EP2524864A1 - Système de chargement et/ou déchargement permettant le transfert de charges entre deux mobiles en déplacement. - Google Patents

Système de chargement et/ou déchargement permettant le transfert de charges entre deux mobiles en déplacement. Download PDF

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Publication number
EP2524864A1
EP2524864A1 EP12167392A EP12167392A EP2524864A1 EP 2524864 A1 EP2524864 A1 EP 2524864A1 EP 12167392 A EP12167392 A EP 12167392A EP 12167392 A EP12167392 A EP 12167392A EP 2524864 A1 EP2524864 A1 EP 2524864A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
arm
loading system
target
free end
measuring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12167392A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
François Henrion
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BPR Conseil
Original Assignee
BPR Conseil
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BPR Conseil filed Critical BPR Conseil
Publication of EP2524864A1 publication Critical patent/EP2524864A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B27/00—Arrangement of ship-based loading or unloading equipment for cargo or passengers
    • B63B27/24—Arrangement of ship-based loading or unloading equipment for cargo or passengers of pipe-lines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B27/00—Arrangement of ship-based loading or unloading equipment for cargo or passengers
    • B63B27/30—Arrangement of ship-based loading or unloading equipment for transfer at sea between ships or between ships and off-shore structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67D—DISPENSING, DELIVERING OR TRANSFERRING LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B67D9/00—Apparatus or devices for transferring liquids when loading or unloading ships
    • B67D9/02—Apparatus or devices for transferring liquids when loading or unloading ships using articulated pipes

Definitions

  • the invention relates to a loading and / or unloading system allowing the transfer of loads between two moving mobiles, such as ships.
  • discharges means any product, whether it is in solid, liquid or gaseous form (fluids).
  • the loading system according to the invention is intended in particular but not exclusively for refueling at sea vessels on the road or parked in rough water.
  • the loads in the loading systems are transferred from one point to another (quay to quay, quay to ship, ship to quay, ship to ship) by means of an articulated arm whose one of the ends is fixedly mounted on the site intended to deliver the charges, the other end being intended to be connected to a connection point provided for this purpose on the load receiving site.
  • the articulated arm may include an internal pipe for the passage of fluid therein.
  • the load line is mounted along the arm.
  • the articulated arm is equipped with actuators capable of being controlled by an operator via a control interface connected to a computer.
  • the operator therefore maneuvers the movement of the articulated arm to position the free end of the articulated arm to place it substantially at and opposite the connection point. Once the free end of the articulated arm close to a sufficient distance from the connection point to allow its connection, the arm is connected manually by the operator.
  • Such loading systems are however difficult to implement, particularly in case of movements of the site (ship), whether it is a carrier site or a receiving site. They therefore require the operator to have a perfect knowledge of the operation and kinematics of the loading system.
  • the patent application FR2931451 proposes a control device for moving and positioning a flange formed at the end of a fluid transfer line of a system for loading and / or unloading fluids between two points which may be a ship and a dock or between two ships. More particularly, the transfer line has a line end attached to a base and a movable line end, said movable end being provided with the flange for connection to a target tubing on the load receiving site.
  • the flange and the tubing respectively comprise means for supplying positioning information of the flange with respect to the target tubing.
  • the device further comprises at least three actuators intended to control each movement of the system and a computer connected to a control interface allowing an operator to control the connection of the flange to the tubing target.
  • the computer is adapted to calculate the relative positioning of the flange directly with respect to the target pipe according to the information provided by the flange positioning information means and to calculate control instructions to be given to each of the actuators so as to their combined movements result in a movement of the flange to bring the flange closer to the target tubing, and then apply the control instructions to bring the flange of the target tubing closer to present the flange in front of the target tubing at a position of connection.
  • the control assembly comprising the actuators and the computer is made "inactive". Since the actuators are no longer servo-controlled, the loading system then follows the movements of the target tubing when it is a transfer from dock to ship, or the movements of the target flange and tubing when is a transfer from ship to ship. In other words, the displacement of the transfer line is obtained by transmitting the movement and the force of one or the other point of transfer via the connection made between the flange and the tubing target.
  • the configuration of a loading system in which the effort exerted to move the loading line is entirely carried by the target flange / tubing connection proves unsuitable when the ships are moving and in particular when they move. at a speed greater than or equal to 15 knots or when the sea is rough.
  • the loading system described in the aforementioned document does not allow the loading and / or unloading of fluids between two free bodies relative to their six degrees of freedom.
  • the invention therefore aims to remedy these problems by proposing a loading system for the transfer of loads between two moving vessels (displacement and / or rotation) relative to each other. More particularly, the invention provides a loading system for loading and / or unloading between mobiles that can have six degrees of freedom.
  • the invention also relates to a loading system capable of being used for the transfer of charges of any type (solid, liquid, gaseous).
  • the invention proposes a loading system enabling the transfer of charges between two moving mobiles comprising an articulated arm equipped with actuators, the articulated arm having an end attached to one of the mobiles. and a free end, first means for measuring the relative movement of the free end of the arm, second means for measuring the distance between the free end of the arm and a predefined target located on the other mobile, and a device control device configured to position and maintain in position the free end of the arm at a predetermined non-zero distance from the target, the servo device comprising a unit capable of calculating the path of approach of the arm to the target determined from the measurements transmitted by the first and second measuring means and to establish and transmit servo orders established according to the trajec calculated to a control unit of the actuators equipping the arm.
  • the loading system is arranged to ensure a dynamic and permanent control of the end position of the loading arm, whether or not it is connected to the mobile carrier of the target.
  • the loading system comprises third measuring means for measuring the elastic deformation of the arm when it is subjected to forces, said measurements being intended to be transmitted to the calculation unit for the purpose of calculating the trajectory bringing the arm towards the target.
  • the elastic deformation of the arm makes it possible to refine the calculation of the trajectory that the arm must follow to be positioned at the predefined distance of the target.
  • the third measurement means are carried by the arm. More particularly, depending on the material (s) in which the arm is made, the third means may be either embedded in the mass (application especially for the arms made of composite material) or fixed directly on the arm (by gluing , welding, etc.).
  • the third measurement means may be temperature or force sensors.
  • the loading system comprises optical means for transferring images relating to the position of the free end of the arm relative to the two mobiles and relative to the environment in which it is located.
  • the loading system comprises a flexible connecting line for connecting the free end of the arm to a connection point on the mobile carrying the target.
  • the connection of the arm to the connection point by means of a flexible line has the advantage of allowing the control of the servo actuators in position despite the movement of the two mobiles related to their movement and / or rough sea while avoiding the efforts exerted by the movement of the mobiles are transmitted to the arm.
  • the flexibility of the line thus makes it possible to absorb the relative movements of the two mobiles during the response times of the servocontrol.
  • the connecting line forms a passage duct for fluid products (ie liquid or gaseous).
  • the free end of the arm is provided with a hexapod device intended to ensure connection with the connecting line while preserving the arm of the forces exerted on the connection line during the movements of the mobiles.
  • the first and second measuring means, as well as, when present, the optical means are arranged at the free end of the arm, so as to form a viewing and locating head.
  • the arm comprises an internal conduit for the passage of the charges to be transferred.
  • the system comprises a charge transfer line capable of being mounted along the arm.
  • the transfer line is disposed inside the arm.
  • the arm is formed of several rotatable segments, each element being equipped with at least one actuator controlled by the control unit.
  • the arm comprises a telescopic end element. This makes it possible to finalize precisely the approach of the end of the arm of the target to the predefined distance.
  • Mobile moving means ships en route, but also one, two or more types of physical system land or space in moving, such as truck, train, plane, satellites. We will speak later of the mobile charge generator 2 and mobile receivers of charges 3.
  • the loading system 1 comprises an articulated arm 4 equipped with actuators (not shown).
  • the arm 4 has an end 40 fixed to the delivery mobile of load 2 and a free end 41.
  • the arm 4 is formed of several segments articulated with respect to each other.
  • the arm 4 is formed of three segments 4a, 4b, 4c, each element being associated with at least one actuator.
  • This configuration of the arm has the advantage of making it possible to reach quickly and precisely a target 5 located on the mobile receiving charge 3. It is of course obvious that the arm 4 may be formed of a different number of element without however, outside the scope of the invention.
  • the arm 4 comprises a telescopic end element 4d.
  • the actuators are controlled by a control unit 7 preferably located on the load-bearing mobile 2 and are arranged to ensure a servo of the free end position of the arm by servo rotations in different axes of the mechanical marker (six axes of freedom).
  • the actuators are electrical preferences. However, it can be provided hydraulic actuators, electro hydraulic, pneumatic of any design.
  • the arm and the segments 4a, 4b, 4c, 4d constituting it are intended to carry the charge transfer lines 12.
  • the charge transfer lines 12 may be carried externally or internally by the arm 4.
  • the arm 4 and the segments 4a, 4b, 4c, 4d constituent are arranged to define an inner conduit for the passage of the charges to be transferred. It is, however, obvious that the segments constituting the arm may also serve as support for the installation of carrying cables to transfer particularly heavy loads.
  • the loading system comprises a device for controlling the position of the arm configured to position and hold in position the free end 41 of the arm 4 at a predetermined non-zero distance from the target 5.
  • the servo device comprises a calculation unit 6 able to calculate the approach path of the arm 4 to the target 5 determined from transmitted measurements as will be seen later by a viewing and locating head carried by the arm 4, and a control unit 7 adapted to control the actuators as a function of the servocontrol commands translating the trajectory calculated by the calculation unit and transmitted to the control unit 7.
  • the control unit 7, placed on board the load-bearing mobile 2 is managed either by an operator or by the computing unit 6 according to the data transmitted.
  • the information necessary for the calculation unit 6 to establish the control commands necessary for positioning the arm 4 relative to the target 5 are provided by a measuring device carried directly by the arm 4.
  • the measuring device comprises first means for measuring the relative movement of the free end 41 of the arm 4 (displacement measurements, speed and acceleration according to the movements of the end of the arm) and second means for measure the distance separating the end free 41 of the arm 4 and the predefined target 5 located on the load receiving mobile 3.
  • first means for measuring the relative movement of the free end 41 of the arm 4 displacement measurements, speed and acceleration according to the movements of the end of the arm
  • the measurements recorded by the first and second means are transmitted to the calculation unit 6 to calculate the approximation path of the arm 4 of the target 5 and the establishment of the servo orders corresponding to the calculated trajectory to the actuators.
  • the measuring device also comprises third means for measuring the elastic deformation of the arm when it is subjected to forces.
  • the measurements recorded by the third means are transmitted to the calculation unit 6.
  • the latter from the deformation measurements of the arm 4 identified, characterizes the level of the forces exerted on the arm 4 and integrates these data into the calculation of the trajectory of the arm. Taking into account the level of the forces exerted on the arm 4 makes it possible to correct the trajectory of the arm determined from the measurements taken by the first and second measuring means.
  • the third means may be temperature or force sensors.
  • the sensors may be either embedded in the mass (application especially for the arms made of composite material) or fixed directly on the arm.
  • the measuring device is coupled to optical means capable of delivering to the operator manipulating the arm 4 images on the position of the free end 41 of the arm 4 relative to the load-bearing mobile 2 and to the receiving mobile of the charge 3 as well as images of the environment in which the free end 41 of the arm is disposed.
  • optical means makes it possible to pre-position the arm relative to the targeted target prior to the implementation of the servocontrol device.
  • the optical means comprise cameras (or optical sensors) operating at different wavelengths, at least one of the cameras making it possible to locate the free end of the arm during the night and at least one of the cameras to locate the free end of the arm in case of fog.
  • the measuring device and the optical means are arranged at the free end of the arm.
  • the measuring means and the optical means constitute a viewing and locating head 8 of the arm.
  • the display head 8 will be referred to as the display and location head of the arm.
  • the viewing head forms a gyro-stabilized console provided with infrared cameras and multi visualization and movement sensors equipped with a target auto-detection device.
  • This console is controlled by a joystick device, and returns different images of its sensors and its path to the control unit 7.
  • the actuators are slaved to position the free end 41 of the arm 4, and thus the viewing head 8, at a distance no none of the predefined target.
  • the distance can be predefined, according to the use of the loading system, so as to allow an operator to access the free end 41 of the arm to allow its connection to a connection point 11 formed on the load receiving mobile phone 3 by means of a connection line 10.
  • the distance may also be predefined so as to allow the transport of loads above an unloading reference plane to be unloaded there.
  • the connecting line 10 is flexible.
  • the flexibility of the connection has the advantage of allowing the control of the arm by means of the position-controlled actuators when the two mobiles 2, 3 are moving relative to each other, but also to absorb the forces related to the movement of these.
  • a connecting line 10 in the form of a pipe.
  • the free end 41 of the arm 4 is provided with a hexapod device intended to ensure the connection with the connection line 10.
  • a hexapod device intended to ensure the connection with the connection line 10.
  • the arm 4 is arranged to form a conduit for the transfer of charges to be transferred.
  • the target In order to allow the head to visualization 8 to identify the target 5, the latter is provided with tracking means.
  • the target thus provided with locating means, defines a reference position.
  • the target 5 is thus intended to permanently ensure a relative positioning of the free end 41 of the arm 4 relative to a fixed point, predefined, which can be at any point of the mobile load receiving 3 that we seek to approach, its dimensions must be sufficient to allow to give the approach instructions to the servo device and driving up to a hundred meters at least between the viewing head 8 and the target 5.
  • the locating means comprise marks representing a known geometrical figure of the control unit 7. These may be passive or active marks, but also permanent or removable marks (ie temporary marks).
  • Permanent passive marks may be obtained by means of special paints or coatings permanently placed on the load receiving mobile phone; removable passive marks may comprise magnetic or bolted studs, provided with reflective systems sensitive to the wavelengths used (catadioptric system in the case of visible systems or the near infrared); the permanent active marks may consist of transmitters interacting with the viewing head 8 in the selected wavelength range, the removable active marks may consist of these same transmitters but set up solely for the purpose of transfer.
  • the emission sources of the radiation that can be received by the target are advantageously on the display head.
  • the radiation emission sources for detecting the target may be carried by the load-bearing mobile 2 or directly by the mobile receiving charge (case of active marks).
  • the operating process of the loading system is as follows.
  • the target 5 carried by the mobile charging receiver 3, the marks allowing the viewing head 8 to locate the target 5.
  • the operator located on the load-bearing mobile 2, orients the display head towards the target 5 located on the receiving mobile of the load 3 and carries out if necessary a first approach of the arm 4 towards the target 5 in order to pre-positioning.
  • the computing unit 6 calculates the approach path of the free end 41 of the arm 4 carrying the viewing head 8 and gives the servo commands necessary for the actuators.
  • the free end 41 of the load carrying arm 4 is stabilized at the target point (ie at the point at the predetermined distance between the free end of the arm and the target).
  • the control of the viewing head 8 is continued so as to maintain the position of the latter relative to the target point with a gap as small as possible.
  • the control relay is taken by the mobile load receiver to possibly adjust the reference position.
  • the crew of the load receiving mobile unit 3 can then proceed to the connection operations of the arm at the connection point 11 by means of a connection line 10, to the installation operation of a charge transfer line 12 or load unloading operations via pre-existing devices.
  • the measuring means and the optical means implemented at the level of the viewing head are sensors exploiting different wavelengths (infrared, visible, radar, etc.).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

L'invention concerne un système de chargement (1) permettant le transfert de charges entre deux mobiles (2, 3) en déplacement comprenant un bras (4) articulé équipé d'actionneurs présentant une extrémité fixée (40) à l'un des mobiles (2) et une extrémité libre (41), des premiers moyens de mesure du mouvement relatif de l'extrémité libre (41) du bras, des deuxièmes moyens de mesure de la distance entre l'extrémité libre (41) du bras et une cible (5) prédéfinie située sur l'autre mobile (3), et un dispositif d'asservissement configuré pour positionner et maintenir en position l'extrémité libre (41) du bras à une distance prédéfinie non nulle de la cible, le dispositif d'asservissement comprenant une unité (6) apte à calculer la trajectoire de rapprochement du bras vers la cible déterminée à partir des mesures transmises par les premiers et deuxièmes moyens de mesure, l'unité de calcul étant reliée à une unité de commande (7) des actionneurs.

Description

  • L'invention concerne un système de chargement et/ou déchargement permettant le transfert de charges entre deux mobiles en déplacement, tel que des navires.
  • On entend par charges, tout produit, qu'il se présente sous forme solide, liquide ou gazeuse (fluides).
  • Afin de simplifier la lecture de ce qui suit, on parlera, par extension du système de chargement et/ou déchargement, de système de chargement.
  • Le système de chargement selon l'invention est destiné notamment mais non exclusivement au ravitaillement en mer de navires en route ou en stationnement dans des eaux agitées.
  • De manière classique en soi, les charges, dans les systèmes de chargement, sont transférées d'un point à un autre (quai à quai, quai à navire, navire à quai, navire à navire) au moyen d'un bras articulé dont l'une des extrémités est montée fixe sur le site destiné à délivrer les charges, l'autre extrémité étant destinée à être raccordée à un point de raccordement ménagé à cet effet sur le site réceptionneur de charge. Dans le cas d'un transfert de fluides, le bras articulé peut comporter une canalisation interne pour le passage du fluide en son sein. Dans le cas d'un transfert de produits lourds, la ligne de charge est montée le long du bras.
  • Dans la majorité des systèmes de chargement, le bras articulé est assorti d'actionneurs aptes à être commandés par un opérateur via une interface de commande reliée à un calculateur. L'opérateur manoeuvre donc le déplacement du bras articulé jusqu'à positionner l'extrémité libre du bras articulé pour le placer sensiblement au niveau et en regard du point de raccordement. Une fois l'extrémité libre du bras articulé rapprochée à une distance suffisante du point de raccordement pour permettre son raccordement, le bras est raccordé manuellement par l'opérateur.
  • De tels systèmes de chargement s'avèrent cependant délicats à mettre en oeuvre, en particulier en cas de mouvements du site (navire), qu'il s'agisse d'un site porteur ou d'un site réceptionneur. Ils exigent par conséquent de l'opérateur une connaissance parfaite du fonctionnement et de la cinématique du système de chargement.
  • Afin de tenter de palier cet inconvénient, la demande de brevet FR2931451 propose un dispositif de commande pour le déplacement et le positionnement d'une bride ménagée à l'extrémité d'une ligne de transfert de fluides d'un système de chargement et/ou déchargement de fluides entre deux points pouvant être un navire et un quai ou entre deux navires. Plus particulièrement, la ligne de transfert présente une extrémité de ligne fixée à une embase et une extrémité de ligne mobile, ladite extrémité mobile étant pourvue de la bride destinée au raccordement à une tubulure cible ménagée sur le site réceptionneur de charge. La bride et la tubulure comportent respectivement des moyens de fournitures d'information de positionnement de la bride par rapport à la tubulure cible. Le dispositif comporte en outre au moins trois actionneurs destinés à commander chacun le mouvement du système et un calculateur relié à une interface de commande permettant à un opérateur de commander le raccordement de la bride à la tubulure cible. Le calculateur est adapté pour calculer le positionnement relatif de la bride directement par rapport à la tubulure cible en fonction des informations fournies par les moyens d'information de positionnement de la bride et calculer des instructions de commande à donner à chacun des actionneurs de manière à ce que leurs mouvements conjugués résultent en un mouvement de la bride visant à rapprocher la bride de la tubulure cible, puis appliquer les instructions de commande pour rapprocher la bride de la tubulure cible jusqu'à présenter la bride devant la tubulure cible en une position de raccordement.
  • Une fois la bride raccordée à la tubulure cible, l'ensemble de commande comprenant les actionneurs et le calculateur est rendu « inactif ». Les actionneurs n'étant plus asservis, le système de chargement suit alors les mouvements de la tubulure cible lorsqu'il s'agit d'un transfert de quai à navire, ou bien les mouvements de la bride et de la tubulure cible lorsqu'il s'agit d'un transfert de navire à navire. En d'autres termes, le déplacement de la ligne de transfert est obtenue par transmission du mouvement et de l'effort de l'un et ou l'autre point de transfert par l'intermédiaire de la connexion réalisée entre la bride et la tubulure cible.
  • Or, la configuration d'un système de chargement dans lequel l'effort exercé pour déplacer la ligne de chargement est entièrement porté par la connexion bride/tubulure cible s'avère inadaptée lorsque les navires sont en mouvement et en particulier lorsqu'ils se déplacent à une vitesse supérieure ou égale à 15 noeuds ou lorsque la mer est agitée. En d'autres termes, le système de chargement décrit dans le document susmentionné ne permet pas le chargement et/ou déchargement de fluides entre deux corps libres relativement à leurs six degrés de liberté.
  • En outre, le système de chargement décrit dans le document susmentionné ne permet pas d'assurer le chargement de produits solides.
  • L'invention vise donc à remédier à ces problèmes en proposant un système de chargement permettant le transfert de charges entre deux navires en mouvement (déplacement et/ou rotation) l'un par rapport à l'autre. Plus particulièrement, l'invention vise un système de chargement permettant le chargement et/ou le déchargement entre des mobiles pouvant présenter six degrés de liberté.
  • L'invention vise également un système de chargement apte à être mis en oeuvre pour le transfert de charges de tout type (solide, liquide, gazeux).
  • A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose un système de chargement permettant le transfert de charges entre deux mobiles en mouvement comprenant un bras articulé équipé d'actionneurs, le bras articulé présentant une extrémité fixée à l'un des mobiles et une extrémité libre, des premiers moyens de mesure du mouvement relatif de l'extrémité libre du bras, des deuxièmes moyens de mesure de la distance entre l'extrémité libre du bras et une cible prédéfinie située sur l'autre mobile, et un dispositif d'asservissement configuré pour positionner et maintenir en position l'extrémité libre du bras à une distance prédéfinie non nulle de la cible, le dispositif d'asservissement comprenant une unité apte à calculer la trajectoire de rapprochement du bras vers la cible déterminée à partir des mesures transmises par les premiers et deuxièmes moyens de mesure et à établir et transmettre des ordres d'asservissement établis en fonction de la trajectoire calculée à une unité de commande des actionneurs équipant le bras.
  • Ainsi, le système de chargement est agencé pour assurer un pilotage dynamique et permanent de la position d'extrémité du bras de chargement, que celui-ci soit raccordé ou non au mobile porteur de la cible.
  • Avantageusement, le système de chargement comporte des troisièmes moyens de mesure permettant de mesurer la déformation élastique du bras lorsque celui-ci est soumis à des efforts, lesdites mesures étant destinées à être transmises à l'unité de calcul aux fins du calcul de la trajectoire de rapprochement du bras vers la cible. La prise en compte de la déformation élastique du bras permet en effet d'affiner le calcul de la trajectoire que le bras doit suivre pour être positionné à la distance prédéfinie de la cible.
  • Avantageusement, les troisièmes moyens de mesure sont portés par le bras. Plus particulièrement, suivant le ou les matériau(x) dans lequel le bras est réalisé, les troisièmes moyens pourront être ou bien noyés dans la masse (application notamment pour les bras réalisés en matériau composite) ou bien fixés directement sur le bras (par collage, soudage, .etc.).
  • Les troisièmes moyens de mesure pourront être des capteurs de températures ou d'efforts.
  • Avantageusement, le système de chargement comportent des moyens optiques permettant le transfert d'images relatives à la position de l'extrémité libre du bras par rapport aux deux mobiles et relatives à l'environnement dans lequel elle se situe.
  • Avantageusement, le système de chargement comporte une ligne de raccordement souple permettant de raccorder l'extrémité libre du bras à un point de raccordement ménagé sur le mobile portant la cible. Le raccordement du bras au point de raccordement au moyen d'une ligne souple a pour avantage de permettre le pilotage des actionneurs asservis en position malgré le mouvement des deux mobiles liés à leur déplacement et/ou à une mer agitée tout en évitant que les efforts exercés par le mouvement des mobiles ne soient transmis au bras. La souplesse de la ligne permet ainsi d'absorber les mouvements relatifs des deux mobiles pendant les temps de réponse de l'asservissement.
  • Avantageusement, la ligne de raccordement forme un conduit de passage pour les produits fluides (ie. liquides ou gazeux).
  • Avantageusement, l'extrémité libre du bras est pourvue d'un dispositif hexapode destiné à assurer la connexion avec la ligne de raccordement tout en préservant le bras des efforts exercés sur la ligne de raccordement lors des mouvements des mobiles.
  • Avantageusement, les premiers et deuxième moyens de mesure, ainsi que, lorsque présents, les moyens optiques sont ménagés au niveau de l'extrémité libre du bras, de sorte à former une tête de visualisation et de localisation.
  • Avantageusement, le bras comporte un conduit interne pour le passage des charges à transférer.
  • Avantageusement, le système comporte une ligne de transfert de charges apte à être montée le long du bras. Selon une configuration particulière, la ligne de transfert est disposée à l'intérieur du bras.
  • Selon une configuration particulière, le bras est formé de plusieurs segments mobiles en rotation, chaque élément étant équipé d'au moins un actionneur commandé par l'unité de commande.
  • Avantageusement, le bras comprend un élément d'extrémité télescopique. Cela permet ainsi de finaliser avec précision le rapprochement de l'extrémité du bras de la cible à la distance prédéfinie.
  • D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels:
    • la figure 1 représente une vue schématique d'un système de chargement selon l'invention permettant le transfert de charges entre deux mobiles ;
    • la figure 2 représente une vue du système de chargement de la figure 1 lorsque le bras de chargement est raccordé au mobile réceptionneur de charge ; et
    • la figure 3 représente une vue du système de chargement de la figure 1 pourvu d'une ligne de transfert de charges.
  • En relation avec les figures 1 et 2, il est décrit un système de chargement 1 permettant le transfert de charges entre deux mobiles en déplacement 2, 3. Par mobiles en déplacement, on entend des navires en route, mais aussi un, deux ou plusieurs types de système physique terrestre ou spatial en déplacement, tels que camion, train, avion, satellites. On parlera par la suite de mobile délivreur de charge 2 et de mobile réceptionneur de charges 3.
  • Le système de chargement 1 comprend un bras 4 articulé équipé d'actionneurs (non représenté). Le bras 4 présente une extrémité 40 fixée sur le mobile délivreur de charge 2 et une extrémité libre 41.
  • Avantageusement, le bras 4 est formé de plusieurs segments articulés les uns par rapport aux autres. Dans le mode de réalisation décrit, le bras 4 est formé de trois segments 4a, 4b, 4c, chaque élément étant associé à un actionneur au moins. Cette configuration du bras a pour avantage de permettre d'atteindre rapidement et avec précision une cible 5 déterminée située sur le mobile réceptionneur de charge 3. Il est bien entendu évident que le bras 4 pourra être formé d'un nombre différent d'élément sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Avantageusement, le bras 4 comprend un élément d'extrémité 4d télescopique.
  • Comme on le verra plus loin, les actionneurs sont commandés par une unité de commande 7 située de préférence sur le mobile délivreur de charge 2 et sont agencés pour assurer un asservissement de la position d'extrémité libre du bras par des rotations asservies dans les différents axes du repère mécanique (six axes de liberté). Les actionneurs sont de préférences électriques. Il peut cependant être prévu des actionneurs hydrauliques, électro hydrauliques, pneumatiques de toute conception.
  • Le bras et les segments 4a, 4b, 4c, 4d le constituant sont destinés à porter les lignes de transfert de charges 12. Selon le type de charges transférées (liquides, gaz ou solides), les lignes de transfert de charges 12 pourront être portées extérieurement ou intérieurement par le bras 4. De même, selon une variante de réalisation non représentée, le bras 4 et les segments 4a, 4b, 4c, 4d le constituant sont agencés pour délimiter un conduit interne pour le passage des charges à transférer. Il est cependant bien entendu évident que les segments constituant le bras pourront également servir de support pour la mise en place de câbles porteurs pour transférer les charges particulièrement lourdes.
  • Le système de chargement selon l'invention comporte un dispositif d'asservissement en position du bras configuré pour positionner et maintenir en position l'extrémité libre 41 du bras 4 à une distance prédéfinie non nulle de la cible 5.
  • Plus particulièrement, le dispositif d'asservissement comprend une unité de calcul 6 apte à calculer la trajectoire de rapprochement du bras 4 vers la cible 5 déterminée à partir de mesures transmises comme on le verra plus loin par une tête de visualisation et de localisation portée par le bras 4, ainsi qu'une unité de commande 7 apte à commander les actionneurs en fonction des ordres d'asservissement traduisant la trajectoire calculée par l'unité de calcul et transmis à l'unité de commande 7.
  • L'unité de commande 7, placée à bord du mobile porteur de charge 2, est gérée ou bien par un opérateur ou bien par l'unité de calcul 6 en fonction des données transmises.
  • Les informations nécessaires à l'unité de calcul 6 pour établir les ordres d'asservissements nécessaires au positionnement du bras 4 par rapport à la cible 5 sont fournies par un dispositif de mesure porté directement par le bras 4.
  • Plus particulièrement, le dispositif de mesure comprend des premiers moyens permettant de mesurer le mouvement relatif de l'extrémité libre 41 du bras 4 (mesures de déplacement, vitesse et accélération selon les mouvements de l'extrémité du bras) et des deuxièmes moyens permettant de mesurer la distance séparant l'extrémité libre 41 du bras 4 et la cible 5 prédéfinie située sur le mobile réceptionneur de charge 3. Comme indiqué précédemment, les mesures relevées par les premiers et deuxièmes moyens sont transmises à l'unité de calcul 6 pour procéder au calcul de la trajectoire de rapprochement du bras 4 de la cible 5 et à l'établissement des ordres d'asservissement correspondant à la trajectoire calculée aux actionneurs.
  • Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, le dispositif de mesure comprend également des troisièmes moyens permettant de mesurer la déformation élastique du bras lorsque celui-ci est soumis à des efforts. Comme pour les premiers et deuxièmes moyens de mesure, les mesures relevées par les troisièmes moyens sont transmises à l'unité de calcul 6. Cette dernière, à partir des mesures de déformation du bras 4 relevées, caractérise le niveau des efforts exercés sur le bras 4 et intègre ces données dans le calcul de la trajectoire du bras. La prise en compte du niveau des efforts exercés sur le bras 4 permet de corriger la trajectoire du bras déterminée à partir des mesures relevées par les premiers et deuxièmes moyens de mesure.
  • Les troisièmes moyens pourront être des capteurs de températures ou d'efforts. Suivant le matériau dans lequel le bras est réalisé, les capteurs pourront être ou bien noyés dans la masse (application notamment pour les bras réalisés en matériau composite) ou bien fixés directement sur le bras.
  • Avantageusement, le dispositif de mesure est couplé à des moyens optiques aptes à délivrer à l'opérateur manipulant le bras 4 des images sur la position de l'extrémité libre 41 du bras 4 par rapport au mobile porteur de charge 2 et au mobile réceptionneur de charge 3 ainsi que des images de l'environnement dans lequel l'extrémité libre 41 du bras est disposée.
  • La présence de moyens optiques permet d'assurer un pré- positionnement du bras par rapport à la cible visée préalablement à la mise en oeuvre du dispositif d'asservissement.
  • Selon une configuration particulière, les moyens optiques comportent des caméras (ou capteurs optiques) agissant dans des longueurs d'onde différentes, l'une au moins des caméras permettant de localiser l'extrémité libre du bras durant la nuit et une autre au moins des caméras permettant de localiser l'extrémité libre du bras en cas de brouillard.
  • Avantageusement, le dispositif de mesure et les moyens optiques sont ménagés au niveau de l'extrémité libre du bras. Ainsi regroupés, les moyens de mesure et les moyens optiques constituent une tête de visualisation et de localisation 8 du bras. Afin de simplifier la lecture de ce qui suit, on désignera par tête de visualisation 8, la tête de visualisation et de localisation du bras.
  • Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la tête de visualisation forme une console gyro-stabilisée pourvue de caméras infra rouge et multi capteurs de visualisation et de mouvement équipée d'un dispositif d'auto-détection de cibles. Cette console est contrôlée par un dispositif de type joystick, et renvoie différentes images de ses capteurs et de sa trajectoire vers l'unité de commande 7.
  • Comme indiqué précédemment, les actionneurs sont asservis pour positionner l'extrémité libre 41 du bras 4, et donc la tête de visualisation 8, à une distance non nulle de la cible prédéfinie. La distance pourra être prédéfinie, selon l'utilisation du système de chargement, de manière à permettre à un opérateur d'accéder à l'extrémité libre 41 du bras pour permettre son raccordement à un point de raccordement 11 ménagé sur le mobile réceptionneur de charge 3 par l'intermédiaire d'une ligne de raccordement 10. La distance pourra être également prédéfinie de manière permettre le transport des charges au dessus d'un plan de référence de déchargement pour y être déchargées.
  • Avantageusement, la ligne de raccordement 10 est souple. La souplesse du raccordement a pour avantage d'autoriser le pilotage du bras au moyen des actionneurs asservi en position lorsque les deux mobiles 2, 3 sont en mouvement l'un par rapport à l'autre, mais également d'absorber les efforts liés au mouvement de ces derniers.
  • Afin de permettre le passage du liquide ou gaz, il pourra être avantageux de prévoir, comme pour le bras, une ligne de raccordement 10 se présentant sous la forme d'un tuyau.
  • Selon un mode de réalisation particulier, l'extrémité libre 41 du bras 4 est pourvue d'un dispositif hexapode destiné à assurer la connexion avec la ligne de raccordement 10. La présence d'un dispositif hexapode permet de rattraper les variations anticipées d'environ 1 mètre x 1 mètre, et de maintenir ainsi une connexion pratiquement fixe sans retour d'effort significatif vers le bras.
  • Avantageusement, le bras 4 est agencé pour former un conduit de passage des charges à transférer.
  • Afin de permettre à la tête de visualisation 8 de repérer la cible 5, cette dernière est pourvue de moyens de repérage. La cible, ainsi pourvue de moyens de repérage, définit une position de référence. La cible 5 étant ainsi destinée à assurer en permanence un positionnement relatif de l'extrémité libre 41 du bras 4 par rapport à un point fixe, prédéfini, pouvant être en n'importe quel point du mobile réceptionneur de charge 3 que l'on cherche à approcher, ses dimensions devront être suffisantes pour permettre de donner les instructions d'approche au dispositif d'asservissement et de conduite jusqu'à une centaine de mètres au moins entre la tête de visualisation 8 et la cible 5.
  • Avantageusement, les moyens de repérage comprennent des marques représentant une figures géométrique connue de l'unité de commande 7. Il peut s'agir de marques passives ou actives, mais également de marques permanentes ou amovibles (ie. temporaires). Les marques passives permanentes peuvent être obtenues au moyen de peintures ou de revêtements spéciaux disposés à demeure sur le mobile réceptionneur de charges ; les marques passives amovibles peuvent comprendre des plots aimantés ou boulonnés, pourvus de système réfléchissants sensibles au longueurs d'ondes mis en oeuvre (système catadioptrique dans le cas de systèmes visibles ou du proche infrarouge) ; les marques actives permanentes peuvent être constituées d'émetteurs interagissant avec la tête de visualisation 8 dans le domaine de longueurs d'ondes retenu, les marques actives amovibles pouvant être constituées de ces mêmes émetteurs mais mis en place uniquement en vue de l'opération de transfert.
  • Selon un mode de réalisation, les sources d'émissions du rayonnement aptes à être reçues par la cible sont avantageusement embarquées sur la tête de visualisation. Selon une variante de réalisation, les sources d'émission du rayonnement permettant de détecter la cible pourront être portées par le mobile porteur de charges 2 ou bien directement par le mobile réceptionneur de charge (cas des marques actives).
  • Le processus de fonctionnement du système de chargement est le suivant.
  • Si elles ne sont pas déjà existantes, il est disposé la cible 5 portée par le mobile réceptionneur de charge 3, les marques permettant à la tête de visualisation 8 de repérer la cible 5.
  • L'opérateur, localisé sur le mobile porteur de charge 2, oriente la tête de visualisation vers la cible 5 située sur le mobile réceptionneur de la charge 3 et réalise si nécessaire une première approche du bras 4 en direction de la cible 5 afin de le pré-positionner.
  • En fonction des écarts que la tête de visualisation 8 mesure et lui transmet, l'unité de calcul 6 calcule la trajectoire de rapprochement de l'extrémité libre 41 du bras 4 portant la tête de visualisation 8 et donne les ordres d'asservissement nécessaires aux actionneurs.
  • Arrivée à la distance souhaitée, l'extrémité libre 41 du bras 4 porteur de charge est stabilisée au point visé (ie au point situé à la distance prédéfinie entre l'extrémité libre du bras et la cible). Ce point évoluant en fonction des mouvements des mobiles, le pilotage de la tête de visualisation 8 est poursuivi de manière à maintenir la position de cette dernière relativement au point visé avec un écart aussi faible que possible. Selon une configuration particulière, il pourra être prévu que le relais de commande soit pris par le mobile réceptionneur de charge pour ajuster éventuellement la position de référence.
  • L'équipage du mobile réceptionneur de charge 3 peut alors procéder aux opérations de raccordement du bras au point de raccordement 11 au moyen d'une ligne de raccordement 10, à l'opération d'installation d'une ligne de transfert de charges 12 ou aux opérations de déchargement de la charge par l'intermédiaire de dispositifs préexistants.
  • Avantageusement, les moyens de mesure et les moyens optiques mis en oeuvre au niveau de la tête de visualisation sont des capteurs exploitant différentes longueurs d'ondes (infrarouge, visible, radar, etc.).
  • L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l'invention sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims (12)

  1. Système de chargement (1) permettant le transfert de charges entre deux mobiles (2, 3) en déplacement comprenant un bras (4) articulé équipé d'actionneurs, le bras (4) articulé présentant une extrémité fixée (40) à l'un des mobiles (2) et une extrémité libre (41), des premiers moyens de mesure du mouvement relatif de l'extrémité libre (41) du bras (4), des deuxièmes moyens de mesure de la distance entre l'extrémité libre (41) du bras (4) et une cible (5) prédéfinie située sur l'autre mobile (3) et un dispositif d'asservissement configuré pour positionner et maintenir en position l'extrémité libre (41) du bras à une distance prédéfinie non nulle de la cible (5), le dispositif d'asservissement comprenant une unité (6) apte à calculer la trajectoire de rapprochement du bras (4) vers la cible (5) déterminée à partir des mesures transmises par les premiers et deuxièmes moyens de mesure et à établir et transmettre des ordres d'asservissement établis en fonction de la trajectoire calculée à une unité de commande (7) des actionneurs équipant le bras (4) caractérisé en ce qu'il comporte des troisièmes moyens de mesure permettant de mesurer la déformation élastique du bras lorsque celui-ci est soumis à des efforts, lesdites mesures étant destinées à être transmises à l'unité de calcul aux fins du calcul de la trajectoire de rapprochement du bras (4) vers la cible (5).
  2. Système de chargement (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les troisièmes moyens sont portés par le bras.
  3. Système de chargement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens optiques permettant de transmettre des images relatives à la position de l'extrémité libre (41) du bras par rapport au deux mobiles (2, 3) et relatives à l'environnement dans lequel elle se situe.
  4. Système de chargement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une ligne de raccordement (10) souple permettant de raccorder l'extrémité libre (41) du bras avec un point de raccord (11) ménagé sur le mobile (3) portant la cible (5).
  5. Système de chargement (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la ligne de raccordement (10) forme un conduit de passage de produits fluides.
  6. Système de chargement (1) selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que l'extrémité libre (41) du bras est pourvue d'un dispositif hexapode destiné à assurer la connexion avec la ligne de raccordement (10).
  7. Système de chargement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les premiers et deuxième moyens de mesure ainsi que, lorsque présents, les moyens optiques sont ménagés au niveau de l'extrémité libre (41) du bras, formant ainsi une tête visualisation et de localisation (8).
  8. Système de chargement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le bras (4) comporte un conduit interne pour le passage des charges à transférer.
  9. Système de chargement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le système comporte une ligne de transfert (12) apte à être montée le long du bras (4).
  10. Système de chargement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la ligne de transfert (12) est disposée à l'intérieur du bras (4).
  11. Système de chargement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le bras (4) est formé de plusieurs segments (4a, 4b, 4c) articulés les uns par rapports aux autres, chacun des segments (4a, 4b, 4c) étant associé à au moins un actionneur commandé par l'unité de commande.
  12. Système de chargement (1) selon la revendication 11, caractérisé en ce que le bras (4) comprend un élément d'extrémité télescopique (4d)
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