本發(fā)明涉及一種舶體外板爬壁作業(yè)體跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器系統(tǒng)及其使用方法，屬于船舶與海洋工程中的船舶智能制造裝備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

船體外板的自動(dòng)化爬壁作業(yè)主要包括以大型爬壁機(jī)器人為作業(yè)體的除銹、噴涂、焊接和檢測(cè)等。船體外板作業(yè)空間大，高空作業(yè)危險(xiǎn)性大，除銹和噴漆等環(huán)境保護(hù)和職業(yè)健康問題越來(lái)越引起人們的關(guān)注，采用自動(dòng)化的大型爬壁機(jī)器人搭載船體外板工具作業(yè)，可以使工人遠(yuǎn)離作業(yè)點(diǎn)，有效避免高空作業(yè)危險(xiǎn)和粉塵環(huán)境污染。

隨著智能造船的科研力度加大，大型爬壁機(jī)器人技術(shù)取得了很大的發(fā)展，但是，該類大型設(shè)備一般采用永磁、電磁、或真空吸附在船體外板的表面，盡管各種吸附方式都設(shè)計(jì)了較大的吸附余量，保證爬壁機(jī)器人作業(yè)體與船體外板的可靠吸附，但是，船舶表面曲率復(fù)雜，表面附著物影響吸附，且爬壁機(jī)器人作業(yè)體時(shí)常拖拽管路、電線等不穩(wěn)定負(fù)載，機(jī)器人作業(yè)體本體也要在船體外板表面不斷運(yùn)動(dòng)，特別是除銹和噴涂的爬壁機(jī)器人作業(yè)體重量都很大，一般都在50㎏以上，很容易造成吸附失效與船體外板之間脫落而墜落。

傳統(tǒng)的安全防護(hù)裝置采用安全繩布置在船舶甲板上方，由人工監(jiān)視。但是，船舶外板跨度非常大，以大型船舶VLCC為例，船舶艏艉前后作業(yè)距離達(dá)到300m以上，作業(yè)跨度非常大，而船舶的高度雖說(shuō)已經(jīng)達(dá)到30m，但是相比船舶艏艉的跨度而言非常小，因此爬壁機(jī)器人作業(yè)體的安全繩距離不能大于30m，一旦大于30m，爬壁機(jī)器人墜落將可能直接掉落地面。

這就要求人為不斷地協(xié)助機(jī)器人上方的安全繩不斷地調(diào)整作業(yè)區(qū)間，或者輔助以專門的吊機(jī)進(jìn)行船舶艏艉全過程的伴隨保護(hù)。操作非常困難。特別是，即使機(jī)器人安全繩小于30m，安全繩處于松弛狀態(tài)，一旦機(jī)器人墜落，即使不至于摔落到地面，到那時(shí)還是可能因?yàn)榘踩K的松弛而造成爬壁機(jī)器人作業(yè)體沿船舶外板表面擺動(dòng)，從而劃傷船體外板表面，損傷爬壁機(jī)器人作業(yè)體，甚至可能直接產(chǎn)生兩者之間的撞擊損傷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種船體外板爬壁作業(yè)體跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器系統(tǒng)及其定位防護(hù)使用方法，該安全繩絞纜防護(hù)器系統(tǒng)應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，操作方便，安全可靠，實(shí)用性強(qiáng)，實(shí)施方案合理，是一種極具工程應(yīng)用前景的防止船舶外板爬壁作業(yè)體吸附失效墜落、搖擺、撞擊的安全系統(tǒng)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種船體外板爬壁作業(yè)體跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器系統(tǒng)，它包括爬壁作業(yè)體、主控制單元，它還包括跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體、爬壁作業(yè)體懸掛安全繩、張緊懸掛鋼絲繩；所述跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體內(nèi)水平設(shè)置左凹槽驅(qū)動(dòng)輪和右凹槽驅(qū)動(dòng)輪，左凹槽驅(qū)動(dòng)輪和右凹槽驅(qū)動(dòng)輪接觸式懸掛在張緊懸掛鋼絲繩上滾動(dòng)，跟蹤驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體上，跟蹤驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸與驅(qū)動(dòng)輪鍵連接，位于左凹槽驅(qū)動(dòng)輪和右凹槽驅(qū)動(dòng)輪下側(cè)的安全繩收緊裝置安裝在跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體上，機(jī)械式棘輪重力沖擊拉力限位器安裝在安全繩收緊裝置內(nèi)；所述爬壁作業(yè)體懸掛安全繩與機(jī)械式棘輪重力沖擊拉力限位器綁扎連接，爬壁作業(yè)體懸掛安全繩沿船體外板與安全吊環(huán)連接，安全吊環(huán)安裝在爬壁作業(yè)體上；所述張緊懸掛鋼絲繩固定在船舶艏艉鋼絲繩固定桿上，船舶艏艉鋼絲繩固定桿固定在船體外板艏艉兩舷側(cè)；所述跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體上安裝固定A激光定位發(fā)生器和B激光定位發(fā)生器，C激光定位接收器安裝在爬壁作業(yè)體上；所述主控制單元安裝在跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體上。

船舶外板爬壁作業(yè)體跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器系統(tǒng)的定位防護(hù)使用方法，包括以下步驟：

步驟一 跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器跟蹤

A激光定位發(fā)生器和B激光定位發(fā)生器與C激光定位接收器形成等邊距離三角判定，其跟蹤判定原理是：當(dāng)激光探測(cè)距離AC＞BC時(shí)，跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體在爬壁作業(yè)體左側(cè)，則跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體追蹤爬壁作業(yè)體沿著張緊懸掛鋼絲繩向右側(cè)船艉移動(dòng)；當(dāng)激光探測(cè)距離AC＜BC時(shí)，跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體在爬壁作業(yè)體右側(cè)，則跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體追蹤爬壁作業(yè)體沿著張緊懸掛鋼絲繩向左側(cè)船艏移動(dòng)；當(dāng)激光探測(cè)距離AC=BC時(shí)，跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體在爬壁作業(yè)體垂直正上方，爬壁作業(yè)體懸掛安全繩處于爬壁作業(yè)體同等作業(yè)高度的最短狀態(tài)；

步驟二 定位防護(hù)

所述安全繩收緊裝置設(shè)置有機(jī)械式棘輪重力沖擊拉力限位器，爬壁作業(yè)體一旦吸附失效墜落，機(jī)械式棘輪重力沖擊拉力限位器立即啟動(dòng)收緊安全繩；

步驟三 爬壁作業(yè)體吸附失效防墜

該系統(tǒng)跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器主體設(shè)置在船舶艏艉長(zhǎng)跨距張緊懸掛鋼絲繩上，跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體在該鋼絲繩上大跨距行走作業(yè)；跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器通過激光距離判定，時(shí)時(shí)尋找爬壁作業(yè)體在自己本體垂直下方的左右位置，進(jìn)行判定后自動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)凹槽滑輪沿船舶艏艉橫向張緊鋼絲繩左右橫移，以時(shí)時(shí)跟蹤爬壁作業(yè)體，時(shí)刻保持在爬壁作業(yè)體垂直方向正上方，以保證爬壁作業(yè)體懸掛安全繩最短，且處于船體外板高度范圍內(nèi)，不會(huì)使因安全繩過長(zhǎng)造成爬壁作業(yè)體因吸附失效突然墜落時(shí)擺動(dòng)以及撞擊船體外板表面；另一方面，考慮爬壁作業(yè)體不受安全繩纏繞干擾，設(shè)置安全繩收緊裝置使安全繩時(shí)時(shí)柔性收緊，且隨著機(jī)器人作業(yè)的高度變化，時(shí)時(shí)靈活伸展，既具備伸展性、又具備緊縮性，使爬壁作業(yè)體在哪一點(diǎn)吸附失效墜落就在哪一點(diǎn)定位鎖住，既不會(huì)沿船體外板表面搖擺，也不會(huì)撞擊船體外板，也不會(huì)沿垂直方向進(jìn)一步下落。

采用上述的技術(shù)方案，該舶體外板爬壁作業(yè)體跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器系統(tǒng)充分考慮船舶艏艉大尺度橫跨作業(yè)空間與船舶型深高度的防護(hù)空間，可以使爬壁作業(yè)體在哪一點(diǎn)吸附失效墜落就在哪一點(diǎn)定位鎖住，既不會(huì)沿船體外板表面搖擺，也不會(huì)撞擊船體外板，也不會(huì)沿垂直方向進(jìn)一步下落。整個(gè)護(hù)器系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，操作方便，安全可靠，實(shí)用性強(qiáng)，實(shí)施方案合理，是一種極具工程應(yīng)用前景的防止船體外板爬壁作業(yè)體吸附失效墜落、搖擺、撞擊的安全系統(tǒng)。

本發(fā)明的有益效果是：該安全繩絞纜防護(hù)器系統(tǒng)采用的跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體通過左凹槽驅(qū)動(dòng)輪和右凹槽驅(qū)動(dòng)輪定位懸掛在張緊懸掛鋼絲繩上，內(nèi)部設(shè)置有自動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)，可以沿著船體外板的船長(zhǎng)與型深范圍內(nèi)自動(dòng)移動(dòng)；安全繩收緊裝置具有使爬壁作業(yè)體安全繩時(shí)時(shí)柔性收緊的功能，設(shè)置有機(jī)械式棘輪重力沖擊拉力限位器，且隨著機(jī)器人作業(yè)的高度變化，時(shí)時(shí)可以靈活伸展，既具備伸展性、又具備緊縮性，可以使爬壁作業(yè)體在哪一點(diǎn)吸附失效墜落就在哪一點(diǎn)定位鎖住，既不會(huì)沿船體外板表面搖擺，也不會(huì)撞擊船體外板，也不會(huì)沿垂直方向進(jìn)一步下落；A激光定位發(fā)生器和B激光定位發(fā)生器與C激光定位接收器，以及主主控制單元形成跟蹤定位信號(hào)接收及判斷處理，實(shí)現(xiàn)跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體對(duì)下方的爬壁作業(yè)體的實(shí)時(shí)垂直跟蹤防護(hù)；大型爬壁作業(yè)體的時(shí)時(shí)安全防護(hù)，靈活防護(hù)跟蹤，防護(hù)范圍大船舶艏艉跨距大，自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)易，在船體外板大型爬壁作業(yè)體作業(yè)，以及類似大型石油儲(chǔ)罐、大型鋼板表面爬壁機(jī)器人作業(yè)等方面有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1是船體外板爬壁作業(yè)體跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器系統(tǒng)圖。

圖2是跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器圖。

圖3是跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器跟蹤原理圖。

圖中：1、張緊懸掛鋼絲繩，2、A激光定位發(fā)生器，3、安全繩收緊裝置，4、左凹槽驅(qū)動(dòng)輪，5、右凹槽驅(qū)動(dòng)輪，6、跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體，7、機(jī)械式棘輪重力沖擊拉力限位器，8、B激光定位發(fā)生器，9、爬壁作業(yè)體懸掛安全繩，10、C激光定位接收器，11、船舶艏艉鋼絲繩固定桿，12、安全吊環(huán)，13、爬壁作業(yè)體，14、船體外板，15、主主控制單元，16、跟蹤驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

具體實(shí)施方式

圖1、2、3示出了船體外板爬壁作業(yè)體跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器系統(tǒng)圖。圖中，該安全繩絞纜防護(hù)器系統(tǒng)包括張緊懸掛鋼絲繩1、跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體6、爬壁作業(yè)體懸掛安全繩9和爬壁作業(yè)體13。張緊懸掛鋼絲繩1固定在船舶艏艉鋼絲繩固定桿11上，船舶艏艉鋼絲繩固定桿11固定在船舶外板14艏艉兩側(cè)上。跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體6內(nèi)設(shè)置有左凹槽驅(qū)動(dòng)輪4和右凹槽驅(qū)動(dòng)輪5，左凹槽驅(qū)動(dòng)輪4與右凹槽驅(qū)動(dòng)輪5水平布置，跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體6通過左凹槽驅(qū)動(dòng)輪4和右凹槽驅(qū)動(dòng)輪5定位懸掛在張緊懸掛鋼絲繩1上。安全繩收緊裝置3固定在跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體6上，位于左凹槽驅(qū)動(dòng)輪4和右凹槽驅(qū)動(dòng)輪5下側(cè)，設(shè)置連接有機(jī)械式棘輪重力沖擊拉力限位器7，與爬壁作業(yè)體懸掛安全繩9連接，爬壁作業(yè)體懸掛安全繩9沿船舶外板14與爬壁作業(yè)體13通過安全吊環(huán)12連接。跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體6上固定A激光定位發(fā)生器 2和B激光定位發(fā)生器 8，爬壁作業(yè)體13上固定C激光定位接收器 10；所述跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體6上固定跟蹤驅(qū)動(dòng)電機(jī)16與左凹槽驅(qū)動(dòng)輪4和右凹槽驅(qū)動(dòng)輪5連接；所述跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體6上固定主主控制單元15與跟蹤驅(qū)動(dòng)電機(jī)16連接，接收處理A激光定位發(fā)生器2、B激光定位發(fā)生器8和C激光定位接收器10的信號(hào)。

跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體6通過左凹槽驅(qū)動(dòng)輪4和右凹槽驅(qū)動(dòng)輪5定位懸掛在張緊懸掛鋼絲繩1上，內(nèi)部設(shè)置有自動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)，可以沿著船舶艏艉大范圍、大尺度艏艉方向自動(dòng)移動(dòng)；安全繩收緊裝置3具有使爬壁作業(yè)體安全繩時(shí)時(shí)柔性收緊的功能，設(shè)置有機(jī)械式棘輪重力沖擊拉力限位器7；A激光定位發(fā)生器2和B激光定位發(fā)生器8與C激光定位接收器10，以及主主控制單元15形成跟蹤定位信號(hào)接收及判斷處理，實(shí)現(xiàn)跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體6對(duì)下方的爬壁作業(yè)體13的時(shí)時(shí)垂直跟蹤防護(hù)。

船舶外板爬壁作業(yè)體跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器系統(tǒng)及其定位防護(hù)使用方法包括以下步驟：

步驟一 跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器跟蹤原理：A激光定位發(fā)生器和B與C激光定位接收器形成等邊距離三角判定，其跟蹤判定原理是：當(dāng)激光探測(cè)距離AC＞BC時(shí)，跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體6在爬壁作業(yè)體13左側(cè)，則跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體6追蹤爬壁作業(yè)體13沿著張緊懸掛鋼絲繩1向右側(cè)船艉移動(dòng)；當(dāng)激光探測(cè)距離AC＜BC時(shí)，跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體6在爬壁作業(yè)體13右側(cè)，則跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體6追蹤爬壁作業(yè)體13沿著張緊懸掛鋼絲繩1向左側(cè)船艏移動(dòng)；當(dāng)激光探測(cè)距離AC=BC時(shí)，跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器本體6在爬壁作業(yè)體13垂直正上方，爬壁作業(yè)體懸掛安全繩9處于爬壁作業(yè)體13同等作業(yè)高度的最短。

步驟二 定位防護(hù)方法：所述安全繩收緊裝置3使爬壁作業(yè)體安全繩時(shí)時(shí)柔性收緊的功能，且隨著機(jī)器人作業(yè)的高度變化，時(shí)時(shí)可以靈活伸展，既具備伸展性、又具備緊縮性；設(shè)置有機(jī)械式棘輪重力沖擊拉力限位器7，爬壁作業(yè)體一旦吸附失效墜落，機(jī)械式棘輪重力沖擊拉力限位器立即啟動(dòng)收緊安全繩，

起到對(duì)爬壁作業(yè)體的定位保護(hù)作用。

步驟三 爬壁作業(yè)體吸附失效防墜使用方法：橫向自動(dòng)跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器和縱向柔性收緊的爬壁作業(yè)體懸掛安全繩的配合實(shí)施。一方面，跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器通過激光距離判定，時(shí)時(shí)尋找爬壁作業(yè)體在自己本體垂直下方的左右位置，進(jìn)行判定后自動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)凹槽滑輪沿船舶艏艉橫向張緊鋼絲繩左右橫移，以時(shí)時(shí)跟蹤爬壁作業(yè)體，時(shí)刻保持在爬壁作業(yè)體垂直方向正上方，以保證爬壁作業(yè)體懸掛安全繩最短，且處于船體外板高度范圍內(nèi)，不會(huì)使因安全繩過長(zhǎng)造成爬壁作業(yè)體因吸附失效突然墜落時(shí)擺動(dòng)以及撞擊船體外板表面。另一方面，設(shè)置安全繩收緊裝置使安全繩時(shí)時(shí)柔性收緊，且隨著機(jī)器人作業(yè)的高度變化，時(shí)時(shí)可以靈活伸展，既具備伸展性、又具備緊縮性，可以使爬壁作業(yè)體在哪一點(diǎn)吸附失效墜落就在哪一點(diǎn)定位鎖住，既不會(huì)沿船舶外板表面搖擺，也不會(huì)撞擊船體外板，也不會(huì)沿垂直方向進(jìn)一步下落。

上述船體外板爬壁作業(yè)體跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器系統(tǒng)在使用時(shí)，操作者先在船舶艏艉甲板上設(shè)立船舶艏艉鋼絲繩固定桿，將跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器布置在張緊懸掛鋼絲繩上，將跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器通過爬壁作業(yè)體懸掛安全繩爬壁作業(yè)體相連接，用電源對(duì)跟蹤驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行供電，啟動(dòng)A激光定位發(fā)生器、B、C，當(dāng)爬壁作業(yè)體沿著船體外板表面移動(dòng)作業(yè)時(shí)，跟蹤式安全繩絞纜防護(hù)器就會(huì)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤，爬壁作業(yè)體懸掛安全繩保持柔性伸展和緊縮，實(shí)現(xiàn)對(duì)爬壁作業(yè)體的保護(hù)。