BRPI0922384B1

BRPI0922384B1 - Método para controlar um guindaste e um manipulador ligado ao guindaste e manipulador de suprimento

Info

Publication number: BRPI0922384B1
Application number: BRPI0922384-3A
Authority: BR
Inventors: Paul M. Kjolseth
Original assignee: Oceaneering International, Inc
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2020-09-15
Also published as: DK2370925T3; BRPI0922384A2; WO2010077302A1; US20100089855A1; EP2370925A1; EP2370925B1; EP2370925A4; US9108825B2

Abstract

manipulador de suprimento para equipamento. a presente invenção refere-se a um método de controlar um guindaste e um manipulador, que inclui determinar o movimento relativo entre uma primeira plataforma que inclui o guindaste e uma segunda plataforma, determinar a posição atual do manipulador e reposicionar o manipulador para compensar o movimento relativo da primeira plataforma e a segunda plataforma e de acordo com comandos do operador.

Description

[0001] Este Pedido é uma continuação parcial do Pedido de Patente US 10/953.515, depositado em 8 de novembro de 2004, que é aqui com isto incorporado para referência para todas as finalidades, como se descrito completamente aqui. Este Pedido também reivindica o benefício do Pedido de Patente Provisória US Número 61/193.681, depositado em 15 de dezembro de 2008, que é aqui com isto incorporado para referência para todas as finalidades, como se descrito completamente aqui.

Antecedente da invenção Campo da invenção

[0002] A presente invenção refere-se a um dispositivo e método que facilitam a transferência segura e controlada de carga entre uma primeira plataforma e uma segunda plataforma que estão se movendo uma em relação à outra, por exemplo, uma plataforma costa afora e um Navio de Suprimento Costa Afora (OSV). Em um cenário típico associado com movimentação de carga entre um OSV e uma plataforma costa afora, o OSV e a plataforma são ambos submetidos a movimentos induzidos por onda, resultando em movimentos relativos significativos em 6 graus de liberdade (6 DOF). Um guindaste convencional não compensado de uma única linha de levantamento instalado na plataforma abaixa um gancho sobre o convés do OSV. Dois elementos de tripulação manipulam à força a linha e o gancho para prender o anel-D no contêiner (recipiente) desejado ou caixote a ser movido. O contêi- ner é levantado do convés. Durante esta operação os movimentos induzidos por onda podem fazer com que o contêiner mova ao redor de forma selvagem, criando risco significativo de segurança para a tripulação. De maneira similar, para contêineres retrógrados, o operador de guindaste abaixa o contêiner sobre o convés que se move, utilizando contêineres próximos para suporte e guia do impacto. Isto pode conduzir a dano ao contêiner que está sendo abaixado ou aos contêineres no convés. Os elementos da tripulação devem, uma vez mais, ir para o convés para remover o gancho da carga, criando assim aspectos significativos de segurança para a tripulação. A presente invenção elimina as necessidades que os elementos da tripulação saíam para o convés para manipular o gancho. A presente invenção permite o travamento das cargas a serem movidas, reduz o carregamento no guindaste, e permite colocação sem impacto de contêineres próximos para alinhamento.

Sumário da invenção

[0003] Consequentemente, a presente invenção é direcionada para um manipulador de suprimento para equipamento que elimina substancialmente um ou mais dos problemas devidos a limitações e desvantagens da técnica relacionada.

[0004] A presente invenção é relativa a um dispositivo que facilita a transferência segura e controlada de carga entre uma primeira plataforma e uma segunda plataforma que estão se movendo uma em relação à outra, por exemplo, uma plataforma costa afora e um navio de suprimento costa afora (OSV). Através de toda a descrição da presente invenção a utilização de uma plataforma costa afora e um OSV estão descritos, porém, a presente invenção não está limitada a estes. A presente invenção pode ser utilizada com quaisquer duas plataformas que tenham um movimento relativo uma com a outra. O dispositivo pode incluir um manipulador removível e sistema de controle associado. O manipulador se liga à lança de um guindaste de plataforma costa afora e possibilita ao operador do guindaste pegar e colocar contêineres de carga e caixotes no convés do OSV em uma maneira segura e controlada sem qualquer intervenção com homens no convés duran- te a operação global de transferência. O sistema de controle associado, que pode também incluir sensores, fornece sinais de acionamento para compensação de movimento sincronizado multieixo em tempo real, possibilitando assim rastreamento positivo durante ligação e liberação de carga útil. A metodologia proposta também impede um cenário onde um gancho de guindaste pode acidentalmente esbarrar no navio. Aspectos e vantagens adicionais da invenção estão descritos na descrição que segue e, em parte, serão evidentes a partir da descrição ou podem ser aprendidos pela prática da invenção. Os objetivos e outras vantagens da invenção serão realizados e alcançados pela estrutura particularmente apontada aqui na sua descrição escrita e reivindi-cações, bem como nos desenhos anexos.

[0005] Para conseguir estas e outras vantagens e de acordo com a finalidade da presente invenção como configurada e amplamente descrita, um método para controlar um guindaste e um manipulador inclui: determinar o movimento relativo entre uma primeira plataforma que inclui o guindaste e uma segunda plataforma; determinar a posição atual do manipulador; e posicionar o manipulador para compensar o movimento relativo entre a primeira plataforma e a segunda plataforma e de acordo com comandos do operador.

[0006] Em outro aspecto da presente invenção, um manipulador de suprimento inclui: um manipulador que pode ser ligado a um guindaste em uma primeira plataforma, que inclui uma pluralidade de juntas onde cada junta tem, no mínimo, um atuador e um sensor de posição; um controlador que controla o manipulador e o guindaste, no qual o controlador recebe primeira informação de movimento relativa ao movimento da primeira plataforma, segunda informação de movimento relativa ao movimento de uma segunda plataforma e comandos do operador para operar o guindaste, e no qual o controlador reposiciona o guindaste e o manipulador para compensar o movimento relativo entre a primeira plataforma e a segunda plataforma e de acordo com co-mandos do operador.

[0007] Deve ser entendido que ambas, a descrição genérica precedente e a descrição detalhada a seguir, são exemplos e explicações que têm a intenção de fornecer explicação adicional da invenção como reivindicada.

Breve descrição dos desenhos

[0008] Os desenhos que acompanham, que estão incluídos para fornecer um entendimento adicional da invenção e são incorporados na e constituem uma parte deste relatório descritivo, ilustram modalidades da invenção e juntamente com a descrição servem para explicar os princípios da invenção.

[0009] Nos desenhos:

[00010] A figura 1 ilustra um guindaste com um manipulador ligado de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[00011] A figura 2 ainda ilustra outra vista do manipulador de uma modalidade da presente invenção.

[00012] As figuras 3 e 4 ilustram a conexão do manipulador à lança do guindaste.

[00013] A figura 5 ilustra a cabeça de amarração ligada a correntes de levantamento de carga.

[00014] A figura 6 ilustra um diagrama de blocos de alto nível de como o sistema de controle do manipulador interage com o sistema de controle padrão do guindaste.

[00015] A figura 7 ilustra um diagrama de blocos do controlador do manipulador.

Descrição detalhada das modalidades ilustradas

[00016] Será feita referência agora em detalhe a uma modalidade da presente invenção cujo exemplo está ilustrado nos desenhos que acompanham.

[00017] O manipulador da presente invenção pode ser considerado como uma ferramenta adicional para um guindaste costa afora de finalidade múltipla, em uma aplicação para transferência retrógrada de contêineres de carga entre um navio de suprimento costa afora (OSV) e uma plataforma de perfuração semissubmersível, ou outra. O arranjo pode ser utilizado de maneira similar para ressuprimento de um navio de perfuração ou plataforma de produção ou mesmo outro navio. O navio costa afora OSV e a plataforma são ambos submetidos a movimentos induzidos por onda que, para estados de mar mais altos resultam em movimentos relativos significativos de seis graus de liberdade (6 DOF).

[00018] A figura 1 ilustra um guindaste com um manipulador ligado de acordo com uma modalidade da presente invenção.A figura 2 ainda ilustra outra vista do manipulador de uma modalidade da presente invenção. O manipulador 10 forma uma ligação rígida ao guindaste 11 e inclui acionadores ou atuadores energizados 12 que permitem controle em 4 DOF (quatro graus de liberdade) (translações x. y. z e rotação z) da cabeça de amarração do manipulador 13 em relação ao ponto de ligação 14 (ver figura 3) ao guindaste 11 (isto é, a extremidade da lança do guindaste 15). O eixo vertical do manipulador é mantido dentro de um ângulo limitado de cone para evitar as excursões laterais da cabeça de amarração 13 em relação ao ponto de ligação 14. Os ângulos operacionais máximos de saída e lateral (off-lead and side lead an-gles) são limitados pela capacidade de carga de torção do guindaste 11. É considerado provável que o movimento total devido ao balanço, arfagem e desvio dinâmico (DP) da plataforma, em diversos casos irá fazer com que o movimento demandado do manipulador 10 exceda estes limites angulares. Neste caso, o sistema de controle (não mostrado) irá também controlar os movimentos de junta do guindaste 11 para compensar o passeio excessivo. É observado que limitando a ca- pacidade de torque da junta do manipulador 10, a lança do guindaste 15 será protegida de sobrecargas de torção. A carga de torção induzida na lança do guindaste 15 é uma função da extensão do manipulador, ângulo de trabalho, carga útil e acelerações dinâmicas. Segue-se que no modo de rastreamento sem carga o manipulador 10 é capaz de rastreamento lateral estendido sem sobrecarregar a lança do guindaste 15. Tendo um modo de rastreamento de tensão leve passiva, quando a cabeça de amarração 13 engata o anel de levantamento de caixote de carga o operador pode esperar que o sistema alcance ângulos de saída e lateral carregados aceitáveis antes de iniciar o levantamento principal.

[00019] Durante transferência o OSV controlado em DP irá manter uma elevação nominal a partir da plataforma, porém será submetido a condições de mar pendentes de deslocamento e o rendimento dos controles de DP e sistema de empurrador (thruster). O operador do guindaste pode começar movendo a lança do guindaste 15 e o manipulador 10 para uma posição acima do contêiner de carga a ser transferido.

[00020] Sistemas de sensor e controles integrados são utilizados para rastrear os movimentos relativos entre o OSV, a plataforma costa afora e a cabeça de amarração do manipulador 13. Algoritmos de controle são então utilizados para determinar os sinais de acionamento requeridos a serem emitidos para as diversas juntas do guindaste e manipulador para fazer a cabeça de amarração 13 rastrear o movimento do contêiner, e também para impedir sobrecarga da lança do guindaste 15. Quando o operador engata o modo de rastreamento, o controlador faz com que a cabeça de amarração 13 rastreie um ponto no espaço logo acima e em uma distância vertical fixa a partir do anel D do caixote de carga (ou outro arranjo de amarração). O anel D pode ser apresentado para cima em um suporte transversal de gaiola para facilidade de engatamento com a cabeça de amarração 13. Observando através de uma câmara que olha para baixo ligada na cabeça de amarração 13, o operador verá o anel D parecer estacionário, com exceção do movimento de inclinação devido ao balanço e arfagem, uma vez que como indicado anteriormente, o sistema somente compensa para as translações dos eixos x, y e z bem como rotação no eixo z. Os dois DOFs de rotação remanescentes (devido ao balanço e arfagem) não são considerados críticos onde a cabeça de amarração e o arranjo de trava podem ser projetados para acomodar as rotações relativas, como é o caso com o arranjo de anel D descrito aqui. Permanecendo no modo de rastreamento, o operador mantém visibilidade através da câmera e utiliza os controles do operador para mover lentamente a cabeça de amarração 13 no sentido do anel D. O sinal de entrada do operador é combinado com os comandos de rastreamento produzidos pelo controlador para compensar movimento relativo entre a cabeça de amarração 13 e o anel D. Voltar o bastão de controle neutro faz com que a cabeça de amarração rastreie nesta nova posição. Ao engatar o anel D o operador ativa a trava e prende a carga útil. O controlador pode fornecer uma indicação para o operador que o manipulador 10 está rastreando dentro dos limites carregados e que a carga foi afastada do convés do OSV. O contêiner de carga pode então ser trazido para uma altura segura antes que o operador possa escolher sair do modo de rastreamento.

[00021] A cabeça de amarração 13 pode ser dotada de um arranjo de depressor passivo que amortece o movimento de pêndulo da carga útil abaixo da cabeça de amarração 13 através de carregamento fora de eixo das correntes de levantamento do contêiner e pode assumir diversas formas. Isto possibilita controle efetivo da carga útil durante manipulação no ar e durante colocação no convés. Outros tipos de equipamento também podem ser utilizados para engatar e levantar a carga.

[00022] Operações retrógradas, isto é, trazer contêineres vazios ou descarte de volta sobre o convés do OSV são realizadas da mesma maneira. O operador pode mover o contêiner junto ao convés do OSV que move e engatar o modo de rastreamento e abaixar o contêiner para o convés. A liberação remota da trava evita a necessidade por suporte de tripulação do convés.

[00023] Nas figuras 1 e 2 um manipulador 10 está mostrado como incluindo uma estrutura guia vertical 16 suspensa de um cardan 17 e atuador 12, com uma viga viajante 18 (vertical z) e cabeça de amarração rotativa 13 na extremidade inferior. O arranjo fornece controle efetivo de movimento em 4 DOF (translações x, y e z e rotação z) que é suficiente para a aplicação projetada. A interface de amarração e trava é arranjada para possibilitar engatamento positivo com erros de rastreamento razoáveis e na presença de rotações relativas não compensadas remanescentes x, e y. O movimento vertical da viga viajante 18 pode ser controlado com uma linha de levantamento a partir de um guincho de movimento compensado localizado no guindaste. Sensores fornecem informação de movimento para o controlador, para monitorar o movimento relativo em 6 DOF entre a plataforma e navio. Duas configurações podem ser utilizadas para rastrear a posição da cabeça de amarração 13: um sistema sensor que fornece informação de posição utilizando sensores colocados na cabeça de amarração 13; ou um método de medir os ângulos das juntas do guindaste 11 e manipulador 10 e utilizar algoritmos de sistemática para frente para determinar a localização da cabeça de amarração 13. Em operação sincronizada, o sistema de controle utiliza os sinais de sensor para calcular e comandar sinais de acionamento para o manipulador individual 10 e juntas de guindaste 11 para fazer a cabeça de amarração 13 rastrear automaticamente o movimento da plataforma de carga abaixo como se a cabeça de amarração 13 estivesse fixada na estrutura de referência da plataforma de carga. O sinal de entrada do operador é combinado com os comandos de rastreamento produzidos pelo controlador para compen-sar o movimento relativo entre a cabeça de amarração 13 e o anel D.

[00024] Sequências de sensor serão localizadas ao mesmo tempo no OSV e na plataforma costa afora para sensoriar de maneira precisa movimentos relativos. Os sensores de movimento podem ser sensores óticos, sensores de radiofrequência, GPS, GPS diferencial, ou sensores de movimento inercial ou uma combinação destes sensores. Qualquer sensor ou sistema sensor que possa fornecer a precisão de posição necessária e as taxas de dados podem ser utilizados. Também, sensores podem ser instalados de maneira permanente no navio de suprimento ou outra plataforma, ou podem ser modulares por natureza, de modo que eles podem ser desenvolvidos no navio de suprimento ou outra plataforma. Os dados produzidos pelos sensores são comunicados para o sistema de controle.

[00025] Para compensar o desvio contínuo entre a plataforma do guindaste e a plataforma de carga controlada em DP durante operação de transferência, o sistema de controle pode também fornecer um sinal de acionamento que irá modular os acionamentos de girar e orçar para manter a extremidade da lança do guindaste 15 em uma posição nominal em relação ao navio que desvia e limitar a carga de torção induzida na lança do guindaste 15.

[00026] O manipulador 10 pode ser utilizado como parte de um guindaste sob medida ou como uma ligação de ferramenta modular para um guindaste de finalidade múltipla. Para a abordagem modular o manipulador 10 pode ser projetado de modo que a troca de ferramenta seja conseguida com esforço e tempo mínimos. O manipulador 10 na abordagem modular pode ter uma localização de suporte e armazenagem permanentes para o manipulador 10 (a bordo da plataforma) o que permite à lança do guindaste 15 ser guiada para posição para en- gatamento fácil (possivelmente remota) de pinos de travamento no cardan 17 e cilindros de acionamento embarcados 24 (acionamento Y). Ligações adicionais incluem energia elétrica e/ou hidráulica, bem como a linha de levantamento compensado. Durante operação a lança de guindaste e exterior 15 irá tipicamente não ser requerida para mover depois da vertical, e a localização ideal para a ligação do manipulador 10 pode ser através de placas maxilas 19 e cilindros suportes de âncora 20 adicionados ao lado de baixo da lança do guindaste exterior apenas liberados do cabo de levantamento primário e polias suporte 21. Uma segunda configuração pode ser ter o manipulador simplesmente se dobrando sob o braço dianteiro do guindaste e permanecer ligado de maneira permanente ao guindaste quando fora de uso. A linha de levantamento do manipulador é considerada como uma linha de levantamento secundário, e será tipicamente menor e de menor capacidade do que a linha de levantamento primário. A linha pode ser feita sob medida para utilização do manipulador, o que irá minimizar a dimensão do guincho e o comprimento do cabo. Alternativamente, esta linha também pode ser utilizada como uma linha de levantamento secundária de finalidade múltipla ou linha de cordame.

[00027] As figuras 3 e 4 ilustram a conexão do manipulador à lança do guindaste. A figura 5 ilustra a cabeça de amarração 13 ligada a correntes de levantamento de carga. A estrutura de cardan 17 pode ser ligada à lança do guindaste 15 através de suportes pivô 14 (nas placas maxilas) o eixo pivô (eixo y) sendo através do eixo longitudinal da lança. A atitude do cardan em relação à lança de guindaste 15 pode ser controlada por um ou diversos atuadores hidráulicos ou elétricos 24, rotativos ou lineares, ligados entre a estrutura de cardan 17 e a lança de guindaste 15. Durante operação normal sem rastreamento sincronizado, o acionamento pode ser deixado em um modo flutuante amorte- eido que assegura que o manipulador mantém uma orientação nominal vertical ainda não sujeita à pendulação livre. Durante rastreamento sincronizado, os controles de acionamento fazem parte de um circuito de controle de malha fechada que inclui os sensores de movimento e sistema de controle de manipulador como algoritmos de controle. O deslocamento angular resultante feito em relação à vertical é referido como o ângulo de saída. Alívio de sobrecarga (hidráulico) ou outro mecanismo está incluído para impedir carregamento excessivo. O ângulo de acionamento máximo alcançável é dependente da carga e extensão do manipulador. A estrutura guia 16 é configurada para alinhar com a polia de giro da lança e para a linha de levantamento passar de forma leve através do centro da estrutura guia 16 para todos os ângulos operacionais normais da lança. O atuador 24 que provoca o movimento da cabeça de amarração ao longo do eixo x é referido como o acionamento lateral x ou o acionamento LX.

[00028] Como mostrado nas figuras 3 e 4, a estrutura guia 16 é suspensa na extremidade inferior da estrutura do cardan 17 a partir de suportes pivô alinhados com o eixo x ou eixo longitudinal nominal do cardan. A atitude da estrutura guia 16 em relação ao cardan é controlada por dois atuadores hidráulicos ou elétricos 12 ligados entre a estrutura do cardan 17 e a estrutura guia 16. Os atuadores 12 têm modos operacionais e características similares, como descrito para o atuador de cardan 24 com proteção de sobrecarga similar. O deslocamento angular associado é referido como o ângulo de condução lateral. Deslocamentos de condução lateral e acelerações ao longo do eixo y serão a causa para cargas de torção induzidas na lança do guindaste 15 cujas cargas limitantes tipicamente serão mais baixas do que aquelas toleradas para deslocamentos de condução lateral e acelerações no eixo y. O cilindro de acionamento 12 faz com que a cabeça de amarração 13 movimente ao longo do eixo y e é referido como o acio- namento lateral y ou acionamento LY. A estrutura guia 16 pode ser configurada com uma configuração de treliça para fornecer uma estrutura de suporte rígida de peso leve, cujo comprimento depende da aplicação, e que fornece o suporte para a viga viajante 18. Roletes guia fixos e pré-carregados (e buchas) podem ser utilizados para fornecer uma referência confiável e precisão de posição melhoradas. O sistema de gerenciamento de cabo pode ser ligado à estrutura guia 16 e utilizado para controlar as linhas de serviço que alimentam a cabeça de amarração 13.

[00029] A viga viajante 18 pode ser suportada pela linha de levantamento e restringida lateralmente pela estrutura guia 16. A extremidade inferior da viga viajante 18 suporta o conjunto de cabeça de amarração 13. A viga viajante 18 pode ser de peso relativamente leve para minimizar a massa adicionada a ser compensada durante o modo de rastreamento sincronizado. Ainda a seção transversal deveria ser suficiente para suportar a carga útil e resistir às cargas laterais induzidas limitantes devido aos ângulos de condução lateral e de saída, bem como acelerações laterais. Também o peso mínimo da viga viajante 18 deve superar qualquer atrito no arranjo guia para assegurar que a viga viajante 18 opera livremente em resposta ao movimento vertical com-pensado. É proposto que um conector de linha de levantamento seja adicionado internamente entre a ligação da linha de guincho e a cabeça de amarração 13, para facilitar o fator de segurança necessário para suportar cargas pendentes.

[00030] O movimento vertical da viga viajante 18 é controlado pelo movimento da linha de guincho. O arranjo preferido é utilizar um guincho de manipulador compensado sob medida que é capaz de corresponder aos requisitos de velocidade. Utilizar o guincho de levantamento primário para aplicação de manipulação pode não ser uma solução prática, e irá provocar complexidade adicional durante ligação do ma- nipulador e remoção do manipulador. Um pequeno guincho de manipulador sob medida pode ser instalado no lado inferior da lança do guindaste exterior, o que poderia simplificar o cordame. O guincho do manipulador opera em sistema controlado por malha fechada em resposta aos comandos de acionamento emitidos pelo sistema de controle do manipulador.

[00031] O conjunto de cabeça de amarração 13 pode incluir um cone de amarração, um conjunto de trava e um acionamento de engrenagem para movimento rotativo ao redor do eixo z, referido como o acionamento RZ. O conjunto de cabeça de amarração 13 é guiado na extremidade inferior da viga viajante 18 e preso ao conector de linha de levantamento interna. O conjunto pode ser empurrado para cima por uma quantidade limitada em relação à extremidade da viga viajante 18, que impede que carregamento excessivo seja induzido na cabeça de amarração 13 quando a cabeça de amarração 13 engata a interface de levantamento de caixote de carga. O pior caso de carregamento vertical será limitado ao peso da viga viajante e lateralmente para o limite de sobrecarga dos acionamentos LX e LY.

[00032] O acionamento Z de rotação ou acionamento RZ possibilita rotação contínua do conjunto de trava e cone exterior. O acionamento pode ser colocado em modo de roda livre durante engatamento de amarração para permitir alinhamento livre entre o anel D e a interface de trava.

[00033] A interface de amarração de rotação pode ser baseada no interfaceamento com um caixote de carga convencional modificado ou contêiner, a carga útil levantada por meio de quatro correntes conectadas a um anel D comum. A modificação pode incluir a adição de um braço transversal central que inclui um suporte para suportar e apresentar o anel D. O braço transversal pode ser configurado com flexibilidade vertical razoável, ou elasticidade, para impedir carregamento de choque excessivo. O cone exterior irá assegurar o engatamento positivo com erros de rastreamento relativamente liberais. Quando a cabeça de amarração é abaixada sobre o anel D, o acionamento RZ pode ser colocado em modo de roda livre. A interface de trava transiciona para uma seção afunilada oval forçando a cabeça de amarração a alinhar com o anel D. Uma tira de barra interna impede que o anel D fique travado em ângulo reto com o engatamento desejado. O anel D é travado ativando o cilindro de trava que empurra um pino trava através do anel D para uma saliência de suporte oposta. O pino é conformado para impedir liberação se sob carga. Arranjos de trava alternativos podem ser utilizados dependendo de disponibilidade e confiabilidade provadas.

[00034] O mecanismo de amortecimento pode ser incluído como parte da cabeça de amarração que fornece uma carga lateral positiva nas correntes de levantamento. Isto irá impedir pendulação indevida da carga abaixo da interface de amarração e ajuda controle de rotação durante operações próximas ao convés.

[00035] O sistema manipulador inclui um sistema de controle que é capaz de sensoriamento de movimento em tempo real e controle dos acionamentos de manipulador e acionamentos de guindaste. A figura 6 ilustra um diagrama de blocos de alto nível de como o sistema de controle de manipulador interage com o sistema de controle padrão do guindaste. A figura 7 ilustra um diagrama de blocos do controlador do manipulador.

[00036] Na figura 6 o sistema de controle do manipulador 40 interage com o sistema de controle do guindaste 50. O sistema de controle do guindaste inclui sensores de junta do guindaste 51, acionamentos do guindaste 52, uma estação de operador 53 e um controlador de guindaste 54. Os sensores de junta de guindaste 51 sensoriam a posição das juntas do guindaste. A partir destas posições de junta a posi- ção da extremidade da lança do guindaste 15 pode ser determinada. Os sensores de junta de guindaste 15 fornecem informação de posição de junta para o controlador de guindaste 54. Os acionamentos de guindaste 52 posicionam o guindaste 11 com base em comandos recebidos da estação de operador 53. O controlador de guindaste 54 controla o guindaste 11 de acordo com os comandos de operador. O controlador de guindaste também recebe uma entrada a partir do controlador de manipulador 45 para compensar movimento entre o OSV e a plataforma.

[00037] O sistema de controle do manipulador 40 inclui sensores de junta de manipulador 41, atuadores de manipulador 42, sensores de 6 DOF 43, sensores de reforço 44 e um controlador de manipulador 45. Os sensores de junta de manipulador 41 sensoriam a posição das juntas de manipulador. A partir destas posições de junta a posição da cabeça de amarração 13 pode ser determinada em relação ao cardan 17. Os sensores de junta de manipulador 41 fornecem informação de posição de junta para o controlador de manipulador 45. Os atuadores de manipulador 42 posicionam o manipulador 10 com base em comandos recebidos do controlador de manipulador 45. Os sensores de 6 DOF 43 são localizados no OSV e na plataforma. Os sensores de 6 DOF medem movimento em três direções de translação e três direções angulares. A informação a partir dos sensores de 6 DOF é alimentada para o controlador de manipulador 45. Sensores de reforço 44 podem também estar presentes para fornecer informação de movimento para o controlador de manipulação 45 no caso de falha dos sensores de 6 DOF. O controlador de manipulador 45 controla o manipulador 10 e o guindaste 11 para compensar movimento entre o OSV e a plataforma.

[00038] O controlador de manipulador 45 está mostrado em mais detalhe na figura 7. O controlador do manipulador 45 recebe entradas de várias fontes. Os sensores de 6 DOF 43 fornecem informação de localização para o OSV e a plataforma. Estes dados são fornecidos em uma velocidade e precisão suficientes para permitir compensação de um estado de mar desejado e satisfazer outras restrições operacionais. O sistema de controle do guindaste 50 fornece os comandos do operador 62. Os sensores de junta do manipulador 41 e os sensores de junta do guindaste 51 fornecem, cada um, informação de junta que pode ser utilizada para determinar as posições do guindaste 11 e do manipulador 10. Além disto, sensores de 6 DOF na cabeça de amarração 13 podem estar presentes para fornecer informação de localização para a cabeça de amarração 13.

[00039] A cinemática para frente toma a informação de posição de junta do manipulador e a informação de posição de junta do guindaste e determina a localização da cabeça de amarração 13. Também a informação de sensor de 6 DOF da cabeça de amarração, se disponível, pode ser utilizada em lugar de, ou em adição à informação de localização da cabeça de amarração determinada pela cinemática para frente 63. A informação de sensor de 6 DOF da cabeça de amarração também pode servir como um reforço para a informação de localização da cabeça de amarração determinada pela cinemática para frente 63. O processador de vetor 64 recebe a informação de localização da cabeça de amarração, os comandos do operador, a localização do OSV e informação de localização da plataforma. O processador de vetor 64 realiza quaisquer transformações de coordenadas, se necessário, de modo que todas as informações de localização estejam na mesma estrutura de coordenadas. O processador de vetor 64 determina então a localização requerida da amarração da cabeça 13 com base nas diversas entradas recebidas. A localização requerida da cabeça de amarração 13 é então fornecida para a cinemática inversa. A cinemática inversa determina a posição de junta requerida do manipulador 10 e do guindaste 11 para colocar a cabeça de amarração 13 na posição requerida. Estas posições de junta requeridas são utilizadas para fornecer comandos de junta do manipulador para os atuadores de manipulador 42 e comandos de junta do guindaste para o controlador de guindaste 54. O controlador do manipulador 45 atualiza de maneira repetida os comandos de junta do manipulador e do guindaste para compensar comandos do operador de movimento relativo entre o OSV e a plataforma.

[00040] Um objetivo do controlador de manipulador 45 é rastrear dentro dos limites operacionais do manipulador 10 e não exceder o limite de torção da lança de guindaste 15. Daí, as posições de junta requeridas serão determinadas para evitar estes problemas. Além disto, no caso de uma falha do manipulador, os controles irão reverter para os controles básicos do guindaste.

[00041] O controlador do manipulador 45pode ser implementado utilizando um processador de finalidade genérica e software que opera naquele processador ou em hardware dedicado, ou uma combinação deles. Também, as diversas funções do controlador podem ser implementadas em processadores separados e/ou hardware dedicado.

[00042] Será evidente para aqueles versados na técnica que diversas modificações e variação podem ser feitas na presente invenção sem se afastarem do espírito ou escopo da invenção. Assim, é projetado que a presente invenção cubra as modificações e variações desta invenção, desde que elas venham dentro do escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes.

Claims

1. Método para controlar um guindaste (11) e um manipulador ligado (10) ao guindaste (11) que compreende: determinar o movimento relativo entre uma primeira plataforma que inclui o guindaste (11) e uma segunda plataforma; determinar a posição atual do manipulador (10); e reposicionar o manipulador (10) para compensar o movimento relativo entre a primeira plataforma e a segunda plataforma, e de acordo com comandos do operador; caracterizado pelo fato de que o manipulador (10) inclui uma viga (18), uma estrutura guia vertical (16) e uma cabeça de amarração (13) na extremidade da viga (18), em que a viga (18) é móvel dentro da estrutura guia vertical (16).

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que determinar o movimento relativo entre a primeira plataforma e a segunda plataforma inclui receber informação de movimento a partir de primeiros sensores na primeira plataforma e segundos sensores na segunda plataforma.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a informação de movimento inclui informação de movimento de seis graus de liberdade.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que determinar a posição atual do manipulador inclui receber informação de sensores de juntas (41, 51) do guindaste (11) e do manipulador (10).

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que determinar a posição atual do manipulador (10) inclui receber informação de sensores na cabeça de amarração (13).

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que reposicionar o manipulador (10) ainda inclui: determinar a localização da cabeça de amarração (13) do manipulador (10); determinar uma localização requerida da cabeça de amar-ração (13) com base no movimento relativo determinado entre a primeira plataforma e a segunda plataforma e com base em quaisquer comandos de operador; produzir comandos de manipulador (10) e de guindaste (11) para movimentar a cabeça de amarração (13) até a localização requerida.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que produzir comandos de manipulador (10) e de guindaste (11) inclui determinar posições de juntas requeridas para o manipulador (10) e guindaste (11).

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que produzir os comandos de manipulador (10) e de guin-daste (11) está limitado por limites de carga de cada junta do manipulador (10) e guindaste (11).

9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que determinar o movimento relativo entre a primeira plataforma e a segunda plataforma inclui receber informação de movimento de primeiros sensores na primeira plataforma e segundos sensores na segunda plataforma; e reposicionar o manipulador (10) ainda inclui: determinar a localização da cabeça de amarração (13) do manipulador (10); determinar uma localização requerida da cabeça de amarração (13) com base no movimento relativo determinado entre a primeira plataforma e a segunda plataforma e com base em quaisquer comandos de operador; e produzir comandos de manipulador (10) e de guindaste (11) para mover a cabeça de amarração (13) até a localização requerida determinando posições de juntas requeridas para o manipulador (10) e o guindaste (11).

10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende conectar o manipulador (10) a uma carga útil na segunda plataforma e levantar a carga útil.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que ainda compreende impedir conectar o manipulador (10) a uma carga útil se um ângulo de um eixo vertical do manipulador (10) com a vertical excede um ângulo predeterminado.

12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: conectar o manipulador a uma carga útil na primeira plataforma e levantar a carga útil; e colocar a carga útil na segunda plataforma.

13. Manipulador de suprimento que compreende: um manipulador (10) ligável a um guindaste (11) em uma primeira plataforma, que inclui uma pluralidade de juntas, no qual cada junta tem no mínimo um atuador e um sensor de posição; um controlador que controla o manipulador (10) e o guindaste (11), em que o controlador recebe primeira informação de movimento relativa ao movimento da primeira plataforma, segunda informação de movimento relativa ao movimento de uma segunda plataforma, e comandos de operador para operar o guindaste (11), e no qual o controlador reposiciona o guindaste (11) e o manipulador (10) para compensar o movimento relativo entre a primeira plataforma e a segunda plataforma e de acordo com comandos de operador; caracterizado pelo fato de que o manipulador (10) inclui uma viga (18) móvel dentro da estrutura guia vertical (16) do dito ma- nipulador (10) e uma cabeça de amarração (13) na extremidade da viga (18).

14. Manipulador de suprimento de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: primeiros sensores de movimento em uma primeira plataforma que produzem a primeira informação de movimento; e segundos sensores de movimento em uma segunda plataforma que produzem a segunda informação de movimento.

15. Manipulador de suprimento de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que as primeira e segunda informações de movimento incluem informação de movimento em seis graus de liberdade.

16. Manipulador de suprimento de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a cabeça de amarração (13) inclui uma trava que é capaz de travar na carga.

17. Manipulador de suprimento de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que ainda compreende sensores de posição na cabeça de amarração (13).