專利名稱：用于海上流體輸送系統(tǒng)的控制設備的制作方法
用于海上流體輸送系統(tǒng)的控制設備技術領域
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、定位和連接的 設備。
背景技術：
一般而言，海運裝載系統(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；以及相對管路端，可移動并設置有適于連接于目標管道的連接器，所述相對管路端自 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，它們通過它們的結構來劃分利用剛 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)式管狀結構，包括底座，連接于流體罐，在流體罐上存在安裝 的設計為內管的第一管子，經由管子的一部分帶有90°彎曲，能使它的端部中的一個端部 圍繞豎直軸線旋轉而另一端部圍繞水平軸線旋轉。在所述內管的相對端，設計為外管的第 二管子圍繞水平軸線旋轉安裝。連接器安裝在外管的端部。所述三個旋轉的每一個旋轉由 千斤頂或液壓馬達控制。
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。起重機可旋轉地安裝在 那個底座上。起重機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。伸縮儀的傾斜受吊桿 的所述端部處的旋轉控制。伸縮儀的運動受液壓馬達和在底座上用于旋轉的千斤頂控制。
最近，所述柔性管系統(tǒng)一般包括管路，在所述管路中運送流體制品；以及機械系 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或結構。
一般而言，所述裝載系統(tǒng)在其端部包括致動器，所述致動器使連接器能被夾緊或 松開。一般而言，存在有一個或多個的千斤頂或者一個或多個的液壓馬達。
實際上，在多數(shù)系統(tǒng)中，連接器在其端部處為帶有三個旋轉自由度的活節(jié)連接。這 樣，連接器的平面相對目標管道的平面的角度定向可以與所述臂的傾斜無關，所述連接的 平面在接近連接時保持平行于目標管道的平面；隨后一旦連接器已夾緊在目標管道上，這 些活節(jié)就使組裝體能進行“漂浮”運動。實際上，所述旋轉經由液壓馬達或千斤頂而受操作 員控制，直到已實現(xiàn)連接器連接于目標管道。一旦連接器已被夾緊，液壓馬達或千斤頂斷開 或“設置成空轉”，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管道運動。
上述兩個系列裝載設備具有結構上的差異，但是它們的控制系統(tǒng)依據(jù)同樣的一般 操作原理來設計。值得注意的是，在所有情況下，連接器相對于支承所述管道的固定端的底座具有至少三個自由度，而且在這些自由度中的每個自由度下的運動均獨立地受致動器控 制。操作員具有使他能控制連接器運動的命令界面。
各致動器或者由開/關型獨立控制器或者由同步比例控制器來獨立控制。
在開關型獨立控制器的情況下，操作員可獨立地作用在所述控制器的每一個控制 器上，以控制所述裝載系統(tǒng)的特定部件。在致動器組上的組合動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，產生分別用于相 應致動器的各自更高或更低量值的至少一個比例控制指令，這導致連接器以相應更高或更 低的運動速度運動。
由此，操作員可直接控制所述連接器的運動，而且由此尤其可實現(xiàn)連接器的直線 性和/或恒速運動，因為計算器通過同時作用于所有致動器上來編寫連接器的運動。
一般而言，所采用的致動器為液壓式，例如液壓馬達或千斤頂，但是采用電致動器 也是公知的，例如電馬達或氣動致動器。裝備海運裝載系統(tǒng)的致動器或者由針對開關型獨 立控制器的開/關控制器(針對恒定運動速度，且在某些情況下，針對可能隨意設定兩個運 動速度)來控制，或者在比例控制控制器的情況下由比例分配器來控制。
在所有情況下，在具有或不具有控制計算器媒介的情況下，為了達到將連接器連 接于目標管道上，連接器與目標管道的連接由人工進行，由此操作員操縱所述裝載系統(tǒng)
這些控制設備難以執(zhí)行，因為操作員必須完全知道所述海運裝載系統(tǒng)的功能和運 動學。此外，他必須補償船舶的運動，尤其是在大浪的情況下。這增加了連接器碰撞障礙物 或目標管道的風險，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管道成為可能的系統(tǒng)是公知的，其中連接器事先通過線 纜鏈接于目標管道。線纜被投擲到支撐所述底座的碼頭或船舶和支承目標管道的船舶之 間、隨后由操作員連接在目標管道和底座之間。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管道。該系統(tǒng)通常稱為“導向目標系統(tǒng)”。它是半自動系統(tǒng) 一旦已連接上所述線纜，操作員必須通過致動卷取操作來控制連接器沿所述線纜的運動。 導錐設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。
這種半自動連接模式要求有經驗的人員和合適的重機械結構(尤其是，適于沿線 纜牽引所述臂的馬達、針對線纜相對端的錨定點、和用于最終階段接近的導錐)。發(fā)明內容
基于這些觀察，本發(fā)明目的在于提供這樣一種設備，所述設備便于操作員操作連 接器控制運動，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，同時減少碰撞連接器的風險。
為此，本發(fā)明提供了一種控制設備，用于海運裝載系統(tǒng)用連接器的運動和定位，所 述海運裝載系統(tǒng)包括至少一個流體輸送管路，所述至少一個流體輸送管路具有固定于底座 的管路端和設置有連接器的活動管路端，連接器適于連接于目標管道，連接器相對底座具 有至少三個自由度，所述設備的特征在于，所述設備包括至少三個致動器，各致動器用于控制所述系統(tǒng)在一個自由度上的運動，而且連接器/目標管道組的至少一個組員或與所述連 接器/目標管道組的組員中的至少一個組員緊鄰的一個部件包括至少一個用于提供連接 器定位信息的裝置，而且所述設備還包括計算裝置，計算裝置適于
依據(jù)由連接器的所述定位信息裝置提供的信息，計算連接器直接相對目標管道的 相對定位；
計算給予所述致動器中的每個致動器的控制指令，從而所述致動器的組合運動使 得連接器產生旨在帶動連接器更靠近目標管道的運動；
施加所述控制指令，以帶動連接器更接近目標管道；
重復前三個步驟，直到連接器出現(xiàn)在目標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裝載系統(tǒng)的這樣的部件，所述部件分別相對 連接器或目標管道固定或可移動、但不管所述裝載系統(tǒng)的幾何構型如何卻能足以靠近，以 給予關于連接器相對目標管道的相對定位的精確信息，尤其針對連接目的能夠使連接器自 動精確地出現(xiàn)在目標管道前面。
有利地，依據(jù)本發(fā)明所述的設備使操作員能在接近用于連接的目標管道的過程中 免除對連接器運動的控制，因為所述設備承擔了自動控制連接器運動的任務，直到連接器 出現(xiàn)在目標管道前面。
換句話說，依據(jù)本發(fā)明所述的設備使連接器能自動移動，直到連接器位于目標管 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管道的運動，連接器運動到連 接位置處是自動進行的。
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 成功進行連接器的連接，同時減少了撞擊連接器的風險。
甚至對于新操作員，采用依據(jù)本發(fā)明所述的設備，所述連接也是可行的。
依據(jù)本發(fā)明所述的設備通過消除不合適操縱的任何風險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)，因為所述用于提供連接器定位信息的裝置使獲得的連接 器直接相對目標管道的相對定位的信息與所述裝載系統(tǒng)的運動學和結構無關。
依據(jù)本發(fā)明的有利特征，所述設備可組合有
所述連接器/目標管道組的至少一個組員或相對所述連接器/目標管道組的所 述組員中的至少一個組員固定的部件包括至少一個用于提供目標管道定位信息的裝置；而 且，所述計算裝置適于根據(jù)用于提供定位信息的所述至少兩個裝置提供的所述管道定位信 息和連接器的定位信息來導出連接器相對目標管道的相對位置；
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管道定位信息的裝置 設計成彼此通信，而且包括用于計算并直接提供連接器相對目標管道相對定位信息的計算 裝置；
連接器在其端部活節(jié)連接有三個旋轉自由度，而且所述三個旋轉中的至少一個旋 轉受致動器控制，所述設備設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管 道角度定向信息的裝置，所述計算裝置適于根據(jù)所述用于提供角度定向信息的裝置提供的 信息來計算提供給至少一個致動器的控制指令，以在連接位置處使連接器的角度定向基本 與目標管道的角度定向相同。7
有利地，連接器沿與目標管道相同的軸線定向，這使連接能精確可靠，同時限制了 碰撞和損壞密封的風險。
依據(jù)本發(fā)明的有利特征，本發(fā)明可組合有
所述設備還包括能將連接器夾緊和松開的致動器，而且一旦連接器已出現(xiàn)在目標 管道前面的連接位置處，所述計算裝置施加控制指令給該致動器，以將連接器夾緊在目標 管道上；
一旦連接器已被連接并夾緊到目標管道上，所述計算裝置施加斷開所述致動器的 指令，以控制所述系統(tǒng)在它的自由度上的運動，從而使得所述系統(tǒng)自由運動。
由此，有利地，所述連接在無人工干預的情況下進行，即使目標管道移動，例如當 海面洶涌時。一旦連接器已存在于連接位置處，夾緊連接器是自動的。所述裝載系統(tǒng)的所 述致動器隨后允許在它們的運動上變成自由，從而使連接器和所述裝載系統(tǒng)能跟隨目標管 道的運動，而不對所述裝載系統(tǒng)造成損壞。
依據(jù)有利特征，所述設備可組合有
所述用于提供目標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管道的絕對位置，所述計算裝置適于根據(jù)目標管道絕對 位置信息來計算連接器相對目標管道的相對定位；
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位置，所述計算裝置適于根據(jù)連接器和目標管道 的絕對位置信息來計算連接器相對目標管道的相對定位；
所述用于全球定位尤其是GPS型全球定位的裝置為設計成彼此通信的裝置，而且 包括用于計算并直接提供連接器相對目標管道相對定位信息的計算裝置；
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管道定位信息的裝置 中的一個裝置包括光學裝置，所述光學裝置適于通過分別朝目標管道或連接器或朝所述相 對目標管道或連接器固定的標靶發(fā)射諸如激光束的光束，而與相應目標管道或連接器配合 或與相對目標管道或相對連接器相應固定的標靶配合，并檢測反射光束且測量光束的行進 時間，以由此導出連接器直接相對目標管道的相對定位信息；
所述用于提供連接器定位信息的裝置包括光學攝像機，所述光學攝像機設計并安 裝成將連接器的圖像提供給所述計算裝置，所述計算裝置適于處理由所述攝像機提供的圖 像，以計算連接器相對目標管道的相對定位；
在連接器和目標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繩索解開長度傳感器和/或至少一個角度傳 感器，所述傳感器選擇成將信息提供給所述計算裝置，從而能夠所述計算連接器相對目標 管道的相對定位；
所述各用于控制所述系統(tǒng)在自由度上運動的致動器中的至少一個為比例控制致 動器；
所述設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算裝置之間 的通信以無線方式進行，所述命令界面包括用于與鏈接所述計算裝置上的接收器進行無線 通信的發(fā)射器；
所述設備包括至少兩個用于提供連接器定位信息的裝置，其中一個裝置能夠以比另一個裝置更高的精度確定連接器的定位；而且針對連接器定位，當連接器和目標管道之 間的距離變成小于預定距離時，所述計算裝置使用所述具有更高精度的定位裝置。
當連接器被移動得離所述底座太遠時，存在著尤其通過斷裂或干擾損壞所述系統(tǒng) 的風險。尤其當在伸展過程中連接器被移動得離所述底座太遠時，存在所述系統(tǒng)斷裂的風 險。當連接器相對所述底座旋轉時，尤其是當若干裝載系統(tǒng)并行布置在碼頭上時，存在著相 鄰裝載系統(tǒng)碰撞的風險采用干擾造成損壞的術語。
為了避免這種對所述裝載系統(tǒng)的破壞，警報裝置已設置在某些類型的裝載設備 上。
采用設置在裝載系統(tǒng)的部件或部件路徑上的接近檢測器和角度傳感器的系統(tǒng)是 公知的。用于檢測接近的所述系統(tǒng)或開關具有的缺陷在于，要求了解所述裝載系統(tǒng)的動力 性，并隨后定位開關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 /關型信號，這限制了用于警報的可能性。針對每個傳感器，存在有單個區(qū)域限制。具有角 度傳感器的設備能限定工作區(qū)域，但是強加給系統(tǒng)將傳感器放置在系統(tǒng)內的剛性結構。最 近，針對帶有柔性管的系統(tǒng)，目前了解到沒有任何系統(tǒng)能被觸發(fā)警報。
為此，依據(jù)本發(fā)明的有利特征，所述至少一個用于提供連接器定位信息的裝置適 于直接與設置在底座上或者設置在相對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)底座定位信息來提供連接器直接相對底座的相對定位信息；或者所述至少 一個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定位信息，而且所述 底座在空間中具有固定位置，所述設備包括能夠根據(jù)連接器絕對定位信息和底座固定在空 間中的定位數(shù)據(jù)來計算連接器直接相對底座的相對定位信息的計算裝置，所述設備還包括 一計算裝置，該計算裝置適于
依據(jù)連接器相對底座的運動，實時計算連接器相對底座的定位信息、限定在所述 計算裝置中參數(shù)化且用于連接器的核準的至少一個定位區(qū)域的數(shù)據(jù)；
實時檢查是否連接器位于所述核準區(qū)域內；
當連接器離開所述相應核準區(qū)域時，發(fā)出特定警報來警示操作員。
由此，通過所述計算裝置實際上限定了核準區(qū)域或工作區(qū)域。為了限定這種區(qū)域， 沒有必要提供物理設置在所述裝載系統(tǒng)上的傳感器或開關，而且這種區(qū)域容易通過所述計 算裝置而參數(shù)化。
這使得能夠通過更精確觸發(fā)的警報而增加使用安全性，而與所述裝載系統(tǒng)的運動 學和結構無關。
此外，可提供多個核準區(qū)域，所述多個核準區(qū)域例如一個重疊在另一個之內，所述 多個核準區(qū)域具有不同工作風險程度、且依據(jù)是否在所涉及的區(qū)域中工作承擔更大或更低 風險而對應不同警報。
依據(jù)有利特征，所述計算裝置適于停止施加給予到用于賦予連接器運動的所述致 動器的每個致動器上的控制指令。
由此當警報已被觸發(fā)，則連接程序自動停止，這使依據(jù)本發(fā)明的所述設備能變得 更安全。
依據(jù)有利特征，若干海運裝載系統(tǒng)連接于所述計算裝置；而且，選擇器設置于所述 命令界面，以選擇性地控制與所述計算裝置連接的所述裝載系統(tǒng)中的一個裝載系統(tǒng)。
由此，操作員僅必須選擇他希望將連接器連接的臂，而且不管目標管道是運動還 是靜止，所述操作將自動執(zhí)行。
依據(jù)另一方面，本發(fā)明提供一種計算器，供依據(jù)上述設備使用，所述計算器適于
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，計算連接器相對目標管 道的相對定位；
計算給予所述致動器的每一個致動器的控制指令，從而所述致動器的組合運動產 生連接器的旨在帶動連接器更靠近目標管道的運動；
施加所述控制指令，以帶動連接器更靠近目標管道，直到連接器出現(xiàn)在目標管道 前面的連接位置處。
依據(jù)又一方面，本發(fā)明提供了一種計算方法，供上述設備的所述計算裝置使用，所 述計算方法包括以下計算步驟
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，計算連接器相對目標管 道的相對定位；
計算給予所述致動器的每一個致動器的控制指令，從而所述致動器的組合運動使 得連接器產生旨在帶動連接器更靠近目標管道的運動；
施加所述控制指令，以帶動連接器更靠近目標管道，直到連接器存在于目標管道 前面的連接位置處。


通過參照附圖詳細說明下面作為非限制實例給出的實施例，將繼續(xù)說明本發(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)明的控制設備；
圖2是依據(jù)圖1的所述設備操作的概要圖3是表示依據(jù)圖1和圖2的控制設備的操作原理的功能圖4是裝載臂另一實施例的立體示意圖，裝載臂裝備有依據(jù)本發(fā)明的控制設備；
圖5是裝載臂又一實施例的立體示意圖，裝載臂裝備有依據(jù)本發(fā)明的控制設備。
具體實施方式
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)明的控制設備1。在 此表示的裝載臂被相當?shù)睾喕?；而且，對此應記起的是，依?jù)本發(fā)明所述的控制設備適于任 意類型的海運裝載系統(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式活節(jié)彎管23，在彎管23上繼而活節(jié)連接有稱為內管M的第一 管，內管M在它的相對端處活節(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管道35，在本實例中，目標管道35設置在非常示意表示的船舶 36上。
在給出的本實施例中，在本身公知的方式下，連接器相對外管的所述端部具有三 個旋轉自由度。在本實施例中，這三個旋轉是自由的，從而在針對連接器連接于目標管道而解決的最后階段過程中，操作員可自由調整連接器的角度。
在未示出的替代實施例中，這些旋轉中的一個或多個的旋轉受致動器控制并連接 于命令界面，以使操作員能直接控制連接器最終接近時的旋轉。
在本身公知的方式下，連接器在本實施例中具有鎖定爪31，一旦連接器和鎖定爪 被連接，鎖定爪31通過非常示意表示的致動器30閉合，以將連接器沈保持在目標管道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地予以說明。此 外，將記起的是，依據(jù)本發(fā)明所述的控制設備適于所有海運裝載系統(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，將處于本領域技術人員的能力范圍內。
在如圖1示意表示的依據(jù)本發(fā)明所述的設備中，致動器27、28、四設置在所述裝載 臂的三個活節(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，第一致動器27 設置在底座21的所述頂部和彎管23之間，以使后者相對底座水平樞轉；第二致動器觀設 置在彎管23的端部和內管M之間，以使內管豎向樞轉；而第三致動器四設置在內管M和 外管25之間，以使后者豎向樞轉。
三個致動器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或多個的千斤頂由液壓馬達來替代。依據(jù)另一未示出的 變型，所述致動器為電馬達或氣動馬達。
在此設置在非常示意表示的船舶36上的目標管道35設置有盒子34，盒子34裝有 用于提供目標管道定位信息的裝置，在本實施例中，所述裝置為GPS型全球定位系統(tǒng)裝置， 這能給予絕對位置，而且更特別給予目標管道的自由端的空間坐標。
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，這能給予絕對位置，而且更特別低給予連接器連接端的空間坐標。
所述控制設備的計算裝置結合到計算器41中，計算器41設置在電控制柜40中。
液壓動力單元42設置成將所述致動器操作必須的液壓能提供給所述致動器。所 述液壓動力單元受計算器41控制。
GBS盒子33和34各自相應設置有發(fā)射包括定位信息的信號的發(fā)射器33A和34A。 計算器鏈接于接收裝置40A，接收裝置40A適于接收來自發(fā)射器33A和34A的所述信號。所 述控制設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 的部件中的一個部件上，所述計算裝置適于相對所述盒子提供的信息來外推連接器的定位 fn息ο
如在圖2中更顯著地看到，在依據(jù)圖1的所述設備的操作概要圖中，計算器41鏈 接于接收器40A，接收器40A為無線接收器，接收器40A適于與無線發(fā)射裝置33A和34A通 信，無線發(fā)射裝置33A和34A分別鏈接于連接器的GPS盒子33和目標管道的GPS盒子34。 由此，所述GPS盒子將連接器和目標管道的定位信息提供給計算器。
在替代實施例中，所述GPS盒子為設計成彼此通信而直接將連接器相對目標管道 的相對位置的信息提供給計算器的裝置。
裝載臂2裝備由閥控制的致動器27、28、四，所述閥自身受所述計算器控制。液壓動力單元42經由所述閥將所述致動器操作必須的液壓能提供給所述致動器。計算器經由 功率繼電器控制所述液壓動力單元，以控制所述液壓動力單元的啟動和停止。所述液壓單 元包括泵(未示出)，所述泵適于抽取液壓流體，以供給所述致動器。
命令界面60鏈接于計算器，以使操作員能命令將連接器連接于目標管道。
如在圖2和圖3中可看到的，當操作員想要將連接器連接于目標管道時，他致動命 令界面60上的按鈕61，以指示所述連接。與他的指示對應的信號隨后發(fā)送到計算器。計算 器隨后運行自動連接程序。
計算器經由無線接收器40A接收來自相應GPS盒子33和34的連接器和目標管道 定位信息?？商娲?，在另一實施例中，計算器通過電纜直接接收來自所述GPS盒子的信 肩、ο
依據(jù)替代實施例，位于船舶上的GPS盒子34將目標管道定位信息發(fā)送給所述裝載 臂的GPS盒子33，GPS盒子33計算連接器相對目標管道的相對定位、并將結果通過無線或 有線鏈接發(fā)回給計算器。
計算器將這個信息轉換成空間坐標，以獲得連接器相對目標管道的相對位置。
基于連接器相對目標管道的相對位置的信息，計算器計算沿圖1示意表示的X、Y 和Z軸保持在連接器和目標管道之間的距離。
如果這三個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，則計算器計算針對所述臂的每個致動器27、28、四的控制指令，從而它們的組合運動 導致連接器的旨在沿所述三個軸將連接器帶動到更接近目標管道的運動。計算器隨后將所 計算的針對每個致動器的所述控制指令經由相應的閥作用于致動器27、28、四。一旦所述致 動器已執(zhí)行所述指令，則計算器再次計算沿X、Y、和Z軸保持在連接器和目標管道之間的距 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，當海況差時)，計算器重新 開始計算針對所述致動器的所述指令并應用所述指令，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，在操作員的經由命令界面60的指示下，計算器施加控制指令，以帶 動連接器朝向目標管道，直到連接器出現(xiàn)在目標管道前面的連接位置中。
如果所述三個距離均為零或等于所述參數(shù)化距離，這意味著，連接器面向目標管 道定位在連接位置中。隨后，計算器將控制指令發(fā)送給連接器的致動器30，以將連接器夾緊 在目標管道上；而且一旦連接器已連接并夾緊在目標管道上，計算器隨后發(fā)送斷開所述臂 的致動器27、28、四的指令，以使所述臂自由運動。
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連接。
用于使自動連接程序停止的緊急停止按鈕(未示出)設置在命令界面60上。
在未示出的變型中，其它指示器設置在所述命令界面上，以將在自動連接過程中 的各種故障或問題用信號通知操作員。
依據(jù)未示出的實施例，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(設置在底座上或設置在相對底座固定的部件上)配合，以基于底座定位 信息來提供連接器直接相對底座的相對定位信息。例如，這可以是同一 GPS盒子33與設置 在底座上的另一 GPS盒子配合。可替代地，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由GSP盒子提供連接器在空間中的絕對定位信息；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坐標和連接器在空間中活動的GSP坐標，計算器適于計算連接器直接相對底座的相對定位。在該實施例中，依據(jù)連接器的運動和所 述用于提供連接器定位信息的裝置所提供的信息，計算器實時計算連接器相對底座的定位 信息。計算器參數(shù)化有數(shù)據(jù)(所述數(shù)據(jù)限定至少一個定位連接器用核準區(qū)域)并適于實時 驗證連接器是否處于該核準區(qū)域中。在相反的情況下，當連接器離開所述對應的核準區(qū)域 時，計算裝置適于發(fā)出警報。有利地，依據(jù)變型，當發(fā)出這種警報時，計算器適于終止自動連 接連接器的命令。有利地，提供這種核準區(qū)域或工作區(qū)域的事實使得能夠避免損壞所述系 統(tǒng)(尤其在延伸或旋轉過程中當連接器移動得離底座太遠時由于斷裂或干擾)的風險。
在這種情況下，計算器可編程，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)射指示器設置成警告操作員錯過核準區(qū)域邊界。
在未示出的實施例中，若干海運裝載系統(tǒng)均連接于同一計算器40 ；而選擇器設置 于所述命令界面，以選擇性地控制所述若干裝載系統(tǒng)中的一個裝載系統(tǒng)或其它裝載系統(tǒng)鏈 接于計算器。與相鄰裝載系統(tǒng)對應的工作區(qū)域被編程，以避免不同裝載系統(tǒng)之間的碰撞。
在未示出的替代實施例中，連接器在其端部相對外管端部的三個旋轉自由度受致 動器(例如液壓馬達或千斤頂)控制。所述設備設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管道角度定向信息的裝置，例如擺動式傳感器。合適的計算裝置設置 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管道角度定向信息的裝置所 提供的信息，來計算給予所述致動器的控制指令，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，因為在連接時目標 管道和連接器對齊。這使得能夠尤其減少連接器和目標管道之間的密封遭到損壞的風險降 低。
在所有情況下，當已完成所述連接，就是說，當連接器已夾緊在目標管道上時，計 算器發(fā)給致動器斷開指令，從而使所述系統(tǒng)自由運動，以使連接器能自由跟隨目標管道的 運動。
圖4是裝載臂另一實施例的立體示意圖，裝載臂裝備有依據(jù)本發(fā)明的控制設備， 在所述控制設備中，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。出于清 楚的原因，已簡化了連接器的表示。
標靶71設置目標管道35上。攝像機設計成聚焦在標靶上并將標靶的圖像提供給 計算器?；谀莻€圖像，計算器適于計算連接器相對目標管道的相對定位。
為此，計算器設置有用于處理圖像和形狀識別的算法，以確定距離和角度，從而由 此導出連接器相對目標管道的相對位置。為了計算距離，所述算法采用的原理是，連接器和 目標管道之間的距離越大，標靶的圖像越小；而針對角度計算，所述算法采用的原理是，針 對圓形目標，當連接器順著目標管道軸線時，標靶的圖像為圓形，而當連接器相對目標管道 軸向偏移時，標靶的圖像為橢圓形。
在另一種變型中，若干攝像機設置成聚焦于同一標靶上并將幾幅圖像提供給計算 器，后者適于處理所有這些圖像，以計算連接器相對目標管道的相對定位。
在另一實施例中，攝像機安裝在電動支撐物上，所述電動支撐物自身受計算裝置 控制而樞轉，以連續(xù)地朝標靶定向并能在任何時刻知曉攝像機相對連接器軸線的角度定向，所述計算裝置適于處理這種角度定向信息和攝像機發(fā)送的圖像，以控制連接器向連接 位置移動。
優(yōu)選地，出于性能上的原因，標靶為反射照準裝置(reflective sighting device)0
依據(jù)未示出的優(yōu)選變型，可省略標靶，而攝像機設計成以目標管道的自由端自身 作為標靶進行拍攝。這個實施例尤其使得能夠免除具有照準裝置或目標管道上的標靶。由 此，例如，如果目標管道位于小船上，所述設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靶。
除了上述的差異之外，該實施例在結構和功能上與圖1至圖3的實施例相同，而且 因此這里將不再更詳細進行說明。
依據(jù)另一未示出的實施例，攝像機可設置在目標管道或小船的船橋上，以相對小 船的船橋固定或電動并定向成將連接器的圖像提供給計算器，從而使計算器能采用同樣的 原理計算連接器相對目標管道的相對定位。
圖5為裝載臂另一實施例的立體示意圖，裝載臂裝備有依據(jù)本發(fā)明的控制設備， 在所述控制設備中，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 定繩索解開的長度，該信息被發(fā)送到計算器，計算器由此導出連接器和目標管道之間的距1 O
此外，為繩索75設置繩索角度傳感器74，以確定繩索相對至少兩個參考角度的傾 斜。
這樣，基于所述兩個參考角度和繩索解開的距離，可確定連接器相對目標管道的 相對定位。所述角度傳感器例如是采用傾角計或激光器的傳感器，以確定繩索相對所述至 少兩個參考角度的傾斜。
作為變型，所述設備設置有多個繞線架，繩索連接在所述多個繞線架的各自位置 處，從而僅基于所述繞線架傳感器提供的解開距離信息，計算器計算用于連接器相對目標 管道的相對位置的角度和距離。
一旦在現(xiàn)場放置繩索，繩索首先被固定到拋射體上，通過本領域技術人員公知的 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置在目標管道上的位置處。操作員可隨后運行采用與圖1至圖 3的實施例相同原理的自動連接程序。
依據(jù)未示出的變型，繞線架設置有繩索斷裂檢測器，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。相應的警示隨后經由所述命令界面(例如通過至少繩索斷 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 制設備，在所述控制設備中，采用了兩個不同的用于提供連接器定位信息的裝置。所述兩個 裝置中的一個裝置能夠以比另一個裝置更精確地確定連接器的定位。針對連接器連接于目 標管道的目的，計算器40適于采用具有最小精度的用于定位連接器的裝置來進行粗略接近；隨后，當連接器和目標管道的距離變成小于預定距離時，針對使連接器出現(xiàn)在目標管道 前面的連接位置處的目的，計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。實際上，在第一階段，計算器依據(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和標靶76，在最后階段的旨在使連接器 出現(xiàn)在目標管道前面的連接位置處的接近過程中，所述設備適于通過激光束78來確定連 接器相對目標管道的相對定位。由此，有利地，所述設備利用所述用于提供連接器和目標管 道定位信息的不同裝置使它們的精度與抵達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替代。
一般而言，在未示出的適用所有上述實施例的變型中，若干臂受同一計算器控制。 設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算器 鏈接的多個裝載臂受控制。
在另一未示出的一般變型中，所述命令界面為遠程控制單元，所述遠程控制單元 設置有發(fā)射器，所述發(fā)射器用于與所述電控制柜中的計算器鏈接的接收器無線通信。所述 發(fā)射器和接收器通過無線電波來通信。作為變型，所述發(fā)射器和所述接收器通過光波(例 如紅外波)來通信。
在未示出的變型中，所述裝載臂的所述致動器中的至少一個致動器為比例控制致 動器。在這個變型中，計算器適于控制所述比例控制致動器。有利地，比例控制致動器的使 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動。這使得自動鏈接程序用時減 少。
依據(jù)環(huán)境條件，各種其它變型也是可能的，而且針對此，將注意到的是本發(fā)明不限 于所示出和所說明的實例。
權利要求
1.一種控制設備，其用于海運裝載系統(tǒng)O)的連接器06)的運動和定位，所述海運裝 載系統(tǒng)包括至少一個流體輸送管路，所述至少一個流體輸送管路具有固定于底座的 管路端和設置有連接器06)的活動管路端，連接器06)用于連接于目標管道(35)，連接 器相對底座具有至少三個自由度(A，B，C)，其特征在于，所述控制設備包括至少三個致動器 (27，28，四)，每個致動器用于控制所述海運裝載系統(tǒng)在一個自由度上的運動，并且連接器 /目標管道組的至少一個組員或與所述連接器/目標管道組的組員中的至少一個組員緊鄰 的部件包括至少一個用于提供連接器定位信息的裝置(33，34)，并且所述控制設備還包括 計算裝置(41)，計算裝置Gl)用于依據(jù)由連接器的定位信息裝置提供的信息，計算連接器直接相對目標管道的相對定位；計算給予所述致動器中的每個致動器的控制指令，從而所述致動器的組合運動使得連 接器產生旨在帶動連接器更靠近目標管道的運動；施加所述控制指令，以帶動連接器更接近目標管道；重復前三個步驟，直到連接器出現(xiàn)在目標管道前面的連接位置處。
2.依據(jù)權利要求1所述的控制設備，其特征在于，連接器06)在其端部活節(jié)連接有三 個旋轉自由度，而且所述三個旋轉中的至少一個旋轉受致動器控制，所述控制設備設置有 用于提供連接器角度定向信息的裝置和用于提供目標管道角度定向信息的裝置，計算裝置 (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計算提供給至少一個致動器 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管道(3 的角度定向 相同。
3.依據(jù)前述權利要求中任一項所述的控制設備，其特征在于，所述控制設備還包括能 將連接器夾緊和松開的致動器(30)，而且一旦連接器已出現(xiàn)在目標管道前面的連接位置 處，那么計算裝置Gl)將施加控制指令給所述致動器(30)，以將連接器夾緊在目標管道 上。
4.依據(jù)前述權利要求中任一項所述的控制設備，其特征在于，一旦連接器06)已被連 接并夾緊到目標管道(3 上，那么計算裝置Gl)就施加斷開所述致動器的指令，以控制所 述系統(tǒng)在其自由度上的運動，從而使得所述系統(tǒng)自由運動。
5.依據(jù)前述權利要求中任一項所述的控制設備，其特征在于，所述連接器/目標管道組的至少一個組員或相對所述連接器/目標管道組的組員中的 至少一個組員固定的部件包括至少一個用于提供目標管道定位信息的裝置(34)；而且，所 述計算裝置根據(jù)用于提供定位信息的至少兩個裝置(33，34)所提供的管道定位信息和連 接器的定位信息來導出連接器06)相對目標管道(3 的相對位置。
6.依據(jù)權利要求5所述的控制設備，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管道定位信息的裝置(34)設計成彼此通信，而且包括用于計 算并直接提供連接器相對目標管道相對定位信息的計算裝置。
7.依據(jù)權利要求5或6所述的控制設備，其特征在于，所述用于提供目標管道定位信息 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管道 的絕對位置，所述計算裝置用于根據(jù)目標管道的絕對位置信息來計算連接器相對目標管道 的相對定位。
8.依據(jù)權利要求7所述的控制設備，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 位置，所述計算裝置用于根據(jù)連接器和目標管道的絕對位置信息來計算連接器相對目標管 道的相對定位。
9.依據(jù)權利要求8所述的控制設備，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)為設計成彼此通信的裝置且包括用于計算并直接提供連接器相對目 標管道相對定位信息的計算裝置。
10.依據(jù)前述權利要求中任一項所述的控制設備，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管道定位信息的裝置中的一個裝置包括光學裝置(76， 78)，所述光學裝置(76，，78)用于通過分別朝目標管道或連接器或朝所述相對目標管道或 連接器固定的標靶發(fā)射諸如激光束的光束(78)，而與相應目標管道或連接器配合或與相對 目標管道或相對連接器相應固定的標靶配合，并檢測反射光束且測量光束的行進時間，以 由此導出連接器直接相對目標管道的相對定位信息。
11.依據(jù)前述權利要求中任一項所述的控制設備，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攝像機(70)，光學攝像機(70)設計并安裝成將連接器的圖像提供 給所述計算裝置，所述計算裝置用于處理由所述攝像機提供的圖像，以計算連接器相對目 標管道的相對定位。
12.依據(jù)前述權利要求中任一項所述的控制設備，其特征在于，在連接器和目標管道之 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 線架上的至少一個繩索解開長度傳感器(73)和/或至少一個角度傳感器(74)，傳感器選擇 成將信息提供給計算裝置Gl)，從而能夠計算連接器相對目標管道的相對定位。
13.依據(jù)前述權利要求中任一項所述的控制設備，其特征在于，所述各用于控制所述系 統(tǒng)在自由度上運動的致動器07二8，29)中的至少一個為比例控制致動器。
14.依據(jù)前述權利要求中任一項所述的控制設備，其特征在于，所述控制設備包括供操 作員使用的命令界面(60)，而且命令界面(60)和所述計算裝置之間的通信以無線方式進 行，所述命令界面包括用于與鏈接到所述計算裝置上的接收器進行無線通信的發(fā)射器。
15.依據(jù)前述權利要求中任一項所述的控制設備，其特征在于，所述控制設備包括至少 兩個用于提供連接器定位信息的裝置(33，34，77，76)，其中一個裝置(77，76)能夠以比另 一個裝置(33，34)更高的精度確定連接器的定位；而且針對連接器定位，當連接器和目標 管道之間的距離變成小于預定距離時，所述計算裝置Gl)使用所述具有更高精度的定位直ο
16.依據(jù)前述權利要求中任一項所述的控制設備，其特征在于，所述至少一個用于提供 連接器定位信息的裝置(3 用于直接與設置在底座(3 上或者設置在相對底座固定的部 件上的用于提供底座定位信息的裝置配合，以根據(jù)底座的定位信息來提供連接器直接相對 底座的相對定位信息；或者所述至少一個用于提供連接器定位信息的裝置用于提供連接器 在空間中的絕對定位信息，而且底座在空間中具有固定位置，所述控制設備包括能夠根據(jù) 連接器絕對定位信息和底座固定在空間中的定位數(shù)據(jù)來計算連接器直接相對底座的相對 定位信息的計算裝置，所述控制設備還包括一計算裝置，該計算裝置用于依據(jù)連接器相對底座的運動，實時計算連接器相對底座的定位信息、限定在所述計算裝置中參數(shù)化且用于連接器的核準的至少一個定位區(qū)域的數(shù)據(jù)；實時檢查連接器是否位于所述核準區(qū)域內；當連接器離開所述相應核準區(qū)域時，發(fā)出特定警報來警示操作員。
17.依據(jù)前述權利要求中任一項所述的控制設備，其特征在于，所述計算裝置Gl)用 于停止向用于賦予連接器運動的所述致動器的每個致動器施加控制指令。
18.依據(jù)前述權利要求中任一項所述的控制設備，其特征在于，若干海運裝載系統(tǒng)連接 于所述計算裝置Gl)；而且，所述命令界面(60)處設置有選擇器，以選擇性地控制與所述 計算裝置連接的所述海運裝載系統(tǒng)中的一個海運裝載系統(tǒng)。
19.一種計算器(41)，供依據(jù)前述權利要求中任一項所述的控制設備使用，其特征在 于，所述計算器用于依據(jù)由所述用于提供連接器定位信息的裝置所提供的信息，計算連接器相對目標管道 的相對定位；計算提供給所述致動器的每一個致動器的控制指令，從而所述致動器的組合運動使得 連接器產生旨在帶動連接器更靠近目標管道的運動；施加所述控制指令，以帶動連接器更靠近目標管道，直到連接器出現(xiàn)在目標管道前面 的連接位置處。
20.一種計算方法，供依據(jù)權利要求中1-18中任一項所述的控制設備的計算裝置使 用，其特征在于，所述計算方法包括以下計算步驟依據(jù)由所述用于提供連接器定位信息的裝置所提供的信息，計算連接器相對目標管道 的相對定位；計算提供給所述致動器的每一個致動器的控制指令，從而所述致動器的組合運動使得 連接器產生旨在帶動連接器更靠近目標管道的運動；施加所述控制指令，以帶動連接器更靠近目標管道，直到連接器存在于目標管道前面 的連接位置處。
全文摘要
本發(fā)明一種控制設備(1)，用于移動和定位海運裝載系統(tǒng)(2)用連接器(26)，所述海運裝載系統(tǒng)包括至少一個流體輸送管路，所述至少一個流體輸送管路具有固定于底座(21)的管路端和設置有連接器(26)的活動管路端，連接器(26)適于連接于目標管道(35)，所述設備包括至少三個致動器(27，28，29)和命令界面(60)，各致動器用于控制所述系統(tǒng)在一個自由度上的運動，而且連接器/目標管道組的至少一個組員或與所述連接器/目標管道組的所述組員中的至少一個組員固定的一個部件包括至少一個用于提供連接器定位信息的裝置(33，34)，而且所述設備還包括計算裝置(41)，計算裝置(41)適于依據(jù)由連接器的所述定位信息裝置提供的信息，計算連接器直接相對目標管道的相對定位；計算提供給所述致動器中的每個致動器的控制指令，從而所述致動器的組合運動產生連接器的旨在帶動連接器更靠近目標管道的運動；施加所述控制指令，以帶動連接器更接近目標管道；重復前三個步驟，直到連接器出現(xiàn)在目標管道前面的連接位置處。
文檔編號B67D9/02GK102036905SQ200880129330
公開日2011年4月27日 申請日期2008年6月23日 優(yōu)先權日2008年5月22日
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