hào)被發(fā)送，以便與步驟(b)中測(cè)量的力進(jìn)行比較，當(dāng)步驟(b)中測(cè)量的任何一個(gè)或多個(gè)力達(dá)到與致使所述吸力附著元件與所述船只之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)所需的力(保持力)相對(duì)應(yīng)的一個(gè)極限時(shí)，將增大吸力，其中所述保持力取決于被測(cè)量的吸力。
12.如權(quán)利要求1至11中任一所述的方法，其特征在于，所述吸力附著元件的類型為用于與所述船只的平表面相接合，且其吸力只沿法向作用于所述平表面上，其中每個(gè)吸力附著元件與平表面之間的吸力被測(cè)量，并且與被測(cè)量的吸力相對(duì)應(yīng)的信號(hào)被發(fā)送，以便與步驟(b)(ii)中測(cè)量的力進(jìn)行比較，當(dāng)由被測(cè)量的吸力確定出的在一個(gè)方向上的力，也就是趨向于導(dǎo)致所述吸力附著元件與所述船只沿著平行于步驟(b)(ii)中測(cè)量的力的方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力，接近于所述吸力附著元件與所述船只的保持能力時(shí)，觸發(fā)警報(bào)。
13.如權(quán)利要求1至12中任一所述的方法，其特征在于，所述吸力附著元件的類型為用于與所述船只的平表面相接合，且其吸力只沿法向作用于所述平表面上，并且所述吸力附著元件是可變吸力附著元件，其中，每個(gè)吸力附著元件與平表面之間的吸力被測(cè)量，并且與被測(cè)量的吸力相對(duì)應(yīng)的信號(hào)被發(fā)送，以便與步驟(b)(ii)中測(cè)量的力進(jìn)行比較，當(dāng)一個(gè)方向上的達(dá)到一個(gè)預(yù)定極限的力，也就是趨向于導(dǎo)致所述吸力附著元件與所述船只沿著平行于步驟(b)(ii)中測(cè)量的力的方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力，接近于所述吸力附著元件與所述船只的保持能力時(shí)，增加吸力。
14.如權(quán)利要求1至13中任一所述的方法，其特征在于，當(dāng)系泊機(jī)器人與船只之間的位于與步驟(b)(ii)中測(cè)量的力相平行的方向上的力，也就是趨向于導(dǎo)致所述吸力附著元件與所述船只分離的力，超過(guò)第一閾值時(shí)，系泊機(jī)器人采取安全模式，其中船只表面與吸力附著元件之間的吸力變?yōu)樽畲笪Α?br> 15.一種船只系泊系統(tǒng)，包括固定在站點(diǎn)的至少兩個(gè)系泊機(jī)器人，所述站點(diǎn)由一個(gè)固定或浮動(dòng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，每個(gè)系泊機(jī)器人包括吸力附著元件，吸力附著元件可移動(dòng)地結(jié)合在所述系泊機(jī)器人的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)相對(duì)于站點(diǎn)固定，所述吸力附著元件用于可釋放地接合布置在左舷或右舷側(cè)的基本豎直延伸的船只表面，以將船只系緊在所述站點(diǎn)，所述吸力附著元件可沿其附著的所述船只表面的法向施加吸力；以及用于在所述船只與所述吸力附著元件之間建立吸力的吸力建立裝置；其中，每個(gè)系泊機(jī)器人包括用于驅(qū)動(dòng)吸力附著元件至少沿著從橫向和縱向二者中選擇的任何一個(gè)或兩個(gè)方向相對(duì)于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)移動(dòng)的吸力附著元件驅(qū)動(dòng)裝置；對(duì)于每個(gè)系泊機(jī)器人，所述系統(tǒng)還包括(a)用于測(cè)量吸力附著元件與船只之間在平行于所述法向的方向上的吸力以提供吸力能力讀取值的吸力測(cè)量裝置；和(b)用于測(cè)量所述吸力附著元件與所述系泊機(jī)器人的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間在下述方向中的至少一個(gè)或多個(gè)上的力的力測(cè)量裝置i.與所述法向平行的方向，以提供法向力讀取值；ii.水平且與所述法向垂直的方向，以提供水平剪力讀取值；和iii.豎直且與所述法向垂直的方向，以提供豎直剪力讀取值；(c)用于監(jiān)視所述吸力能力讀取值與所述法向力讀取值、水平剪力讀取值、豎直剪力讀取值中的一個(gè)或多個(gè)之間的關(guān)系以提供一個(gè)或多個(gè)系泊狀態(tài)讀取值的監(jiān)視裝置；(d)用于根據(jù)所述系泊狀態(tài)讀取值控制每個(gè)系泊機(jī)器人的控制裝置，當(dāng)法向力讀取值、水平剪力讀取值、豎直剪力讀取值中的任何一個(gè)或多個(gè)在趨向于允許在所述船只與所述系泊機(jī)器人的所述吸力附著元件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上達(dá)到所述吸力附著元件在該方向的保持能力的預(yù)定極限時(shí)，所述控制裝置實(shí)時(shí)控制以啟動(dòng)選自下述程序的至少任何一個(gè)或多個(gè)i.控制所述吸力建立裝置增加所述吸力；ii.發(fā)出警報(bào)；和iii.使至少一個(gè)其它系泊機(jī)器人的吸力附著元件相對(duì)于所述固定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)沿一個(gè)方向移動(dòng)，該方向與趨向于允許所述船只與所述系泊機(jī)器人的所述吸力附著元件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反，以增大所述至少一個(gè)其它系泊機(jī)器人的負(fù)載力，并且減小前述系泊機(jī)器人在所述趨向于允許所述船只與所述系泊機(jī)器人的所述吸力附著元件之間對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上的負(fù)載力。
16.如權(quán)利要求15所述的船只系泊系統(tǒng)，其特征在于，所述吸力附著元件是真空墊或真空杯；所述用于在所述船只與所述吸力附著元件之間建立吸力的吸力建立裝置是與所述真空杯流體連通的真空系統(tǒng)，并且包括真空發(fā)生器(優(yōu)選為真空泵)。
17.如權(quán)利要求15或16所述的船只系泊系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)有用于接合在所述船只的船頭附近的至少兩個(gè)系泊機(jī)器人(船頭組)和用于接合在所述船只的船尾附近的至少兩個(gè)系泊機(jī)器人(船尾組)，其中，所述控制裝置可以以下述方式控制每個(gè)吸力附著元件的吸力，即在每個(gè)所述組中的至少一個(gè)所述系泊機(jī)器人施加在船只表面上的吸力達(dá)到第一閾值時(shí)，所述控制裝置操作，以使每個(gè)所述組中的每個(gè)系泊機(jī)器人的吸力正?；?br> 18.一種船只系泊系統(tǒng)，包括固定在站點(diǎn)的至少兩個(gè)系泊機(jī)器人，所述站點(diǎn)由一個(gè)固定或浮動(dòng)碼頭(或第二船只)構(gòu)成，每個(gè)系泊機(jī)器人包括吸力附著元件，吸力附著元件結(jié)合在所述系泊機(jī)器人的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上，所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)相對(duì)于站點(diǎn)固定，所述吸力附著元件用于可釋放地接合布置在左舷或右舷側(cè)的豎直延伸的船只表面，以將船只系緊在所述站點(diǎn)，所述吸力附著元件可沿其附著的所述船只表面的法向施加吸力；以及用于在所述船只與所述吸力附著元件之間建立吸力的吸力建立裝置；其中，對(duì)于每個(gè)系泊機(jī)器人，所述系統(tǒng)還包括(a)用于測(cè)量吸力附著元件與船只之間的吸力以提供吸力能力讀取值的吸力測(cè)量裝置；(b)用于測(cè)量所述吸力附著元件與所述系泊機(jī)器人的固定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間至少在與所述法向平行的方向上的力以提供法向力讀取值的力測(cè)量裝置；(c)用于監(jiān)視所述吸力能力讀取值與所述法向力讀取值之間的關(guān)系以提供系泊狀態(tài)讀取值的監(jiān)視裝置；(d)用于根據(jù)所述系泊狀態(tài)讀取值控制每個(gè)系泊機(jī)器人的控制裝置，當(dāng)法向力讀取值在趨向于使所述吸力附著元件與所述船只分離的方向上達(dá)到吸力能力讀取值的閾值時(shí)，所述控制裝置實(shí)時(shí)控制以啟動(dòng)選自下述程序的至少任何一個(gè)或兩個(gè)i.控制所述吸力建立裝置增加所述吸力；和ii.發(fā)出警報(bào)。
19.如權(quán)利要求18所述的船只系泊系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)系泊機(jī)器人包括用于驅(qū)動(dòng)吸力附著元件相對(duì)于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)至少在橫向平移運(yùn)動(dòng)的裝置，所述控制裝置可以附加啟動(dòng)所述系統(tǒng)的另一系泊機(jī)器人的吸力附著元件沿橫向朝著所述固定結(jié)構(gòu)移動(dòng)，以增加所述另一系泊機(jī)器人的負(fù)載力，另一系泊機(jī)器人的保持能力取決于所述吸力能力讀取值。
20.如權(quán)利要求18或19所述的船只系泊系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括a.用于根據(jù)所述吸力能力讀取值來(lái)確定所述吸力附著元件與所述船只之間在水平并且垂直于所述法向的方向上的剪力保持能力以提供剪力保持能力讀取值的裝置；b.用于測(cè)量所述吸力附著元件與所述系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)之間的剪切方向力以提供剪力讀取值的裝置，所述剪切方向力是平行于所述剪力保持能力的力；c.用于監(jiān)視所述剪力保持能力讀取值與所述剪力讀取值之間的關(guān)系以提供第二系泊狀態(tài)讀取值的裝置；其中，系泊機(jī)器人的控制裝置還以下述方式響應(yīng)于所述第二系泊狀態(tài)讀取值，即當(dāng)剪力讀取值在一個(gè)趨向于允許所述船只與所述吸力附著元件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上達(dá)到一個(gè)預(yù)定極限時(shí)，所述控制裝置實(shí)時(shí)控制以啟動(dòng)選自下述程序的至少任何一個(gè)或兩個(gè)i.控制所述吸力建立裝置增加所述吸力；和ii.發(fā)出警報(bào)。
21.如權(quán)利要求19或20所述的船只系泊系統(tǒng)，其特征在于，所述用于驅(qū)動(dòng)吸力附著元件平移運(yùn)動(dòng)的裝置是具有沿橫向的操作軸的線性致動(dòng)器。
22.如權(quán)利要求19至21中任一所述的船只系泊系統(tǒng)，其特征在于，所述用于驅(qū)動(dòng)吸力附著元件平移運(yùn)動(dòng)的裝置是具有沿橫向的操作軸的液壓線性致動(dòng)器，并且利用一個(gè)檢測(cè)所述液壓線性致動(dòng)器中的液壓力的裝置來(lái)實(shí)施所述法向力測(cè)量。
23.一種船只系泊系統(tǒng)，其用于控制將船只系泊在碼頭設(shè)施上，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)系泊機(jī)器人，其用于可釋放地系緊在所述船只上，所述系泊機(jī)器人包含i.緊固在所述碼頭設(shè)施上的固定結(jié)構(gòu)；ii.用于可釋放地接合船只平坦豎直表面的吸力附著元件，所述吸力附著元件可移動(dòng)地布置在所述固定結(jié)構(gòu)上，并且可以相對(duì)于所述碼頭設(shè)施在三個(gè)正交方向移動(dòng)，所述三個(gè)正交方向是豎直方向、平行于豎直表面法向的第一水平方向、平行于平坦豎直表面的第二水平方向；和iii用于驅(qū)動(dòng)吸力附著元件沿至少所述第一和第二水平方向移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置；用于產(chǎn)生代表固定結(jié)構(gòu)與所述吸力附著元件之間在與所述第一水平方向平行的方向上的力的力信號(hào)的第一力信號(hào)產(chǎn)生裝置；用于產(chǎn)生代表固定結(jié)構(gòu)與所述吸力附著元件之間在與所述第二水平方向平行的方向上的力的力信號(hào)的第二力信號(hào)產(chǎn)生裝置；用于產(chǎn)生代表所述吸力附著元件與所述船只之間在所述第一水平方向上的保持張力的力信號(hào)的第三力信號(hào)產(chǎn)生裝置；用于確定所述吸力附著元件與所述船只之間在所述第二水平方向上的剪力保持能力的裝置；用于對(duì)所述第一和第二和第三力信號(hào)產(chǎn)生裝置作出響應(yīng)的響應(yīng)裝置，其中，當(dāng)出現(xiàn)下述情況中的一個(gè)或多個(gè)時(shí)(a)被所述第一力信號(hào)產(chǎn)生裝置測(cè)量的力達(dá)到一個(gè)接近于保持張力的預(yù)定值；和(b)被第二力信號(hào)產(chǎn)生裝置測(cè)量的力達(dá)到一個(gè)接近于剪力保持能力的預(yù)定值，所述響應(yīng)裝置啟動(dòng)選自下述程序的一個(gè)或多個(gè)(a)發(fā)出警報(bào)；(b)增加所述吸力附著元件與所述船只之間的吸力；(c)所述驅(qū)動(dòng)裝置改變所述吸力附著元件相對(duì)于所述碼頭設(shè)施在一個(gè)方向上的加速度/減速度，以降低超出預(yù)定值的力，所述力是下述力中的一個(gè)或兩個(gè)i.固定結(jié)構(gòu)與所述吸引附著元件之間在與所述第二水平方向平行的方向上的力；和/或ii.固定結(jié)構(gòu)與所述吸引附著元件之間在與所述第一水平方向平行的方向上的力。
24.一種系泊系統(tǒng)，其用于將浮動(dòng)在水體表面上的船只可釋放地固定在站點(diǎn)，所述站點(diǎn)緊固在所述水體底部，所述船只承受因風(fēng)、潮汐、水流、波浪、船只載荷級(jí)別、被所述系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)著移動(dòng)等因素中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所引起的負(fù)載力，所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)系泊機(jī)器人，其包含a)固定在所述站點(diǎn)和所述船只二者中的一個(gè)上的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)；b)結(jié)合在所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上的吸力附著元件，所述吸力附著元件適于附著在所述站點(diǎn)和所述船只二者中的另一個(gè)的表面上并形成連接，所述連接是吸附連接，以形成沿所附著表面的法向的吸附保持力；用于在吸力附著元件與所述表面保持連接關(guān)系的狀態(tài)下確定吸力附著元件的吸附保持力的裝置；用于在吸力附著元件與所述表面保持連接關(guān)系的狀態(tài)下確定吸力附著元件與所述表面之間的剪切方向保持力的裝置，所述剪切方向保持力(以下稱作水平剪切方向保持力)位于水平并且垂直于所述法向的方向上；用于確定選自下面一組的至少一個(gè)或多個(gè)力的裝置a.所述表面沿著平行于所述法向的方向施加在所述吸力附著元件上的力(以下稱作張力)；和b.所述表面沿著水平并且垂直于所述法向的方向施加在所述吸力附著元件上的力(以下稱作水平剪力)；用于進(jìn)行下述比較的比較裝置i)所述吸附保持力與所述張力之間比較；ii)所述水平剪切方向保持力與所述水平剪力之間比較。
25.如權(quán)利要求24所述的系泊系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)出現(xiàn)下述情況中的一種或兩種時(shí)i.所述張力達(dá)到一個(gè)預(yù)定極限，該預(yù)定極限低于吸附保持力但接近于在趨向于使所述吸力附著元件與所述表面分離的方向上的吸附保持力；和ii.所述水平剪力達(dá)到一個(gè)預(yù)定極限，該預(yù)定極限低于水平剪切方向保持力但接近于在傾向于使所述表面與所述吸力附著元件之間沿水平方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上的水平剪切方向保持力；所述比較裝置啟動(dòng)選自下面一組程序中的至少任何一個(gè)或多個(gè)i.啟動(dòng)一個(gè)用于建立并改變所述吸力的裝置，以增加所述吸附保持力；和ii.發(fā)出警報(bào)。
26.如權(quán)利要求24或25所述的系泊系統(tǒng)，其特征在于，所述用于在吸力附著元件與所述表面保持連接關(guān)系的狀態(tài)下確定吸力附著元件的吸附保持力的裝置包括響應(yīng)于所述吸力附著元件與所述表面之間在所述表面的法向上的力的傳感器，以及響應(yīng)于來(lái)自所述傳感器的信號(hào)以確定有效吸附保持力的裝置。
27.如權(quán)利要求24至26中任一所述的系泊系統(tǒng)，其特征在于，所述吸力附著元件借助于連桿機(jī)構(gòu)而可移動(dòng)地接合所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并且系統(tǒng)中設(shè)有用于主動(dòng)驅(qū)動(dòng)所述可變吸力附著元件相對(duì)于所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在平行于所述水平剪力的方向和平行于所述張力的方向上移動(dòng)的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置。
28.如權(quán)利要求24至27中任一所述的系泊系統(tǒng)，其特征在于，所述吸力附著元件借助于連桿機(jī)構(gòu)而可移動(dòng)地接合所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，并且系統(tǒng)中設(shè)有用于主動(dòng)驅(qū)動(dòng)所述可變吸力附著元件相對(duì)于所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在平行于所述水平剪力的方向上移動(dòng)的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置以及用于用于主動(dòng)驅(qū)動(dòng)在平行于所述張力的方向上移動(dòng)的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，當(dāng)出現(xiàn)下述情況中的一種或兩種時(shí)i.所述張力達(dá)到一個(gè)預(yù)定極限，該預(yù)定極限低于吸附保持力但接近于在趨向于使所述吸力附著元件與所述表面分離的方向上的吸附保持力；和ii.所述水平剪力達(dá)到一個(gè)預(yù)定極限，該預(yù)定極限低于水平剪切方向保持力但接近于在傾向于使所述表面與所述吸力附著元件之間沿水平方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上的水平剪切方向保持力；所述比較裝置還啟動(dòng)下述程序通過(guò)一個(gè)或兩個(gè)所述主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置改變所述吸力附著元的速度(加速度或減速度)，以使所述張力和/或水平剪力維持在它們各自的極限下。
29.如權(quán)利要求24至28中任一所述的系泊系統(tǒng)，其特征在于，所述吸力附著元件是可變吸力附著元件，其吸力可以通過(guò)一個(gè)吸力控制裝置來(lái)改變。
30.如權(quán)利要求29所述的系泊系統(tǒng)，其特征在于，所述吸力附著元件是真空杯，所述真空杯在與所述表面結(jié)合時(shí)限定出壓力可控內(nèi)腔；所述吸力控制裝置包括真空形成裝置，所述真空形成裝置與所述內(nèi)腔流體連通，以控制所述內(nèi)腔中的壓力。
31.如權(quán)利要求24至30中任一所述的系泊系統(tǒng)，其特征在于，所述用于在吸力附著元件與所述表面保持連接關(guān)系的狀態(tài)下確定吸力附著元件與所述表面之間的剪切方向保持力的裝置可確定出在豎直且與所述法向垂直的方向上的剪切方向保持力(以下稱作豎直剪切方向保持力)，并且系統(tǒng)中設(shè)有用于測(cè)量所述表面沿豎直且與所述法向垂直的方向施加在所述吸力附著元件上的力(以下稱作豎直剪力)的裝置，用于實(shí)現(xiàn)所述豎直剪切方向保持力與所述豎直剪力之間的比較。
32.如權(quán)利要求31所述的系泊系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述豎直剪力達(dá)到一個(gè)預(yù)定極限時(shí)，該預(yù)定極限低于豎直剪切方向保持力但接近于在傾向于使所述表面與所述吸力附著元件之間沿豎直方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向上的豎直剪切方向保持力，所述比較裝置啟動(dòng)選自下面一組程序中的至少任何一個(gè)或多個(gè)i.啟動(dòng)一個(gè)用于建立并改變所述吸力的裝置，以增加所述吸附保持力；和ii.發(fā)出警報(bào)。
33.如權(quán)利要求24至32中任一所述的系泊系統(tǒng)，其特征在于，所述用于確定水平剪力和/或張力的裝置包括用于測(cè)量對(duì)上述力作出的響應(yīng)的測(cè)量裝置，以及用于讀取所述測(cè)量裝置以提供信號(hào)的讀取裝置，該信號(hào)可被所述比較裝置使用。
34.如權(quán)利要求24至33中任一所述的系泊系統(tǒng)，其特征在于，所述用于確定吸附保持力的裝置包括用于測(cè)量對(duì)上述力作出的響應(yīng)的測(cè)量裝置，以及用于讀取所述測(cè)量裝置以提供信號(hào)的讀取裝置，該信號(hào)可被所述比較裝置使用。
35.如權(quán)利要求34所述的系泊系統(tǒng)，其特征在于，所述吸力附著元件是真空杯，所述真空杯在與所述表面結(jié)合時(shí)限定出壓力可控內(nèi)腔；所述吸力控制裝置包括真空形成裝置，所述真空形成裝置與所述內(nèi)腔流體連通，以控制所述內(nèi)腔中的壓力；所述用于測(cè)量對(duì)上述力作出的響應(yīng)的測(cè)量裝置是壓力傳感器，所述壓力傳感器與所述系泊機(jī)器人接合，以測(cè)量所述真空杯的內(nèi)腔與外界大氣壓之間的壓差。
36.如權(quán)利要求24至35中任一所述的系泊系統(tǒng)，其特征在于，所述用于測(cè)量水平剪切方向保持力的裝置是由測(cè)量的吸附保持力來(lái)計(jì)算水平剪切方向保持力的計(jì)算裝置。
37.如權(quán)利要求36所述的系泊系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算裝置包括一個(gè)表，該表包含依經(jīng)驗(yàn)收集的吸附保持力變化及相關(guān)水平剪切方向保持力，其中所述水平剪切方向保持力可基于表中的數(shù)值確定出來(lái)。
38.如權(quán)利要求29至37中任一所述的系泊系統(tǒng)，其特征在于，所述主動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置包括至少一個(gè)液壓缸。
39.如權(quán)利要求29至38中任一所述的系泊系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)有用于測(cè)量所述吸力附著元件相對(duì)于所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的位移的裝置。
40.如權(quán)利要求29至39中任一所述的系泊系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)達(dá)到所述吸力附著元件相對(duì)于所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)極限時(shí)，發(fā)出警報(bào)聲音。
41.如權(quán)利要求29至40中任一所述的系泊系統(tǒng)，其特征在于，所述吸力附著元件相對(duì)于所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的位移被可視地表示出來(lái)。
42.如權(quán)利要求24至41中任一所述的系泊系統(tǒng)，其特征在于，所述吸力可通過(guò)人工輸入來(lái)控制。
43.如權(quán)利要求29至41中任一所述的系泊系統(tǒng)，其特征在于，所述位移可通過(guò)人工輸入來(lái)控制。
全文摘要
一種船只系泊系統(tǒng)包括固定在站點(diǎn)的至少兩個(gè)系泊機(jī)器人，每個(gè)系泊機(jī)器人包括吸力附著元件，例如真空杯，以及相對(duì)于站點(diǎn)固定的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。吸力附著元件可接合船只的豎直延伸側(cè)表面，并且在其附著位置向船只表面的法向施加吸力。每個(gè)機(jī)器人包括用于測(cè)量附著元件與船只之間的吸力以提供吸力能力讀取值的裝置。還包括用于測(cè)量附著元件與系泊機(jī)器人的固定結(jié)構(gòu)之間的力以提供法向力讀取值的裝置。通過(guò)監(jiān)視吸力能力讀取值與法向力之間的關(guān)系，可對(duì)系泊機(jī)器人進(jìn)行控制，從而在附著元件與所述船只有分離的趨勢(shì)時(shí)，可增加吸力和/或發(fā)出報(bào)警聲音。
文檔編號(hào)E02B3/20GK1671592SQ03818332
公開(kāi)日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2003年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月30日
發(fā)明者布賴恩·約翰·羅西特, 彼得·詹姆斯·蒙哥馬利 申請(qǐng)人:系泊系統(tǒng)公司