TWI833497B - 繫泊裝置及其運作方法 - Google Patents

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TWI833497B
TWI833497B TW111147974A TW111147974A TWI833497B TW I833497 B TWI833497 B TW I833497B TW 111147974 A TW111147974 A TW 111147974A TW 111147974 A TW111147974 A TW 111147974A TW I833497 B TWI833497 B TW I833497B
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Abstract

本發明提供了一種繫泊裝置及其運作方法。具體來說，該繫泊裝置主要包含一接觸模組以及一壓力控制模組。其中，該接觸模組包含至少一前導件、至少一活塞單元以及至少一吸盤。進一步地，當繫泊標的抵靠該至少一前導件並觸動該至少一活塞單元後，該壓力控制模組會依據情況控制該至少一吸盤接觸該繫泊標的的真空程度。因此，本發明之繫泊裝置及其運作方法可以利用繫泊標的擠壓產生的力量來控制是否繫泊該繫泊標的。

Description

繫泊裝置及其運作方法
本發明係關於一種繫泊裝置及其運作方法，尤指一種能夠透過至少一前導件將機械能轉換為氣體／液體壓力後驅動至少一吸盤產生真空並繫泊繫泊標的的繫泊裝置及其運作方法。
目前真空吸盤式的繫泊裝置，基本上皆具有可移動的機械結構。並且，現有的技術多半以多個繫泊裝置並列於碼頭的方式運作。
具體來說，這類繫泊裝置可將配置於其末端的真空吸盤與待繫固之標的相連接。所述繫泊標的包含但不限於船舶、水上平台或浮台等。此類繫泊裝置接觸繫泊標的後，再透過真空幫浦將真空吸盤內的氣體排出，以建立真空度來抓緊繫泊標的。
於此同時，這種繫泊裝置會時時刻刻偵測真空度來確保繫固期間之吸力能夠安全抓牢繫泊標的。然而，現有的技術中針對真空幫浦抽氣的作業多半需要仰賴外部供應能量才能據以運作。除了長期的維運問題之外，由外部提供能源作為主要產生真空的方式也會大幅地造成能源的浪費。
為了解決先前技術的問題，本發明提供了一種繫泊裝置及其運作方法。具體來說，所述繫泊裝置包含一接觸模組以及一壓力控制模組。
其中，該接觸模組包含至少一前導件、至少一活塞單元以及至少一吸盤。該至少一活塞單元與該至少一前導件連接，而該至少一吸盤設於該接觸模組前端。至於該壓力控制模組與該接觸模組連接，該壓力控制模組包含一第一閥門、至少一第一蓄壓單元、一第二閥門、一能量轉換模組、一真空模組、一第三閥門以及一第四閥門。
其中，該第一閥門與該至少一活塞單元連接，而該至少一第一蓄壓單元與該第一閥門連接。進一步地，該第二閥門與該至少一第一蓄壓單元連接，該能量轉換模組與該第二閥門連接。隨後，該真空模組與該能量轉換模組及該至少一吸盤連接，該第三閥門則與該能量轉換模組及該至少一活塞單元連接。最後，該第四閥門與該至少一第一蓄壓單元及該至少一活塞單元連接。
本發明另提供了一種繫泊裝置的運作方法。具體來說，所述繫泊裝置的運作方法係先執行步驟(A)，提供如上所述的繫泊裝置。接著，步驟(B)係由該接觸模組主動地或被動地與一繫泊標的接觸，該繫泊標的壓迫該至少一前導件。
接著，步驟(C)係由該至少一前導件壓迫該至少一活塞單元，同時該第一閥門開啟並將該至少一活塞單元輸出之一氣液壓力傳送至該至少一第一蓄壓單元。而步驟(D)則由該第一閥門關閉且該第二閥門開啟後將該至少一第一蓄壓單元釋出的該氣液壓力傳送至該能量轉換模組。
步驟(E)進一步確認該至少一吸盤與該繫泊標的緊貼。隨後，步驟(F)係由該能量轉換模組利用該氣液壓力制動該真空模組，並使該真空模組對該至少一吸盤產生真空狀態，固定該繫泊標的。其中，多餘的該氣液壓力儲存於該能量轉換模組中。
以上對本發明的簡述，目的在於對本發明之數種面向和技術特徵作一基本說明。發明簡述並非對本發明的詳細表述，因此其目的不在特別列舉本發明的關鍵性或重要元件，也不是用來界定本發明的範圍，僅為以簡明的方式呈現本發明的數種概念而已。
為能瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，茲進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如後：
首先請參照圖1，圖1係本發明實施例的系統架構示意圖。如圖1所示，本實施例之繫泊裝置10包含接觸模組100以及壓力控制模組200。
其中，接觸模組100中包含至少一前導件101、至少一活塞單元102以及至少一吸盤103。該至少一活塞單元102與該至少一前導件101連接，而該至少一吸盤103設於接觸模組100前端。具體來說，可先參照圖13，圖13係本發明實施例前導件暨吸盤配置模式示意圖。
如圖13所示，在本發明概念下的實施例中，前導件101的配置包含但不限於設置在吸盤103的兩側、中間抑或吸盤103的接觸面中，本發明並不加以限制。
接著，圖1實施例中的壓力控制模組200與接觸模組100連接。所述壓力控制模組200包含第一閥門201、至少一第一蓄壓單元202、第二閥門203、能量轉換模組204、真空模組205、第三閥門206以及第四閥門207。在本實施例中，第一閥門201、第二閥門203、第三閥門206及第四閥門207為電磁閥。
更進一步地，該第一閥門201、第二閥門203、第三閥門206及第四閥門207更可與至少一控制單元（圖未示）連接。並且，該至少一控制單元包含包含中央處理器（Central Processing Unit, CPU）、微處理器（Micro-processor Unit, MPU）、單晶片（Single-chip microcomputer）、可程式化邏輯控制器（Programmable logic controller,  PLC）或其組合。
據此，本實施例可以搭配整個繫泊裝置10系統中包含但不限於壓力感測器等感測器資訊，有效地透過該至少一控制單元控制第一閥門201、第二閥門203、第三閥門206及第四閥門207的開閉，以控制整個壓力控制模組200中的氣液壓力分佈。
其中，該第一閥門201與該至少一活塞單元102連接，而該至少一第一蓄壓單元202與該第一閥門201連接。具體來說，當本實施例之至少一活塞單元102受到來自前導件101的外力F壓迫時（例如繫泊標的M擠壓產生的外力）活塞單元102中的氣液壓力會上升。此時，作為第一閥門201會開啟，相對地第二閥門203和第四閥門207則關閉。因此，活塞單元102中的氣液壓力會傳送到至少一第一蓄壓單元202之中進行蓄積。
進一步地，由於第二閥門203與至少一第一蓄壓單元202連接，且能量轉換模組204與第二閥門203連接之故，當本實施例之前導件101因擠壓（如外力F）而退縮至繫泊裝置10之系統預設位置或透過其他內外部感測元件確認繫泊標的M已與吸盤103相接觸時。此時，第一閥門201會關閉，而第二閥門203會開啟使至少一第一蓄壓單元202中的氣液壓力流入傳動模組204之中。
接著請同時參照圖1及圖2，圖2係本發明另一實施例的系統架構示意圖。圖1以及圖2的差異在於能量轉換模組204的內部設計不同。具體來說，圖1中的實施例，其能量轉換模組204係以線性活塞2042作為傳動依據設計的結構；相對地，圖2中的實施例則是以轉動單元2043的結構作為設計依據。但無論是圖1中的線性活塞2042抑或圖2中的轉動單元2043，兩個實施例的結構設計均是為了將來自第二閥門203的氣液壓力轉換為產生真空的動能而設計的，本發明並不加以限制。
以圖1的實施例來說，能量轉換模組204包含第一逆止閥2041、線性活塞2042和至少一第二蓄壓單元2045。其中該第一逆止閥2041與第二閥門203連接，而線性活塞2042包含彈性復位元件SP、至少一第二蓄壓單元2045或其組合。其中該線性活塞2042與第一逆止閥2041及真空模組205連接。具體來說，本實施例之線性活塞2042除了彈性復位元件SP之外，亦包含至少一第二蓄壓單元2045。其中彈性復位元件SP能夠幫助線性活塞2042自動復位使用；而至少一第二蓄壓單元2045則是當線性活塞2042內包含氣體或液體作為推擠動力的時候，能夠接收當線性活塞2042壓縮所排擠出的氣液壓力。因此，本實施例之彈性復位元件SP和第二蓄壓單元2045可以擇一抑或兩者同時使用，僅依照線性活塞2042的需求改變，本發明並不加以限制。
相對地，圖2實施例中的能量轉換模組204則包含第一逆止閥2041、轉動單元2043、第二逆止閥2044以及至少一第二蓄壓單元2045。其中該第一逆止閥2041與第二閥門203連接，至於轉動單元2043則與第一逆止閥2041和真空模組205連接。而第二逆止閥2044與轉動單元2043連接。並且，至少一第二蓄壓單元2045與第二逆止閥2044連接。在本實施例中，至少一第二蓄壓單元2045更與第三閥門206連接，即至少一第二蓄壓單元2045設置於第二逆止閥2044和第三閥門206之間。
因此，圖2的實施例中，當氣液壓力通過第二閥門203來到轉動單元2043時，該氣液壓力會提供轉動單元2043旋轉的能量，使轉動單元2043可以在真空模組205中製造真空。然而，由於轉動單元2043不具有封閉的空腔，因此通過轉動單元2043的氣液壓力會進一步通過第二逆止閥2044之後，因第三閥門206的關閉而蓄積在至少一第二蓄壓單元2045之中。
無論圖1或圖2的實施例，真空模組205均與能量轉換模組204及至少一吸盤103連接。據此，真空模組205可以藉由能量轉換模組204來產生至少一吸盤103的真空程度，並藉由第二閥門203進行真空度的調節，據此達成繫泊或釋放繫泊標的M的效果。
而無論是圖1或圖2的實施例，第三閥門206與能量轉換模組204及至少一活塞單元102連接。至於第四閥門207則與至少一第一蓄壓單元202及至少一活塞單元102連接。具體而言，第三閥門206以及第四閥門207主要是在繫泊標的M與吸盤103分離後使用。當繫泊標的M完成解除繫泊狀態時，第三閥門206以及第四閥門207會開啟並依序釋放至少一第一蓄壓單元202和能量轉換模組204中至少一第二蓄壓單元2045或彈性復位元件SP因應啟動真空模組205所蓄積的負載。
據此，該些負載在真空模組205解除吸盤103的真空狀態後，可以透過第三閥門206以及第四閥門207將系統氣液壓迴路內的氣液壓力回送至至少一活塞單元102之中，促使前導件101受到與外力F反方向的力，復歸至繫泊前的待命狀態。其中，解除吸盤103的真空狀態係透過吸盤103與真空模組205間的卸壓閥（圖未示）來完成。
具體而言，請同時參照圖3到圖12以及圖14。其中，圖3到圖7係本發明又一實施例的連續作動圖；圖8到圖12係本發明再一實施例的連續作動圖；以及圖14係本發明實施例之運作方法流程圖。
首先，圖3到圖7中所載實施例的連續作動圖係本發明「主動式」實施例的實際運作連續作動圖。相對地，圖8到圖12所載實施例的連續作動圖係本發明「被動式」實施例的實際運作連續作動圖。
具體來說，如圖3所示，本實施例所稱的「主動式」係指前導件101以及活塞103係承載於伸縮臂301上。在此種應用環境下，平時前導件101是不超出港口緩衝塊C的範圍的。而當浮於水線W上的繫泊標的M如圖4中箭頭A1所示的方向一般抵靠緩衝塊C後，伸縮臂301才如圖5箭頭A2的方向一般朝向繫泊標的伸出。於此同時，使前導件101能夠接觸繫泊標的M。最後，進一步如圖6箭頭A3所示的方向，進一步壓縮前導件101並使吸盤103緊貼繫泊目標M。最後形成如圖7立體圖中所示的狀態。
上述對於圖3到圖7的描述係指該實施例如何讓伸縮臂301主動伸出港口並使前導件101受到壓迫，進而促使活塞單元102產生氣液壓力。接著，圖8的實施例應用狀態則是預設前導件101和吸盤103超出港口的狀態下來使用。
在圖8中，當繫泊標的M欲進行繫泊作業時，繫泊標的M會如圖9箭頭A4的方向所示自然地抵靠前導件101。而由於前導件101可以承受外力F之故，如圖10中箭頭A5所示一般，繫泊標的M的力量可以由前導件101直接吸收後使繫泊標的M與吸盤103接觸。而當吸盤103因真空而吸附住繫泊標的M之後，繫泊標的M的作用力則如圖11中箭頭A6一般，在抵靠緩衝塊C並接觸吸盤103的同時，吸盤103開始產生真空狀態。於此同時，繫泊標的M產生的外力由抵靠於吸盤103後方的彈性元件302所緩衝，並且藉由彈性元件302的復歸能力，持續提供吸盤103緊貼繫泊標的M的力量。
在本實施例中，彈性元件302可以是彈簧等同時具有緩衝以及復位能力的元件構成，本發明並不加以限制。而當彈性元件302被壓縮而因其復位能力進而提供吸盤103抵靠繫泊標的M力量的同時，在吸盤103完成真空狀態後，與吸盤103連接的雙向缸303會透過自身的閥門控制，限制自身的位移，據以鎖定伸縮臂301的伸縮位置。最後，完成如圖12立體圖中所示的繫泊狀態。因此，圖8到圖12中所載實施例因為有彈性元件302的緣故，是以被動的方式承受來自繫泊標的M的外力F，並且利用該外力F造成吸盤103的真空狀態完成繫泊作業。
進一步地，無論是圖3到圖7中的實施例抑或圖8到圖12中所示的實施例，繫泊裝置10均可以透過轉軸、液壓缸或是各種機械連接組合，來達成繫泊狀態下配合水線W上繫泊標的M搖晃的機械運動，本發明並不加以限制。因此，無論是這些外力F所製造的動作，抑或線性活塞2042或轉動單元2043等幫浦或鼓風機等元件因氣液壓力而產生作動時，該些動作的機械能均可以透過帶動發電機的形式儲存於電池中，用以供給如伸縮臂301進行伸縮的電力抑或控制單元控制各個閥門開閉運作所需的電力，本發明同樣不加以限制。
據此，如圖14所示，本實施例繫泊裝置10的運作方法即先於步驟(A)提供繫泊裝置10。所述繫泊裝置10可以是圖3或圖8中的主動抑或被動式繫泊裝置10；也可以是圖1或圖2中不同真空原理的繫泊裝置10，本發明並不加以限制。
接著，步驟(B)係由接觸模組100主動地(如圖3到圖7所載的實施例)或被動地(如圖8到圖12所載的實施例)與繫泊標的M接觸。據此，繫泊標的M壓迫該至少一前導件101，並且呈現圖6或圖10的狀態。
接著步驟(C)係如圖1或圖2所示一般，該至少一前導件101壓迫該至少一活塞單元102，同時該第一閥門201開啟並將該至少一活塞單元102輸出之一氣液壓力傳送至該至少一第一蓄壓單元202。進一步地，步驟(D)係將該第一閥門203關閉，且該第二閥門203開啟後將該至少一第一蓄壓單元202釋出的該氣液壓力傳送至該能量轉換模組204。
接著，步驟(E)在確認該至少一吸盤103與該繫泊標的M之間已經如圖7或圖12一般緊貼之後，執行步驟(F)，該能量轉換模組204利用該氣液壓力制動該真空模組205，並使該真空模組205對該至少一吸盤103產生真空狀態，固定該繫泊標的M；並且，多餘的該氣液壓力留於該能量轉換模組204與第一蓄壓單元202中，以完成繫泊。
接著請參照圖15，圖15係本發明另一實施例之運作方法流程圖。如圖15所示，當繫泊標的M欲離開並解除繫泊狀態時，可執行步驟(G)，該繫泊標的M可以透過有線或無線的方式發出解除訊號，予以該繫泊裝置10中的至少一控制單元。
，接著步驟(H)係由該真空模組205解除該至少一吸盤103的真空狀態，使該繫泊標的M離開。於此同時，步驟(I)係由至少一控制單元控制該第三閥門206以及該第四閥門207開啟，並依序釋出儲存於該能量轉換模組204中至少一第二蓄壓單元2045以及該至少一第一蓄壓單元202的氣液壓力予以該至少一活塞單元102。最後，步驟(J)係由該至少一活塞單元102將該至少一前導件101恢復到如圖3或圖8一般，與該繫泊標的M接觸前的狀態，等待下個繫泊標的M。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及說明內容所作之簡單變化與修飾，皆仍屬本發明涵蓋之範圍內。
10:繫泊裝置
100:接觸模組
101:前導件
102:活塞單元
103:吸盤
200:壓力控制模組
201:第一閥門
202:第一蓄壓單元
203:第二閥門
204:能量轉換模組
2041:第一逆止閥
2042:線性活塞
2043:轉動單元
2044:第二逆止閥
2045:第二蓄壓單元
205:真空模組
206:第三閥門
207:第四閥門
301:伸縮臂
302:彈性元件
303:雙向缸
C:緩衝塊
F:外力
M:繫泊標的
W:水線
SP:彈性復位元件
A1~A6:箭頭
(A)~(J):步驟
圖1係本發明實施例的系統架構示意圖。
圖2係本發明另一實施例的系統架構示意圖。
圖3到圖7係本發明又一實施例的連續作動圖。
圖8到圖12係本發明再一實施例的連續作動圖。
圖13係本發明實施例前導件暨吸盤配置模式示意圖。
圖14係本發明實施例之運作方法流程圖。
圖15係本發明另一實施例之運作方法流程圖。
10:繫泊裝置
101:前導件
103:吸盤
202:第一蓄壓單元
2045:第二蓄壓單元
301:伸縮臂
C:緩衝塊
M:繫泊標的
W:水線

Claims (10)

  1. 一種繫泊裝置，包括： 一接觸模組，包含： 至少一前導件； 至少一活塞單元，與該至少一前導件連接； 至少一吸盤，設於該接觸模組前端； 一壓力控制模組，與該接觸模組連接，該壓力控制模組包含： 一第一閥門，與該至少一活塞單元連接； 至少一第一蓄壓單元，與該第一閥門連接； 一第二閥門，與該至少一第一蓄壓單元連接； 一能量轉換模組，與該第二閥門連接； 一真空模組，與該能量轉換模組及該至少一吸盤連接； 一第三閥門，與該能量轉換模組及該至少一活塞單元連接；以及 一第四閥門，與該至少一第一蓄壓單元及該至少一活塞單元連接。
  2. 如請求項1所述的繫泊裝置，其中該至少一活塞單元為活塞桿。
  3. 如請求項1所述的繫泊裝置，其中該第一閥門、該第二閥門、該第三閥門及該第四閥門為電磁閥。
  4. 如請求項3所述的繫泊裝置，其中該第一閥門、該第二閥門、該第三閥門及該第四閥門更與至少一控制單元連接。
  5. 如請求項4所述的繫泊裝置，其中該至少一控制單元包含包含中央處理器(Central Processing Unit,CPU)、微處理器(Micro-processor Unit,MPU)、單晶片(Single-chip microcomputer)、可程式化邏輯控制器(Programmable logic controller,PLC)或其組合。
  6. 如請求項1所述的繫泊裝置，其中該能量轉換模組包含：一第一逆止閥，與該第二閥門連接；以及一線性活塞，與該該真空模組連接，該線性活塞包含一彈性復位元件、至少一第二蓄壓單元或其組合；其中，該線性活塞與該第三閥門連接。
  7. 如請求項1所述的繫泊裝置，其中該能量轉換模組包含：一第一逆止閥，與該第二閥門連接；一轉動單元，與該第一逆止閥和該真空模組連接；一第二逆止閥，與該轉動單元連接；以及至少一第二蓄壓單元，與該第二逆止閥連接；其中，該至少一第二蓄壓單元與該第三閥門連接。
  8. 如請求項1所述的繫泊裝置，其中該接觸模組更與至少一伸縮臂以及至少一彈性元件、至少一雙向缸或其組合。
  9. 一種繫泊裝置的運作方法，包含： (A)提供如請求項1所述的繫泊裝置；(B)該接觸模組主動地或被動地與一繫泊標的接觸，該繫泊標的壓迫該至少一前導件；(C)該至少一前導件壓迫該至少一活塞單元，同時該第一閥門開啟並將該至少一活塞單元輸出之一氣液壓力傳送至該至少一第一蓄壓單元；(D)該第一閥門關閉且該第二閥門開啟後將該至少一第一蓄壓單元釋出的該氣液壓力傳送至該能量轉換模組；(E)確認該至少一吸盤與該繫泊標的緊貼；以及(F)該能量轉換模組利用該氣液壓力制動該真空模組，並使該真空模組對該至少一吸盤產生真空狀態，固定該繫泊標的；其中，多餘的該氣液壓力儲存於該能量轉換模組中。
  10. 如請求項9所述的繫泊裝置的運作方法，其中步驟(F)後更包含：(G)該繫泊標的發出解除訊號予以該繫泊裝置；(H)該真空模組解除該至少一吸盤的真空狀態，使該繫泊標的離開；(I)該第三閥門以及該第四閥門開啟並依序釋出儲存於該能量轉換模組以及該至少一第一蓄壓單元的該氣液壓力予以該至少一活塞單元；以及 (J)   該至少一活塞單元將該至少一前導件恢復到與該繫泊標的接觸前的狀態。
TW111147974A 2022-12-14 2022-12-14 繫泊裝置及其運作方法 TWI833497B (zh)

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