CN106422109A - 舶体外板爬壁作业体跟踪式安全绳绞缆防护器系统及其定位防护使用方法 - Google Patents

Abstract

一种船体外板爬壁作业体跟踪式安全绳绞缆防护器系统及其定位防护使用方法，属于船舶与海洋工程中的船舶智能制造装备技术领域。该系统主要包括张紧钢丝绳、防护器本体、激光定位发生与接收器、驱动电机及凹槽驱动轮、主主控制单元、悬挂安全绳及收紧装置、拉力限位器等部分。解决了大尺度爬壁作业体坠落摆动或撞击船体外板的难题。横向跟踪和纵向柔性悬挂的设计理念是，一旦发生爬壁作业体坠落就实时定位自锁，既不会沿船板表面摇摆，也不会撞击船体板。该防护系统结构简单，自动化程度高，操作方便，安全可靠，实用性强，实施方案合理，是一种极具工程应用前景的防止船舶外板爬壁作业体吸附失效坠落、摇摆、撞击的安全系统。

Description

舶体外板爬壁作业体跟踪式安全绳绞缆防护器系统及其定位 防护使用方法

技术领域

本发明涉及一种舶体外板爬壁作业体跟踪式安全绳绞缆防护器系统及其使用方法，属于船舶与海洋工程中的船舶智能制造装备技术领域。

背景技术

船体外板的自动化爬壁作业主要包括以大型爬壁机器人为作业体的除锈、喷涂、焊接和检测等。船体外板作业空间大，高空作业危险性大，除锈和喷漆等环境保护和职业健康问题越来越引起人们的关注，采用自动化的大型爬壁机器人搭载船体外板工具作业，可以使工人远离作业点，有效避免高空作业危险和粉尘环境污染。

随着智能造船的科研力度加大，大型爬壁机器人技术取得了很大的发展，但是，该类大型设备一般采用永磁、电磁、或真空吸附在船体外板的表面，尽管各种吸附方式都设计了较大的吸附余量，保证爬壁机器人作业体与船体外板的可靠吸附，但是，船舶表面曲率复杂，表面附着物影响吸附，且爬壁机器人作业体时常拖拽管路、电线等不稳定负载，机器人作业体本体也要在船体外板表面不断运动，特别是除锈和喷涂的爬壁机器人作业体重量都很大，一般都在50㎏以上，很容易造成吸附失效与船体外板之间脱落而坠落。

传统的安全防护装置采用安全绳布置在船舶甲板上方，由人工监视。但是，船舶外板跨度非常大，以大型船舶VLCC为例，船舶艏艉前后作业距离达到300m以上，作业跨度非常大，而船舶的高度虽说已经达到30m，但是相比船舶艏艉的跨度而言非常小，因此爬壁机器人作业体的安全绳距离不能大于30m，一旦大于30m，爬壁机器人坠落将可能直接掉落地面。

这就要求人为不断地协助机器人上方的安全绳不断地调整作业区间，或者辅助以专门的吊机进行船舶艏艉全过程的伴随保护。操作非常困难。特别是，即使机器人安全绳小于30m，安全绳处于松弛状态，一旦机器人坠落，即使不至于摔落到地面，到那时还是可能因为安全绳的松弛而造成爬壁机器人作业体沿船舶外板表面摆动，从而划伤船体外板表面，损伤爬壁机器人作业体，甚至可能直接产生两者之间的撞击损伤。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种船体外板爬壁作业体跟踪式安全绳绞缆防护器系统及其定位防护使用方法，该安全绳绞缆防护器系统应结构简单，自动化程度高，操作方便，安全可靠，实用性强，实施方案合理，是一种极具工程应用前景的防止船舶外板爬壁作业体吸附失效坠落、摇摆、撞击的安全系统。

本发明采用的技术方案是：一种船体外板爬壁作业体跟踪式安全绳绞缆防护器系统，它包括爬壁作业体、主控制单元，它还包括跟踪式安全绳绞缆防护器本体、爬壁作业体悬挂安全绳、张紧悬挂钢丝绳；所述跟踪式安全绳绞缆防护器本体內水平设置左凹槽驱动轮和右凹槽驱动轮，左凹槽驱动轮和右凹槽驱动轮接触式悬挂在张紧悬挂钢丝绳上滚动，跟踪驱动电机安装在跟踪式安全绳绞缆防护器本体上，跟踪驱动电机输出轴与驱动轮键连接，位于左凹槽驱动轮和右凹槽驱动轮下侧的安全绳收紧装置安装在跟踪式安全绳绞缆防护器本体上，机械式棘轮重力冲击拉力限位器安装在安全绳收紧装置内；所述爬壁作业体悬挂安全绳与机械式棘轮重力冲击拉力限位器绑扎连接，爬壁作业体悬挂安全绳沿船体外板与安全吊环连接，安全吊环安装在爬壁作业体上；所述张紧悬挂钢丝绳固定在船舶艏艉钢丝绳固定杆上，船舶艏艉钢丝绳固定杆固定在船体外板艏艉两舷侧；所述跟踪式安全绳绞缆防护器本体上安装固定A激光定位发生器和B激光定位发生器，C激光定位接收器安装在爬壁作业体上；所述主控制单元安装在跟踪式安全绳绞缆防护器本体上。

船舶外板爬壁作业体跟踪式安全绳绞缆防护器系统的定位防护使用方法，包括以下步骤：

步骤一 跟踪式安全绳绞缆防护器跟踪

A激光定位发生器和B激光定位发生器与C激光定位接收器形成等边距离三角判定，其跟踪判定原理是：当激光探测距离AC＞BC时，跟踪式安全绳绞缆防护器本体在爬壁作业体左侧，则跟踪式安全绳绞缆防护器本体追踪爬壁作业体沿着张紧悬挂钢丝绳向右侧船艉移动；当激光探测距离AC＜BC时，跟踪式安全绳绞缆防护器本体在爬壁作业体右侧，则跟踪式安全绳绞缆防护器本体追踪爬壁作业体沿着张紧悬挂钢丝绳向左侧船艏移动；当激光探测距离AC=BC时，跟踪式安全绳绞缆防护器本体在爬壁作业体垂直正上方，爬壁作业体悬挂安全绳处于爬壁作业体同等作业高度的最短状态；

步骤二 定位防护

所述安全绳收紧装置设置有机械式棘轮重力冲击拉力限位器，爬壁作业体一旦吸附失效坠落，机械式棘轮重力冲击拉力限位器立即启动收紧安全绳；

步骤三 爬壁作业体吸附失效防坠

该系统跟踪式安全绳绞缆防护器主体设置在船舶艏艉长跨距张紧悬挂钢丝绳上，跟踪式安全绳绞缆防护器本体在该钢丝绳上大跨距行走作业；跟踪式安全绳绞缆防护器通过激光距离判定，时时寻找爬壁作业体在自己本体垂直下方的左右位置，进行判定后自动驱动电机带动驱动凹槽滑轮沿船舶艏艉横向张紧钢丝绳左右横移，以时时跟踪爬壁作业体，时刻保持在爬壁作业体垂直方向正上方，以保证爬壁作业体悬挂安全绳最短，且处于船体外板高度范围内，不会使因安全绳过长造成爬壁作业体因吸附失效突然坠落时摆动以及撞击船体外板表面；另一方面，考虑爬壁作业体不受安全绳缠绕干扰，设置安全绳收紧装置使安全绳时时柔性收紧，且随着机器人作业的高度变化，时时灵活伸展，既具备伸展性、又具备紧缩性，使爬壁作业体在哪一点吸附失效坠落就在哪一点定位锁住，既不会沿船体外板表面摇摆，也不会撞击船体外板，也不会沿垂直方向进一步下落。

采用上述的技术方案，该舶体外板爬壁作业体跟踪式安全绳绞缆防护器系统充分考虑船舶艏艉大尺度横跨作业空间与船舶型深高度的防护空间，可以使爬壁作业体在哪一点吸附失效坠落就在哪一点定位锁住，既不会沿船体外板表面摇摆，也不会撞击船体外板，也不会沿垂直方向进一步下落。整个护器系统装置结构简单，自动化程度高，操作方便，安全可靠，实用性强，实施方案合理，是一种极具工程应用前景的防止船体外板爬壁作业体吸附失效坠落、摇摆、撞击的安全系统。

本发明的有益效果是：该安全绳绞缆防护器系统采用的跟踪式安全绳绞缆防护器本体通过左凹槽驱动轮和右凹槽驱动轮定位悬挂在张紧悬挂钢丝绳上，内部设置有自动控制驱动电机，可以沿着船体外板的船长与型深范围内自动移动；安全绳收紧装置具有使爬壁作业体安全绳时时柔性收紧的功能，设置有机械式棘轮重力冲击拉力限位器，且随着机器人作业的高度变化，时时可以灵活伸展，既具备伸展性、又具备紧缩性，可以使爬壁作业体在哪一点吸附失效坠落就在哪一点定位锁住，既不会沿船体外板表面摇摆，也不会撞击船体外板，也不会沿垂直方向进一步下落；A激光定位发生器和B激光定位发生器与C激光定位接收器，以及主主控制单元形成跟踪定位信号接收及判断处理，实现跟踪式安全绳绞缆防护器本体对下方的爬壁作业体的实时垂直跟踪防护；大型爬壁作业体的时时安全防护，灵活防护跟踪，防护范围大船舶艏艉跨距大，自动化程度高、操作简易，在船体外板大型爬壁作业体作业，以及类似大型石油储罐、大型钢板表面爬壁机器人作业等方面有广阔的应用前景。

附图说明

图1是船体外板爬壁作业体跟踪式安全绳绞缆防护器系统图。

图2是跟踪式安全绳绞缆防护器图。

图3是跟踪式安全绳绞缆防护器跟踪原理图。

图中：1、张紧悬挂钢丝绳，2、A激光定位发生器，3、安全绳收紧装置，4、左凹槽驱动轮，5、右凹槽驱动轮，6、跟踪式安全绳绞缆防护器本体，7、机械式棘轮重力冲击拉力限位器，8、B激光定位发生器，9、爬壁作业体悬挂安全绳，10、C激光定位接收器，11、船舶艏艉钢丝绳固定杆，12、安全吊环，13、爬壁作业体，14、船体外板，15、主主控制单元，16、跟踪驱动电机。

具体实施方式

图1、2、3示出了船体外板爬壁作业体跟踪式安全绳绞缆防护器系统图。图中，该安全绳绞缆防护器系统包括张紧悬挂钢丝绳1、跟踪式安全绳绞缆防护器本体6、爬壁作业体悬挂安全绳9和爬壁作业体13。张紧悬挂钢丝绳1固定在船舶艏艉钢丝绳固定杆11上，船舶艏艉钢丝绳固定杆11固定在船舶外板14艏艉两侧上。跟踪式安全绳绞缆防护器本体6内设置有左凹槽驱动轮4和右凹槽驱动轮5，左凹槽驱动轮4与右凹槽驱动轮5水平布置，跟踪式安全绳绞缆防护器本体6通过左凹槽驱动轮4和右凹槽驱动轮5定位悬挂在张紧悬挂钢丝绳1上。安全绳收紧装置3固定在跟踪式安全绳绞缆防护器本体6上，位于左凹槽驱动轮4和右凹槽驱动轮5下侧，设置连接有机械式棘轮重力冲击拉力限位器7，与爬壁作业体悬挂安全绳9连接，爬壁作业体悬挂安全绳9沿船舶外板14与爬壁作业体13通过安全吊环12连接。跟踪式安全绳绞缆防护器本体6上固定A激光定位发生器 2和B激光定位发生器 8，爬壁作业体13上固定C激光定位接收器 10；所述跟踪式安全绳绞缆防护器本体6上固定跟踪驱动电机16与左凹槽驱动轮4和右凹槽驱动轮5连接；所述跟踪式安全绳绞缆防护器本体6上固定主主控制单元15与跟踪驱动电机16连接，接收处理A激光定位发生器2、B激光定位发生器8和C激光定位接收器10的信号。

跟踪式安全绳绞缆防护器本体6通过左凹槽驱动轮4和右凹槽驱动轮5定位悬挂在张紧悬挂钢丝绳1上，内部设置有自动控制驱动电机，可以沿着船舶艏艉大范围、大尺度艏艉方向自动移动；安全绳收紧装置3具有使爬壁作业体安全绳时时柔性收紧的功能，设置有机械式棘轮重力冲击拉力限位器7；A激光定位发生器2和B激光定位发生器8与C激光定位接收器10，以及主主控制单元15形成跟踪定位信号接收及判断处理，实现跟踪式安全绳绞缆防护器本体6对下方的爬壁作业体13的时时垂直跟踪防护。

船舶外板爬壁作业体跟踪式安全绳绞缆防护器系统及其定位防护使用方法包括以下步骤：

步骤一 跟踪式安全绳绞缆防护器跟踪原理：A激光定位发生器和B与C激光定位接收器形成等边距离三角判定，其跟踪判定原理是：当激光探测距离AC＞BC时，跟踪式安全绳绞缆防护器本体6在爬壁作业体13左侧，则跟踪式安全绳绞缆防护器本体6追踪爬壁作业体13沿着张紧悬挂钢丝绳1向右侧船艉移动；当激光探测距离AC＜BC时，跟踪式安全绳绞缆防护器本体6在爬壁作业体13右侧，则跟踪式安全绳绞缆防护器本体6追踪爬壁作业体13沿着张紧悬挂钢丝绳1向左侧船艏移动；当激光探测距离AC=BC时，跟踪式安全绳绞缆防护器本体6在爬壁作业体13垂直正上方，爬壁作业体悬挂安全绳9处于爬壁作业体13同等作业高度的最短。

步骤二 定位防护方法：所述安全绳收紧装置3使爬壁作业体安全绳时时柔性收紧的功能，且随着机器人作业的高度变化，时时可以灵活伸展，既具备伸展性、又具备紧缩性；设置有机械式棘轮重力冲击拉力限位器7，爬壁作业体一旦吸附失效坠落，机械式棘轮重力冲击拉力限位器立即启动收紧安全绳，

起到对爬壁作业体的定位保护作用。

步骤三 爬壁作业体吸附失效防坠使用方法：横向自动跟踪式安全绳绞缆防护器和纵向柔性收紧的爬壁作业体悬挂安全绳的配合实施。一方面，跟踪式安全绳绞缆防护器通过激光距离判定，时时寻找爬壁作业体在自己本体垂直下方的左右位置，进行判定后自动驱动电机带动驱动凹槽滑轮沿船舶艏艉横向张紧钢丝绳左右横移，以时时跟踪爬壁作业体，时刻保持在爬壁作业体垂直方向正上方，以保证爬壁作业体悬挂安全绳最短，且处于船体外板高度范围内，不会使因安全绳过长造成爬壁作业体因吸附失效突然坠落时摆动以及撞击船体外板表面。另一方面，设置安全绳收紧装置使安全绳时时柔性收紧，且随着机器人作业的高度变化，时时可以灵活伸展，既具备伸展性、又具备紧缩性，可以使爬壁作业体在哪一点吸附失效坠落就在哪一点定位锁住，既不会沿船舶外板表面摇摆，也不会撞击船体外板，也不会沿垂直方向进一步下落。

上述船体外板爬壁作业体跟踪式安全绳绞缆防护器系统在使用时，操作者先在船舶艏艉甲板上设立船舶艏艉钢丝绳固定杆，将跟踪式安全绳绞缆防护器布置在张紧悬挂钢丝绳上，将跟踪式安全绳绞缆防护器通过爬壁作业体悬挂安全绳爬壁作业体相连接，用电源对跟踪驱动电机进行供电，启动A激光定位发生器、B、C，当爬壁作业体沿着船体外板表面移动作业时，跟踪式安全绳绞缆防护器就会实现实时跟踪，爬壁作业体悬挂安全绳保持柔性伸展和紧缩，实现对爬壁作业体的保护。

Claims (2)

1.一种船体外板爬壁作业体跟踪式安全绳绞缆防护器系统，它包括爬壁作业体（13）、主控制单元（15），其特征是：它还包括跟踪式安全绳绞缆防护器本体（6）、爬壁作业体悬挂安全绳（9）、张紧悬挂钢丝绳（1）；所述跟踪式安全绳绞缆防护器本体（6）內水平设置左凹槽驱动轮（4）和右凹槽驱动轮（5），左凹槽驱动轮（4）和右凹槽驱动轮（5）接触式悬挂在张紧悬挂钢丝绳（1）上滚动，跟踪驱动电机（16）安装在跟踪式安全绳绞缆防护器本体（6）上，跟踪驱动电机（16）输出轴与驱动轮键连接，位于左凹槽驱动轮（4）和右凹槽驱动轮（5）下侧的安全绳收紧装置（3）安装在跟踪式安全绳绞缆防护器本体（6）上，机械式棘轮重力冲击拉力限位器（7）安装在安全绳收紧装置（3）内；所述爬壁作业体悬挂安全绳（9）与机械式棘轮重力冲击拉力限位器（7）绑扎连接，爬壁作业体悬挂安全绳（9）沿船体外板（14）与安全吊环（12）连接，安全吊环（12）安装在爬壁作业体（13）上；所述张紧悬挂钢丝绳（1）固定在船舶艏艉钢丝绳固定杆（11）上，船舶艏艉钢丝绳固定杆（11）固定在船体外板（14）艏艉两舷侧；所述跟踪式安全绳绞缆防护器本体（6）上安装固定A激光定位发生器（2）和B激光定位发生器（8），C激光定位接收器（10）安装在爬壁作业体（13）上；所述主控制单元（15）安装在跟踪式安全绳绞缆防护器本体（6）上。

2.根据权利要求1所述的船舶外板爬壁作业体跟踪式安全绳绞缆防护器系统的定位防护使用方法，包括以下步骤：

步骤一 跟踪式安全绳绞缆防护器跟踪

A激光定位发生器（2）和B激光定位发生器（8）与C激光定位接收器（10）形成等边距离三角判定，其跟踪判定原理是：当激光探测距离AC＞BC时，跟踪式安全绳绞缆防护器本体（6）在爬壁作业体（13）左侧，则跟踪式安全绳绞缆防护器本体（6）追踪爬壁作业体（13）沿着张紧悬挂钢丝绳（1）向右侧船艉移动；当激光探测距离AC＜BC时，跟踪式安全绳绞缆防护器本体（6）在爬壁作业体（13）右侧，则跟踪式安全绳绞缆防护器本体（6）追踪爬壁作业体（13）沿着张紧悬挂钢丝绳（1）向左侧船艏移动；当激光探测距离AC=BC时，跟踪式安全绳绞缆防护器本体（6）在爬壁作业体（13）垂直正上方，爬壁作业体悬挂安全绳（9）处于爬壁作业体（13）同等作业高度的最短状态；

步骤二 定位防护

所述安全绳收紧装置（3）设置有机械式棘轮重力冲击拉力限位器（7），爬壁作业体一旦吸附失效坠落，机械式棘轮重力冲击拉力限位器立即启动收紧安全绳；

步骤三 爬壁作业体吸附失效防坠

该系统跟踪式安全绳绞缆防护器主体设置在船舶艏艉长跨距张紧悬挂钢丝绳上，跟踪式安全绳绞缆防护器本体在该钢丝绳上大跨距行走作业；跟踪式安全绳绞缆防护器通过激光距离判定，时时寻找爬壁作业体在自己本体垂直下方的左右位置，进行判定后自动驱动电机带动驱动凹槽滑轮沿船舶艏艉横向张紧钢丝绳左右横移，以时时跟踪爬壁作业体，时刻保持在爬壁作业体垂直方向正上方，以保证爬壁作业体悬挂安全绳最短，且处于船体外板高度范围内，不会使因安全绳过长造成爬壁作业体因吸附失效突然坠落时摆动以及撞击船体外板表面；另一方面，考虑爬壁作业体不受安全绳缠绕干扰，设置安全绳收紧装置使安全绳时时柔性收紧，且随着机器人作业的高度变化，时时灵活伸展，既具备伸展性、又具备紧缩性，使爬壁作业体在哪一点吸附失效坠落就在哪一点定位锁住，既不会沿船体外板表面摇摆，也不会撞击船体外板，也不会沿垂直方向进一步下落。