系泊装置和系泊系统 [0001] 本发明涉及一种用于系泊船舶的系泊装置，特别是一种用于系泊船舶的自动系泊装置。更具体地说，本发明涉及一种用于系泊船舶的系泊装置，该系泊装置具有系泊状态和非系泊状态，在系泊状态下，系泊装置接合船舶，在非系泊状态下，系泊装置不接合船舶，该系泊装置包括基座；可移动臂，该可移动臂的第一端相对于基座固定，该可移动臂的相对的第二端可相对于基座在缩回位置和伸展位置之间移动，在缩回位置，第二端相对靠近第一端，在伸展位置，第二端相对远离第一端；由臂承载的连接器，该连接器具有接合状态和脱离状态，在接合状态，连接器接合用于系泊的物体（诸如船体），在脱离状态时，连接器不接合物体；绞盘；张力元件（tensile element），该张力元件具有由绞盘接合的第一端和相对于臂的第二端和/或连接器固定的相对的第二端；以及距离保持系统，该距离保持系统被配置为用于在基座与由连接器接合的物体之间保持最小且非零的距离。 [0002] 这种系泊装置是已知的，例如来自Kim等人的“A ship‑to‑ship automatic docking system for ocean cargo transfer（用于海洋货物转运的船舶对船舶自动对接系统）”（J Mar Sci Technol（2014）19:360‑375，DOI 10.1007/s00773‑014‑0256‑3）。Kim等人提出了一种带有机械臂的装置（参见该文献的图5），用于将真空垫放置在要系泊的船舶上。在放置真空垫后，使用预先连接到真空垫的缆绳将船舶拉向系泊装置，反之亦然。传统方法是使用防撞垫（fender）来避免接触。缆绳（该缆绳将船舶拉近）和防撞垫（该防撞垫维持最小距离）之间的力的平衡使得船舶在停泊时能够保持不动。 [0003] Kim等人的装置具有若干缺点。首先，沿着船舶正确地放置防撞垫非常耗时。由于船舶对船舶系泊可能发生在相对恶劣的环境中，因此希望减少系泊所需的时间。事实上，在系泊期间花费的任何时间都会导致风险，因为就在系泊完成之前，船舶彼此靠近，但尚未安全系泊。此外，防撞垫的放置本身可能相对困难。 [0004] 另一个缺点是当系泊特定类型的船舶只（诸如游轮）时，防撞垫可能不够大。这可以归因于紧急救援通常悬挂在游轮的外侧的船只（vessel），因此为系泊提供了障碍。更一般地，当外侧物体悬挂在船舶上时，为了安全系泊，需要增加距船舶的距离，例如增加到大约8米或更长，这对于使用防撞垫则变得不切实际。 [0005] 因此，本发明的目的是至少部分地减少上述缺点中的至少一个。 [0006] 该目的是通过采用如上文前序中所述的系泊系统来实现，其特征在于距离保持系统与可移动臂集成。 [0007] 当距离由臂保持时，不再需要防撞垫。因此，可以在更短的时间内执行系泊，从而不仅提高效率而且还可能提高安全性。此外，由于臂可以由任何合适的长度制成，因此可以实现相对大的系泊距离，诸如大约最小8米的系泊距离，这是系泊例如游轮所需要的。 [0008] 应注意，本发明与Kim等人提出的系统截然不同，Kim等人提出的系统采用机械臂仅用于将真空垫放置在船舶上。Kim等人提出的唯一距离保持系统是防撞垫。这可以从例如该文献的图5中看出，其中仅通过放松附接到机器臂绞盘的线就可以使臂延伸，因为放松该线会导致臂在重力下向外移动。不用说，这种向外的运动完全不适合让任何船舶保持距离，因此需要防撞垫。 [0009] 需要注意，距离保持系统被配置用于在船舶的横向方向（transversal direction）（即横向于船舶（athwartships））上维持系泊的两个船舶或船舶与例如码头之间的距离。如下文将解释的，张力元件可用于提供沿船舶的梁（即沿船舶（alongships））的力。应注意，本发明也可以在没有张力元件和没有绞盘的情况下应用。作为示例，在这种情况下可以使用传统的和单独的张力元件。 [0010] 作为另一示例，绞盘和张力元件一起可以通过在基座和连接器之间在沿船舶方向上提供力的任何装置来代替。作为这种装置的特定示例，下面将参考通过使臂相对于基座围绕竖直轴线旋转而在沿船舶方向上致动臂。这种致动可以通过（附加的）可选的液压缸来执行。在整个本申请中，沿船舶方向被定义为处于系泊状态的船舶的沿船舶方向，其对应于基本上垂直于臂的纵向方向的水平侧向方向。 [0011] 替代地，可以使用多个张力元件（例如两个），这些张力元件可以沿船舶提供相反方向（即一个向前而另一个向后）的张力。 [0012] 尽管距离保持机构被描述为维持用于系泊的物体之间的距离，但是距离保持机构可替代地被描述为保持基座与臂的第二端之间或臂的两个相对端之间的所述距离。 [0013] 应注意，根据环境条件，系泊船舶上的力可以是任何方向的。因此，系泊装置优选地能够吸收所有不同方向上的力，然而也可以使用例如不同类型的若干系泊装置来协同地吸收力。在任何情况下，如本文所述的系泊装置能够提供横向于船舶的推力，因为所述力是维持与船舶的最小距离所必需的。 [0014] 还应注意，船舶可以使用系泊装置系泊到例如另一船舶或码头。原则上可以将系泊装置放置在一艘船舶和/或另一艘船舶或码头中的一者或两者上。然而，可以设想，当进行船舶对船舶系泊时，系泊装置将放置在两艘船舶中较小的一艘上，或者当进行船舶对码头系泊时，系泊装置将放置在码头上。 [0015] 作为本文所述的系泊装置的附加或替代优点，臂可以被用于在系泊的船舶系泊时阻尼（damp）系泊的船舶的运动。例如，由例如波浪引起的相对小的移动可以至少在某种程度上被臂抵消。因此，臂可以用于提供阻尼力，这允许船舶在预定义的安全裕度内进行一些运动。为了便于阻尼，可以为臂提供致动器和控制器，如下文将描述的，但是可以存在其他实施例。 [0016] 在系泊装置的实施例中，距离保持系统包括用于移动可移动臂的至少一个致动器。臂可以使用致动器移动，特别是可以可逆地和/或可控地移动。 [0017] 在特定实施例中，这种致动器可以具有相对于基座固定的一端和相对于臂固定的相对的另一端，所述致动器被布置成用于在基座和臂之间提供推力。 [0018] 因此，致动器可以被用于推动臂，或更具体地推动臂的第二端远离基座和/或臂的第一端。因此，借助于所述致动器，臂可以被用于维持横向于船舶的最小距离。 [0019] 应当注意，在一些情况下，如果需要，臂还可以提供横向于船舶的拉力。 [0020] 所述致动器以及至少一个致动器中的任何其它致动器可以是液压致动器。申请人已经发现，与先前的看法相反，液压致动可以提供足够的力来承受例如船舶对船舶系泊中所涉及的非常大的力。 [0021] 距离保持系统还可以包括控制器，该控制器可操作地连接到至少一个致动器以用于控制该至少一个致动器，其中在系泊的状态下，控制器被配置为通过控制该至少一个致动器来控制臂，以便维持臂的第一端与第二端之间的距离。 [0022] 控制器在系泊的状态下使用，以主动控制臂。控制可以基于在臂的第一端和第二端之间或在基座和物体之间维持预定距离。当然，预定距离可以用行程的一定程度（some level of travel）来定义，即用定义最小和最大允许距离的范围来定义。 [0023] 为此，如果需要，控制器可以被配置为控制臂以提供推力。控制器还可以被配置为在其他时刻控制臂以提供拉力。优选地，控制器因此被配置为根据情况需要选择性地提供推力和拉力。 [0024] 绞盘可以是自动绞盘，其可选地配置为至少在系泊状态下保持张力元件上的张力。 [0025] 自动绞盘在本文中被定义为被配置为根据控制算法放松或收紧张力元件，例如以在张力元件上保持足够但有限的张力的绞盘。绞盘可以被配置为如果张力元件上的张力变得太大则使张力元件放松。绞盘可以被配置为在张力元件松弛时收紧张力元件。 [0026] 控制器还可以可操作地连接到绞盘，用于控制绞盘。因此，臂和绞盘可以被一致地控制，即协作地控制。因此，可以获得最优控制。特别地，能够实现由绞盘提供的拉力与由臂提供的部分相反的推力之间的协作。应注意，绞盘和臂的协调控制可以有助于防止在相反方向上使用过大的力。 [0027] 系泊装置可以包括位置确定系统，该位置确定系统可操作地连接到控制器，该位置确定系统被配置为用于确定臂的第二端的位置并将所述确定的位置传送到控制器。 [0028] 所确定的位置指示系泊装置和船舶的相互位置。因此，所确定的位置可以被用于有效地控制系泊装置。具体地，该位置可以被用于监测相互距离。 [0029] 应注意，当系泊装置和船舶的相互位置发生变化时，可能需要补偿，也可能不需要补偿。船舶的短期移动可能需要通过在相反方向上提供足够的力来补偿。然而，长期移动不需要补偿。作为示例，如果注意到存在高度差（例如由于船舶上装载（卸载）而引起），则可以控制臂以补偿与新的相互位置（而不是与旧的不变位置）的微小偏差，从而因此解决高度差。在不考虑新的位置的情况下，补偿可能导致过度使用力或甚至损坏系泊装置和/或船舶。因此，监测位置并相应地进行控制有助于提高系泊装置的安全性。 [0030] 为此或其他目的，控制器可以被配置为基于臂的所确定的位置来控制绞盘。 [0031] 应当注意，鉴于现有的自动绞盘，这是一个实质性的改进。事实上，现有的自动绞盘已被证明不能解决较长期的移动，诸如在装载或卸载期间的高度差，从而导致相关联的张力元件的破损。破损可能会对船舶造成灾难性损坏，或者更糟的是，对人员构成风险。因此，基于臂的位置来控制绞盘是可以应用于如本文所述的系泊装置的重要改进。 [0032] 同时或替代地，控制器可以被配置为基于臂的所确定的位置来控制至少一个致动器。 [0033] 因此可以实现上述补偿和位置感知的控制。 [0034] 应当注意，尽管期望基于臂的位置、更具体地基于臂的第二端的位置来控制臂和/或绞盘，但是附加地或作为替代，可以使用其他参数来控制。特别地，考虑了诸如速度和加速度的运动学参数。此外，设想由臂和/或张力元件提供的力由合适的传感器测量，并且输入到控制器以用于增强或实现对绞盘和/或臂的控制。 [0035] 张力元件可以被引导到相对于基座固定在距臂一定距离处的接合位置。 [0036] 相应地，臂可以被用于提供横向于船舶的力，而张力元件可以提供具有沿船舶分量的力。为此，张力元件可以基本上沿船舶（诸如相对于船舶的纵向方向成钝角和非零角）延伸，即沿着系泊装置放置所在的码头或船舶远离系泊装置延伸。 [0037] 为了在沿船舶方向上提供张力，接合位置可以在沿船舶方向上定位在距臂一定距离处，即，在沿码头向前更多处或在沿船舶的纵向方向向前更多处。 [0038] 接合位置可以由接合元件提供，该接合元件可以放置在距臂一定距离处。接合元件可以直接或间接地连接到基座。虽然可以提供可移动的接合元件，但是可以设想，基座和接合元件两者相对于它们的环境是固定的，并且因此相对于彼此是固定的。 [0039] 接合元件可以包括布置在接合位置处的滑轮。 [0040] 滑轮可以允许将张力元件引导到期望的接合位置，同时绞盘可以放置在其他地方，从而允许系泊装置的紧凑构造和/或便于更容易地控制绞盘。 [0041] 特别地，绞盘可以被布置成比接合位置更靠近臂，从而允许绞盘相对容易地连接到控制器，该控制器同时可以控制臂。特别地，无论控制器是否控制臂，该控制器都可以被布置在壳体中，该壳体被布置在臂的第一端处。绞盘可以被布置成没有所述相同的壳体，而滑轮或一些其他接合元件被放置在一定距离处。 [0042] 连接器可以包括用于在接合状态下锁定到表面上的锁定元件，例如真空垫或磁性系泊垫。 [0043] 使用锁定元件，可以在要停泊在期望位置的船舶之间进行连接，而无需例如系缆桩。特别地，可以与船舶的表面（诸如船体的外表面）进行连接。可以通过采用例如真空垫或磁性系泊垫来形成合适的锁定元件。 [0044] 锁定元件可以是可控的，以便根据例如从控制器传输的控制信号提供锁定力。 [0045] 系泊装置的臂可以相对于基座围绕两个相互垂直的轴线旋转，这两个轴线都垂直于臂在其第一端处的自身轴线。 [0046] 所述相互垂直的轴线的第一轴线基本上沿船舶延伸。相互垂直的轴线的第二轴线基本上竖直地延伸。 [0047] 因此，在该实施例中，臂可以上下倾斜，从而围绕沿船舶的轴线旋转，并且可以从一侧扫到另一侧，从而围绕竖直轴线旋转。结果，臂可以被用于在竖直的沿船舶平面内移动连接元件。臂在所述平面内的移动可以有助于允许船舶和系泊装置的一些相互移动和/或用于将连接元件带到船舶上的合适位置和/或用于在系泊时将连接元件移动到船舶上的不同位置。后者将在下面更详细地解释。 [0048] 特别地，如果距离保持系统包括被配置为用于致动臂围绕所述两个相互垂直的轴线的旋转的致动器，则是有用的，其中可选地，致动器可操作地连接到控制器。 [0049] 因此，连接器可以用于在竖直的沿船舶平面内移动臂。当系泊船舶时，这对于将连接元件移动到合适的位置可能特别有用。当船舶被系泊时，臂的移动可以被用于允许船舶的一些移动，但限制大的移动。 [0050] 此外，用于围绕竖直轴线旋转（即基本上侧向/水平地扫动臂）的致动器可以被用于补充或替代绞盘和张力元件构造，以用于在系泊时限制沿船舶方向的移动。如果臂在其围绕竖直轴线的旋转中被致动，并且不需要围绕沿船舶的轴线的旋转，也不需要围绕沿船舶动作的致动，则可以实现该优点。用于围绕竖直轴线旋转的致动是用于在沿船舶方向上提供力的设备的示例。 [0051] 该臂以扫动方式致动以抵消沿船舶的移动，并且省去了绞盘和张力元件，可以实现特别紧凑的结构，这可以优化系泊装置基座周围的空间利用。 [0052] 臂围绕竖直轴线的旋转的致动可以通过例如布置在基座和连接器之间的液压缸（或替代地气动缸）来实现。接头（特别是至少允许围绕竖直轴线旋转的接头）优选地布置在缸的两侧。安装缸的替代装置也是可能的。 [0053] 为了增强缸的力的传递，缸的靠近基座的第一端可以在侧向偏移第一距离的位置（即，水平远离，垂直于臂的纵向，对应于沿船舶方向）安装到基座。第一距离可以是臂在相同方向上的宽度的至少几倍。 [0054] 替代地或附加地，缸的靠近连接器的第二端可以在侧向偏移第二距离的位置处安装到连接器。第二距离可以小于第一距离。第二距离可以至少与臂在相同方向上的宽度一样大。为此，可以在臂的一侧上设置安装框架，该安装框架承载连接缸的接头。 [0055] 通过本文所述的系泊装置首次实现的附加优点是，臂可以与附加的系泊装置结合使用，以将连接元件移动到船舶上的不同位置。当一个系泊装置移动时，可以使用另一个系泊装置系泊船舶。因此，当船舶被系泊时，可以允许甚至引起船舶的相对大的移动。 [0056] 该移动的一个特别重要的用例是在系泊之后，即在保持系泊的同时对准船舶。因此，不需要在船舶系泊之前执行对准，从而节省了时间并降低了风险。 [0057] 臂可以是可延伸和可缩回的，即，其长度可以通过延伸和缩回而增加或减少。为此，臂可以是伸缩的。延伸和缩回可以液压地或以另一种方式提供动力。可以提供合适的（液压）致动器（或多个致动器），其可选地可操作地连接到控制器。 [0058] 本发明还涉及一种系泊系统，该系泊系统包括至少两个根据前述权利要求中任一项所述的系泊装置，这两个系泊装置的基座相对于彼此固定或这两个系泊装置共用基座。 [0059] 这种系泊系统的优点在于，至少两个系泊装置的张力元件能够在沿船舶方向上提供基本上相反的力，而臂提供横向于船舶的力。因此，这种系泊系统能够在所有必要的方向上提供力。 [0060] 为了促进期望的方向性，至少两个系泊系统的张力元件被引导到臂的相反的两侧（opposite sides）上的接合位置。 [0061] 作为本文描述的系泊系统的替代优点，臂可以结合使用以沿着系泊的船舶“行走”。因此，船舶可以相对于系泊装置，更具体地相对于系泊装置的基座移动，同时被安全地系泊。 [0062] 为了便于至少两个系泊装置的协作，它们可以可操作地连接以用于协作地控制。 可以提供协作控制以便让臂沿着要系泊的船舶行走，使得船舶可以在安全系泊的同时移动。 [0063] 为此，至少系泊装置的臂可以被协作地控制，但是也可以使绞盘彼此和/或与臂协调控制。 [0064] 尽管基座在使用系泊装置时相对于彼此固定，但是原则上在其他时间可以使基座相对于彼此移动。 [0065] 将参考附图进一步阐明本发明，在附图中：图1‑图4示意性地示出了使用如本文所述的多个系泊装置系泊的两艘船舶的不同透视图。图5示意性地示出了这种系泊装置的另一个实施例。 [0066] 在所有附图中，使用相同的附图标记来表示相同的元件。 [0067] 附图示出了较大的第一船舶1和较小的第二船舶2。部分地示出了船舶1、船舶2，以便允许示出被用于执行船舶1、船舶2的船舶对船舶系泊的系泊装置3的更多细节。系泊装置 3可替代地被用于将船舶1系泊到码头。本文作为示例示出的较大船舶1是游轮1。游轮1具有悬挂在外壳4外侧的应急筏。因此，例如用于向游轮1供应货物或燃料而系泊到游轮1的船舶 2可能需要系泊在距游轮1相对较大的距离处，以便防止与游轮的外壳4中的外侧悬挂筏接触。当然，在其他情况下也可能需要或期望以相对较大的距离进行系泊，或者利用如本文所述的系泊装置3进行系泊。 [0068] 将特别参考图3描述系泊装置3的细节，在图3中提供了附图标记，然而细节也可以在其他附图中可见。每个系泊装置3具有基座5和从基座延伸的可移动臂6。在这种情况下，可移动臂6是可伸缩的，因此可以伸出或缩回。可移动臂6具有第一端6A，该第一端6A布置在旋转接头7上，使得臂6可以相对于基座围绕竖直轴线旋转。竖直轴线基本上平行于图3的视线轴，并且基本上垂直于沿船舶的轴线AL和横向于船舶的轴线AT。臂6在旋转接头7中的旋转由致动器（未示出）驱动，该致动器连接到下面描述的控制器。旋转接头7承载铰链8，铰链 8保持臂6的第一端6A。铰链8被布置成使得臂6可以上下枢转，即臂6可以围绕沿船舶的轴线AL旋转。围绕铰链8的枢转运动由液压致动器9提供动力，液压致动器9从铰链8延伸到臂6，大致延伸到臂6的中部。由于铰链8相对于基座5布置在固定位置中，致动器9可以在基座5和臂6之间提供推力，并且在这种情况下还提供拉力，以便移动臂6。液压致动器9由布置在壳体10中的液压泵（未示出）提供动力。壳体10还包括控制器，该控制器控制液压系统，以用于控制致动器9以移动臂。 [0069] 可移动臂6还具有相对的第二端6B。第二端6B承载连接器11，出于附图的目的，连接器11作为示例包括真空垫11。使用连接器11，可以实现能够在臂6和船舶1之间传递力的物理连接。连接器11是可接合和可脱离的，以便允许选择性地接合船舶1。使用接头12将连接器11布置在臂6上，接头12允许连接器11适当旋转以附接到船舶1的船体13。 [0070] 张力元件14固定到臂6的第二端6B，但也可以替代地固定到例如连接器11。在任何情况下，张力元件14允许对臂6的第二端6B施加拉力。系泊装置1包括滑轮15，滑轮15布置成沿船舶距基座5一定距离并且距臂6一定距离。张力元件14穿过滑轮到达壳体10中的绞盘（未示出）。相应地，臂6的第二端6B可以被施加朝向滑轮的拉力，从而提供具有沿船舶AL分量的张力。 [0071] 如图3所示，两个系泊装置1一起被布置在同一基座5上。绞盘15以及因此张力元件 14被布置在相反的两侧上。因此，张力元件14提供用于吸收和/或产生沿船舶的力和运动的两个相反的张力，而臂6可以被用于提供横向于船舶的力或吸收。 [0072] 壳体10中的控制器也连接到液压致动器9和绞盘。当船舶1系泊时，控制器控制致动器和绞盘的移动，以便将船舶1维持在安全系泊的位置。使用编码器确定臂6B的第二端部的位置，并将该位置馈送到控制器。控制器相应地指示致动器和绞盘，以便在必要时将推动船舶1离开并且在必要时将其拉向系泊装置1。当然，如果需要的话，还可以使用绞盘提供沿船舶的力。 [0073] 在图5中，示出了类似的系泊装置3。系泊装置3同样具有基座和可移动臂6，该可移动臂6具有第一端6A和第二端6B。图5的系泊装置3的细节与本文描述的图1至图4的系泊装置3的细节相同，不同之处在于在沿船舶AL方向提供力的方法。为此，图5的装置3设置有连接到控制器的致动器16，在这种情况下是液压缸。气缸接合在两个旋转接头（铰链）20和21之间。在基座附近，致动器16在第一距离d1处接合，而在连接器11附近，致动器16在第二距离d2处接合，两个距离均在横向或侧向方向（即，基本水平且垂直于臂的纵向方向）上测量。 第一距离d1大于第二距离d2。作为比较，还示出了臂6在相同方向上的宽度w。安装框架17设置在臂6的第二端6B处，用于安装致动器16。类似地，外壳5的部分18形成框架，用于将致动器16在距臂的第一距离d1处安装到基座。为了允许致动器16与臂6一起上下移动，提供了附加的铰链19。 [0074] 应注意，尽管关于实施例和特定实施例描述了本发明，但本发明不限于此。事实上，本发明也由所附权利要求书描述。