CN109562929B

CN109562929B - 用于铰接式流体装载臂的运动控制设备、其采集和计算方法和设备以及铰接式流体装载臂

Info

Publication number: CN109562929B
Application number: CN201780031877.9A
Authority: CN
Inventors: A·凡尼森; P·贝塞; F·佩尔蒂尔
Original assignee: FMC Technologies SAS
Current assignee: FMC Technologies SAS
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2017-05-24
Publication date: 2021-12-10
Anticipated expiration: 2037-05-24
Also published as: KR20190028384A; FR3051782A1; CN109562929A; AU2017270336B2; FR3051782B1; WO2017203004A1; US10822223B2; JP6952059B2; US20190084824A1; RU2722125C1; JP2019518669A; AU2017270336A1; BR112018073537A2; MY194214A; KR102384669B1; CA3023856A1; BR112018073537B1; SG11201809382VA; EP3464167A1

Abstract

用于控制铰接式流体装载臂的各端部中的一个端部从存储位置到目标管(35)以及从该目标管(35)到存储位置运动的设备，所述臂包括流体传送管线，该流体传送管线在该端部配备有联接系统(26)，该联接系统适于联接到目标管(35)以传送流体，该设备包括致动器(27‑29)以用于控制臂在空间中从存储位置运动，直到联接系统(26)位于目标管(35)前面从而使联接系统(26)联接到目标管(35)。该设备包括计算装置(41)，其适于：‑实时监测联接系统(26)的运动；‑基于动态加加速度受限运动定律，从联接系统(26)的最后确定的位置实时生成联接系统(26)在目标管(35)或存储位置的方向上的运动轨迹；‑计算要发给所述致动器(27‑29)中的每一个致动器的命令指令，以便基于所述运动定律控制联接系统(26)的运动。

Description

用于铰接式流体装载臂的运动控制设备、其采集和计算方法和设备以及铰接式流体装载臂

技术领域

本发明总体上涉及用于将流体从一个地方转移到另一个地方(装载和/或卸载)的铰接式装载臂。

背景技术

流体应理解为指液态或气态产品。更具体地说，它指的是液化天然气、低压和高压天然气以及在船只和码头之间或在两艘船只之间转移的石油或化学产品。

更具体地，本发明涉及用于控制这种装载臂到目标管的运动、定位和联接(也使用术语“连接”)或从目标管断开的设备。

通常，这种臂包括铰接式管道系统，该铰接式管道系统安装在支撑件上并连接到流体供应管道系统，第一管(称为内侧管)通过90°管弯头部段安装在该铰接式管道系统上，该管弯头部段能够在它的各端部中的一个端部处在竖向轴上旋转，在另一端处在水平轴上旋转。在内侧管的相对端，称为外侧管的第二管可旋转地安装在水平轴上。联接组件安装在外侧管的端部。

因此，联接组件相对于支撑件在空间上具有至少3个自由度，并且这些自由度中的每一个的运动由液压、电动或气动致动器(例如千斤顶或马达)控制。

运动控制通过由操作员控制的命令接口实现，或者完全自动地实现。

这种臂例如从专利申请FR2813872、FR2854156、FR2931451、FR2964093和FR3003855中已知。

发明内容

本发明的目的是提出一种相同类型的传送臂，但是在连接和断开过程方面具有改进的性能，特别是在开放海域上进行流体传送的情况下，由于必须在其间进行传送的各个浮动结构的相对运动，这一直是困难的。

本发明的另一个目的是在没有例如从申请FR2813872和FR2854156中已知的物理链接和引导系统的情况下实现这一点。

本发明的另一个目的是生产一种铰接式传送臂，该传送臂具有有限的或不存在的人机界面，从而使得能够执行该臂的自动或半辅助连接或断开。

为此，本发明提出了一种用于控制铰接式流体装载臂的各端部中的一个端部从存储位置到目标管以及从该目标管到存储位置运动的设备，所述臂包括流体传送管线，该流体传送管线在该端部配备有联接系统，该联接系统适于联接到目标管以传送流体，该设备包括致动器以用于控制臂在空间中从存储位置运动直到联接系统位于目标管前方以联接到目标管，以及从目标管运动到存储位置，并且所述设备的特征在于，它包括计算装置，该计算装置适于：

-实时监测联接系统的运动；

-基于动态加加速度受限运动定律，从联接系统的最后确定的位置实时生成联接系统在目标管或存储位置的方向上的运动轨迹；

-计算要发给各致动器中的每一个致动器的命令指令，以便基于所述运动定律控制联接系统的运动。

作为这些特征的结果，可以执行连接和断开过程，该过程使得在臂沿目标管方向运动期间，可以将臂中的振动或振荡降至最低或甚至避免在臂中产生振动或振荡，并且还提供了其他优点，这将在下面更详细地看到。

根据本发明的可独立或组合实施的其它特征，特别是由于它们易于生产和使用：

-实时监测联接系统运动的步骤包括在运动的至少一部分期间实时监测联接系统相对于目标管的相对位置，轨迹是从最后确定的相对位置生成的。

-实时监测联接系统相对于目标管的相对位置的步骤还包括实时监测联接系统相对于目标管的相对取向，轨迹是从最后确定的相对位置和取向生成的；

-当目标管安装在浮动结构上，而装载臂安装在固定或浮动结构上时，计算装置链接到测量装置，用于实时监测上述浮动结构中的一个或更多个浮动结构在所有6个自由度上的绝对或相对运动；

-测量装置选自惯性单元、GPS、适于执行相对位置监测的GPS、照相机、测斜仪、加速度计、电位计、声纳、激光跟踪器、转速仪或其组合；

-该计算装置包括预测功能，该预测功能适于预测(i)联接系统的运动进度和/或(ii)铰接式装载臂与施加于其上的加加速度受限运动命令有关的行为；并且适于调整动态加加速度受限运动定律，使得它考虑到这种预测；

-计算装置使用臂的运动模型进行监测，该模型补偿实际尺寸、变形和/或位置误差；

-臂的运动模型是通过校准过程和包含上述误差的装载臂模型参数的调整获得的；

-使用校准过程获得的测量值，通过非线性优化算法，或通过训练神经网络，或通过任何其他同类方法，进行调整；

-计算装置适于将命令指令施加到各致动器中的每一个致动器，使得各致动器中的每一个致动器引起的运动是同时的并且具有相同的持续时间；

-计算装置适于施加命令指令，用于在多种控制模式中保持加加速度受限的运动，所述多种控制模式亦即：自动模式、或操作员通过命令接口的手动模式、或者手动和自动命令相组合的半自动模式；

-该控制设备还包括主动振动阻尼装置，其适于在施加到致动器的命令指令上叠加振动设定点；

-计算装置还适于产生轨迹，以避免臂与周围环境中的元件或结构之间的碰撞。

本发明还涉及一种用于上述控制设备的数据采集和计算设备，其特征在于，其适于：

-实时监测连接/断开元件相对于目标管的相对位置；

-基于动态加加速度受限运动定律，从所生成的最后相对位置实时生成连接/断开元件在目标管方向上的运动轨迹；

-计算发给各致动器中的每一个致动器的命令指令，以便基于所述运动定律控制连接/断开元件在目标管方向上的运动。

本发明还涉及一种通过如上所述的臂传送流体的方法，该方法包括以下步骤：

-实时监测联接系统的运动；

有利地，该方法还包括以下步骤：

-预测(i)联接系统的运动进度和/或(ii)铰接式装载臂与施加于其上的运动命令有关的行为，并调整动态加加速度受限运动定律，以便将该预测考虑在内。

最后，本发明涉及一种铰接式装载臂，其包括如上所限定的控制设备。

在本发明的公开之后是对示例性实施例的详细描述，参照附图，这些示例性实施例在下面作为非限制性说明给出。

附图说明

在这些图中：

图1是配备了根据本发明的控制设备的装载臂的示意性立体图，

图2是根据图1的设备的操作的框图。

具体实施方式

图1非常示意性地示出了配备了根据本发明的控制设备1的装载臂2。这里以非常简化的方式示出了铰接式装载臂，因此，应当注意，根据本发明的控制设备适用于任何铰接式装载臂系统，尤其适用于上述专利申请的海上装载臂。

总体而言，这种类型的装载臂本质上是已知的，这里不再详细描述。

图1的装载臂是海上装载臂，其具有连接到流体供应管线的基座21，流体供应管线位于基座所附连的结构22的表面下方。在目前的情况下，它是一个浮动结构，比如一艘船，但是根据一种变化方式，它可以是码头。管弯头23可旋转地铰接到基座的顶端，管弯头23上又铰接有称为内侧管24的第一管，其相对端铰接有称为外侧管25的第二管。外侧管的端部承载联接组件26，联接组件26也能够进行流体传送，并且其联接系统26’也称为联接器，旨在连接到目标管35，在这种情况下是歧管，目标管35在本示例中设置在船36上，非常示意性地示出。在所示的实施例中，以本质上已知的方式，联接器26’还具有相对于外侧管25的端部旋转的三个自由度。这三个旋转角度都是自由的，使得操作员可以在将一个联接到管的最终接近阶段期间自由地调整联接器的角度，或者这些旋转中的一个或更多个受致动器控制并链接到用于全自动或部分自动定位的控制器，和/或链接到命令接口，以使操作员能够在联接器最终接近期间直接控制旋转。如下文进一步详细描述的，在这种情况下，这些旋转中的两个旋转(双箭头D和E)是受控的，而第三个旋转(双箭头F)是自由的。

以本质上已知的方式，该示例性实施例中的联接器26’具有锁定夹31，锁定夹31由致动器30锁定(非常示意性地示出)，以便一旦联接器26’已连接，就保持联接器26’围绕目标管35。

这里使用的组件由旋转连接器或接头和弯头形成，特别是这样一种类型，一方面包括旋转连接器或接头，旋转连接器或接头的两端各自焊接到弯头上，另一方面包括第一旋转连接器、接着是弯头、接着是与所述第一连接器形成90°角的第二旋转连接器、接着是弯头的组合。另一个组件(类似于允许沿着图1中的双箭头D、E、F旋转的组件)对应于第二组件，增加了通过弯头连接到第二组件的第三连接器。在这种情况下，这些组件的旋转接头都是低温的。

上述用于将内侧管24和外侧管25彼此连接、将内侧管24联接到基座21、以及将联接组件26联接到外侧管25的90°管弯头部段也是这种类型的组件。

铰接式管状部段24、25通常与配重平衡系统(这里未示出)相关联，配重平衡系统可以与平衡缩放仪类型的机构相关联，也可以不与平衡缩放仪类型的机构相关联。

在配备了联接组件的传送管线末端，可以设置紧急释放系统(ERS)和快速连接/断开联接器(QCDC)。

现在将参照图1和图2更详细地描述配备有根据本发明的控制设备的这种臂的操作。

在图1和图2示意性示出的本发明中，致动器27、28、29被设置用于装载臂的三个关节(用双箭头A、B、C表示)中的每一个，以便直接或经由变速器驱动内侧管和外侧管，并产生围绕竖向轴的旋转。更准确地说，在这种情况下，第一致动器27设置在基座21的顶端与管弯头23之间，以便使管弯头23相对于基座沿水平方向枢转，第二致动器28设置在管弯头23的端部与内侧管24之间，以便使内侧管在竖向平面中枢转，第三致动器29设置在内侧管24与外侧管25之间，以便使外侧管25在竖向平面中枢转。

三个致动器27、28、29以及围绕双箭头D、E、F驱动组件26的旋转接头的致动器在这种情况下是液压千斤顶，在图1中非常示意性地示出。在一种未示出的变化方式中，液压千斤顶中的一个或更多个被其他类型的液压、气动或电动致动器替代，例如马达、千斤顶或任何其他类型的致动器。

设置在船36上的目标管35在这种情况下配备了壳体34，该壳体34包含测量装置，在本示例性实施例中，该测量装置是与GPS相关联的惯性单元。

基座21(装载臂的支撑件)也是如此，在这种情况下，基座21具有壳体33，壳体33包含与GPS相关联的另一惯性单元。

控制设备的计算装置被并入到控制器41中，控制器41设置在电气控制箱40中。

更准确地说，控制器是可编程逻辑控制器(PLC)。它适用于使用预编程算法处理从测量装置接收的信号。在一种变化方式中，它可以是工业计算机类型的数据采集和计算单元，更总体而言，是数据采集和计算设备。

提供液压动力单元42以向致动器提供其操作所需的液压能量。它受控制器41控制。当然，这仅适用于所讨论的致动器是液压的情况。

由惯性单元和GPS形成的各个组件中的每一个组件分别设有无线电发射设备33A和34A，用于发射包括测量信息的信号。

在一种变化方式中，单元33可以直接连线到控制器41。

控制器41连接到接收设备40A，该接收设备40A是适于与无线电发射设备33A和34A通信的无线电接收器，无线电发射设备33A和34A分别连接到各艘船只中每一艘船只的壳体33和34。

在这种情况下，控制设备还包括用于操作员的命令接口60。

在这种情况下，测量系统由惯性单元和GPS的组合形成，从而实时提供每艘船的取向(偏航、俯仰和摇摆)和运动(垂荡、横荡和纵荡)。换句话说，这些惯性单元和GPS使得可以同时监测两艘船在所有6个自由度上的运动。

在一种替代实施例中，惯性单元和GPS可以被例如激光跟踪器、照相机或用于确定联接器相对于目标管的相对位置和(如果需要)一者相对于另一者的相对取向(在浮动结构的情况下，如本示例中那样)的任何其他测量装置替换(也参见上面关于可以使用的装置)。还将注意到，诸如惯性单元或GPS的测量装置可以配备有用于从绝对位置监测切换到相对监测的附加装置。例如，这可能是一个运动基础GPS。

装载臂本身配备有设置在该结构和/或致动器上的传感器，使得可以随时确定其构造。在这种情况下，传感器是测斜仪38，但在一种变化方式中，它们也可以是编码器或其他等效测量装置。

使用基于来自安装在臂上的传感器(编码器、测斜仪或其他传感器)的信息的几何计算，并且知道作为下述校准的结果的装载臂的实际尺寸，计算联接器26’的理论位置(在这种情况下相对于臂的支撑件)是相对简单的。因此，通过将臂的构造测量值与船只的取向和运动测量值相结合，联接器26’相对于目标管35的相对位置由控制器确定(在笛卡尔坐标中)。

事实上，通过上述测量值，我们获得了目标管35相对于基座的相对位置，联接器26’相对于同一基座的相对位置，以及因此联接器26’相对于目标管35的相对位置。

在这种情况下，联接组件还配备有测量装置，例如编码器和测斜仪，这里我们再次具有联接器26’相对于目标管(其取向由壳体34的惯性单元确定)的相对取向。更准确地说，在这种情况下测量的是旋转接头的角度位置，这使得能够绕双箭头D和E旋转。

如下文详述，当在联接器高度处的照相机和管高度处的目标是仅能使用的测量手段时，与使用惯性单元和GPS组合的本实施例不同，相对位置被直接地测量。

由于卡尔曼滤波器或神经网络类型的数据合并算法，测量手段的组合(例如惯性单元和GPS)被用来提高精度，从而提高安全性。这也使得提高可靠性成为可能。

根据本发明，控制器41的命令程序被用来沿着特殊轨迹(特别是以它们的“平滑度”为特征)引导装载臂。在这种情况下，它是一个加加速度受限的轨迹(源自加速度)，与通常的轨迹相比，它具有低频成分的特性，因此在装载臂中，特别是在联接组件的旋转接头中引起较少的振荡。

此外，可以计算这些轨迹，以便考虑装载臂的振动频率，从而避免激励它们。

此外，根据本发明的这些轨迹的特征在于它们的动态生成。它们必须能够实际上实时生成以适应环境(特别是目标管的运动)。换句话说，生成轨迹的控制器适于考虑装载臂的当前速度和加速度，以便创建不会在加速度中形成任何不连续性的轨迹，这种加速度不连续性可能产生振动。

事实上，为了在海洋环境中驱动装载臂，需要特定的轨迹。“动态”(或“在线”)是指轨迹规划算法允许非零初始状态。换句话说，动态轨迹规划使装载臂能够更新正在被跟踪的轨迹，而不需要系统停止。动态轨迹规划是需要的，因为歧管的未来运动是未知的，因此联接器的轨迹必须不断更新。

装载臂具有特别柔性的结构，在它们的致动系统或外部扰动下非常容易振荡。这种振荡使系统无法工作，因为它会导致精度的重大损失。因此，用于驱动装载臂的轨迹规划算法应该产生加加速度受限的轨迹，以便限制装载臂结构中引起的振动。

总的来说，驱动装载臂的合适轨迹应该是动态的和加加速度受限的。科学文献提出了计算这种动态加加速度受限轨迹的不同方法，[1，2]。然而，相比于后一种方法，这里优选在[3]中介绍的方法。事实上，[3]提出了一种方法来产生包含额外阻尼特性的动态加加速度受限轨迹，这使得系统中的振动大大减少成为可能。

参考文献：

[1]HASCHKE,Robert,WEITNAUER,Erik,et RITTER,Helge.On-line planning oftime-optimal,jerk-limited trajectories.In:Intelligent Robots and Systems,2008.IROS 2008.IEEE/RSJ International Conference on.IEEE,2008.p.3248-3253.

[2]KROGER,Torsten,TOMICZEK,Adam,et WAHL,Friedrich M.Towards on-linetrajectory computation.In:Intelligent Robots and Systems,2006IEEE/RSJInternational Conference on.IEEE,2006.p.736-741.

[3]BESSET,Pierre,

Richard,et GIBARU,Olivier.FIR filter-based online jerk-controlled trajectory generation.In:Industrial Technology(ICIT),2016IEEE International Conference on.IEEE,2016.p.84-89.

同样有利的是，希望旋转接头的轨迹具有相同的持续时间(即，当联接器的轨迹被分开以便注入臂的各种致动器中时)，以便使联接器的运动“平稳”。控制器的命令程序也可以被参数化以并入这种同步功能。

因此，所选择的控制器必须足够快以实时操作。

然而，当谈到如上所述确定的联接器位置时，应该注意：

-实际尺寸通常不同于标称尺寸。因此，联接器位置的估计存在误差；

-装载臂的元件变形，由弯曲和扭转现象引起的偏转会导致额外的误差；

-热膨胀也起作用；而且

-各条旋转轴线理论上是共线的，但并不完全如此。

上述误差累积起来，实际上可以累积到几十厘米。

因此，本实施例提供了校准，这是一个实验过程，包括找到一个数学公式，该公式使得可以补偿上述误差，以便更精确地定位。

实际上，该校准过程包括直接测量用于大量臂构造的联接器位置(例如通过激光跟踪器、照相机或其他合适的测量装置)。基于这些测量，并借助非线性优化算法(例如Levenberg-Maquardt类型)，对包含上述误差的臂模型的参数加以调整。另一种解决方案包括基于这些测量结果训练神经网络。

实际上，控制器41并入了用于补偿校准期间确定的误差的程序。

控制器的命令程序(将在下面更详细地描述)因此可以包括装载臂的运动模型，以便通过用于补偿上述运动规划之后的校准产生的误差的程序来提高该装载臂的运动精度。在一种变化方式中，在简化模型中，这些命令程序可以只考虑装载臂的理论参数。

在本发明的本实施例的情况下，还提供了用于预测联接器相对于目标管的相对位置的进度的手段，使得能够补偿与信息流和臂的动态相关的延迟。当臂相对于目标管的运动具有缓慢的动态时，这种预测可能更加重要。这种手段可以实现自回归统计模型、傅立叶分解分析，或者优选地给定它们的性能、神经网络，并且可以用于调整联接器所跟随的运动曲线。

实际上，通过在轨迹规划算法中使用承载臂的船只的预测取向和运动(从规划臂的运动时所做的运动测量值)，也有可能利用可能的惯性效应，以降低臂的能量消耗和旋转接头中的应力。

这些预测手段还适用于预测铰接式装载臂的与施加到其上的运动命令(控制)有关的动态行为，以便相应地调整联接器的运动曲线。

实际上，如上所述，它们具体基于臂的运动的实际测量值，以及臂的尺寸特征。

本发明的本实施例还通过控制器实现主动振动阻尼程序。这种程序被用来阻止甚至消除由外部扰动(风等)引起的任何振动。

在这种情况下，臂的致动器有利地用于消除这些振动。实际上，控制器被参数化以在致动器的正常命令指令上叠加振动设定点。该振动设定点适于产生与臂中已存在和已测得的振动相等和相反的振动，以便抵消这些振动。

在本实施例中，特别是通过传感器测量联接组件26的旋转接头和弯头的振荡，使得所得信息可用于主动阻尼它们的振荡。传感器可以是编码器、测斜仪或任何其他等效测量装置。

当组件的旋转接头不受一个或更多个致动器控制时，可以通过运动管25来作用于这些振荡。

在一替代实施例中，如果臂中已经存在的致动器是不充分的，则可以使用额外的致动器，例如压电元件。这些可以设置在例如管24和25上或接头中。

实际上，对振动信号加以测量。为了阻尼或抵消振动，产生反相振动(相位差为180°)，使得总和为零。该相位差对应于导数“阻尼”项。根据臂的振动/振荡的部分，一个或更多个致动器用于产生正确的振动。

有利的是，碰撞避免程序也可以集成到控制器中，以便在这种情况下防止几个装载臂之间的碰撞，或者防止与位于装载臂的工作区域中的元件的碰撞。

还将注意到，致动器27、28、29连接到控制器39，控制器39本身连接到控制器41。更准确地说，它是一个PID(比例、积分、微分)校正器，它产生流量设定点。

为了清楚起见，图中未示出能够控制致动器的各个阀。

在一个替代实施例中，还可以提供从致动器到控制器的信息返回，以便指示它们是否已经实际到达它们的设定点位置。

还应注意，液压动力单元42向致动器提供其操作所需的液压能量。控制器还通过功率继电器控制液压单元的启动和关闭。液压单元包括用于泵送液压流体以供给致动器的泵(未示出)。

当然，这仅适用于液压致动器的情况。

命令接口60连接到控制器，以便使操作员能够控制联接器到目标管的联接。实际上，与本实施例的情况一样，它可以是用于自动连接过程的简单按钮61。

在一种变化方式中，出于手动联接的目的，命令接口60上的按钮可以被操纵杆代替，最佳轨迹是基于操作员给出的指令来计算的。

半自动连接也是可能的。半自动模式的轨迹是由控制器定义的，操作员只需给出指令就可以沿着这个轨迹向前或向后运动(实时重新计算)。

因此，实际上，控制器41实时监测联接器相对于目标管的相对位置，并且在这种情况下也监测它们的相对取向，然后根据最后确定的相对位置和取向，基于加加速度受限的运动曲线实时生成联接器在目标管方向上的运动轨迹。然后，基于该运动曲线和上述特定特征，它计算要给各致动器中的每一个致动器的命令指令，以便控制联接器从臂的存储位置沿目标管方向的运动。

因此，它实时计算联接器与目标管之间沿轴线X、Y和Z的剩余距离，如图1示意性所示。

如果这三个距离不是零，或者等于参数化为该联接的已知参考距离的距离(例如，当控制器本身没有处理最终接近时)，控制器计算臂的各致动器中的每一个致动器的命令指令，使得它们的组合运动导致联接器沿着三个轴线朝向目标管运动。然后，控制器将为每个致动器计算的命令指令施加于致动器。它还实时计算该联接器与目标管之间沿X、Y和Z轴线的剩余距离。如果这些距离仍然不为零或等于参数化距离，则控制器会重新计算对于致动器的指令并施加它们，直到这些距离为零或等于参数化距离。

如果三个距离都为零或等于参数化距离，这意味着联接器在联接位置面向目标管。控制器还可以向联接器的致动器30发送命令指令，特别是作为全自动连接过程的一部分，以将联接器锁定到目标管上，随后是从臂上释放致动器的指令，以便在联接器连接并锁定到目标管上后就解放臂的运动。

在相反的方向上，在断开过程中(联接器返回到其存储位置)，加加速度受限的运动曲线也被应用来防止在联接组件中产生振动，这种振动尤其会导致联接组件在返回开始时撞击承载目标管35的船只。此外，轨迹被定义为避免与目标管35或船只的任何其他元件碰撞的任何风险。

因此，联接器26’相对于目标管35的相对位置在返回存储位置的过程开始时被监测。

取决于环境，许多其它变化方式是可能的，因此，应当注意，本发明不限于所描述的示例。

例如，在激光跟踪器的情况下，激光设备包括激光发射器和目标，该设备适于通过激光束确定联接器相对于目标管的相对位置。在另一实施例中，相机和目标，例如反射测试目标，可以用于此目的。

此外，可以仅使用两个惯性单元或等效装置来确定联接器相对于目标管的相对位置，而无需确定臂的构造，以便实时监测该相对位置，然后基于加加速度受限的运动曲线实时生成运动轨迹。

此外，装载臂可以包括一条或更多条传送管线，其中两个或更多个部段通过上文限定的密封接头相互连接。

更总体而言，控制器也可以由计算机代替。

应当注意，根据本发明的控制设备适用于所有铰接式装载臂，并且使根据本发明的控制设备适应任何其他类型的装载系统在本领域普通技术人员的能力范围内。

Claims

1.一种用于控制铰接式流体装载臂的各端部中的一个端部从存储位置到目标管(35)以及从所述目标管(35)到存储位置运动的控制设备，所述铰接式流体装载臂包括流体传送管线，所述流体传送管线在所述端部配备有联接系统(26)，所述联接系统适于联接到所述目标管(35)以传送流体，所述控制设备包括致动器(27-29)，所述致动器用于控制所述铰接式流体装载臂在空间中从所述存储位置运动直到所述联接系统(26)位于所述目标管(35)前面以将所述联接系统联接到所述目标管，所述致动器还用于控制所述铰接式流体装载臂从所述目标管(35)到所述存储位置的运动，所述控制设备的特征在于，所述控制设备包括计算装置，所述计算装置适于：

-实时监测所述联接系统(26)的运动；

-从所述联接系统(26)的最后确定的位置实时生成所述联接系统(26)在所述目标管(35)或存储位置的方向上的运动轨迹，所述运动轨迹基于加加速度受限的运动曲线并且所述运动轨迹是在线地规划的；并且

-计算要发给所述致动器(27-29)中的每一个致动器的命令指令，以便基于所述运动曲线而控制所述联接系统(26)的运动；并且

所述计算装置包括预测功能，所述预测功能适于预测(i)所述联接系统(26)的运动进度和/或(ii)所述铰接式流体装载臂的与施加于其上的加加速度受限运动命令有关的行为；并且所述计算装置适于调整运动曲线，使得将所述预测考虑在内。

2.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于，为了实时监测所述联接系统(26)的运动，所述计算装置适于在所述联接系统的运动的至少一部分期间实时监测所述联接系统(26)相对于所述目标管(35)的相对位置，所述运动轨迹是从最后确定的相对位置产生的。

3.根据权利要求2所述的控制设备，其特征在于，为了实时监测所述联接系统(26)相对于所述目标管(35)的相对位置，所述计算装置适于实时监测所述联接系统(26)相对于所述目标管(35)的相对取向，所述运动轨迹是基于最后确定的相对位置和相对取向产生的。

4.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于，当所述目标管(35)安装在浮动结构上而所述铰接式流体装载臂安装在固定或浮动结构上时，所述计算装置链接到测量装置，所述测量装置用于同时实时监测一个或更多个浮动结构在所有6个自由度上的绝对或相对运动。

5.根据权利要求4所述的控制设备，其特征在于，所述测量装置选自适于执行绝对位置监测的GPS、适于执行相对位置监测的GPS、照相机、测斜仪、加速度计、电位计、声纳、激光跟踪器、测距仪或其组合。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制设备，其特征在于，所述计算装置使用所述铰接式流体装载臂的运动模型来进行监测，所述运动模型补偿真实尺寸、变形和/或位置误差。

7.根据权利要求6所述的控制设备，其特征在于，所述铰接式流体装载臂的运动模型是通过校准过程和包含所述位置误差的铰接式流体装载臂模型参数的调整获得的。

8.根据权利要求7所述的控制设备，其特征在于，所述调整是使用通过校准过程获得的测量值、借助于非线性优化算法或者通过训练神经网络而执行的。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的控制设备，其特征在于，所述计算装置适于向所述致动器(27-29)中的每一个致动器施加命令指令，使得由所述各致动器中的每一个致动器引起的运动是同时的并且具有相同的持续时间。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的控制设备，其特征在于，所述计算装置适于在多种控制模式中施加命令指令，以维持加加速度受限的运动，所述控制模式是：自动模式、或由操作员通过命令接口的手动模式、或者组合了手动和自动命令的半自动模式。

11.根据权利要求1至5中任一项所述的控制设备，其特征在于，所述控制设备还包括主动振动阻尼装置，所述主动振动阻尼装置适于将振动设定点叠加在施加到所述致动器(27-29)的命令指令上。

12.根据权利要求1至5中任一项所述的控制设备，其特征在于，所述计算装置还适于生成运动轨迹，以避免所述铰接式流体装载臂与周围环境中的元件或结构之间发生碰撞。

13.根据权利要求4所述的控制设备，其特征在于，所述测量装置包括一些惯性单元。

14.一种用于根据权利要求1至13中任一项所述的控制设备的数据采集和计算设备，其特征在于，其适于：

-实时监测所述联接系统的运动；

-从所述联接系统的最后确定的位置实时生成所述联接系统在所述目标管或所述存储位置的方向上的运动轨迹，所述运动轨迹基于加加速度受限的运动曲线并且所述运动轨迹是在线地规划的；并且

-计算要发给所述各致动器中的每一个致动器的命令指令，以便基于所述运动曲线而控制所述联接系统的运动；并且

所述数据采集和计算设备包括预测功能，所述预测功能适于预测(i)所述联接系统(26)的运动进度和/或(ii)所述铰接式流体装载臂的与施加于其上的加加速度受限运动命令有关的行为；并且所述数据采集和计算设备适于调整运动曲线，使得将所述预测考虑在内。

15.一种用于根据权利要求14的数据采集和计算设备的计算方法，其特征在于，所述计算方法包括以下计算步骤：

-实时监测所述联接系统的运动；

-从所述联接系统的最后确定的位置实时生成所述联接系统在所述目标管或所述存储位置的方向上的运动轨迹，所述运动轨迹基于加加速度受限的运动曲线并且所述运动轨迹是在线地规划的；

所述计算方法包括预测功能，所述预测功能适于预测(i)所述联接系统(26)的运动进度和/或(ii)所述铰接式流体装载臂的与施加于其上的加加速度受限运动命令有关的行为；并且

所述计算方法适于调整运动曲线，使得将所述预测考虑在内。

16.根据权利要求15所述的计算方法，其特征在于，所述计算方法还包括以下步骤：预测(i)所述联接系统的运动进度和/或(ii)所述铰接式流体装载臂与施加到其上的运动命令有关的行为，以及调整动态加加速度受限运动定律，使得其考虑到所述预测。

17.一种铰接式流体装载臂，其包括：流体传送管线，以及根据权利要求1至13中任一项所述的控制设备，所述流体传送管线在它的各端部中的一个端部上配备有适于联接到目标管的联接系统。