CN104908888B - 柱形桅杆防撞装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柱形桅杆防撞装置及其方法，桅杆基架上设有水平转轴，水平转轴的中部固定有滑套，桅杆穿设在滑套内，桅杆的下半部外壁上轴向设有齿条，桅杆电机通过桅杆驱动齿轮、桅杆升降齿轮与齿条啮合，桅杆基架上设有与水平转轴同轴的固定齿轮，桅杆升降齿轮通过减速齿轮组与固定齿轮啮合，桅杆基架上设有摆动式障碍物检测装置，柱形桅杆防撞装置还包括控制装置及报警装置，控制装置连接桅杆电机、障碍物检测装置及报警装置。它有效解决了现有技术的桅杆升降装置容易因疏忽或误判造成碰撞事故的问题，本发明的柱形桅杆防撞装置可以自动检测障碍物并自动放倒桅杆，确保航行安全，具有很高的实用价值。

Description

柱形桅杆防撞装置及其方法

技术领域

本发明涉船用桅杆升降技术领域，尤其是涉及一种可以有效防止船舶桅杆与桥梁等障碍物发生碰撞的柱形桅杆防撞装置及其桅杆防撞方法。

背景技术

桅杆一般都安装于船舶的最高的顶棚中心线处，用于安装雷达、航行信号灯及通信天线等，是船舶航行时非常重要的安全设施。桅杆的结构型式通常有单柱杆式、塔架式等。当船只从水面上所架设桥梁等底下穿越时，若船上的桅杆可能与桥梁发生碰撞，则需要提前放倒（或放下）桅杆，降低高度后才能使船舶安全通过。现有技术的桅杆放倒过程需要人工事先确定前方是否有桥梁等障碍物以及桥梁等障碍物的水上高度，确定障碍物高度后再由船员根据船上桅杆的水上高度确定是否需要提前将桅杆放倒以避免发生碰撞。但实际上桥梁等障碍物的水上高度与水面高低有关（如涨潮退潮、洪水等引起的水面高低变化），而船上桅杆的水上高度也与船只的吃水深浅有关，因此，每次需要掌握很多数据才能作出准确的判断；这不但加大了的船员的工作量，同时也容易出现疏忽或误判造成碰撞事故发生，从而造成重大的财产损失，尤其是船舶在晚上航行时，这一问题就更加突出。公开日为2013年9月18日，公开号为CN103303435A的中国专利文献公开了一种桅杆升降装置，包括基座、桅杆底座及桅杆，所述基座上还固定设置有螺杆底座，所述螺杆底座上设置有活动支柱及螺杆，所述螺杆上设置有与其传动连接的传动装置，所述桅杆上固定设置有升降底座，所述升降底座上设置有与其转动连接的活动支柱，所述螺杆与所述活动支柱螺纹连接，所述活动支柱和所述活动支柱的转动方向与所述桅杆绕所述桅杆底座的转动方向相同。该结构以桅杆的下端为铰接转动点，采用丝杆转动通过丝杆螺母带动桅杆放倒或升起，虽然丝杆与螺母配合具有省力效果，但由于桅杆较高，因此丝杆的受力很大，人工升降相对比较费力；另外，该结构也没有解决船员出现疏忽或误判可能造成碰撞事故的问题。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术的桅杆防撞装置容易因疏忽或误判造成碰撞事故，从而出现重大财产损失的问题，提供一种可自动检测障碍物，避免造成重大财产损失的柱形桅杆防撞装置及其防撞方法。

本发明为解决上述技术问题而采用的具体技术方案是，一种柱形桅杆防撞装置，所述柱形桅杆可转动地设置在船舶的桅杆基架上，桅杆基架为开口朝上的U形结构，所述基架上设有一根与船舶航行方向垂直的水平转轴，水平转轴的中部固定有一个用于定位桅杆的滑套，桅杆穿设在滑套内，桅杆的下半部外壁上轴向设有齿条，滑套的外壁上设有桅杆电机，桅杆电机的输出轴上设有桅杆驱动齿轮，桅杆驱动齿轮与一个桅杆升降齿轮啮合，滑套与齿条对应一侧的侧壁上设有缺口，桅杆升降齿轮的一侧通过滑套侧壁上的缺口与桅杆上的齿条啮合，桅杆基架上设有与水平转轴同轴的固定齿轮，桅杆升降齿轮的另一侧通过减速齿轮组与固定齿轮啮合，桅杆电机转动时，桅杆驱动齿轮通过桅杆升降齿轮及齿条带动桅杆在滑套内上下升降，桅杆驱动齿轮通过桅杆升降齿轮、减速齿轮组使滑套相对于固定齿轮转动，桅杆升降齿轮的轮轴上还设有手轮；桅杆基架上设有用于检测船舶航行前方障碍物的障碍物检测装置及用于检测船舶上方障碍物的障碍物传感器，障碍物检测装置包括检测模块及可调速摆动机构，所述的摆动机构包括水平摆动机构及垂直摆动机构，垂直摆动机构设置在水平摆动机构上，所述检测模块为一个，设置在垂直摆动机构上；桅杆的下端部设有与所述水平转轴平行的锁定孔，桅杆基架上设有桅杆锁扣机构，桅杆锁扣机构包括一插销，插销的中部设置在电磁线圈中，插销的头部与锁定孔想适配，插销的尾端设有拉环，插销上还套设有复位拉簧；柱形桅杆防撞装置还包括控制装置及报警装置，控制装置连接并控制桅杆电机、障碍物检测装置、桅杆锁扣机构及报警装置。

本发明的柱形桅杆设置在桅杆基架上，桅杆基架上设有一根与船舶航行方向垂直的水平转轴，水平转轴的中部固定有一个用于定位桅杆的滑套，桅杆穿设在滑套内，通过桅杆电机驱动，桅杆可以在滑套的轴向移动，同时滑套同步转动，带动桅杆向后放倒。这种放倒桅杆的方式由于桅杆边下降边转动放倒，因此可以使桅杆重心相对于水平转轴的力矩得以减小，当桅杆放倒至水平位置时，水平转轴位于桅杆的中部接近重心位置，桅杆重心相对于水平转轴的力矩最小。而桅杆竖起时，水平转轴以上部分的桅杆也是一个边竖起边伸长的过程，这样既解决了桅杆竖立时应具有足够高度的问题，也使桅杆升降过程相对于水平转轴的力矩较小，避免单边转动升降需要克服很大力矩，需要较大动力的问题，采用较小的电机即可满足桅杆升降需要。而通过设置在桅杆升降齿轮轮轴上的手轮，还可以实现人工升降桅杆，同时人工升降桅杆时也比较轻便，解决了现有技术的桅杆人工升降时比较费力的问题。

障碍物检测装置用于自动检测船舶航行方向上可能与船舶桅杆发生碰撞的障碍物，摆动机构实现障碍物检测装置在一定的范围内扫描检测障碍物，确保船舶行驶方向上的一个矩形范围内可能与桅杆发生碰撞的障碍物均被检测到，保证船舶航行安全。控制装置可以根据障碍物的不同情况控制桅杆升降机构放下桅杆或发出警告，使得桅杆放倒自动化，避免因人工操作的疏忽或误判造成碰撞事故，进而造成重大财产损失的问题。

设置在桅杆基架上的插销与设置在桅杆上的锁定孔配合用于将处于升起状态的桅杆锁定，当需要将桅杆放倒时，通过电磁线圈产生的电磁力将插销从锁定孔中拉出，使桅杆解锁处于可升降可转动状态；拉环的设置可以使桅杆的解锁动作可以采用人工或其他机械拉拽方式得以实现，复位弹簧可以保证桅杆升起固定时插销的头部始终处于锁定孔内，确保桅杆被锁定。此外，也可以将插销装置设置在桅杆上，而在基架上设置相应的锁定孔。

作为优选，检测模块包括激光发生器、与激光发生器并列设置的激光接收器及记时系统，障碍物检测装置根据激光发生器发出光线与激光接收器收到反射光线之间的时差计算出检测装置与障碍物的距离，激光发生器与激光接收器的前端均设有挡光管，激光发生器前端的挡光管长度大于激光接收器前端的挡光管长度，检测模块的有效检测距离不小于850米。本发明检测模块与激光测距装置类似，可以发射脉冲激光束，利用反射光线判断是否存在障碍物，并利用发出光线与反射光线之间的时间差计算出距离，挡光管的设置可以减少发出光线对激光接收器的干扰以及减少其他的灯光干扰，只有与发出光线方向高度一致的光线才能被激光接收器收到。

作为优选，摆动机构包括一摆动电机，所述摆动电机为调速电机，摆动电机的动力轴上叠设有正向驱动齿轮与反向驱动齿轮，正向驱动齿轮与反向驱动齿轮均为齿数、模数相同的扇形齿轮且错位布置，摆动机构还包括摆动齿轮，正向驱动齿轮与摆动齿轮间断性啮合，反向驱动齿轮与换向齿轮间断性啮合，换向齿轮与摆动齿轮啮合，摆动齿轮通过一减速传动齿轮与摆动输出齿轮啮合，正向驱动齿轮与摆动齿轮啮合时，反向驱动齿轮与换向齿轮脱离啮合，反向驱动齿轮与换向齿轮啮合时，正向驱动齿轮与摆动齿轮脱离啮合，所述正向驱动齿轮驱动所述摆动齿轮摆动的角度与所述反向驱动齿轮通过换向齿轮驱动所述摆动齿轮摆动的角度相等，障碍物检测模块固定在摆动输出齿轮的轮轴上。

摆动电机通过驱动轴带动正向驱动齿轮与反向驱动齿轮同方向转动，当正向驱动齿轮与摆动齿轮啮合时，摆动齿轮反向转动通过一减速传动齿轮带动摆动输出齿轮正向转动，正向驱动齿轮继续转动与摆动齿轮脱离啮合，摆动齿轮停止转动，此时反向驱动齿轮与换向齿轮啮合，反向驱动齿轮通过换向齿轮带动摆动齿轮正向转动，反向驱动齿轮继续转动与换向齿轮脱离啮合后，正向驱动齿轮又开始与摆动齿轮啮合，重复上述过程，实现电机连续转动带动摆动输出齿轮的小幅度来回摆动，从而进一步实现障碍物检测装置在一定的范围内扫描检测障碍物，确保船舶行驶方向上的一定范围内的障碍物均被检测到，保证船舶航行安全。本发明的水平摆动机构与垂直摆动机构的内部结构一致，只是安装上的方向不同，一个在水平方向摆动，一个在垂直方向摆动。现有技术的来回摆动机构通常采用电机正反转来实现，但电机正反转的缺点一是需要复杂的控制系统，二是电机频繁正反转会影响其使用寿命，不适合长时间工作；而本发明的正反转完全通过机械结构实现，圆满地解决了上述问题，可以长时间工作。

作为优选，水平摆动机构的摆动角度为4至5度，垂直摆动机构的摆动角度为2至3度，垂直摆动机构的初始摆动频率是水平摆动机构初始摆动频率的2至3倍。水平摆动机构的摆动角度与垂直摆动机构的摆动角度大小决定了障碍物检测装置在一定检测距离上的扫描范围大小；摆动角度越大，相应的检测范围越大，但与桅杆碰撞无关的障碍物出现的可能性也越大，容易影响检测精度；摆动角度越小，相应的检测范围越小，虽然与桅杆碰撞无关的障碍物出现的可能性也越小，但可能漏掉某些障碍物，特别的桥梁等网格状的障碍物。另外，由于本发明的障碍物检测仅仅作为桅杆防撞考虑，而低于桅杆基架的障碍物由于不属于本发明能够解决的技术问题，不在本发明的考虑范围内。因此垂直摆动机构的摆动角度可以根据桅杆基架上的桅杆高度并结合合适的检测距离加以确定，这里合适的检测距离是对可能出现的最大航速、桅杆放倒所需时间、安全裕量等综合考虑后确定的，本领域技术人员容易做到。而水平摆动机构的摆动角度除考虑障碍物可能是一种开口朝下的缺口结构，这种结构也许船舶可以从中间安全通过，但如果考虑未来船舶可能出现一定的方向偏移，而偏移后可能发生碰撞，因此也应考虑提前放倒桅杆以避免发生碰撞。

作为优选，齿条两端的桅杆上设有桅杆升降限位装置，桅杆基架上设有桅杆转动限位装置，桅杆升降限位装置及桅杆转动限位装置上均包括限位开关及限位弹性缓冲块，桅杆升降齿轮与齿条的啮合点从齿条的一端移动到齿条的另一端时，滑套转动90度。本发明桅杆升降齿轮与滑套之间有确定的转动比例关系，直立状态的桅杆放倒时，桅杆电机转动通过桅杆驱动齿轮、桅杆升降齿轮带动齿条及桅杆在滑套内下降，桅杆驱动齿轮通过桅杆升降齿轮、减速齿轮组使滑套相对于固定齿轮转动，桅杆在滑套内下降至最低位置时，滑套转动90度，桅杆呈水平状态。这样，桅杆处于水平状态时，水平转轴位于桅杆的中部即桅杆的重心附近，而桅杆竖起时，水平转轴以上部分的桅杆也是一个边竖起边伸长的过程，这样可以使桅杆升降过程相对于水平转轴具有较小的力矩，避免单边转动升降需要克服很大力矩，需要较大动力的问题，采用较小的电机即可满足桅杆升降需要，另外采用人工升降桅杆也非常轻便，解决了现有技术的桅杆人工升降时比较费力的问题。桅杆转动限位装置用于限定桅杆转动的极限位置，当桅杆转动至水平位置时，限位开关闭合发出桅杆转动到位信号，桅杆电机停止转动；限位弹性缓冲块可以起到缓冲作用。

作为优选，桅杆顶部设有应急防撞机构，所述应急防撞机构包括一直杆及压缩弹簧，直杆的长度方向与船只的长度方向平行，直杆可滑动地穿设于桅杆上，直杆的前端部设有撞击头，所述的压缩弹簧套设在直杆上，压缩弹簧的一端与撞击头抵接，另一端与桅杆抵接，直杆的后端设有防止直杆脱出的限位板，限位板的后侧的直杆末端固定有拉绳，拉绳通过滑轮机构与拉环连接。当桅杆自动放倒系统出现故障、桅杆与障碍物碰撞不可避免时，本发明应急防撞机构将插销从桅杆的锁定孔中拉出，使桅杆解锁处于可升降可转动状态，这样桅杆可以向后被推倒，从而起到缓冲作用，减轻碰撞可能造成的损害；另一方面，插销从桅杆的锁定孔中拉出后，桅杆由于自重有向下移动的动力，这一动力使得桅杆下滑高度降低且带动滑套转动，使桅杆向后翻转，可以进一步减轻碰撞可能造成的损害，尤其在船速较慢时。设置应急防撞机构时，障碍物检测装置可以设置在桅杆的侧边，同时应注意应急防撞机构不能干扰障碍物检测装置的正常工作。

作为优选，桅杆电机与桅杆驱动齿轮之间设有离合器，所述的离合器为手动/电动两用离合器，离合器上设有手动拨杆，手动拨杆与拉绳连接。本发明在正常工作时离合器接合，当需要手动升起桅杆时，通过手动拨杆将离合器分离，可以减轻负载，起到省力的作用；另一方面，当桅杆顶部设有应急防撞机构动作时，通过拉绳、手动拨杆将离合器分离，也可以减轻桅杆放倒时的阻力，使桅杆更容易放倒，进一步减轻碰撞可能造成的损害。

一种柱形桅杆防撞装置的桅杆防撞方法，包括以下步骤：

a.开启障碍物检测装置，摆动机构以预设的初始摆动频率摆动，水平摆动机构摆动带动垂直摆动机构在水平方向上左右摆动，水平摆动机构的摆动角度为±2至±2.5度，同时垂直摆动机构摆动带动检测模块上下摆动，垂直摆动机构的摆动角度为0度至+2～+3度；检测模块以扫描方式检测船舶前方是否存在障碍物，并记录一个完整扫描周期内与最近障碍物的距离。

这里的水平摆动机构的摆动角度是指以过桅杆的船舶长度方向线为基准，向左向右均偏转2度至2.5度（总摆动角度为4至5度）；而垂直摆动机构的摆动角度则是以水平线（即0度）开始，向上偏转2度至3度（总摆动角度为2至3度）；另外，本发明在摆动机构的一个完整扫描周期内的任意一个位置检测到有障碍物时，就判定前方存在障碍物，并记录与障碍物之间的距离；由于障碍物可能是连续结构或多个散布结构，因此当一个完整扫描周期内检测到两个或两个以上的障碍物时，记录最近障碍物的距离。这里的一个完整扫描周期是指同时满足水平摆动机构及垂直摆动机构均完整摆动一个来回所需的时间。为了避免出现扫描死角，水平摆动机构与垂直摆动机构采用不同的摆动周期，此时完整扫描周期是指摆动周期较长的摆动机构的摆动周期。即当水平摆动机构的摆动周期大于垂直摆动机构的摆动周期时，完整扫描周期即为水平摆动机构的摆动周期，反之亦然，在一个完整扫描周期可能出现多个障碍物的距离数据，但只需记录距离最近的障碍物，并以此作为桅杆与障碍物的距离。

b.当障碍物检测装置检测到与障碍物的距离为460-600米时，控制装置控制摆动机构加速摆动，其摆动频率为摆动机构初始摆动频率的2倍，当连续10秒内没有检测到障碍物时，控制装置控制摆动机构恢复初始摆动频率。当检测到前方有障碍物但障碍物距离较远时，采用加快检测速度对障碍物进行进一步检测确认的方式处理；由于随着船舶的前行，障碍物与检测模块之间的连线与船舶航行方向线之间的夹角可能增大，因此前面检测到的障碍物可能离开障碍物检测装置的检测区域，因此当连续10秒内没有检测到障碍物时，控制装置控制摆动机构恢复初始状态。由于船舶在航行过程中碰到桥梁等障碍物，需要将桅杆放倒的可能性不是很大，因此本发明的初始检测状态是一个摆动机构摆动速度相对较慢的状态，待发现较远处存在障碍物时才采用加快检测速度的方式，这样可以降低相关机构的磨损，延长设备的使用寿命。

c.当障碍物检测装置检测到与障碍物的距离小于等于460米且大于230米时，控制装置控制摆动机构加速摆动，其摆动频率为摆动机构初始摆动频率的4倍，同时控制装置通过报警装置发出报警信号，提醒船舶驾驶员注意前方障碍物；当连续10秒内没有检测到障碍物时，控制装置控制摆动机构恢复初始摆动频率，报警装置停止报警。

d.当障碍物检测装置检测到与障碍物的距离小于等于230米时，控制装置控制桅杆锁扣机构使桅杆与桅杆基架脱扣，同时控制装置控制桅杆电机转动，桅杆下降并转动使桅杆处于水平状态，报警装置停止报警。在障碍物检测装置的扫描范围内检测到距离较近的障碍物时，判断该障碍物与桅杆碰撞的可能性较大，考虑到需要一定的安全裕量及船舶可能出现一定的偏航，加上放倒桅杆需要一定的时间，因此采用提前放倒桅杆的进行避让。放倒桅杆进行避让的时机与船舶的航行速度及放倒桅杆所需的时间有关，本发明的结构其桅杆放倒时间大约需要10秒钟，而船舶航速考虑为10米/秒，这样10秒钟内船舶可以前进100米，因此在距障碍物230米的距离上开始放倒桅杆具有足够的安全裕量。另外，该距离与主要与垂直摆动机构的摆动角度及桅杆可放倒的部分高度有关，即L（距离）=h（桅杆高度）/tanα（摆动角度正切），比如对于7米的桅杆，当摆动角度为两度时，对应的距离约为200米，当然还应加上一定的安全裕量，实用上可以根据桅杆放倒时间及船舶航速先确定该距离，然后根据桅杆高度及安全裕量确定摆动角度。

e. 开启障碍物传感器，当传感器检测到障碍物时，记录时间并继续检测，连续30秒内没有检测到障碍物时，控制装置控制桅杆电机反向转动，使桅杆升起并转动成竖立状态，控制装置控制摆动机构恢复初始摆动频率，同时关闭障碍物传感器并使桅杆锁扣机构失电复位，使桅杆与桅杆基架之间处于锁定状态；当连续100秒内没有检测到障碍物时，控制装置控制桅杆电机反向转动，使桅杆升起并转动成竖立状态，控制装置控制摆动机构恢复初始摆动频率，同时关闭障碍物传感器并使桅杆锁扣机构失电复位，使桅杆与桅杆基架之间处于锁定状态。桅杆放倒后可能出现两种状态，一种是在桅杆上方出现障碍物（比如桥梁），此时指向天空的障碍物传感器可以检测到障碍物，在检测到最后的障碍物30秒后，判定船舶已经越过障碍物，因此将桅杆重新升起。另一种是桅杆放倒后指向天空的检测模块未检测到障碍物，此时可以判定前面的检测到的障碍物位于船舶的侧边（比如类似船闸结构），因此在较长时间没有检测到障碍物的情况下，也将桅杆重新升起，障碍物传感器也可以采用激光测距装置，但无需摆动机构。

作为优选，控制装置连接船舶航行控制器，当障碍物检测装置检测到与障碍物的距离小于等于200米且大于130米时，控制装置通过船舶航行控制器船舶减速并报警；当障碍物检测装置检测到与障碍物的距离小于等于130米时，控制装置通过船舶航行控制器对船舶实施制动。当用于放倒桅杆的机构失效时，虽然控制装置已经启动桅杆防撞装置，但实际上桅杆并未出现下降及转动，此时控制装置通过船舶航行控制器控制船舶减速或停车，需要通过人工方式放倒桅杆，以避免发生碰撞。

作为优选，桅杆顶部设有应急防撞机构，所述应急防撞机构包括一直杆及压缩弹簧，直杆的长度方向与船只的长度方向平行，直杆可滑动地穿设于桅杆上，直杆的前端部设有撞击头，所述的压缩弹簧套设在直杆上，压缩弹簧的一端与撞击头抵接，另一端与桅杆抵接，直杆的后端设有防止直杆脱出的限位板，限位板的后侧的直杆末端固定有拉绳，拉绳通过滑轮机构与拉环连接；桅杆电机与桅杆驱动齿轮之间设有离合器，所述的离合器为手动/电动两用离合器，离合器上设有手动拨杆，手动拨杆与拉绳连接；当撞击头与障碍物碰撞时，压缩弹簧受力压缩，直杆后端向后移动，拉绳通过滑轮机构拉动拉环，将桅杆锁扣机构中的插销从桅杆的锁定孔内拉出，使桅杆与桅杆基架脱扣，同时拉绳通过滑轮机构拉动手动拨杆，桅杆电机与桅杆驱动齿轮之间的离合器分离。当桅杆自动放倒系统出现故障、桅杆与障碍物碰撞不可避免时，本发明应急防撞机构将插销从桅杆的锁定孔中拉出，使桅杆解锁处于可升降可转动状态，这样桅杆可以向后被推倒，从而起到缓冲作用，减轻碰撞可能造成的损害；另一方面，插销从桅杆的锁定孔中拉出后，桅杆由于自重有向下移动的动力，这一动力使得桅杆下滑高度降低且带动滑套转动，使桅杆向后翻转，可以进一步减轻碰撞可能造成的损害；而通过拉绳、手动拨杆将离合器分离，可以减轻桅杆被外力推倒时阻力（桅杆倒下时如离合器接合则需要带动电机转动，因此对桅杆倒下具有较大的阻力，尤其是采用减速电机的时候），使桅杆更容易放倒，进一步减轻碰撞可能造成的损害。

本发明的有益效果是，它有效地解决了现有技术的桅杆防撞装置容易因疏忽或误判造成碰撞事故，从而出现重大财产损失的问题，本发明的桅杆防撞装置可以自动检测障碍物并自动放倒桅杆，避免发生碰撞而引起重大财产损失，确保航行安全，具有很高的实用价值。

附图说明

图1是本发明柱形桅杆防撞装置的一种结构示意图；

图2是本发明桅杆锁扣机构一种结构示意图；

图3是本发明柱形桅杆防撞装置的一种局部结构示意图；

图4是本发明柱形桅杆防撞装置的一种俯视结构示意图；

图5是本发明障碍物检测装置的一种外形结构示意图；

图6是本发明垂直摆动机构一种结构示意图；

图7是本发明应急防撞机构一种结构示意图。

图中：1. 水平转轴，2.滑套，3.齿条，4.桅杆电机，5.桅杆驱动齿轮，6.桅杆升降齿轮，7.缺口，8.固定齿轮，9.减速齿轮组，10.手轮，11.障碍物传感器，12.检测模块，13.水平摆动机构，14.垂直摆动机构，15.锁定孔，16.插销，17.电磁线圈，18.拉环，19.复位拉簧，20. 挡光管,21.动力轴，22.正向驱动齿轮，23.反向驱动齿轮，24.摆动齿轮，25.换向齿轮，26.减速传动齿轮，27.摆动输出齿轮，28. 直杆，29.压缩弹簧，30.撞击头，31.限位板，32.拉绳，33.滑轮机构,34.桅杆，35.桅杆基架，36.支架。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1

在如图1所示实施例1中，一种柱形桅杆防撞装置，所述柱形桅杆34可转动地设置在船舶的桅杆基架35上，桅杆基架为开口朝上的U形结构，所述桅杆基架上设有一根与船舶航行方向垂直的水平转轴1，水平转轴的中部固定有一个用于定位桅杆的滑套2，桅杆穿设在滑套内，桅杆的下半部外壁上轴向设有齿条3，滑套的外壁上设有桅杆电机4及用于固定齿轮传动系统的支架36（见图4），桅杆电机的输出轴上设有桅杆驱动齿轮5，桅杆驱动齿轮与一个桅杆升降齿轮6啮合，滑套与齿条对应一侧的侧壁上设有缺口7（见图3），桅杆升降齿轮的一侧通过滑套侧壁上的缺口与桅杆上的齿条啮合，桅杆基架上设有与水平转轴同轴的固定齿轮8，桅杆升降齿轮的另一侧通过减速齿轮组9与设置在滑套两侧基架上的固定齿轮啮合，减速齿轮组与固定齿轮均为对称结构。桅杆电机转动时，桅杆驱动齿轮通过桅杆升降齿轮及齿条带动桅杆在滑套内上下升降，桅杆驱动齿轮通过桅杆升降齿轮、减速齿轮组使滑套相对于固定齿轮转动，桅杆升降齿轮的轮轴上还设有手轮10；桅杆基架上设有用于检测船舶航行前方障碍物的障碍物检测装置及用于检测船舶上方障碍物的障碍物传感器11，障碍物检测装置包括检测模块12及可调速摆动机构（见图5），所述的摆动机构包括水平摆动机构13及垂直摆动机构14，垂直摆动机构设置在水平摆动机构上；所述检测模块为一个，设置在垂直摆动机构上。检测模块包括激光发生器、与激光发生器并列设置的激光接收器及记时系统，障碍物检测装置根据激光发生器发出光线与激光接收器收到反射光线之间的时差计算出与障碍物的距离，激光发生器与激光接收器的前端均设有挡光管20，激光发生器前端的挡光管长度大于激光接收器前端的挡光管长度，检测模块的有效检测距离不小于850米。

桅杆的下端部设有与所述水平转轴平行的锁定孔15，桅杆基架上设有桅杆锁扣机构（见图2），桅杆锁扣机构包括一插销16，插销的中部设置在电磁线圈17中，插销的头部与锁定孔想适配，插销的尾端设有拉环18，插销上还套设有复位拉簧19；柱形桅杆防撞装置还包括控制装置及报警装置，控制装置连接并控制桅杆电机、障碍物检测装置、桅杆锁扣机构及报警装置。

实施例1的柱形桅杆防撞装置的桅杆防撞方法，包括以下步骤：

a.开启障碍物检测装置，摆动机构以预设的初始摆动频率摆动，水平摆动机构摆动带动垂直摆动机构在水平方向上左右摆动，水平摆动机构的摆动角度为±2度，同时垂直摆动机构摆动带动检测模块上下摆动，垂直摆动机构的摆动角度为0度至+2度；检测模块以扫描方式检测船舶前方是否存在障碍物，并记录一个完整扫描周期内与最近障碍物的距离。

b.当障碍物检测装置检测到与障碍物的距离为460-600米时，控制装置控制摆动机构加速摆动，其摆动频率为摆动机构初始摆动频率的2倍，当连续10秒内没有检测到障碍物时，控制装置控制摆动机构恢复初始摆动频率。

c.当障碍物检测装置检测到与障碍物的距离小于等于460米且大于230米时，控制装置控制摆动机构加速摆动，其摆动频率为摆动机构初始摆动频率的4倍，同时控制装置通过报警装置发出报警信号，提醒船舶驾驶员注意前方障碍物；当连续10秒内没有检测到障碍物时，控制装置控制摆动机构恢复初始摆动频率，报警装置停止报警。

d.当障碍物检测装置检测到与障碍物的距离小于等于230米时，控制装置控制桅杆锁扣机构使桅杆与桅杆基架脱扣，同时控制装置控制桅杆电机转动，桅杆下降并转动使桅杆处于水平状态，报警装置停止报警。

e. 开启障碍物传感器，当传感器检测到障碍物时，记录时间并继续检测，连续30秒内没有检测到障碍物时，控制装置控制桅杆电机反向转动，使桅杆升起并转动成竖立状态，控制装置控制摆动机构恢复初始摆动频率，同时关闭障碍物传感器并使桅杆锁扣机构失电复位，使桅杆与桅杆基架之间处于锁定状态；当连续100秒内没有检测到障碍物时，控制装置控制桅杆电机反向转动，使桅杆升起并转动成竖立状态，控制装置控制摆动机构恢复初始摆动频率，同时关闭障碍物传感器并使桅杆锁扣机构失电复位，使桅杆与桅杆基架之间处于锁定状态。

实施例2

实施例2的摆动机构（见图6）包括一摆动电机（图中未画出），所述摆动电机为调速电机，摆动电机的动力轴21上叠设有正向驱动齿轮22与反向驱动齿轮23，正向驱动齿轮与反向驱动齿轮均为齿数、模数相同的扇形齿轮且错位布置，摆动机构还包括摆动齿轮24，正向驱动齿轮与摆动齿轮间断性啮合，反向驱动齿轮与换向齿轮25间断性啮合，换向齿轮与摆动齿轮啮合，摆动齿轮通过一减速传动齿轮26与摆动输出齿轮27啮合，正向驱动齿轮与摆动齿轮啮合时，反向驱动齿轮与换向齿轮脱离啮合，反向驱动齿轮与换向齿轮啮合时，正向驱动齿轮与摆动齿轮脱离啮合，所述正向驱动齿轮驱动所述摆动齿轮摆动的角度与所述反向驱动齿轮通过换向齿轮驱动所述摆动齿轮摆动的角度相等，障碍物检测模块固定在摆动输出齿轮的轮轴上。实施例2 的控制装置连接船舶航行控制器，桅杆上齿条两端的桅杆上设有桅杆升降限位装置，桅杆基架上设有桅杆转动限位装置，桅杆升降限位装置及桅杆转动限位装置上均包括限位开关及限位弹性缓冲块（图中未画出），桅杆升降齿轮与齿条的啮合点从齿条的一端移动到齿条的另一端时，滑套转动90度，其余和实施例1相同。

实施例2的柱形桅杆防撞装置的桅杆防撞方法，除实施例1的方法外，当障碍物检测装置检测到与障碍物的距离小于等于200米且大于130米时，控制装置通过船舶航行控制器船舶减速并报警；当障碍物检测装置检测到与障碍物的距离小于等于130米时，控制装置通过船舶航行控制器对船舶实施制动。

实施例3

实施例3的桅杆顶部设有应急防撞机构（见图7），所述应急防撞机构包括一直杆28及压缩弹簧29，直杆的长度方向与船只的长度方向平行，直杆可滑动地穿设于桅杆上，直杆的前端部设有撞击头30，所述的压缩弹簧套设在直杆上，压缩弹簧的一端与撞击头抵接，另一端与桅杆抵接，直杆的后端设有防止直杆脱出的限位板31，限位板的后侧的直杆末端固定有拉绳32，拉绳通过滑轮机构33与拉环连接。本实施例的障碍物检测装置设置在直杆的下方；桅杆电机与桅杆驱动齿轮之间设有离合器，所述的离合器为手动/电动两用离合器，离合器上设有手动拨杆，手动拨杆与拉绳连接，其余和实施例1或实施例2相同。

实施例3的柱形桅杆防撞装置的桅杆防撞方法，除实施例1或实施例2的方法外，当撞击头与障碍物碰撞时，压缩弹簧受力压缩，直杆后端向后移动，拉绳通过滑轮机构拉动拉环，将桅杆锁扣机构中的插销从桅杆的锁定孔内拉出，使桅杆与桅杆基架脱扣，同时拉绳通过滑轮机构拉动手动拨杆，桅杆电机与桅杆驱动齿轮之间的离合器分离。

除上述实施例外，在本发明的权利要求书及说明书所公开的范围内，本发明的技术特征或技术数据可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施方式，这些本发明没有详细描述的实施方式是本领域技术人员无需创造性劳动就可以轻易实现的，因此这些未详细描述的实施方式也应视为本发明的具体实施例而在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柱形桅杆防撞装置，所述柱形桅杆可转动地设置在船舶的桅杆基架上，桅杆基架为开口朝上的U形结构，其特征是，所述基架上设有一根与船舶航行方向垂直的水平转轴（1），水平转轴的中部固定有一个用于定位桅杆的滑套（2），桅杆穿设在滑套内，桅杆的下半部外壁上轴向设有齿条（3），滑套的外壁上设有桅杆电机（4），桅杆电机的输出轴上设有桅杆驱动齿轮（5），桅杆驱动齿轮与一个桅杆升降齿轮（6）啮合，滑套与齿条对应一侧的侧壁上设有缺口（7），桅杆升降齿轮的一侧通过滑套侧壁上的缺口与桅杆上的齿条啮合，桅杆基架上设有与水平转轴同轴的固定齿轮（8），桅杆升降齿轮的另一侧通过减速齿轮组（9）与固定齿轮啮合，桅杆电机转动时，桅杆驱动齿轮通过桅杆升降齿轮及齿条带动桅杆在滑套内上下升降，桅杆驱动齿轮通过桅杆升降齿轮、减速齿轮组使滑套相对于固定齿轮转动，桅杆升降齿轮的轮轴上还设有手轮（10）；桅杆基架上设有用于检测船舶航行前方障碍物的障碍物检测装置及用于检测船舶上方障碍物的障碍物传感器（11），障碍物检测装置包括检测模块（12）及可调速摆动机构，所述的摆动机构包括水平摆动机构（13）及垂直摆动机构（14），垂直摆动机构设置在水平摆动机构上，所述检测模块为一个，设置在垂直摆动机构上；桅杆的下端部设有与所述水平转轴平行的锁定孔（15），桅杆基架上设有桅杆锁扣机构，桅杆锁扣机构包括一插销（16），插销的中部设置在电磁线圈（17）中，插销的头部与锁定孔相适配，插销的尾端设有拉环（18），插销上还套设有复位拉簧（19）；柱形桅杆防撞装置还包括控制装置及报警装置，控制装置连接并控制桅杆电机、障碍物检测装置、桅杆锁扣机构及报警装置。

2.根据权利要求1所述的柱形桅杆防撞装置，其特征在于，检测模块包括激光发生器、与激光发生器并列设置的激光接收器及记时系统，障碍物检测装置根据激光发生器发出光线与激光接收器收到反射光线之间的时差计算出与障碍物的距离，激光发生器与激光接收器的前端均设有挡光管（20），激光发生器前端的挡光管长度大于激光接收器前端的挡光管长度，检测模块的有效检测距离不小于850米。

3.根据权利要求1所述的柱形桅杆防撞装置，其特征在于，所述摆动机构包括一摆动电机，所述摆动电机为调速电机，摆动电机的动力轴（21）上叠设有正向驱动齿轮（22）与反向驱动齿轮（23），正向驱动齿轮与反向驱动齿轮均为齿数、模数相同的扇形齿轮且错位布置，摆动机构还包括摆动齿轮（24），正向驱动齿轮与摆动齿轮间断性啮合，反向驱动齿轮与换向齿轮（25）间断性啮合，换向齿轮与摆动齿轮啮合，摆动齿轮通过一减速传动齿轮（26）与摆动输出齿轮（27）啮合，正向驱动齿轮与摆动齿轮啮合时，反向驱动齿轮与换向齿轮脱离啮合，反向驱动齿轮与换向齿轮啮合时，正向驱动齿轮与摆动齿轮脱离啮合，所述正向驱动齿轮驱动所述摆动齿轮摆动的角度与所述反向驱动齿轮通过换向齿轮驱动所述摆动齿轮摆动的角度相等，障碍物检测模块固定在摆动输出齿轮的轮轴上。

4.根据权利要求1所述的柱形桅杆防撞装置，其特征在于，水平摆动机构的摆动角度为4至5度，垂直摆动机构的摆动角度为2至3度，垂直摆动机构的初始摆动频率是水平摆动机构初始摆动频率的2至3倍。

5.根据权利要求1所述的柱形桅杆防撞装置，其特征在于，齿条两端的桅杆上设有桅杆升降限位装置，桅杆基架上设有桅杆转动限位装置，桅杆升降限位装置及桅杆转动限位装置上均包括限位开关及限位弹性缓冲块，桅杆升降齿轮与齿条的啮合点从齿条的一端移动到齿条的另一端时，滑套转动90度。

6.根据权利要求1-5任一项所述的柱形桅杆防撞装置，其特征在于，桅杆顶部设有应急防撞机构，所述应急防撞机构包括一直杆（28）及压缩弹簧（29），直杆的长度方向与船只的长度方向平行，直杆可滑动地穿设于桅杆上，直杆的前端部设有撞击头（30），所述的压缩弹簧套设在直杆上，压缩弹簧的一端与撞击头抵接，另一端与桅杆抵接，直杆的后端设有防止直杆脱出的限位板（31），限位板的后侧的直杆末端固定有拉绳（32），拉绳通过滑轮机构（33）与拉环连接。

7.根据权利要求6所述的柱形桅杆防撞装置，其特征在于，所述桅杆电机与桅杆驱动齿轮之间设有离合器，所述的离合器为手动/电动两用离合器，离合器上设有手动拨杆，手动拨杆与拉绳连接。

8.一种如权利要求1所述柱形桅杆防撞装置的桅杆防撞方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.开启障碍物检测装置，摆动机构以预设的初始摆动频率摆动，水平摆动机构摆动带动垂直摆动机构在水平方向上左右摆动，水平摆动机构的摆动角度为4度至5度，同时垂直摆动机构摆动带动检测模块上下摆动，垂直摆动机构的摆动角度为0度至+2～+3度；检测模块以扫描方式检测船舶前方是否存在障碍物，并记录一个完整扫描周期内与最近障碍物的距离；

b.当障碍物检测装置检测到与障碍物的距离为460-600米时，控制装置控制摆动机构加速摆动，其摆动频率为摆动机构初始摆动频率的2倍，当连续10秒内没有检测到障碍物时，控制装置控制摆动机构恢复初始摆动频率；

c.当障碍物检测装置检测到与障碍物的距离小于等于460米且大于230米时，控制装置控制摆动机构加速摆动，其摆动频率为摆动机构初始摆动频率的4倍，同时控制装置通过报警装置发出报警信号，提醒船舶驾驶员注意前方障碍物；当连续10秒内没有检测到障碍物时，控制装置控制摆动机构恢复初始摆动频率，报警装置停止报警；

d.当障碍物检测装置检测到与障碍物的距离小于等于230米时，控制装置控制桅杆锁扣机构使桅杆与桅杆基架脱扣，同时控制装置控制桅杆电机转动，桅杆下降并转动使桅杆处于水平状态，报警装置停止报警；

e.开启障碍物传感器，当传感器检测到障碍物时，记录时间并继续检测，连续30秒内没有检测到障碍物时，控制装置控制桅杆电机反向转动，使桅杆升起并转动成竖立状态，控制装置控制摆动机构恢复初始摆动频率，同时关闭障碍物传感器并使桅杆锁扣机构失电复位，使桅杆与桅杆基架之间处于锁定状态；当连续100秒内没有检测到障碍物时，控制装置控制桅杆电机反向转动，使桅杆升起并转动成竖立状态，控制装置控制摆动机构恢复初始摆动频率，同时关闭障碍物传感器并使桅杆锁扣机构失电复位，使桅杆与桅杆基架之间处于锁定状态。

9.根据权利要求8所述的桅杆防撞方法，所述控制装置连接船舶航行控制器，其特征在于，当障碍物检测装置检测到与障碍物的距离小于等于200米且大于130米时，控制装置通过船舶航行控制器船舶减速并报警；当障碍物检测装置检测到与障碍物的距离小于等于130米时，控制装置通过船舶航行控制器对船舶实施制动。

10.根据权利要求8或9所述的桅杆防撞方法，桅杆顶部设有应急防撞机构，所述应急防撞机构包括一直杆及压缩弹簧，直杆的长度方向与船只的长度方向平行，直杆可滑动地穿设于桅杆上，直杆的前端部设有撞击头，所述的压缩弹簧套设在直杆上，压缩弹簧的一端与撞击头抵接，另一端与桅杆抵接，直杆的后端设有防止直杆脱出的限位板，限位板的后侧的直杆末端固定有拉绳，拉绳通过滑轮机构与拉环连接；桅杆电机与桅杆驱动齿轮之间设有离合器，所述的离合器为手动/电动两用离合器，离合器上设有手动拨杆，手动拨杆与拉绳连接，其特征在于，当撞击头与障碍物碰撞时，压缩弹簧受力压缩，直杆后端向后移动，拉绳通过滑轮机构拉动拉环，将桅杆锁扣机构中的插销从桅杆的锁定孔内拉出，使桅杆与桅杆基架脱扣，同时拉绳通过滑轮机构拉动手动拨杆，桅杆电机与桅杆驱动齿轮之间的离合器分离。