专利名称：用于船舶的系泊系统以及包括该系泊系统的浮体和岸壁的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于船舶(vessel)的系泊系统。
背景技术：
最近，为提高采用集装箱的海上运输的效率，大型船舶已经被采用以通过提高货物量来提高成本效率。在这个方面，这里需要发展一种能够在远离陆地的海上装载和卸载货物的新系统，而不需要将此类大型船舶停泊在设置于陆地上的港口的岸壁(quay wall) 处。因此，已经在进行关于移动港口的研究，移动港口允许大型船舶在远离陆地的海上锚定并且处理货物，而不是使大型船舶到达港口中的码头旁边。图IA和IB是示出了根据相关研究的移动港口的示意图。作为浮体的移动港口 10 可通过采用起重机20执行装载和卸载操作。图IA示出了移动港口 10和大型集装箱载体 (carrier，运输工具)30之间的装载和卸载操作，并且图IB示出了移动港口 10和岸壁40 之间的装载和卸载操作。当移动港口被用于装载和卸载货物同时大型集装箱载体在远离陆地的海上锚定时，在大型集装箱载体上所装载的和/或将被装载的集装箱需要被分配到几个小型移动港口并在大型集装箱载体与陆地上所提供的港口之间运送。在此情况下，移动港口的停泊操作的次数必然提加。通常，船舶包含用于卷绕锚索的锚机(windlass)或者用于卷绕系泊绳的系泊绞车(winch)，以便将船舶系泊在港口中，并且港口包含便于固定船舶的系泊绳设备。传统的船舶或者港口由依赖人力的人工系统来操作。此类人工系统存在安全事故和操作效率的问题。因此，这里需要发展一种新系统，用于快速并且稳定地系泊或者对接(docking) 船舶，例如移动港口或者集装箱载体。
发明内容
本发明提供了一种用于船舶的系泊系统，其能够最小化船舶上的系泊操作所需的时间和努力，并且保持稳定的系泊状态以使货物能够被平稳地装载和卸载。根据本发明的一个方面，提供了一种用于船舶的系泊系统，包括附接单元，被构造(configured，配置)成可拆卸地附接至船舶的船体(hull)；包括多个臂的机械臂，这些臂互相接合以在垂直方向上转动，机械臂通过设置于其上的臂致动器伸展以将附接单元转移至船体的附接位置；旋转单元，连接至机械臂并且允许机械臂在水平方向上转动；以及系泊绞车，用于卷绕系泊索以牵拉附接单元。根据本发明的另一方面，提供了一种包括此系泊系统的浮体。根据本发明的又一方面，提供了一种包括此系泊系统的岸壁。
从以下结合附图给出的实施例的描述中，本发明的目的和特征将变得显而易见， 在附图中图IA是示出了海上移动港口的装载和卸载操作的示意图；图IB是示出了陆地上的移动港口的装载和卸载操作的示意图；图2A是根据本发明的一个实施例的用于船舶的系泊系统的示意图，同时该系泊系统正在系泊船舶；图2B是根据本发明的该实施例的用于船舶的系泊系统的示意图，同时包含该系泊系统的浮体在航行；图3A是示出了根据本发明的实施例的多级液压缸和液压回路的概念图；图;3B是根据本发明的实施例的多级液压缸的横截面视图；图4是根据本发明的实施例的附接单元的示意图；图5是根据本发明的实施例的旋转单元的示意图；图6A是示出了具有安装于其上的系泊系统的移动港口正处于停泊在集装箱载体处的状态下的概念图的正视图；图6B是图6A的概念图的平面图；以及图7是示出了移动港口正处于停泊在岸壁处的状态下的概念图，在岸壁中布置有根据本发明的实施例的系泊系统。
具体实施例方式在下文中，将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。相同的参考标号代表相同或者相应的元件，并且在此将省略重复的说明。图2A和2B是根据本发明的一个实施例的用于船舶的系泊系统的示意图。图2A 是当系泊系统正在系泊船舶时，该系泊系统的侧视图，并且图2B是当包含该系泊系统的浮体(或者一个漂浮结构)航行时，该系泊系统的透视图。系泊系统200包括附接单元210、机械臂220、旋转单元230、系泊绞车M0、和机械臂绞车250。机械臂220包括多个通过铰链接合以在垂直方向上转动的臂。机械臂220可通过臂致动器的伸展而得到伸展，以将附接单元210转移至船体的附接位置。特别地，机械臂220可包括第一臂223，具有接合至设置于安装表面上的旋转单元230的一端；和第二臂224，具有通过铰链225接合至第一臂223的另一端的一端。第一臂223通过铰链2 接合至旋转单元230，以在垂直方向上转动。臂致动器可具有液压缸300。缸300被连接在第一臂223和第二臂2 之间并且延伸以转移附接单元210。液压缸300和第二臂2 通过弹簧22 连接以吸收施加至第二臂224的冲击。机械臂220具有突出部分224d，其突出至位于附接单元210的连接构件212的后面，并且连接构件212通过弹簧212c连接至突出部分224d以吸收施加至附接单元210的冲击。系泊系统的机械臂220并不被限制于在图2A和2B中所示出的二臂连杆结构，而是可构造成具有多种连杆结构。例如，机械臂220可包含一个或者更多附加臂，或者可具有四臂连杆结构，其中一对二臂连杆形成在旋转单元230至附接单元210之间。图3A是示出了根据本发明的实施例的多级液压缸和液压回路的概念图，并且图 3B是多级液压缸的横截面视图。根据本发明的实施例的液压缸300可包括多级液压缸，其独立地控制两个或者更多活塞的冲程以执行伸展和收缩，用于定位附接单元210和吸收施加至附接单元210的冲击。在液压缸300处于中位状态下，一个活塞缸可自由地移动以为在海上摇晃或颠簸的船舶提供空间，并且吸收船舶所施加的冲击。另一方面，另一活塞杆可在多级液压缸300处于中位状态下时停止。多级液压缸300包括缸壳310，具有形成于其中的空间和开放的上表面；和第一级活塞杆320和第二级活塞杆330。第一级活塞杆320插入到缸壳310的上表面(图3A中的右侧)，将缸壳310的内部空间分隔以形成第一腔321和第二腔322以由此具有，并且具有形成于其中的空间和开放的上表面。第二级活塞杆330插入第一级活塞杆320的上表面并且分隔第一级活塞杆320的内部空间以形成第三腔331和第四腔332。第一至第四腔321、322、331和332可分别包括第一至第四开口 321a、322a、331a、 和33 ，它们被封闭并且液体通过它们流体连通以施加油压。第一级和第二级活塞杆320 和330具有形成于其中的各自的中空孔323和333，并且液体可通过形成于各个中空孔中的流动路径而与第三和第四腔331和332连通。缸壳310具有开放的下表面(图3A中的左侧)，并且液体可通过缸壳310的下表面而与第三和第四开口 331a和33 连通。施加至成对的第一和第二腔321和322的油压与施加至成对的第三和第四腔331 和332的油压可由第一级液压回路340与第二级液压回路350分别控制，它们被独立地提供。当油压被施加至第一或第二腔321或322时，第一级活塞杆320垂直地移动(在图3A 中的水平方向上)，并且液压缸300的长度被伸展或者收缩。当油压被施加至第三或第四腔 331或332时，第二级活塞杆330垂直地移动，并且液压缸300的长度被伸展或者收缩。第一级液压回路340和第二级液压回路350可包括止回阀341、342、351和352，通过它们液体分别与第一至第四开口 321a、322a、331a和33 连通，以施加油压。当液压缸300处于中位状态时，成对的第一和第二腔321和322与成对的第三和第四腔331和332中的任一对中的腔可互相连通。另一方面，当液压缸300处于中位状态时，另一对腔可与外部液压回路断开。在此实施例中，在中位状态的情况下，成对的第一和第二腔321和322可互相连通以使第一级活塞杆320自由地移动。在中位状态的情况下， 成对的第三和第四腔331和332可与外部液压回路断开以使第二级活塞杆330停止。第一级液压回路340能够使得第一级活塞杆320自由地移动。为实现此运转方式， 第一级液压回路340可包含ABT连接的四向控制阀344。第二级液压回路350能够使第二级活塞杆330停止。为实现此运转方式，第二级液压回路350可包含中位封闭四向控制阀 354。在此实施例中，已经描述了二级缸，但可扩展至三级或者更多级。在根据本发明的实施例的多级缸300中，两个或者更多活塞杆可被独立地控制以执行缸长度的伸展和同时吸收冲击。因此，多级缸300可通过简单结构具有两个或者更多功能。图4是根据本发明的实施例的附接单元210的示意图。附接单元210被可拆卸地附接至待停泊船舶的船体，例如集装箱载体。附接单元210可包含多个用于产生附接力的吸盘(suction pad) 211，通过它们将附接单元210连接至船体。每一个吸盘211可由来自于真空供应单元(未示出)通过真空供应管线所提供的真空而附接至船体。为实现此运转方式，吸盘211可包含多个真空孔，真空被供应至这些真空孔。可替代地，吸盘211可包含通过电源所引起的磁力附接至船体的电磁体。附接单元210可包括连接构件212，用于将吸盘211连接至机械臂220的一端。机械臂220和连接构件212可通过球接头(ball joint) 21 而接合，以围绕彼此旋转。吸盘211可通过铰链21 相应地接合至辅助连接构件213。在此情况下，吸盘 211可相对连接构件212成直线布置或者以二维方式布置。每一个辅助连接构件213具有通过球接头213a接合至连接构件212的一端。吸盘211可通过球接头21 和213a和铰链21 以多自由度移动。因此，吸盘211可根据船体的各种形状改变姿态。可替代地，球接头和铰链212a、213a和21 可用不同类型的接头替换。图5是根据本发明的实施例的旋转单元230的示意图。旋转单元230被连接至机械臂220，以在水平方向上(例如，在左右方向上)基于垂直于安装表面的轴线在预定的角度范围内旋转机械臂220。当其中安装有系泊系统200 的浮体在其纵向方向上移动时，旋转力被施加。旋转单元230包括旋转构件234、旋转调整部232、固定轴231、和复位部233。旋转构件234被连接至机械臂220以在水平方向上与机械臂220 —起旋转。当预定载荷或者比其更大的载荷被施加时，旋转调整部232允许旋转构件234从初始位置旋转。固定轴231 包括用于限制旋转构件234在预定角度范围内(例如，15度)的止动件，并且被固定到安装表面。复位部233使旋转的旋转构件234复位至初始位置。旋转调整部232包括壳体23加，其被接合以固定至旋转构件234，并且壳体23 与旋转构件234 —起旋转。壳体23 的旋转受到止动件231a的限制。球232c设置在壳体23 内，并且具有插入至形成于固定轴231中的孔231c内的部分。当预定载荷或更大载荷的旋转力被施加时，球232c可从孔231c移出。弹簧232b施加压缩力至球232c，以使压缩力朝向孔231c被引导。当施加小于预定载荷的载荷时，弹簧232b使球232c停止。复位部233包括两端分别地接合至旋转调整部232和固定轴231的弹簧233d。当旋转构件234被旋转时，弹簧233d被延长以使旋转构件234复位。参照图2A和2B，系泊绞车240卷绕系泊索M5，以朝向安装表面牵拉附接至附接单元210的船体。当附接单元210被附接至船体时，系泊绞车240用来阻止船体从系泊系统200移开。虽然未示出，系泊绞车240包括多种传感器和致动器，它们控制系泊力被自动地且恒定地保持。对于漂移、风、波浪、潮汐等，可稳定且自动地完成系泊操作。当附接单元210被附接至船体时，机械臂220的驱动力可被切断。于是，系泊绞车 240可承载(cover)所有或者大部分由船舶的系泊而产生的载荷，以使载荷不被施加至机械臂220。系泊绞车240使机械臂220不承受载荷。当系泊绞车用来阻止船体时，液压缸 300可自由地伸展和收缩。因此可防止机械臂220的物理疲劳，并且结构可被简化。系泊索245—端连接至附接单元210以牵拉附接单元210。例如，系泊索245可直接地连接至连接构件212或者通过独立构件连接。可替代地，系泊索245可被连接至机械臂220的一端。机械臂绞车250可卷绕机械臂索255以牵拉机械臂220。类似于系泊绞车M0，机械臂绞车250可承载当附接单元210被附接至船体时所产生的载荷，由此防止结构的物理疲劳。同时，虽然未示出，根据本发明的实施例的系泊系统200可包括用于驱动绞车、铰链、球接头、和缸的多种致动器。在系泊系统200中，附接单元210的位置和姿态可根据待停泊的船舶的尺寸和形状进行调整，由此使得能够有效地停泊船舶。另外，对接冲击被多级缸300和弹簧22 和 212c的弹性所吸收，并且船舶之间的距离被恒定保持以稳定停泊或者锚定船舶。另外，系泊系统200可最小化人力的使用以使系泊操作被自动完成，由此降低了安全事故的危险并且提高了效率。图6A和6B是示出了一种具有安装于其上的系泊系统的移动港口正处于停泊在集装箱载体处的状态下的概念图。图6A是主视图，并且图6B是平面图。多个系泊系统200可被布置在浮体(例如移动港口)的一个侧面。移动港口 100 可包括能够通过利用其自身动力移动的船舶或者系泊在海上的浮体。移动港口 100可在集装箱载体150和陆地上的港口，和替代陆地上的港口的暂时性装载集装箱之间转移集装箱，当漂浮在海上时。移动港口 100可包括具有在其中装载集装箱的空间的平台，用于处理集装箱的装载装置(例如，起重机)，用于获得关于平台位置信息的位置确定装置，以及用于调整平台以使平台能够被保持在对应基于集装箱的装载和卸载的重量变化的垂直位置的平衡装置。根据本发明的实施例的移动港口 100可进一步包括防护物(fender) 110，其安装在移动港口 100和船舶(例如集装箱载体150)的船体之间。因此，当系泊索245被卷绕时，防护物110防止船体与移动港口 100碰撞，并且同时推动船体以保持系泊索M5的张力。因此，即使当海面情况不稳定时，例如，即使当波浪高时，对于船舶的系泊操作仍然能够被稳定地实施。防护物110可安装在移动港口 100上，集装箱载体150的船体上，或者另一结构上。防护物110可具有多种安装结构。例如，防护物110可安装成漂浮在海面上或者固定成位于预定水平面。防护物110可由能够承受强大的外力和摩擦力的结构形成，同时吸收冲击。图7是示出了移动港口正处于停泊在岸壁处的状态下的概念图，在岸壁中布置有根据本发明的实施例的系泊系统。系泊系统200可被布置在岸壁140处或者陆地上的提岸上，并且当船舶被停泊或者系泊在陆地上的岸壁时被采用。系泊系统200在沿着形成于岸壁140上的轨道145移动的同时，可将移动港口 100系泊在合适的位置。另外，另一船舶(例如集装箱载体或者浮体)可被系泊在岸壁140的安装有根据本发明的实施例的系泊系统的位置处。以下，参照图6A和6B，将描述在根据本发明的实施例的系泊系统被安装在移动港口中的情况下的一种系泊方法。本系泊方法可包括通过利用机械臂220将附接单元210转移至船体的步骤，将附接单元210附接至船体的步骤，将机械臂220的液压缸300置于中位的步骤，和卷绕系泊索 245的步骤。
在通过利用机械臂220将附接单元210转移至船体的步骤中，移动港口 100接近待停泊的集装箱载体150，并且选择最佳附接位置。通过机械臂220的移动和附接单元210 的姿态改变，附接单元210可被转移至此位置。此时，机械臂220的移动可通过液压缸300 的伸展来执行并且吸盘211通过球接头21 和213a和铰链21 而旋转。在将附接单元210附接至船体的步骤中，附接单元210可通过供应真空或者磁力而附接至船体。在卷绕系泊索M5的步骤中，由系泊绞车卷绕系泊索M5以牵拉附接单元210，从而承载由对接或者系泊船舶而产生的载荷。此时，机械臂220的液压缸300被置于中位。并且进一步的，铰链21 或球接头21 和213a的动力(或者致动器)可被关闭，从而使机械臂220不承受载荷。在系泊索245被卷绕前，防护物110可被安装在具有机械臂220安装于其上的移动港口 100与集装箱载体150的船体之间。根据本发明的实施例，该系泊系统可最小化系泊操作所需的时间和努力，并且可保持其间的稳定系泊状态以使货物被平稳地装载或者卸载。根据本发明的实施例的移动港口在海上执行大型集装箱载体的装载和卸载操作。 因此，可有效地进行大型集装箱载体的货物运输(其需要在深水中执行)，由此将有利于增强港口系统的竞争力。虽然本发明是结合优选实施例被示出和描述的，本领域的普通技术人员将理解的是，在不超出所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可进行多种变化和修改。
权利要求
1.一种用于船舶的系泊系统，包括附接单元，被构造成可拆卸地附接至所述船舶的船体；机械臂，包括多个臂，所述臂互相接合以在垂直方向上转动，所述机械臂通过设置于其上的臂致动器伸展以将所述附接单元转移至所述船体的附接位置；旋转单元，连接至所述机械臂并且允许所述机械臂在水平方向上转动；以及系泊绞车，用于卷绕系泊索以牵拉所述附接单元。
2.根据权利要求1所述的系泊系统，其中，所述机械臂包括接合至所述旋转单元的第一臂和接合至所述第一臂和所述附接单元的第二臂；并且所述臂致动器具有连接至所述第一臂和所述第二臂并且用于吸收施加至所述第二臂的冲击的液压缸。
3.根据权利要求2所述的系泊系统，其中，所述液压缸通过弹簧连接至所述第二臂以吸收施加至所述第二臂的冲击。
4.根据权利要求2所述的系泊系统，其中，所述第二臂具有布置在所述附接单元之后的突出部分；并且所述附接单元通过弹簧连接至所述突出部分以吸收施加至所述附接单元的冲击。
5.根据权利要求1所述的系泊系统，其中，所述附接单元包括多个用于产生吸力的吸盘，所述附接单元通过所述吸盘附接至所述船体。
6.根据权利要求5所述的系泊系统，其中，所述附接单元包括用于将所述吸盘连接至所述机械臂的连接构件；并且所述机械臂和所述连接构件通过球接头互相接合。
7.根据权利要求6所述的系泊系统，其中，所述吸盘以二维方式布置；并且每个所述吸盘均通过球接头接合至所述连接构件。
8.根据权利要求1所述的系泊系统，其中，所述旋转单元包括旋转构件，连接至所述机械臂以在所述水平方向上与所述机械臂一起旋转，并且其旋转被限制于一角度范围内；旋转调整部，当预定载荷或更大载荷施加至其上时允许所述旋转构件从初始位置旋转；以及复位部，用于使由所述旋转构件旋转的所述旋转构件复位至所述初始位置。
9.根据权利要求8所述的系泊系统，其中，所述旋转调整部具有壳体，所述壳体与所述旋转构件一起旋转；球，设置在所述壳体中并且具有被插入固定孔中的一部分，当施加所述预定载荷或者更大载荷时所述球被移出所述孔；以及弹簧，设置在所述壳体中并且向所述球施加朝向所述孔的压缩力。
10.根据权利要求1所述的系泊系统，其中，所述系泊绞车用于当所述附接单元附接至所述船体时阻止所述船舶从所述系泊系统离开。
11.根据权利要求10所述的系泊系统，其中，所述臂致动器具有被构造成当所述系泊绞车用来阻止所述船舶时自由地伸展和收缩的液压缸。
12.根据权利要求1所述的系泊系统，进一步包括用于卷绕机械臂索以牵拉所述机械臂的机械臂绞车。
13.根据权利要求1所述的系泊系统，其中，所述机械臂包括接合至所述旋转单元的第一臂和接合至所述第一臂和所述附接单元的第二臂；所述臂致动器具有连接至所述第一臂和所述第二臂并且用于吸收施加至所述第二臂的冲击的液压缸，所述附接单元包括多个用于产生吸力的吸盘，所述附接单元通过所述吸盘附接至所述船体；所述系泊绞车用于当所述附接单元附接至所述船体时阻止所述船舶从所述系泊系统尚开。
14.一种浮体，包括根据权利要求1至13中任一项所述的系泊系统。
15.根据权利要求14所述的浮体，进一步包括设置在其侧表面与所述船体之间的防护物。
16.一种岸壁，包括根据权利要求1至13中任一项所述的系泊系统。
17.根据权利要求16所述的岸壁，进一步包括允许所述系泊系统在其上移动的轨道。
全文摘要
本发明提供了用于船舶的系泊系统以及包括该系泊系统的浮体和岸壁，系泊系统包括附接单元，被构造成可拆卸地附接至船舶的船体；机械臂，包括多个臂，这些臂互相接合以在垂直方向上转动，机械臂通过设置于其上的臂致动器伸展以将附接单元转移至船体的附接位置；旋转单元，连接至机械臂并且允许机械臂在水平方向上转动；以及系泊绞车，用于卷绕系泊绳以牵拉附接单元。浮体或者岸壁可包括此系泊系统。
文档编号B65G67/60GK102464213SQ201010620338
公开日2012年5月23日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年11月4日
发明者崔国镇, 李弼承, 赵英熙, 郑铉, 金容郁, 金永洙, 金相一, 韩淳兴 申请人:韩国科学技术院