CN106395727A - 用于海上流体输送系统的控制设备 - Google Patents

Abstract

控制连接器的运动和定位的控制设备，连接器位于海运装载系统的流体输送管路的活动端上并用于连接于目标管道，流体输送管路的另一端固定于底座，连接器相对底座具有至少三个自由度，控制设备包括：至少三个致动器，每个致动器控制所述连接器在一相应的自由度上的运动；用于提供连接器定位信息的装置，其定位在连接器和目标管道中的至少一个上或者定位在连接器和目标管道中的至少一个附近；以及计算装置，其用于：(a)依据所述连接器的定位信息计算连接器相对于目标管道的定位；(b)计算用于所述致动器中的每个致动器并将导致所述连接器朝向目标管道运动的控制指令；(c)将所述控制指令施加给所述致动器，以带动连接器朝向目标管道运动。

Description

用于海上流体输送系统的控制设备

本申请是名称为“用于海上流体输送系统的控制设备”、国际申请日为2008年6月23日、国际申请号为PCT/IB2008/002685、国家申请号为200880129330.3的发明专利申请的分案申请。

技术领域

概括而言，本发明涉及为船舶装载和/或卸载流体用系统，所述系统通常称为海运装载系统。这些系统用于在船舶和码头之间或者在两艘船舶之间输送流体制品。

流体制品理解为指的是液态或气态制品。

更特别地，本发明涉及用于这种装载和/或卸载系统的控制移动、定位和连接的设备。

背景技术

一般而言，海运装载系统具有：流体输送管路端，固定于底座并连接于待输送流体的罐；以及相对管路端，可移动并设置有适于连接于目标管道的连接器，所述相对管路端自身连接于一流体罐。

用于船舶的两系列流体装载系统是公知的，它们通过它们的结构来划分：利用刚性管的输送用系统和利用柔性管的输送用系统。

在所述系列的利用刚性管的输送用系统中，可划分为装载臂系统和缩放仪系统。

所述装载臂为活节式管状结构，包括：底座，连接于流体罐，在流体罐上存在安装的设计为内管的第一管子，经由管子的一部分带有90°弯曲，能使它的端部中的一个端部围绕竖直轴线旋转而另一端部围绕水平轴线旋转。在所述内管的相对端，设计为外管的第二管子围绕水平轴线旋转安装。连接器安装在外管的端部。所述三个旋转的每一 个旋转由千斤顶或液压马达控制。

所述伸缩仪系统像所述装载臂一样包括与罐连接的底座。起重机可旋转地安装在那个底座上。起重机包括携带流体用管子的吊杆。在吊杆的端部存在安装的伸缩仪，伸缩仪包括用于流体的活节管子且能使安装在伸缩仪自由端的连接器移动。伸缩仪的倾斜受吊杆的所述端部处的旋转控制。伸缩仪的运动受液压马达和在底座上用于旋转的千斤顶控制。

最近，所述柔性管系统一般包括：管路，在所述管路中运送流体制品；以及机械系统，使所述管路能被操纵。存在有几种类型的操纵系统，但是在所有情况下，它们包括用于支撑连接柔性管用连接器的操纵起重机或结构。

一般而言，所述装载系统在其端部包括致动器，所述致动器使连接器能被夹紧或松开。一般而言，存在有一个或多个的千斤顶或者一个或多个的液压马达。

实际上，在多数系统中，连接器在其端部处为带有三个旋转自由度的活节连接。这样，连接器的平面相对目标管道的平面的角度定向可以与所述臂的倾斜无关，所述连接的平面在接近连接时保持平行于目标管道的平面；随后一旦连接器已夹紧在目标管道上，这些活节就使组装体能进行“漂浮”运动。实际上，所述旋转经由液压马达或千斤顶而受操作员控制，直到已实现连接器连接于目标管道。一旦连接器已被夹紧，液压马达或千斤顶断开或“设置成空转”，以使所述装载系统在不约束连接器的情况下能跟随目标管道运动。

上述两个系列装载设备具有结构上的差异，但是它们的控制系统依据同样的一般操作原理来设计。值得注意的是，在所有情况下，连接器相对于支承所述管道的固定端的底座具有至少三个自由度，而且在这些自由度中的每个自由度下的运动均独立地受致动器控制。操作员具有使他能控制连接器运动的命令界面。

各致动器或者由开/关型独立控制器或者由同步比例控制器来独立控制。

在开关型独立控制器的情况下，操作员可独立地作用在所述控制器的每一个控制器上，以控制所述装载系统的特定部件。在致动器组上的组合动作使连接器能定位在空间中的所需位置处。

在比例控制器的情况下，操作员具有命令输入界面，命令输入界面包括与计算器配合的比例控制器，从而利用更高或更低量值作用在所述比例控制器上，产生分别用于相应致动器的各自更高或更低量值的至少一个比例控制指令，这导致连接器以相应更高或更低的运动速度运动。

由此，操作员可直接控制所述连接器的运动，而且由此尤其可实现连接器的直线性和/或恒速运动，因为计算器通过同时作用于所有致动器上来编写连接器的运动。

一般而言，所采用的致动器为液压式，例如液压马达或千斤顶，但是采用电致动器也是公知的，例如电马达或气动致动器。装备海运装载系统的致动器或者由针对开关型独立控制器的开/关控制器(针对恒定运动速度，且在某些情况下，针对可能随意设定两个运动速度)来控制，或者在比例控制控制器的情况下由比例分配器来控制。

在所有情况下，在具有或不具有控制计算器媒介的情况下，为了达到将连接器连接于目标管道上，连接器与目标管道的连接由人工进行，由此操作员操纵所述装载系统

这些控制设备难以执行，因为操作员必须完全知道所述海运装载系统的功能和运动学。此外，他必须补偿船舶的运动，尤其是在大浪的情况下。这增加了连接器碰撞障碍物或目标管道的风险，这可能损坏连接器的密封。由此，所述操纵及连接要求胜任的人员。

便于将连接器连接于目标管道成为可能的系统是公知的，其中连接器事先通过线缆链接于目标管道。线缆被投掷到支撑所述底座的码头或船舶和支承目标管道的船舶之间、随后由操作员连接在目标管道和底座之间。随后，绞车使所述臂能沿张紧的线缆前行，并由此使连接器能被拉向目标管道。该系统通常称为“导向目标系统”。它是半自动系统：一旦已连接上所述线缆，操作员必须通过致动卷取操作来 控制连接器沿所述线缆的运动。导锥设置成用于接近的最后阶段。一旦连接器被拉到近前，操作员必须人工完成连接器的连接和连接器的封闭。

这种半自动连接模式要求有经验的人员和合适的重机械结构(尤其是，适于沿线缆牵引所述臂的马达、针对线缆相对端的锚定点、和用于最终阶段接近的导锥)。

发明内容

基于这些观察，本发明目的在于提供这样一种设备，所述设备便于操作员操作连接器控制运动，尤其在不利的海况下能够成功连接连接器；而且本发明更一般的目的在于，在所有情况下便于连接并使连接更快速，同时减少碰撞连接器的风险。

为此，本发明提供了一种控制设备，用于海运装载系统用连接器的运动和定位，所述海运装载系统包括至少一个流体输送管路，所述至少一个流体输送管路具有固定于底座的管路端和设置有连接器的活动管路端，连接器适于连接于目标管道，连接器相对底座具有至少三个自由度，所述设备的特征在于，所述设备包括至少三个致动器，各致动器用于控制所述系统在一个自由度上的运动，而且连接器/目标管道组的至少一个组员或与所述连接器/目标管道组的组员中的至少一个组员紧邻的一个部件包括至少一个用于提供连接器定位信息的装置，而且所述设备还包括计算装置，计算装置适于：

依据由连接器的所述定位信息装置提供的信息，计算连接器直接相对目标管道的相对定位；

计算给予所述致动器中的每个致动器的控制指令，从而所述致动器的组合运动使得连接器产生旨在带动连接器更靠近目标管道的运动；

施加所述控制指令，以带动连接器更接近目标管道；

重复前三个步骤，直到连接器出现在目标管道前面的连接位置处。

所述紧邻部件理解为指的是所述海运装载系统的这样的部件，所 述部件分别相对连接器或目标管道固定或可移动、但不管所述装载系统的几何构型如何却能足以靠近，以给予关于连接器相对目标管道的相对定位的精确信息，尤其针对连接目的能够使连接器自动精确地出现在目标管道前面。

有利地，依据本发明所述的设备使操作员能在接近用于连接的目标管道的过程中免除对连接器运动的控制，因为所述设备承担了自动控制连接器运动的任务，直到连接器出现在目标管道前面。

换句话说，依据本发明所述的设备使连接器能自动移动，直到连接器位于目标管道前面的连接位置处。操作员不再需要控制连接器连接目标管道的运动，连接器运动到连接位置处是自动进行的。

这有利地能够便于连接、且在所有情况下使连接更快、而且更尤其在不利海况下成功进行连接器的连接，同时减少了撞击连接器的风险。

甚至对于新操作员，采用依据本发明所述的设备，所述连接也是可行的。

依据本发明所述的设备通过消除不合适操纵的任何风险能使使用安全性增加。

有利地，本发明适于任意类型的海运装载系统，适于利用刚性管的输送用系统、以及适于利用柔性管的输送用系统，因为所述用于提供连接器定位信息的装置使获得的连接器直接相对目标管道的相对定位的信息与所述装载系统的运动学和结构无关。

依据本发明的有利特征，所述设备可组合有：

所述连接器/目标管道组的至少一个组员或相对所述连接器/目标管道组的所述组员中的至少一个组员固定的部件包括至少一个用于提供目标管道定位信息的装置；而且，所述计算装置适于根据用于提供定位信息的所述至少两个装置提供的所述管道定位信息和连接器的定位信息来导出连接器相对目标管道的相对位置；

所述用于提供连接器定位信息的装置和所述用于提供目标管道定位信息的装置设计成彼此通信，而且包括用于计算并直接提供连接器 相对目标管道相对定位信息的计算装置；

连接器在其端部活节连接有三个旋转自由度，而且所述三个旋转中的至少一个旋转受致动器控制，所述设备设置有用于提供连接器角度定向信息的装置和用于提供目标管道角度定向信息的装置，所述计算装置适于根据所述用于提供角度定向信息的装置提供的信息来计算提供给至少一个致动器的控制指令，以在连接位置处使连接器的角度定向基本与目标管道的角度定向相同。

有利地，连接器沿与目标管道相同的轴线定向，这使连接能精确可靠，同时限制了碰撞和损坏密封的风险。

依据本发明的有利特征，本发明可组合有：

所述设备还包括能将连接器夹紧和松开的致动器，而且一旦连接器已出现在目标管道前面的连接位置处，所述计算装置施加控制指令给该致动器，以将连接器夹紧在目标管道上；

一旦连接器已被连接并夹紧到目标管道上，所述计算装置施加断开所述致动器的指令，以控制所述系统在它的自由度上的运动，从而使得所述系统自由运动。

由此，有利地，所述连接在无人工干预的情况下进行，即使目标管道移动，例如当海面汹涌时。一旦连接器已存在于连接位置处，夹紧连接器是自动的。所述装载系统的所述致动器随后允许在它们的运动上变成自由，从而使连接器和所述装载系统能跟随目标管道的运动，而不对所述装载系统造成损坏。

依据有利特征，所述设备可组合有：

所述用于提供目标管道定位信息的装置包括系统的全球定位尤其是GPS型全球定位的装置，这使得能够提供目标管道的绝对位置，所述计算装置适于根据目标管道绝对位置信息来计算连接器相对目标管道的相对定位；

所述用于提供连接器定位信息的装置包括系统的全球定位尤其是GPS型全球定位的装置，这使得能够提供连接器的绝对位置，所述计算装置适于根据连接器和目标管道的绝对位置信息来计算连接器相对 目标管道的相对定位；

所述用于全球定位尤其是GPS型全球定位的装置为设计成彼此通信的装置，而且包括用于计算并直接提供连接器相对目标管道相对定位信息的计算装置；

所述用于提供连接器定位信息的装置或所述用于提供目标管道定位信息的装置中的一个装置包括光学装置，所述光学装置适于通过分别朝目标管道或连接器或朝所述相对目标管道或连接器固定的标靶发射诸如激光束的光束，而与相应目标管道或连接器配合或与相对目标管道或相对连接器相应固定的标靶配合，并检测反射光束且测量光束的行进时间，以由此导出连接器直接相对目标管道的相对定位信息；

所述用于提供连接器定位信息的装置包括光学摄像机，所述光学摄像机设计并安装成将连接器的图像提供给所述计算装置，所述计算装置适于处理由所述摄像机提供的图像，以计算连接器相对目标管道的相对定位；

在连接器和目标管道之间利用绕线架张紧有至少一条绳索，而且所述用于提供定位信息的装置为在所述绕线架上的至少一个绳索解开长度传感器和/或至少一个角度传感器，所述传感器选择成将信息提供给所述计算装置，从而能够所述计算连接器相对目标管道的相对定位；

所述各用于控制所述系统在自由度上运动的致动器中的至少一个为比例控制致动器；

所述设备包括供操作员使用的命令界面，而且所述命令界面和所述计算装置之间的通信以无线方式进行，所述命令界面包括用于与链接所述计算装置上的接收器进行无线通信的发射器；

所述设备包括至少两个用于提供连接器定位信息的装置，其中一个装置能够以比另一个装置更高的精度确定连接器的定位；而且针对连接器定位，当连接器和目标管道之间的距离变成小于预定距离时，所述计算装置使用所述具有更高精度的定位装置。

当连接器被移动得离所述底座太远时，存在着尤其通过断裂或干扰损坏所述系统的风险。尤其当在伸展过程中连接器被移动得离所述 底座太远时，存在所述系统断裂的风险。当连接器相对所述底座旋转时，尤其是当若干装载系统并行布置在码头上时，存在着相邻装载系统碰撞的风险：采用干扰造成损坏的术语。

为了避免这种对所述装载系统的破坏，警报装置已设置在某些类型的装载设备上。

采用设置在装载系统的部件或部件路径上的接近检测器和角度传感器的系统是公知的。用于检测接近的所述系统或开关具有的缺陷在于，要求了解所述装载系统的动力性，并随后定位开关或传感器在所述系统上，以限定工作区域。此外，这些传感器仅发出开/关型信号，这限制了用于警报的可能性。针对每个传感器，存在有单个区域限制。具有角度传感器的设备能限定工作区域，但是强加给系统将传感器放置在系统内的刚性结构。最近，针对带有柔性管的系统，目前了解到没有任何系统能被触发警报。

为此，依据本发明的有利特征，所述至少一个用于提供连接器定位信息的装置适于直接与设置在底座上或者设置在相对底座固定的部件上的用于提供底座定位信息的装置配合，以根据底座定位信息来提供连接器直接相对底座的相对定位信息；或者所述至少一个用于提供连接器定位信息的装置适于提供连接器在空间中的绝对定位信息，而且所述底座在空间中具有固定位置，所述设备包括能够根据连接器绝对定位信息和底座固定在空间中的定位数据来计算连接器直接相对底座的相对定位信息的计算装置，所述设备还包括一计算装置，该计算装置适于：

依据连接器相对底座的运动，实时计算连接器相对底座的定位信息、限定在所述计算装置中参数化且用于连接器的核准的至少一个定位区域的数据；

实时检查是否连接器位于所述核准区域内；

当连接器离开所述相应核准区域时，发出特定警报来警示操作员。

由此，通过所述计算装置实际上限定了核准区域或工作区域。为了限定这种区域，没有必要提供物理设置在所述装载系统上的传感器 或开关，而且这种区域容易通过所述计算装置而参数化。

这使得能够通过更精确触发的警报而增加使用安全性，而与所述装载系统的运动学和结构无关。

此外，可提供多个核准区域，所述多个核准区域例如一个重叠在另一个之内，所述多个核准区域具有不同工作风险程度、且依据是否在所涉及的区域中工作承担更大或更低风险而对应不同警报。

依据有利特征，所述计算装置适于停止施加给予到用于赋予连接器运动的所述致动器的每个致动器上的控制指令。

由此当警报已被触发，则连接程序自动停止，这使依据本发明的所述设备能变得更安全。

依据有利特征，若干海运装载系统连接于所述计算装置；而且，选择器设置于所述命令界面，以选择性地控制与所述计算装置连接的所述装载系统中的一个装载系统。

由此，操作员仅必须选择他希望将连接器连接的臂，而且不管目标管道是运动还是静止，所述操作将自动执行。

依据另一方面，本发明提供一种计算器，供依据上述设备使用，所述计算器适于：

依据由所述用于提供连接器定位信息的装置提供的信息，计算连接器相对目标管道的相对定位；

计算给予所述致动器的每一个致动器的控制指令，从而所述致动器的组合运动产生连接器的旨在带动连接器更靠近目标管道的运动；

施加所述控制指令，以带动连接器更靠近目标管道，直到连接器出现在目标管道前面的连接位置处。

依据又一方面，本发明提供了一种计算方法，供上述设备的所述计算装置使用，所述计算方法包括以下计算步骤：

依据由所述用于提供连接器定位信息的装置提供的信息，计算连接器相对目标管道的相对定位；

计算给予所述致动器的每一个致动器的控制指令，从而所述致动器的组合运动使得连接器产生旨在带动连接器更靠近目标管道的运 动；

施加所述控制指令，以带动连接器更靠近目标管道，直到连接器存在于目标管道前面的连接位置处。

附图说明

通过参照附图详细说明下面作为非限制实例给出的实施例，将继续说明本发明。在附图中：

图1是装载臂的立体示意图，装载臂装备有依据本发明的控制设备；

图2是依据图1的所述设备操作的概要图；

图3是表示依据图1和图2的控制设备的操作原理的功能图；

图4是装载臂另一实施例的立体示意图，装载臂装备有依据本发明的控制设备；

图5是装载臂又一实施例的立体示意图，装载臂装备有依据本发明的控制设备。

图6A和图6B是装载臂另一实施例的立体示意图。

具体实施方式

图1是装载臂2的非常示意的表示，装载臂2装备有依据本发明的控制设备1。在此表示的装载臂被相当地简化；而且，对此应记起的是，依据本发明所述的控制设备适于任意类型的海运装载系统，尤其适于上面所述的装载系统。

图1的装载臂包括底座21，底座21连接于位于表面22下方的流体罐，所述底座固定在表面22上。在当前的情况下，所述表面为码头，但在变型情况下所述表面为船舶。在底座的顶部处存在有旋转式活节弯管23，在弯管23上继而活节连接有称为内管24的第一管，内管24在它的相对端处活节连接于称为外管25的第二管。外管的端部携带连接器26，连接器26适于连接于目标管道35，在本实例中，目标管道35设置在非常示意表示的船舶36上。

在给出的本实施例中，在本身公知的方式下，连接器相对外管的 所述端部具有三个旋转自由度。在本实施例中，这三个旋转是自由的，从而在针对连接器连接于目标管道而解决的最后阶段过程中，操作员可自由调整连接器的角度。

在未示出的替代实施例中，这些旋转中的一个或多个的旋转受致动器控制并连接于命令界面，以使操作员能直接控制连接器最终接近时的旋转。

在本身公知的方式下，连接器在本实施例中具有锁定爪31，一旦连接器和锁定爪被连接，锁定爪31通过非常示意表示的致动器30闭合，以将连接器26保持在目标管道35周围。

一般而言，这种类型的装载臂本身是公知的，而且在此将不更详细地予以说明。此外，将记起的是，依据本发明所述的控制设备适于所有海运装载系统；而且将记起的是，依据本发明所述的控制设备适于任何其它类型的装载系统、尤其适用于上面所述系统的其中之一，将处于本领域技术人员的能力范围内。

在如图1示意表示的依据本发明所述的设备中，致动器27、28、29设置在所述装载臂的三个活节中的各自的活节(由双箭头A、B、C象征表示)处。更具体地，第一致动器27设置在底座21的所述顶部和弯管23之间，以使后者相对底座水平枢转；第二致动器28设置在弯管23的端部和内管24之间，以使内管竖向枢转；而第三致动器29设置在内管24和外管25之间，以使后者竖向枢转。

三个致动器27、28、29均为在此非常示意表示在图中的液压千斤顶。在未示出的变型中，所述液压千斤顶中的一个或多个的千斤顶由液压马达来替代。依据另一未示出的变型，所述致动器为电马达或气动马达。

在此设置在非常示意表示的船舶36上的目标管道35设置有盒子34，盒子34装有用于提供目标管道定位信息的装置，在本实施例中，所述装置为GPS型全球定位系统装置，这能给予绝对位置，而且更特别给予目标管道的自由端的空间坐标。

同样适用于连接器26，连接器26包括盒子33，盒子33装有GPS 型全球定位系统装置，这能给予绝对位置，而且更特别低给予连接器连接端的空间坐标。

所述控制设备的计算装置结合到计算器41中，计算器41设置在电控制柜40中。

液压动力单元42设置成将所述致动器操作必须的液压能提供给所述致动器。所述液压动力单元受计算器41控制。

GBS盒子33和34各自相应设置有发射包括定位信息的信号的发射器33A和34A。计算器链接于接收装置40A，接收装置40A适于接收来自发射器33A和34A的所述信号。所述控制设备还包括供操作员使用的命令界面60。

可替代地，盒子33定位在紧邻连接器的部件上，例如在与所述臂的端部活节连接的部件中的一个部件上，所述计算装置适于相对所述盒子提供的信息来外推连接器的定位信息。

如在图2中更显著地看到，在依据图1的所述设备的操作概要图中，计算器41链接于接收器40A，接收器40A为无线接收器，接收器40A适于与无线发射装置33A和34A通信，无线发射装置33A和34A分别链接于连接器的GPS盒子33和目标管道的GPS盒子34。由此，所述GPS盒子将连接器和目标管道的定位信息提供给计算器。

在替代实施例中，所述GPS盒子为设计成彼此通信而直接将连接器相对目标管道的相对位置的信息提供给计算器的装置。

装载臂2装备由阀控制的致动器27、28、29，所述阀自身受所述计算器控制。液压动力单元42经由所述阀将所述致动器操作必须的液压能提供给所述致动器。计算器经由功率继电器控制所述液压动力单元，以控制所述液压动力单元的启动和停止。所述液压单元包括泵(未示出)，所述泵适于抽取液压流体，以供给所述致动器。

命令界面60链接于计算器，以使操作员能命令将连接器连接于目标管道。

如在图2和图3中可看到的，当操作员想要将连接器连接于目标管道时，他致动命令界面60上的按钮61，以指示所述连接。与他的 指示对应的信号随后发送到计算器。计算器随后运行自动连接程序。

计算器经由无线接收器40A接收来自相应GPS盒子33和34的连接器和目标管道定位信息。可替代地，在另一实施例中，计算器通过电缆直接接收来自所述GPS盒子的信息。

依据替代实施例，位于船舶上的GPS盒子34将目标管道定位信息发送给所述装载臂的GPS盒子33，GPS盒子33计算连接器相对目标管道的相对定位、并将结果通过无线或有线链接发回给计算器。

计算器将这个信息转换成空间坐标，以获得连接器相对目标管道的相对位置。

基于连接器相对目标管道的相对位置的信息，计算器计算沿图1示意表示的X、Y和Z轴保持在连接器和目标管道之间的距离。

如果这三个距离均不为零或不等于以已知用于所述连接的参数化为参考距离的距离，则计算器计算针对所述臂的每个致动器27、28、29的控制指令，从而它们的组合运动导致连接器的旨在沿所述三个轴将连接器带动到更接近目标管道的运动。计算器随后将所计算的针对每个致动器的所述控制指令经由相应的阀作用于致动器27、28、29。一旦所述致动器已执行所述指令，则计算器再次计算沿X、Y、和Z轴保持在连接器和目标管道之间的距离。如果这些距离依然不为零或不等于所述参数化距离(例如，当海况差时)，计算器重新开始计算针对所述致动器的所述指令并应用所述指令，直到所述距离为零或等于所述参数化距离为止。换句话说，在操作员的经由命令界面60的指示下，计算器施加控制指令，以带动连接器朝向目标管道，直到连接器出现在目标管道前面的连接位置中。

如果所述三个距离均为零或等于所述参数化距离，这意味着，连接器面向目标管道定位在连接位置中。随后，计算器将控制指令发送给连接器的致动器30，以将连接器夹紧在目标管道上；而且一旦连接器已连接并夹紧在目标管道上，计算器随后发送断开所述臂的致动器27、28、29的指令，以使所述臂自由运动。

最后，指示灯62在所述命令界面上指示操作员已成功完成自动连 接。

用于使自动连接程序停止的紧急停止按钮(未示出)设置在命令界面60上。

在未示出的变型中，其它指示器设置在所述命令界面上，以将在自动连接过程中的各种故障或问题用信号通知操作员。

依据未示出的实施例，用于提供连接器定位信息的装置适于直接与用于提供底座定位信息的装置(设置在底座上或设置在相对底座固定的部件上)配合，以基于底座定位信息来提供连接器直接相对底座的相对定位信息。例如，这可以是同一GPS盒子33与设置在底座上的另一GPS盒子配合。可替代地，如果底座固定于码头，所述用于提供连接器定位信息的装置适于例如经由GSP盒子提供连接器在空间中的绝对定位信息；而且在底座在空间中具有固定位置的情况下，基于固定底座的GPS坐标和连接器在空间中活动的GSP坐标，计算器适于计算连接器直接相对底座的相对定位。在该实施例中，依据连接器的运动和所述用于提供连接器定位信息的装置所提供的信息，计算器实时计算连接器相对底座的定位信息。计算器参数化有数据(所述数据限定至少一个定位连接器用核准区域)并适于实时验证连接器是否处于该核准区域中。在相反的情况下，当连接器离开所述对应的核准区域时，计算装置适于发出警报。有利地，依据变型，当发出这种警报时，计算器适于终止自动连接连接器的命令。有利地，提供这种核准区域或工作区域的事实使得能够避免损坏所述系统(尤其在延伸或旋转过程中当连接器移动得离底座太远时由于断裂或干扰)的风险。

在这种情况下，计算器可编程，以依据流体制品的各装载或卸载操作由操作员限定可参数化的工作区域和/或禁止区域。例如，这使得将自动连接程序适于不同船舶(所述不同船舶可能具有不同的可能碰撞区域)。

光或声发射指示器设置成警告操作员错过核准区域边界。

在未示出的实施例中，若干海运装载系统均连接于同一计算器40；而选择器设置于所述命令界面，以选择性地控制所述若干装载系 统中的一个装载系统或其它装载系统链接于计算器。与相邻装载系统对应的工作区域被编程，以避免不同装载系统之间的碰撞。

在未示出的替代实施例中，连接器在其端部相对外管端部的三个旋转自由度受致动器(例如液压马达或千斤顶)控制。所述设备设置有用于提供连接器角度定向信息的装置和用于提供目标管道角度定向信息的装置，例如摆动式传感器。合适的计算装置设置成，依据用于提供连接器角度定向信息的装置和用于提供目标管道角度定向信息的装置所提供的信息，来计算给予所述致动器的控制指令，以使在连接位置中连接器的角度定向与目标管道的角度定向基本相同。由此，所述连接完成得更精确且更可靠，因为在连接时目标管道和连接器对齐。这使得能够尤其减少连接器和目标管道之间的密封遭到损坏的风险降低。

在所有情况下，当已完成所述连接，就是说，当连接器已夹紧在目标管道上时，计算器发给致动器断开指令，从而使所述系统自由运动，以使连接器能自由跟随目标管道的运动。

图4是装载臂另一实施例的立体示意图，装载臂装备有依据本发明的控制设备，在所述控制设备中，用于提供连接器定位信息的装置为安装在连接器上的摄像机。出于清楚的原因，已简化了连接器的表示。

标靶71设置目标管道35上。摄像机设计成聚焦在标靶上并将标靶的图像提供给计算器。基于那个图像，计算器适于计算连接器相对目标管道的相对定位。

为此，计算器设置有用于处理图像和形状识别的算法，以确定距离和角度，从而由此导出连接器相对目标管道的相对位置。为了计算距离，所述算法采用的原理是，连接器和目标管道之间的距离越大，标靶的图像越小；而针对角度计算，所述算法采用的原理是，针对圆形目标，当连接器顺着目标管道轴线时，标靶的图像为圆形，而当连接器相对目标管道轴向偏移时，标靶的图像为椭圆形。

在另一种变型中，若干摄像机设置成聚焦于同一标靶上并将几幅 图像提供给计算器，后者适于处理所有这些图像，以计算连接器相对目标管道的相对定位。

在另一实施例中，摄像机安装在电动支撑物上，所述电动支撑物自身受计算装置控制而枢转，以连续地朝标靶定向并能在任何时刻知晓摄像机相对连接器轴线的角度定向，所述计算装置适于处理这种角度定向信息和摄像机发送的图像，以控制连接器向连接位置移动。

优选地，出于性能上的原因，标靶为反射照准装置(reflective sightingdevice)。

依据未示出的优选变型，可省略标靶，而摄像机设计成以目标管道的自由端自身作为标靶进行拍摄。这个实施例尤其使得能够免除具有照准装置或目标管道上的标靶。由此，例如，如果目标管道位于小船上，所述设备将可能适于管道与连接器兼容的所有小船，而不管这些小船是否装备有标靶。

除了上述的差异之外，该实施例在结构和功能上与图1至图3的实施例相同，而且因此这里将不再更详细进行说明。

依据另一未示出的实施例，摄像机可设置在目标管道或小船的船桥上，以相对小船的船桥固定或电动并定向成将连接器的图像提供给计算器，从而使计算器能采用同样的原理计算连接器相对目标管道的相对定位。

图5为装载臂另一实施例的立体示意图，装载臂装备有依据本发明的控制设备，在所述控制设备中，用于提供连接器定位信息的装置为连接管道和连接器之间的张力绳索。

绳索75在它的一端具有固定于目标管道的装置。绳索的另一端连接于绕线架72的辊筒，绕线架72自身安装在连接器上。绕线架包括增量传感器73，增量传感器73能够确定绳索解开的长度，该信息被发送到计算器，计算器由此导出连接器和目标管道之间的距离。

此外，为绳索75设置绳索角度传感器74，以确定绳索相对至少两个参考角度的倾斜。

这样，基于所述两个参考角度和绳索解开的距离，可确定连接器 相对目标管道的相对定位。所述角度传感器例如是采用倾角计或激光器的传感器，以确定绳索相对所述至少两个参考角度的倾斜。

作为变型，所述设备设置有多个绕线架，绳索连接在所述多个绕线架的各自位置处，从而仅基于所述绕线架传感器提供的解开距离信息，计算器计算用于连接器相对目标管道的相对位置的角度和距离。

一旦在现场放置绳索，绳索首先被固定到抛射体上，通过本领域技术人员公知的手段将抛射体从码头上投掷到船舶上、或者从一只船舶上投掷到另一只船舶上。操作员随后将绳索的自由端固定到设置在目标管道上的位置处。操作员可随后运行采用与图1至图3的实施例相同原理的自动连接程序。

依据未示出的变型，绕线架设置有绳索断裂检测器，以在绳索断裂情况下暂停所述连接程序并触发臂收回程序。相应的警示随后经由所述命令界面(例如通过至少绳索断裂的指示灯)通信给操作员。

图6a和图6b为装载臂另一实施例的立体示意图，装载臂装备有依据本发明的控制设备，在所述控制设备中，采用了两个不同的用于提供连接器定位信息的装置。所述两个装置中的一个装置能够以比另一个装置更精确地确定连接器的定位。针对连接器连接于目标管道的目的，计算器40适于采用具有最小精度的用于定位连接器的装置来进行粗略接近；随后，当连接器和目标管道的距离变成小于预定距离时，针对使连接器出现在目标管道前面的连接位置处的目的，计算器采用具有最高精度的连接器定位信息的装置，以执行最后阶段的接近。实际上，在第一阶段，计算器依据与前面所述相同的原理使用GPS盒子33和34；而在第二阶段，激光装置包括激光发射器77和标靶76，在最后阶段的旨在使连接器出现在目标管道前面的连接位置处的接近过程中，所述设备适于通过激光束78来确定连接器相对目标管道的相对定位。由此，有利地，所述设备利用所述用于提供连接器和目标管道定位信息的不同装置使它们的精度与抵达连接位置的剩余距离匹配的特性。由此优化了连接精度。作为变型，所述激光装置可由红外线装置来替代。

一般而言，在未示出的适用所有上述实施例的变型中，若干臂受同一计算器控制。设置在所述命令界面上的选择器采用相同的原理并利用同一命令界面能使与同一计算器链接的多个装载臂受控制。

在另一未示出的一般变型中，所述命令界面为远程控制单元，所述远程控制单元设置有发射器，所述发射器用于与所述电控制柜中的计算器链接的接收器无线通信。所述发射器和接收器通过无线电波来通信。作为变型，所述发射器和所述接收器通过光波(例如红外波)来通信。

在未示出的变型中，所述装载臂的所述致动器中的至少一个致动器为比例控制致动器。在这个变型中，计算器适于控制所述比例控制致动器。有利地，比例控制致动器的使用使得连接器能够直接和直线性地并由此更短并更快地运动。这使得自动链接程序用时减少。

依据环境条件，各种其它变型也是可能的，而且针对此，将注意到的是本发明不限于所示出和所说明的实例。

Claims (9)

1.一种控制设备，其用于控制连接器的运动和定位，所述连接器位于海运装载系统的流体输送管路的活动端上并且用于连接于目标管道，所述流体输送管路的另一端固定于底座，连接器相对底座具有至少三个自由度，所述控制设备包括：

至少三个致动器，每个致动器控制所述连接器在一相应的自由度上的运动；

用于提供连接器定位信息的装置，该装置定位在连接器和目标管道中的至少一个上或者定位在连接器和目标管道中的至少一个附近；以及

计算装置，其用于：(a)依据所述连接器的定位信息计算连接器相对于目标管道的定位；(b)计算用于所述致动器中的每个致动器并将导致所述连接器朝向目标管道运动的控制指令；(c)将所述控制指令施加给所述致动器，以带动连接器朝向目标管道运动；以及(d)必要时重复步骤(a)-(c)，直到连接器位于用于连接到目标管道的位置处；

其中，所述用于提供连接器定位信息的装置包括光学装置，所述光学装置相对于连接器和目标管道中的一个固定并且用于朝连接器和目标管道中的另一个发射光束，并检测反射光束且测量光束的行进时间，并由此导出连接器相对于目标管道的定位。

2.一种控制设备，其用于控制连接器的运动和定位，所述连接器位于海运装载系统的流体输送管路的活动端上并且用于连接于目标管道，所述流体输送管路的另一端固定于底座，连接器相对底座具有至少三个自由度，所述控制设备包括：

至少三个致动器，每个致动器控制所述连接器在一相应的自由度上的运动；

光学摄像机，所述光学摄像机相对于连接器和目标管道中的一个固定并且用于提供连接器和目标管道中的另一个的图像或提供相对于连接器和目标管道中的另一个固定的目标的图像；

计算装置，其用于：(a)处理由光学摄像机提供的图像并由此计算连接器相对于目标管道的定位；(b)计算用于所述致动器中的每个致动器并将导致所述连接器朝向目标管道运动的控制指令；(c)将所述控制指令施加给所述致动器，以带动连接器朝向目标管道运动；以及(d)必要时重复步骤(a)-(c)，直到连接器位于用于连接到目标管道的位置处。

3.一种控制设备，其用于控制连接器的运动和定位，所述连接器位于海运装载系统的流体输送管路的活动端上并且用于连接于目标管道，所述流体输送管路的另一端固定于底座，连接器相对底座具有至少三个自由度，所述控制设备包括：

至少三个致动器，每个致动器控制所述连接器在一相应的自由度上的运动；

用于提供连接器相对于目标管道的定位信息的装置，该装置定位在连接器和目标管道中的至少一个上或者定位在连接器和目标管道中的至少一个附近；以及

计算装置，其用于：(a)依据所述连接器相对于目标管道的定位信息计算连接器相对于目标管道的定位；(b)计算用于所述致动器中的每个致动器并将导致所述连接器朝向目标管道运动的控制指令；(c)将所述控制指令施加给所述致动器，以带动连接器朝向目标管道运动；以及(d)必要时重复步骤(a)-(c)，直到连接器位于用于连接到目标管道的位置处；

其中用于提供连接器相对于目标管道的定位信息的装置包括：利用绕线架张紧在连接器和目标管道之间的绳索；以及绳索角度传感器和绳索解开长度传感器中的至少一个。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制设备，其中，所述致动器中的至少一个包括比例控制致动器。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的控制设备，其中，所述致动器中的每一个致动器包括电马达。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的控制设备，其中，若干海运装载系统连接于所述计算装置；而且，命令界面处设置有选择器，以选择性地控制与所述计算装置连接的所述海运装载系统中的一个海运装载系统。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的控制设备，其中，连接器相对于流体输送管路的活动端以三个旋转自由度被活节连接，所述控制设备还包括：

至少一个额外的致动器，所述额外的致动器用于控制所述连接器在三个旋转自由度中的至少一个旋转自由度中的运动；

用于提供连接器角度定向信息的装置；和

用于提供目标管道角度定向信息的装置；

其中，所述计算装置用于根据连接器角度定向信息和目标管道角度定向信息来计算用于所述至少一个额外的致动器的控制指令，以在用于连接的位置处使连接器的角度定向基本与目标管道的角度定向相同。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的控制设备，其中，所述控制设备还包括能将连接器夹紧和松开的夹紧致动器，其中一旦连接器处于用于连接的位置处，那么计算装置将施加控制指令给所述夹紧致动器，以将连接器夹紧到目标管道上。

9.根据权利要求8所述的控制设备，其中，一旦连接器已被夹紧到目标管道上，那么计算装置就施加指令以断开所述夹紧致动器。