DE60130542T2

DE60130542T2 - Haltevorrichtung

Info

Publication number: DE60130542T2
Application number: DE60130542T
Authority: DE
Inventors: Peter James Montgomery; John Mackay Hadcroft
Original assignee: Cavotec MSL Holdings Ltd
Current assignee: Cavotec MSL Holdings Ltd
Priority date: 2000-02-26
Filing date: 2001-02-26
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2021-02-27
Also published as: WO2001062584A2; ATE329822T1; HK1051019A1; WO2001062584A3; EP1259418B8; AU3624701A; DK1259418T3; CA2401235C; ATE373600T1; CA2401235A1; NO329874B1; AU2001236248B2; HK1051020A1; JP2011157069A; ES2266164T3; CY1106968T1; ES2295136T3; EP1259418B1; PT1259418E; JP5128744B2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Vertäuvorrichtungen, um ein großes Objekt in Bezug auf ein nahe liegendes zweites großes Objekt lösbar zu befestigen und in der Position zu halten. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Robotervertäuvorrichtungen zum Steuern des Vertäu- und Abfahrtprozesses für Wasserfahrzeuge von einem festen Dock oder einem Schwimmdock oder von einem anderen Wasserfahrzeug.
STAND DER TECHNIK
Obwohl sich die Erfindung auf eine Vertäuvorrichtung, um ein großes Objekt in Bezug auf ein nahe liegendes zweites großes Objekt lösbar zu befestigen und in Position zu halten, bezieht, wird sie mit Bezug auf Vertäuvorrichtungen zum Andocken und Abdocken eines Wasserfahrzeugs beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die Erfindung nicht nur auf ein solches Beispiel begrenzt ist.
Die Verwendung von roboterartigen Vertäuvorrichtungen wurde vorgeschlagen, um die Arbeitsintensität, Gefahren und die Zeit, die unter Verwendung von herkömmlichen Vertäuleinen benötigt wird, zu verringern. Diese Vorrichtungen sollten in der Lage sein, die Bewegung des Schiffs in Reaktion auf Winde, Ströme, veränderliche Gezeiten, die Bewegung des Schiffs auf Grund des Hinzufügens oder Entfernens von Fracht und dergleichen einzuschränken.
Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung ist in WO 91/14615 gezeigt, die einen Mechanismus mit einer Greifanordnung zum Eingriff mit einem Poller am Wasserfahrzeug beschreibt. Ein Nachteil dieser Art von System besteht darin, dass das Wasserfahrzeug speziell angepasst sein muss. Ferner ist Präzision erforderlich, um die zwei Kopplungskomponenten auszurichten. Die Greifanordnung ist nicht so ausgelegt, dass sie während des Abfahrtprozesses schnell gelöst wird.
Ein bekanntes System der Anmelder verwendet einen Vertäuarm, der innerhalb eines Schiffs angebracht ist, bei dem an einem Ende ein Unterdruckglocke befestigt ist. Während des Vertäuens steht die Unterdruckglocke durch eine Öffnung im Rumpf des Schiffs vor und ist an einer Lagerplatte befestigt. Die Lagerplatte wird am Dock befestigt, kann jedoch relativ zu diesem frei ansteigen und fallen. Ein solches System ist signifikant effizienter als der herkömmliche Vertäuprozess, aber auf Grund der Lagerplatte ist es nur für Anwendungen geeignet, in denen das Schiff ein zweckgebundenes Dock hat. Außerdem sind andere Mittel zum genauen Befestigen des Wasserfahrzeugs in der Längsschiffsrichtung in Bezug auf das Dock vorgesehen. Wenn dies nicht der Fall ist, ist diese Unfähigkeit, Kräfte zu absorbieren, die auf das Wasserfahrzeug in der Längsschiffsrichtung wirken, und die Notwendigkeit, ein Mittel zum Anheben und Absenken der am Dock montierten Befestigungsplatte vorzusehen, ein Nachteil dieses bekannten Systems.
Das US-Pat. Nr. 3974794 stellt ein alternatives am Dock montiertes System dar, das einen Bereich von verschiedenen Wasserfahrzeugen handhaben kann, ohne dass eine Modifikation am Wasserfahrzeug erforderlich ist, da die Unterdruckglocken am Rumpf des Schiffs anliegen. Hydraulikzylinder werden verwendet, um die an einem Dock befestigte Unterdruckglocke zu drehen, so dass sie sich der Form des Rumpfs anpasst.
Das US-Pat. Nr. 3463114 beschreibt eine Vertäuvorrichtung mit einem gepufferten Teleskopausleger, der mit einer Unterdruckglocke zum Eingriff mit dem Rumpf eines Schiffs ausgestattet ist. Der Ausleger ist in vertikalen Führungen befestigt und er wird mit dem Schiff ansteigen und abfallen lassen, wenn er daran befestigt ist.
In beiden dieser Systeme (im US-Pat. Nr. 3463114 und 3974794 ) wird das Schiff starr an der Vertäustation in der Längsrichtung in Bezug auf das Schiff befestigt, folglich unterliegt die Vertäuvorrichtung schädlichen Stoßbelastungen in dieser Richtung. Kein System kann verwendet werden, um die Position des Wasserfahrzeugs in der Längsschiffsrichtung zu steuern.
DE 2557964 stellt eine Fendervorrichtung mit zweidimensionaler Bewegung und Stoßabsorption dar. Es ist jedoch kein Mittel zum Vertäuen eines Wasserfahrzeugs und auch nicht zum Festhalten des vertäuten Wasserfahrzeugs an einem Dock vorhanden.
Im Allgemeinen gibt es drei Freiheitsgrade der Position eines schwimmenden Wasserfahrzeugs: längsschiffs, Ansteigen und Abfallen und querschiffs (und es gibt drei Freiheitsgrade seiner Orientierung oder Drehung: Schlingern, Stampfen und Gieren). Wenn ein Wasserfahrzeug, insbesondere ein massives Wasserfahr zeug, vertäut wird, ist es erwünscht, einen Nachgiebigkeitsgrad in der Vertäuvorrichtung zu haben, um Stoßbelastungen zu vermeiden, die in irgendeiner Richtung auftreten können. Wenn beispielsweise ein Wasserfahrzeug beladen wird, ist es außerdem häufig erwünscht, die Längsschiffsposition des Wasserfahrzeugs relativ zum Dock zu steuern und zu verändern sowie die Querschiffsposition zu steuern.
NL-A-8600973 offenbart eine Vertäuvorrichtung, durch die das am Dock montierte System und die Wasserfahrzeug-Befestigungsvorrichtung gemeinsam die erforderliche translatorische Bewegung in drei Achsen vorsehen. Die Begrenzung der am Dock montierten Einheit und der Wasserfahrzeug-Befestigungsmittel auf eine Bewegung in weniger als drei Dimensionen erzeugt jedoch eine unnötige Beanspruchung an diesen Teilen des Systems, wenn sich das Wasserfahrzeug in der eingeschränkten Richtung bewegt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vertäuvorrichtung zu schaffen, die automatisch ein erstes großes Objekt relativ zu einem zweiten großen Objekt mit präziser Steuerung sowohl der Längsschiffs- als auch der Querschiffsposition des ersten Objekts in Bezug auf das zweite Objekt positioniert, und wobei die Vorrichtung die zwischen den zwei Objekten ausgeübten Vertäukräfte elastisch puffert.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vertäuvorrichtung zu schaffen, die eine erhöhte Kontrolle über die Bewegung des ersten großen Objekts in Bezug auf das zweite Objekt im Vergleich zu auf dem Fachgebiet bekannten Vertäuvorrichtungen schafft.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorangehenden Probleme in Bezug auf die Positionierung eines ersten großen Objekts in Bezug auf ein zweites großes Objekt anzugehen oder die Öffentlichkeit mit einer nützlichen Wahl zu versehen.
Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, die nur beispielhaft gegeben wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Vertäuroboter zum lösbaren Befestigen an einer Oberfläche eines ersten beweglichen Objekts geschaffen, wobei der Vertäuroboter an einem zweiten Objekt montierbar ist, wobei sich das erste Objekt in Reaktion auf das Aufbringen von externen Kräften relativ zum zweiten Objekt bewegt, wobei die Bewegung das erste Objekt aus einer vorbestimmten Betriebsposition bewegt, wobei der Vertäuroboter umfasst:
ein anziehendes Befestigungselement zum lösbaren Eingriff mit der Oberfläche; und
eine Bewegungseinheit, an der das anziehende Element schwenkbar befestigt ist, wobei die Bewegungseinheit eine Fähigkeit zu drei Freiheitsgraden einer translatorischen Bewegung umfasst, wobei die Fähigkeit durch das Befestigungselement auf die Oberfläche des ersten Objekts übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit mechanische Mittel umfasst, um elastische Rückstellkräfte, die mindestens jedem der zwei Freiheitsgrade der Bewegung in der horizontalen Ebene zugeordnet sind, vorzusehen;
wobei die mechanischen Mittel, die die Rückstellkräfte vorsehen, zum Rückstellen des Befestigungselements und folglich des ersten Objekts in die vorbestimmte Betriebsposition arbeiten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Vertäuroboter im Wesentlichen wie vorstehend beschrieben geschaffen, wobei das zweite Objekt entweder beweglich oder am Ort fest ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Vertäuroboter im Wesentlichen wie vorstehend beschrieben geschaffen, wobei das erste Objekt ein Meereswasserfahrzeug ist und das zweite Objekt ausgewählt ist aus: einem festen Dock, einem Schwimmdock und einem zweiten Wasserfahrzeug.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Vertäuroboter im Wesentlichen wie vorstehend beschrieben geschaffen, wobei das zweite Objekt entweder beweglich oder am Ort fest ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Vertäuroboter im Wesentlichen wie vorstehend beschrieben geschaffen, wobei das erste Objekt ein Meereswasserfahrzeug ist und das zweite Objekt ausgewählt ist aus: einem festen Dock, einem Schwimmdock und einem zweiten Wasserfahrzeug.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Vertäuroboter im Wesentlichen wie vorstehend beschrieben geschaffen, wobei die Oberfläche der Freibord eines Rumpfs eines Wasserfahrzeugs ist. Wahlweise kann sich die Oberfläche unter dem Freibord erstrecken.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Vertäuroboter im Wesentlichen wie vorstehend beschrieben geschaffen, wobei das erste Objekt ausgewählt ist aus: einem festen Dock, einem Schwimmdock und einem ersten Wasserfahrzeug, und das zweite Objekt ein Wasserfahrzeug ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Vertäuroboter im Wesentlichen wie vorstehend beschrieben geschaffen, wobei die Rückstellkraft zur Verlagerung des ersten Objekts aus der vorbestimmten Betriebsposition in der horizontalen Ebene proportional ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Vertäuroboter im Wesentlichen wie vorstehend beschrieben geschaffen, wobei die Rückstellmittel Energie speichern, wenn das erste Objekt (in Reaktion auf die externen Kräfte) aus der vorbestimmten Betriebsposition verlagert wird, und die gespeicherte Energie freisetzen, um das erste Objekt wieder in die vorbestimmte Betriebsposition zurückzubringen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Vertäuroboter im Wesentlichen wie vorstehend beschrieben geschaffen, wobei das anziehende Element mindestens eine Unterdruckglocke mit einer elastomeren Umfangsdichtung umfasst. Der Unterdruck wird vorzugsweise durch eine Vakuumpumpe erzeugt. Wahlweise umfasst der Vertäuroboter zwei Unterdruckglocken.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Vertäuroboter im Wesentlichen wie vorstehend beschrieben geschaffen, wobei die Fähigkeit der drei Bewegungsfreiheitsgrade der Bewegungseinheit eine Bewegung vom Polarkoordinatentyp ist, die von einer translatorischen Bewegung und zwei Drehungen abhängt.
Wahlweise ist die Fähigkeit zu den drei Bewegungsfreiheitsgraden der Bewegungseinheit eine Bewegung vom kartesischen Koordinatentyp, die von drei translatorischen Bewegungen abhängt, eine Bewegung vom Zylinderkoordinatentyp, die von zwei translatorischen Bewegungen und einer Drehung abhängt, und eine Bewegung vom Gelenktyp, die von drei Drehungen abhängt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Vertäuroboter im Wesentlichen wie vorstehend beschrieben geschaffen, wobei die Bewegungseinheit eine Polarkoordinatenbewegung verwendet und lineare Aktoren umfasst, die beschaffen sind, um die eine translatorische Bewegung und zwei Drehungen vorzusehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Vertäuroboter wie vorstehend beschrieben geschaffen, wobei die linearen Aktoren fluidgetriebene Kolben- und Zylindereinheiten oder Stempel sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Vertäuroboter im Wesentlichen wie vorstehend beschrieben geschaffen, wobei die Stempel doppelt wirkende Hydraulikstempel mit Fluidverbindungen an beiden Enden ihrer Zylinder sind und eine lineare Kraft bei sowohl ihren Ausfahr- als auch Einfahrhüben vorsehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Vertäuroboter im Wesentlichen wie vorstehend beschrieben geschaffen, wobei die Rückstellmittel einen Hydraulikakkumulator umfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Vertäuroboter im Wesentlichen wie vorstehend beschrieben geschaffen, wobei die Bewegungseinheit ferner umfasst:
einen Roboterarm mit einem Teleskopende,
eine Unterdruckglocken-Anordnung, die am Teleskopende befestigt ist, wobei die Anordnung mindestens eine Unterdruckglocke umfasst; und
einen Kardanrahmen, in dem der Roboterarm montiert ist.
Vorzugsweise ist der Kardanrahmen ein Gelenk vom Universaltyp. Alternativ kann der Kardanrahmen ein Gelenk vom Kugeltyp sein.
Wahlweise umfasst die Bewegungseinheit ferner
eine Montageeinheit mit begrenzter Bewegung in einer Richtung;
Stoßabsorptionsmittel zum Absorbieren von Kräften zwischen dem Befestigungselement und der Montage.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Vertäuroboter wie vorstehend beschrieben geschaffen, wobei die Unterdruckglocken-Anordnung am Roboterarm durch ein Universalgelenk befestigt ist, das eine begrenzte Drehung der Unterdruckglocken-Anordnung relativ zum Roboterarm senkrecht zu dessen Achse ermöglicht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Vertäusystem zum lösbaren Befestigen eines ersten beweglichen Objekts an einem zweiten nahe liegenden Objekt geschaffen, wobei das System mindestens zwei Vertäuroboter umfasst, die jeweils im Wesentlichen wie vorstehend beschrieben sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Vertäusystem zum lösbaren Befestigen eines ersten beweglichen Objekts an einem zweiten nahe liegenden Objekt, wie vorstehend beschrieben, geschaffen, wobei das erste Objekt ein Wasserfahrzeug ist und das zweite Objekt ein Dock ist, und wobei die Vertäuroboter an der Vorderfläche von und unter der Oberseite des Docks montiert sind und innerhalb einer am Dock befestigten Fenderleine zurückziehbar sind.
Wahlweise können die Vertäuroboter an der Oberseite des Docks oder unter dem Dock montiert sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Vertäusystem mit zwei oder mehr Vertäurobotern, wie vorstehend beschrieben, geschaffen, wobei die Betriebsbedingungen jedes Vertäuroboters zentral gesteuert und überwacht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Vertäusystem mit zwei oder mehr Vertäurobotern, wie vorstehend beschrieben, geschaffen, wobei die Steuerung und Überwachung der Vertäuroboter durch ein mit den Alarmen des Schiffs verbundenes Steuersystem durchgeführt wird.
Vorteilhafterweise ist diese Vertäuvorrichtung einfach und wirksam zu betreiben und zu warten, ist von einer Störung der Ausrüstung und Mechanismen, die bei Lade- und Entladevorgängen verwendet werden, frei und erfordert minimale Sorgfalt oder Einstellung, wenn sie in Gebrauch ist.
Das Vertäusystem hat auch den Vorteil der Beseitigung des Bedarfs für eine Heranarbeitungsmanövrierung bei der Abfahrt vom Dock, da die Vertäuroboter verwendet werden können, um ein Wasserfahrzeug vom Dock weg zu schieben. Wie beim Vertäuprozess ist die Abfahrt automatisiert und kann ferngesteuert werden.
Außerdem ist die Verwendung von elastischen Rückstellkräften in der horizontalen Ebene und der resultierende Grad der Kontrolle über die Wasserfahrzeugbewegung, wenn es angedockt ist, wobei sich die Wasserfahrzeugbewegung durch extern aufgebrachte Kräfte ergibt, gegenüber den Vertäuvorrichtungen des Standes der Technik erheblich erhöht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, die nur als Beispiel und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gegeben wird, in denen:
1 eine dreidimensionale schematische Ansicht eines Roboterarms einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines Vertäuroboters der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine bildhafte Ansicht der ersten bevorzugten Ausführungsform des Vertäuroboters der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine Ansicht des Vertäuroboters von 2 in auseinandergezogener Anordnung ist;
4 ein Seitenaufriss eines Vertäuroboters einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
5 ein Vorderseitenaufriss des Vertäuroboters von 4 ist;
6 eine Draufsicht auf den Vertäuroboter von 4 ist;
7 ein Seitenaufriss der ersten bevorzugten Ausführungsform des Vertäuroboters, der an einem Dock befestigt ist, ist, und
8 eine Draufsicht auf eine Vertäuvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist.
BESTE ARTEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Mit Bezug auf 1 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Vertäuroboters 100 der vorliegenden Erfindung (schematisch dargestellt) an einem Dock 50 befestigt und kann am Rumpf 51 eines Wasserfahrzeugs mittels Unterdruckglocken 1 befestigt werden. Der Vertäuroboter 100 umfasst einen Roboterarm 10 mit drei translatorischen Freiheitsgraden zur Positionierung der Unterdruckglocken 1 irgendwo innerhalb einer dreidimensionalen Betriebshüllkurve 20. Der Roboterarm 10 stellt eine Teleskopbewegung entlang der Achse Z bereit und ist an einem Ende in einem Kardanrahmen 11 zur Drehung um zwei senkrechte Achsen X und Y befestigt, die im Wesentlichen vertikal bzw. horizontal sind.
2 stellt diese erste bevorzugte Ausführungsform des Vertäuroboters 100 dar, der einen Montagerahmen 30 umfasst, der am Dock 50 befestigt ist. Der Roboterarm 10 ist mittels des Kardanrahmens 11 (1) am Montagerahmen 30 befestigt und steht durch eine sich vertikal erstreckende Öffnung 33 in einem Unterrahmen 31, der verschiebbar mit dem Montagerahmen 30 verbunden ist, vor. Der Unterrahmen 31 stellt eine im Allgemeinen horizontale Betätigung des Roboterarms 10 bereit und besitzt einen begrenzten Grad einer Gleitbewegung entlang einer horizontalen Achse relativ zum Montagerahmen 30 und umfasst einen schwenkbar montierten Kranz 34 (siehe auch 3), der die Öffnung 33 definiert.
3 ist eine Ansicht des Vertäuroboters 100 in auseinandergezogener Anordnung, wobei jede Unterdruckglocke 1 eine Umfangsdichtung 2 aufweist, die in Richtung des Rumpfs 51 (1) dargestellt ist. Die Dichtung 2 ist von einer Art, die in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung auf der Basis der neuseeländischen Patentanmeldung Nr. 501394 beschrieben ist (wobei die Beschreibung durch den Hinweis hierin aufgenommen wird). Eine angebrachte Unterdruckrohrleitung, ein Ventil, eine Unterdruckquelle und Steuerungen usw. sind der Klarheit halber nicht gezeigt. Die Unterdruckglocken 1 sind in einer horizontalen Anordnung angeordnet, die durch ein horizontales Element 4 abgestützt ist. Das Element ist ein hohler Abschnitt und wirkt auch als Unterdruckbehälter für die Glocken 1. Um zu ermöglichen, dass sich die Unterdruckglocken 1 an die Form des Rumpfs 51 an passen und sich auf eine Drehverlagerung des Wasserfahrzeugs einstellen, ist das Element 4 am Roboterarm 10 um ein Universalgelenk 5 für Drehungen senkrecht zur Achse des Roboterarms 10 montiert. Der Kranz 34 ist durch Lager, die eine Drehung um eine vertikale Achse V ermöglichen, schwenkbar am Unterrahmen 31 befestigt. Die Unterdruckglocken 1 sind am Element 4 durch Drehzapfen 6 befestigt, die eine begrenzte Drehung der Unterdruckpolster 1 um eine im Allgemeinen vertikale Achse vorsehen.
Die Teleskopbewegung des Roboterarms 10 wird durch einen doppelt wirkenden Hydraulikstempel 21 mit einem Positionswandler 122 angetrieben. Der Roboterarm 10 wird um die Achse Y geschwenkt, um eine allgemeine Aufwärts- und Abwärtsbewegung der Unterdruckglocken 1 vorzusehen. Diese wird durch einen doppelt wirkenden Hydraulikstempel 22 gesteuert, dessen beide Enden schwenkbar befestigt sind, ein Ende am Montagerahmen 30, das andere Ende am Roboterarm 10. Die Drehung um die Achse Z sieht im Allgemeinen eine Längsschiffsbewegung vor und wird durch einen doppelt wirkenden Hydraulikstempel 23 gesteuert, von dem ein Ende am Montagerahmen 30, das andere Ende am Unterrahmen 31 befestigt ist. Drehpositionswandler 37, 38 sind um den Kardanrahmen 11 angefügt, um die Drehung um die Achsen X bzw. Y zu erfassen.
Das Hydrauliksystem (nicht dargestellt) zum Betätigen der Stempel 21 und 23 zum Steuern des Position der Unterdruckglocken 1 in der horizontalen Ebene umfasst einen hydropneumatischen Akkumulator zum Speichern von überschüssiger Energie, wenn der Druck in den Stempeln 21 und 23 ansteigt, und zum Freisetzen derselben, wenn der Druck fällt. Beide Seiten von jedem doppelt wirkenden Stempel 21 und 23 sind mit dem Akkumulator über ein Steuerventil verbunden. Das Ventil ermöglicht, dass der Akkumulator in das System als Ganzes ein- oder ausgeschaltet wird, und umfasst ein Mittel zum Erfassen, welche Seite des Stempels 21 und 23 durch Vertäukräfte mit Druck beaufschlagt wird, und zum Lenken von Fluid von der mit Druck beaufschlagten Seite zum Akkumulator. Beide Seiten des Stempels 22 sind mit einem Ventil versehen, das, wenn es geöffnet wird, ermöglicht, dass Fluid frei zu und von einem Hydraulikbehälter strömt, wodurch eine "frei schwimmende" Betriebsart bereitgestellt wird.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform des Vertäuroboters 200 ist in 4 gezeigt, in der die drei translatorischen Freiheitsgrade mittels einer Bewegung vom Zylinderkoordinatentyp bereitgestellt sind, die von zwei translatorischen Bewegungen und einer Drehung abhängt. Ein Paar von Robotern 200 ist gezeigt, die jeweils Unterdruckglocken 1 aufweisen, die mit einem Teleskoproboterarm 210 für eine lineare Bewegung entlang der Achse Z davon verbunden sind. Der Roboterarm 210 ist schwenkbar an einem Wagen (nicht dargestellt) zur Drehung um eine vertikale Achse X befestigt und der Wagen selbst kann entlang einer vertikalen Achse A bewegt werden.
5 zeigt vertikale Säulen 90, in denen sich der Wagen (nicht dargestellt) bewegt, die Säulen 90 erstrecken sich über und unter der Oberfläche des Docks D. Jeder Wagen ist mittels Seilen 94, die durch Seilscheiben 91 an Gegengewichten (nicht dargestellt) befestigt sind, ausgeglichen und wird sowohl aufwärts als auch abwärts mittels eines schleifenförmigen Antriebsseils 92, das mit einer Winde 93 verbunden ist, angetrieben.
Mit Bezug auf 6 befindet sich benachbart zu jeder Säule 90 ein Rohr 95, das sich vertikal erstreckt und das Gegengewicht (nicht dargestellt) umschließt. Ein Paar von Rädern 98 auf beiden Seiten des Wagens 97 tragen ihn in der Säule 90. Der Wagen 97 weist einen Drehzapfen 99 auf, der eine Achse X definiert, um die der Roboterarm 10 mittels eines doppelt wirkenden Hydraulikstempels 223 geschwenkt wird. Der Roboterarm 210 wird durch einen doppelt wirkenden Hydraulikstempel 221 teleskopartig bewegt. Die Stempel 221, 223 sind mit einem hydropneumatischen Akkumulator in der vorstehend beschriebenen Weise verbunden.
Mit Bezug auf 7 ist die erste bevorzugte Ausführungsform des Vertäuroboters 100 an einem festen Dock 50 montiert gezeigt. Ein Bereich von Größen eines Schiffs S kann vom Dock 50 aufgenommen werden, das fest oder schwimmend sein kann.
Ein Vertäusystem 500 umfasst vorzugsweise zwei oder mehr Vertäuroboter 100, wie vorstehend beschrieben. Wahlweise kann das Vertäusystem Roboter 200 oder sowohl Roboter 100 als auch 200 umfassen. Wahlweise können Energieabsorptionsfender F der bekannten Art in Intervallen entlang der Vorderfläche des Docks 50 festgehalten werden. Die Vertäuroboter 100 sind an der Vorderfläche und unter der Oberseite des Docks 51 so montiert, dass sie Belade- und Entladevorgänge nicht stören. Es ist zu erkennen, dass das Vertäusystem 100 gleichermaßen an einem Schiff S befestigt werden kann, was ermöglicht, dass das Schiff S an einer am Dock 51 befestigten Oberfläche oder einem anderen Schiff S fest gemacht wird.
In dem Vertäusystem 500 sind mehrere Vertäuroboter 100 durch Dienstleitungen 131 mit einer einzelnen Leistungs-/Steuereinheit 30, die am Dock 50 montiert ist, verbunden. Die Leistungs-/Steuereinheit 30 liefert Steuersignale zum Vertäuroboter 100 und stellt ein Mittel zum Speisen der Stempel 21, 22, 23 (3) und der Unterdruckglocken 1 (1-3) bereit. Sie empfängt auch Rückkopplungssignale, die die Betriebsbedingungen jedes Vertäuroboters 100 angeben. Positionsrückkopplungsangaben vom Vertäuroboter 100 können zu anderen Systemen geliefert werden, beispielsweise zu automatischen Beladesystemen, die Informationen über die Position des Schiffs S erfordern. Vorzugsweise arbeitet das Vertäusystem 100 automatisch in der nachstehend zu beschreibenden Sequenz, wobei diese Operation vom Ufer oder vom Schiff S durch eine Einheit 32 ferngesteuert wird.
Der Betrieb des Vertäuroboters (100, 200) wird hierin nachstehend mit Bezug auf 7 und 8 beschrieben. Um ein Schiff S festzumachen, wird der Vertäuarm (10, 210) im Allgemeinen senkrecht zur vorderen Vertäufläche des angedockten Bereichs ausgefahren. Wenn das Schiff S nahe das Dock 50 zieht, fährt der Roboterarm (10, 210) im Betrieb die Unterdruckglocken 1 in Richtung des Rumpfs des Schiffs S aus. Das Schiff S wird so positioniert, dass die Unterdruckglocken 1 mit einem planaren Abschnitt des Rumpfs in Eingriff kommen.
Die Annahme, dass die Schiffsseite im Wesentlichen planar ist, ist für den Betrieb des Vertäuroboters (100, 200) nicht kritisch, da die Drehzapfen (5, 3) ermöglichen, dass sich die Unterdruckglocken 1 drehen, um sich an die Krümmung des Rumpfs des Schiffs S anzupassen. Obwohl einige Wasserfahrzeuge geringfügig abgerundete Seiten für eine größere Seetauglichkeit aufweisen, ist für die meisten Containerschiffe (insbesondere) diese Annahme gültig, außer möglicherweise nahe dem Bug und Heck des Schiffs. Dies liegt daran, dass Schiffe, die zum Verstauen von Containern konstruiert sind, ebene Seiten aufweisen, um den Raum effizient zu nutzen, und der Bug und das Heck des Schiffs werden für das Vertäuen nicht verwendet.
Sensoren einer bekannten Art (nicht dargestellt) geben den Eingriff mit dem Rumpf an. Die Unterdruckglocken 1 werden dann betätigt, um sie in der bekann ten Weise am Schiff S zu befestigen. Wenn beide Vertäuroboter (100, 200) befestigt sind, wird das Schiff S automatisch in eine angedockte Position (nicht dargestellt) bewegt, wobei es in einem vorgegebenen (aber variablen) Abstand vom Dock 50 weg gehalten wird. Diese Position ist die bevorzugte oder vorbestimmte Betriebsposition.
Mit Bezug auf die erste bevorzugte Ausführungsform und 1-3 hält der Betrieb jedes Vertäuroboters 100 das Schiff S innerhalb bestimmter Grenzen in der angedockten Position in Reaktion auf sich ändernde Bedingungen von Wind, Gezeiten, Ansteigen und Verlagerung. Wenn jeder Vertäuroboter 100 zu starr ist, um eine Bewegung des Schiffs S längsschiffs, querschiffs und auch in Stampfen, Schlingern und Gieren zu ermöglichen, dann könnte ein Ausfall des Unterdrucks in den Glocken 1 oder des Rumpfs des Schiffs auftreten.
Beim Erreichen der angedockten Position (oder vorbestimmten Betriebsposition) werden die Hydraulikpumpen zum Betätigen der Stempel (21, 22, 23) gestoppt, der Akkumulator wird in die Leitungen zum Stempel 21 und 23 eingeschaltet und der vertikale Bewegungsstempel 22 wird in die frei schwimmende Betriebsart umgeschaltet, was ermöglicht, dass der Vertäuroboter (und folglich das Schiff S) mit den Gezeiten, dem Beladezustand usw. ansteigt und abfällt. Sobald es sich in der angedockten Position befindet, wird der Druck auf jeder Seite des Kolbens der Stempel 21 und 23 derart geregelt, dass die Bewegung des Roboterarms 10 in einer beliebigen Richtung in der horizontalen Ebene von der angedockten Position weg dazu führt, dass eine proportionale Kraft wirkt, um den Arm 10 in die vorbestimmte Betriebsposition zurückzustellen und folglich das Schiff S in die angedockte Position zurückzubringen.
Die Bewegung in der horizontalen Ebene von der vordefinierten angedockten Position führt zur Druckbeaufschlagung des Fluids im Akkumulator, der den Hydraulikdruck zu den Stempeln (21, 23) liefert, was gewöhnlich den Arm 10 in die vorbestimmte Betriebsposition und folglich das Schiff S in die angedockte Position zurückstellt. Der maximale Stempeldruck und daher die maximale Last, die auf die Unterdruckglocken 1 aufgebracht werden kann, ist auf einen Pegel sicher unterhalb der Lastkapazität der Unterdruckglocken 1 begrenzt. Unter strengen Bedingungen wird, wenn die Bewegung der Stempel 21, 22, 23 sich ihrer Grenze unter dem maximalen Betriebsdruck nähert, eine Alarmbedingung angegeben, was ermöglicht, dass der Kapitän des Schiffs oder Hafenautoritäten eine Notfall handlung unternehmen. Alle anderen Betriebsbedingungen werden auch überwacht und sind vorzugsweise mit den Alarmen des Schiffs verbunden.
Der Stempel 22 ermöglicht, dass das Schiff S relativ zum Dock 51 ansteigt und abfällt. Wahlweise umfasst das Verfahren zum Vertäuen des Schiffs S einen ersten Schritt zum anfänglichen Auswählen der Höhe der Unterdruckglocken 1 in Abhängigkeit vom Zustand der Gezeiten und vom Zustand der Beladung des Schiffs S. Der Stempel 22 wird dann betätigt, um die Glocken 1 in diese Höhe zu bewegen. In dieser Weise kann die vertikale Bewegung, die erforderlich ist, um sich auf den vollen Bereich von Schiffen S einzustellen, verringert werden.
Mit Bezug auf 4 & 5 wird im Betrieb der zweiten bevorzugten Ausführungsform des Vertäuroboters 200 die elastische Wirkung in der horizontalen Ebene in einer ähnlichen Weise zu der vorstehend für die erste bevorzugte Ausführungsform des Vertäuroboters 100 beschriebenen bewerkstelligt. Die zwei Stempel 221 und 223 sind mit einem Akkumulator verbunden. Eine vertikale Bewegung des Wagens 97 wird gesteuert, indem ermöglicht wird, dass der Vertäuroboter 200 frei ansteigt und fällt. Es ist zu erkennen, dass der Vertäuroboter 200 im Vergleich zum Vertäuroboter 100 einen vergrößerten vertikalen Betriebsbereich schafft und sich dadurch auf breitere Variationen in dieser Richtung auf Grund der Beladung und der Gezeitenströmung usw. einstellen kann.
Die Vertäuroboter 100, 200 können wahlweise Mittel zum Absorbieren und/oder elastischen Puffern von im Wesentlichen vertikalen Vertäukräften zum Vorsehen von erhöhter Stabilität, insbesondere in Bezug auf Schlingern und Stampfen des Schiffs S, umfassen. Dies kann beispielsweise mittels Stoßdämpfern (nicht dargestellt) vorgesehen werden, die mit dem Roboterarm 10 verbunden sind, oder kann durch die Betätigungselemente vorgesehen werden, die die vertikale Bewegung – den Stempel 22 bzw. die Winde/das Seil 92, 93 in den zwei bevorzugten Ausführungsformen – steuern.
Selbst durch die Bereitstellung der Elastizität, wie beschrieben, wird das Schiff S durch diese Vertäusysteme (100, 200) starrer in der angedockten Position gehalten als durch das herkömmliche (Vertäuleine) Verfahren. Es werden auch nicht nur Farbabrieb und Stoßbeschädigung am Schiff S verhindert, sondern diese erhöhte Stabilität ist auch vorteilhaft, wenn Fracht zwischen dem Schiff S und dem Ufer transportiert wird. Außerdem wurde in der Praxis festgestellt, dass das Vertäusystem (100, 200) weniger Energie verbraucht, um ein Schiff S zu vertäuen, als Systeme unter Verwendung von automatischen Spannvorrichtungen, um Vertäuleinen zu steuern.
Das Vertäusystem (100, 200) beseitigt auch den Bedarf für eine Heranarbeitungsmanövrierung bei der Abfahrt vom Dock 51, da der Vertäuroboter 100 verwendet werden kann, um das Schiff S vom Dock 51 wegzuschieben. Wie bei dem Vertäuprozess wird die Abfahrt durch die Einheit 32 automatisiert und ferngesteuert.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf ein festes Dock 50 beschrieben wurde, ist zu erkennen, dass das Dock ein Schwimmdock sein kann oder dass das Dock gegen ein zweites Wasserfahrzeug ausgetauscht werden kann. Ebenso wurde die obige Erfindung mit dem Vertäusystem 500 am Dock 51 befestigt beschrieben. Es ist zu erkennen, dass das Vertäusystem am beweglichen Wasserfahrzeug befestigt werden kann.
Ebenso ist bei der obigen Ausführungsform der Erfindung, wie in einem Andocksystem für ein Wasserfahrzeug verkörpert, zu erkennen, dass es andere Anwendungen für die Erfindung gibt; beispielsweise das Andocken eines Objekts an einem anderen unter Wasser oder in anderen Umgebungen. In solchen Situationen ist zu erkennen, dass die Verwendung des Begriffs "horizontale" Ebene nicht begrenzend ist; sondern als Referenz verwendet wird, um beim Definieren der Ebene der Rückstellbewegung relativ zur Orientierung des angedockten Objekts und/oder relativ zu irgendeiner konstanten Kraft (im obigen Beispiel Schwerkraft) zu unterstützen.
Die Aspekte der vorliegenden Erfindung wurden nur beispielhaft beschrieben und es sollte erkannt werden, dass Modifikationen und Zusätze daran vorgenommen werden können, ohne von deren Schutzbereich abzuweichen.

Claims

Vertäuroboter (100) zum lösbaren Befestigen an einer Oberfläche eines ersten beweglichen Objekts (51), wobei der Vertäuroboter an einem zweiten Objekt (50) angebracht werden kann, wobei sich das erste Objekt in Reaktion auf die Ausübung äußerer Kräfte in Bezug auf das zweite Objekt bewegt, wobei die Bewegung das erste Objekt aus einer vorgegebenen Betriebsposition bewegt, wobei der Vertäuroboter umfasst: ein anziehendes Befestigungselement (1) für einen lösbaren Eingriff mit der Oberfläche; und eine Bewegungseinheit (10), an der das anziehende Element schwenkbar befestigt ist, wobei die Bewegungseinheit die Fähigkeit zu einer translatorischen Bewegung mit drei Freiheitsgraden besitzt, wobei die Fähigkeit durch das Befestigungselement (1) an die Oberfläche des ersten Objekts (51) übergeht, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit mechanische Mittel umfasst, um elastische Rückstellkräfte zu schaffen, die wenigstens jedem der zwei Freiheitsgrade der Bewegung in der horizontalen Ebene zugeordnet sind; wobei die mechanischen Mittel, die die Rückstellkräfte schaffen, in der Weise arbeiten, dass sie das Befestigungselement und somit das erste Objekt in die vorgegebene Betriebsposition zurückstellen.
Vertäuroboter nach Anspruch 1, wobei das zweite Objekt (50) entweder beweglich oder an seinem Ort befestigt ist.
Vertäuroboter entweder nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, wobei das erste Objekt (51) ein schwimmendes Wasserfahrzeug ist und das zweite Objekt (50) ausgewählt ist aus einem festen Dock, einem Schwimmdock und einem zweiten Wasserfahrzeug.
Vertäuroboter nach Anspruch 3, wobei die Oberfläche ein im Wesentlichen ebener Abschnitt des Rumpfes des Wasserfahrzeugs ist.
Vertäuroboter nach Anspruch 4, wobei die Oberfläche der Freibord des Rumpfes des Wasserfahrzeugs ist.
Vertäuroboter nach Anspruch 1, wobei das erste Objekt ausgewählt ist aus einem festen Dock, einem Schwimmdock und einem ersten Wasserfahrzeug, während das zweite Objekt ein Wasserfahrzeug ist.
Vertäuroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rückstellkraft zu der Verlagerung des ersten Objekts aus der vorgegebenen Betriebsposition in der horizontalen Ebene proportional ist.
Vertäuroboter nach Anspruch 7, wobei die mechanischen Mittel Energie speichern, wenn das erste Objekt in Reaktion auf die Wirkung der äußeren Kräfte aus der vorgegebenen Betriebsposition verlagert wird, und die mechanischen Mittel die gespeicherte Energie freigeben, um das erste Objekt in die vorgegebene Betriebsposition zurückzustellen.
Vertäuroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das anziehende Element (1) wenigstens eine Unterdruckglocke mit einer elastomeren Umfangsdichtung umfasst.
Vertäuroboter nach Anspruch 9, wobei der Roboter eine Unterdruckpumpe enthält, um den Unterdruck in der oder jeder Glocke zu unterhalten und zu bilden.
Vertäuroboter nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, wobei der Vertäuroboter zwei Unterdruckglocken umfasst.
Vertäuroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fähigkeit zu einer Bewegung in drei Freiheitsgraden der Bewegungseinheit eine Bewegung des Typs in kartesischen Koordinaten, die von drei translatorischen Bewegungen abhängt, eine Bewegung des Typs in Zylinderkoordinaten, die von zwei translatorischen Bewegungen und einer Drehung abhängt, oder eine Bewegung des Gelenktyps, die von drei Drehungen abhängt, ist.
Vertäuroboter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Fähigkeit zu einer Bewegung in drei Freiheitsgraden der Bewegungseinheit eine Bewegung des Typs in Polarkoordinaten, die von einer translatorischen Bewegung und zwei Drehungen abhängt, ist.
Vertäuroboter nach Anspruch 13, wobei die Bewegungseinheit eine Bewegung in Polarkoordinaten verwendet und lineare Aktoren (21, 23) aufweist, die so angeordnet sind, dass sie die eine translatorische Bewegung und zwei Drehungen schaffen.
Vertäuroboter nach Anspruch 14, wobei die linearen Aktoren (21, 23) fluidgetriebene Kolben- und Zylinder-Stempel sind.
Vertäuroboter nach Anspruch 15, wobei die Stempel doppelt wirkende Hydraulikstempel sind, die an beiden Enden der jeweiligen Zylinder Fluidverbindungen aufweisen, und wobei die Stempel sowohl bei ihrem Ausfahr- als auch bei ihrem Einfahrhub eine lineare Kraft bereitstellen.
Vertäuroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mechanischen Mittel einen Hydraulikakkumulator umfassen.
Vertäuroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bewegungseinheit ferner umfasst: einen Roboterarm (10) mit einem Teleskopende; eine Unterdruckglocken-Anordnung, die an dem Teleskopende befestigt ist, wobei die Anordnung wenigstens eine Unterdruckglocke (1) enthält; und einen Kardanrahmen (1), in dem der Roboterarm angebracht ist.
Vertäuroboter nach Anspruch 18, wobei der Kardanrahmen (1) aus einem Universalgelenk und einem Kugelgelenk ausgewählt ist.
Vertäuroboter nach Anspruch 18 oder Anspruch 19, wobei die Bewegungseinheit ferner umfasst: eine Anbringungseinheit mit begrenzter Bewegung in einer Richtung; und Stoßabsorptionsmittel zum Absorbieren von Kräften zwischen den Befestigungselementen der Anbringung.
Vertäuroboter nach Anspruch 18, wobei die Unterdruckglocken-Anordnung an dem Roboterarm durch ein Universalgelenk befestigt ist, das eine begrenzte Drehung der Unterdruckglocken-Anordnung in Bezug auf den Roboterarm senkrecht zu seiner Achse zulässt.
Vertäusystem zum lösbaren Befestigen eines ersten beweglichen Objekts an einem zweiten nahen Objekt, wobei das System einen Vertäuroboter nach Anspruch 1 enthält.
Vertäusystem zum lösbaren Befestigen eines ersten beweglichen Objekts an einem zweiten nahen Objekt, wobei das System wenigstens zwei Vertäuroboter enthält, wovon jeder wie in Anspruch 1 definiert beschaffen ist.
Vertäusystem nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, wobei das erste Objekt ein Wasserfahrzeug ist und das zweite Objekt ein Dock ist und wobei der oder jeder Vertäuroboter an der Vorderseite des Docks und unterhalb seiner Oberseite angebracht ist und in einer Fenderleine, die an dem Dock befestigt ist, zurückziehbar ist.
Vertäusystem nach Anspruch 24, wobei jeder Roboter unter der Arbeitsoberfläche des Docks angebracht ist.
Vertäusystem nach Anspruch 23 oder Anspruch 24, wobei die Betriebsbedingungen jedes Vertäuroboters zentral gesteuert und überwacht werden.
Vertäusystem nach Anspruch 23 oder Anspruch 22, wobei das System ferner das Steuern und Überwachen des oder jedes Vertäuroboters umfasst, wobei die Steuerungen mit Alarmen auf dem Wasserfahrzeug verbunden sind.