ES1218139U - Dispositivo para el destrincaje automático de contenedores de carga - Google Patents
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Abstract
1. Dispositivo para el destrincaje automático de contenedores de carga, que siendo del tipo de los que incorpora una estructura portante telescópica (1) desplazable superiormente a través de una grúa portuaria (3), caracterizada porque en correspondencia con los extremos de dicha estructura telescópica en sentido inferior emergen tantas parejas de marcos laterales (5 -5'), como contenedores a destrincar simultáneamente se haya previsto, en cuya cara interior se establece un mecanismo robotizado (6), con al menos tres grados de libertad, desplazamiento vertical (7), transversal (8) y axial (9) para una herramienta de sujeción (10), tal como una garra de captura de los mangos (11) de apertura de diferentes tipos de mecanismos de trincaje (12) del contenedor (13), garra con al menos un grado de libertad de movimiento; habiéndose previsto asimismo que el mecanismo robotizado (6) esté asistido por un sistema de visión artificial (14) y de movimiento (16) tele-operado, asistido o totalmente automático.
Description
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DISPOSITIVO PARA EL DESTRINCAJE AUTOMATICO DE CONTENEDORES DE
CARGA
D E S C R I P C I O N
OBJETO DE LA INVENCION
La presente invencion se refiere a un dispositivo que ha sido especialmente concebido para poder llevar a cabo de forma comoda, facil, y sobretodo segura, la operativa de destrincaje de contenedores de carga.
El objeto de la invencion es eliminar los elevados riesgos fisicos que supoman hasta la fecha llevar a cabo este tipo de operaciones para el personal portuario.
La invencion se situa pues en el ambito de los contenedores de carga de transporte maritimo.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Como es sabido, en el ambito de aplicacion practica de la invencion, los contenedores de carga se apilan entre si en los buques de transporte, de manera que para evitar la caida de los mismos que pudiera provocar el oleaje, los contenedores se fijan entre si mediante mecanismos de trincaje automaticos, normalmente conocidos como "twistlocks”.
Estos mecanismos de trincaje si bien se bloquean de forma automatica en las operaciones de apilado de los contenedores a traves de la correspondiente maquinaria, al actuar los medios de bloqueo en contra de la tension de uno o mas resortes, sin embargo, para desbloquearlos es preciso actuar sobre una palanca o tirador, que puede tener distintas configuraciones, pero que en cualquier caso hasta la fecha debe ser accionada de forma manual.
Asi pues, y sabiendo las enormes alturas hasta las que pueden llegarse a apilar este tipo de
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contendores, los riesgos a los que se ven sometidos los estibadores en estas operaciones resultan sumamente altos.
Tratando de mitigar esta problematica, son conocidas cestas elevadoras como la descrita en el documento WO 0218263A1, as^ como utiles de destrincaje, a modo de accesorios alargados que facilitan la aproximacion a dichos medios o mecanismos de destrincaje, si bien este tipo de cestas elevables no estan previstas para esta operativa a lo que hay que anadir que las mismas no siempre pueden acceder a la zona de trabajo, dado el escaso espacio que se define entre pilas de contenedores.
En cualquier caso, se trata de soluciones parciales, en la que los estibadores siguen sometidos a unos riesgos laborales a todas luces indeseables.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
El dispositivo de destrincaje automatico de contenedores que se preconiza resuelve de forma plenamente satisfactoria la problematica anteriormente expuesta, permitiendo llevar a cabo dichas maniobras de destrincaje de forma totalmente segura, ya sea mediante su control tele-operado, asistido, o totalmente automatizado.
Para ello, el dispositivo de la invencion esta constituido a partir de un marco horizontal telescopico, desplazable superiormente a traves de cualquier maquinaria convencional, tal como una grua portuaria, en cuyos extremos se establecen sendos marcos extremos de los que emergen inferiormente uno o mas marcos laterales y verticales, en orden a permitir el destrincaje simultaneo de varios contenedores.
De forma mas concreta, el marco telescopico que permite ajustar la separation de los marcos laterales de la estructura con respecto a la anchura de los contenedores y conectar el conjunto a la grua.
Para la fijacion vertical de los marcos podran utilizarse los mismos mecanismos de trincaje automatico o "twistlocks” utilizados en el apilamiento de contenedores, en orden a dar a la estructura un caracter modular y adaptable a las necesidades espedficas de cada caso.
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En cualquier caso, en correspondencia con la zona inferior e interna de los citados marcos laterales se dispondra un mecanismo robotizado para la apertura de los medios de trincaje o tiwstlocks, el cual esta formado por un conjunto de eslabones rigidos articulados entre s^ que ofrecen al menos tres grados de libertad.
En el extremo de dicho mecanismo se establece una herramienta de sujecion, tal como una garra de al menos un grado de libertad, la cual ha sido especialmente disenada para la captura de los mangos de apertura de diferentes tipos de mecanismos de trincaje.
La estructura de dicho mecanismo esta disenada para facilita el desplazamiento relativo de su herramienta con respecto a la estructura general del marco de elevacion, siendo este desplazamiento lo suficientemente amplio y veloz como para poder compensar el movimiento imprevisto de los contenedores, y el desplazamiento natural del marco de elevacion a medida que el mismo se mueve alrededor de la pila de contenedores.
Para desarrollar con exito su mision, cada mecanismo robotizado opera de forma independiente y simultanea al desplazamiento del marco de elevacion. Por lo tanto, cualquier mecanismo robotizado es capaz de ejecutar cuatro tareas basicas:
1. El rastreo, el cual consiste en la inspeccionar los laterales de los contenedores en busqueda de mecanismos de trincaje, para lo cual el mecanismo robotizado se aprovecha el desplazamiento natural del marco de elevacion y de su propia capacidad de movimiento.
2. La identification, que tiene como objetivo la detection de los sistemas de aperturas de mecanismos de trincaje y la obtencion de un conjunto de coordenadas espaciales que guien el posterior movimiento del mecanismo robotizado.
3. La captura, que busca el adecuado desplazamiento de herramienta de sujecion sobre el mecanismo de trincaje previamente identificado, y el accionamiento de la herramienta con el objetivo de aprisionar el mango de apertura.
4. El desbloqueo, que consiste en la ejecucion de un conjunto de maniobras que garantizan la correcta apertura del mecanismo de trincaje previamente capturado.
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El correcto desempeno de estas cuatro tareas se consigue a traves de dos sistemas propios: el de vision artificial y el de control de movimiento. El sistema de vision artificial incluye un conjunto de componentes y metodos destinados a adquirir, procesar y analizar imagenes del entorno donde esta ubicado cada mecanismo robotizado, con el fin de producir information que pueda ser tratada posteriormente. Asimismo, el sistema de control de movimiento esta compuesto por un conjunto de actuadores, sensores y controladores cuyo objetivo es permitir desplazar los eslabones del mecanismo robotizado bajo determinadas condiciones cinematicas.
En cuanto al sistema de vision y de movimiento del robot este podra integrarse de tres formas distintas, en funcion del tipo de operativa, ya sea mediante actuation guiada, servo- control visual o hibrido visual, que combina las dos anteriores.
En cuanto a la forma de operar, se han previsto las siguientes tres posibilidades:
- Teleoperacion: en este modo un operario de grua controla el desplazamiento de un marco de elevation que soporta al mecanismo robotizado de apertura de mecanismos de trincaje, mientras uno o varios estibadores guian la apertura de dichos mecanismos desde un lugar seguro del puerto. Los estibadores disponen de las imagenes capturadas por el sistema de vision de cada sistema, y tiene la oportunidad de interactuar con el sistema de vision, facilitando las tareas de rastreo e identification. Ademas, los estibadores tambien pueden enviar ordenes al sistema de movimiento, para completar con exito las operaciones de captura y desbloqueo de los mecanismos de trincaje.
En este modo de operation la mejor parte de las decisiones son tomadas por los estibadores, y el sistema de vision y movimiento fundamentalmente se dedican a facilitar la toma de decisiones y garantizar la posibilidad de operar en un entorno seguro.
- Operacion asistida: al igual que en el caso anterior, un operario de grua controla el desplazamiento del marco elevador, pero en este caso los estibadores tienen una responsabilidad supervisora sobre el proceso de apertura de mecanismos de trincaje. Los estibadores suelen colaborar con la calibration del sistema de vision, la
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confirmation de la ubicacion de los mecanismos de trincaje de interes, o la solicitud de reapertura de mecanismos de trincaje. Sin embargo, gran parte de las tareas relacionadas con rastreo, captura y desbloqueo son ejecutada directamente por los sistemas de vision y movimiento.
- Operation automatica: en este modo de operation el mecanismo robotizado de apertura de mecanismos de trincaje ofrece las senales de instrumentation necesarias para guiar el movimiento de la grua, lo cual puede servir de apoyo al operador de la grua o incluso como referencia para guiar el movimiento automatico del marco elevador. Ademas, todas las tareas del sistema, que llevan a la apertura de los mecanismos de trincaje (rastreo, identification, captura y desbloqueo), se pueden desarrollar por si solas, sin necesidad de operadores humanos.
DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Para complementar la description que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracteristicas del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realization practica del mismo, se acompana como parte integrante de dicha descripcion, un juego de planos en donde con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1.- Muestra una vista en perspectiva de un dispositivo para el destrincaje automatico de contenedores de carga realizado de acuerdo con el objeto de la presente invencion.
La figura 2.- Muestra un detalle ampliado de uno de los marcos laterales que participan en el dispositivo, sobre cuya cara interior se establece el mecanismo robotizado encargado de las operaciones de destrincaje.
Las figuras 3, 4 y 5.- Muestran, finalmente, sendos diagramas esquematicos de tres alternativas de integration del sistema de vision y movimiento para los mecanismos robotizados en funcion de la forma de control prevista para el sistema.
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REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION
A la vista de las figuras resenadas, y en especial de la figura 1, puede observarse como en el dispositivo de la invencion participa un marco horizontal telescopico (1), rematado en sendos marcos extremos (2), siendo el conjunto desplazable superiormente a traves de una grua portuaria (3), con la particularidad de que a los marcos extremos (2) se fijan de forma practicable, y mas concretamente a traves de mecanismos de trincaje (4) analogos a los utilizados en los contenedores de carga a destrincar, uno o mas marcos laterales (5-5’).
En el ejemplo de la figura 1, el sistema incluye una pareja de marcos laterales (5) de mayor altura, y unos marcos laterales (5’) inferiores de menor altura, en orden a poder destrincar dos contenedores de forma simultanea, si bien podrian acoplarse inferiormente tantas parejas de marcos laterales (5’) fuesen necesarias segun las necesidades espedficas de cada caso.
Estos marcos (5-5’) incluyen mecanismos de trincaje (4) complementarios en su base superior y su base inferior.
Tal y como se puede ver en la figura 2, sobre la cara interior del marco lateral (5) se establece un mecanismo robotizado (6), formado por un conjunto de eslabones rigidos articulados entre si, que ofrecen al menos tres grados de libertad, definiendose por tanto, medios de guiados verticales (7), transversales (8) y axiales (9).
Adicionalmente, el extremo de dicho mecanismo robotizado se remata en una herramienta de sujecion (10), tal como una garra, de al menos un grado de libertad, la cual ha sido especialmente disenada para la captura de los mangos (11) de apertura de diferentes tipos de mecanismos de trincaje (12) del contenedor (13).
Tal y como se ha comentado anteriormente, esta estructura esta disenada para facilita el desplazamiento relativo de su herramienta o garra con respecto a la estructura general del marco lateral (5), siendo este desplazamiento lo suficientemente amplio y veloz como para poder compensar el movimiento imprevisto de los contenedores, y el desplazamiento natural
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del marco a medida que el mismo se mueve alrededor de la pila de contenedores.
Dichos mecanismos robotizados, que operan independientemente para cada marco, tendran funciones de rastreo, identification, captura y desbloqueo, para lo cual estan dotados de un sistema de vision artificial (14) en el que participan una o mas camaras (15), con su correspondiente procesado de imagenes (18) y transformation de coordenadas (19), asi como un sistema de control de movimiento (16) y actuation (17) sobre el correspondiente mecanismo robotizado (6), tal como muestran las figuras 3 a 5, de manera que, cuando se preve una actuacion guiada, como la mostrada en la figura 3, en este caso el sistema de vision (14) se encarga de capturar una imagen de la zona de trabajo, con una cadencia proporcional a la velocidad de desplazamiento de la estructura de elevacion con respecto a los contenedores. Luego el sistema de vision procesa (18) la imagen, determina la presencia de mecanismos de trincaje (12) y fija la position de los mismos dentro de la imagen. Posteriormente, el sistema de movimiento (16), en base a las coordenadas ofrecidas por el sistema de vision, la velocidad de desplazamiento del marco controlada por un sensor (21) y la separation entre el mecanismo robotizado (6) y la pila de contenedores; genera la trayectoria (20) debidamente controlada (22) que deben recorrer dicho mecanismo robotizado para ubicar la garra (10) de captura sobre el mango de apertura del mecanismo de trincaje de interes y consecutivamente ejecutar la maniobra de desbloqueo.
En la variante de realization de la figura 4 se ha previsto operar mediante servo-control visual. En esta forma de integration, el sistema de vision (14) captura la imagen de la zona de trabajo, identifica la presencia del mecanismo de trincaje (12), y determina el error de posicion en coordenadas cartesianas (proporcional a la diferencia entre la posicion de destino y la posicion actual del efector final del mecanismo robotizado). La frecuencia de muestreo para la captura de imagenes, y el calculo del error, es constante y establecida con anterioridad. Posteriormente, esta information se envia al sistema de control de movimiento (16) a la misma velocidad, para entonces generar la senal de control (22) para conducir correctamente la garra de captura del robot al punto donde se minimice el error de posicion.
Una vez ubicada la garra de captura sobre el mango de apertura del mecanismo de trincaje (12), el sistema de control gestiona la maniobra de desbloqueo.
A diferencia del sistema de integracion de actuacion guiada, donde con una imagen inicial se establece las caracteristicas del movimiento, en el servo control visual se requiere una
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continua adquisicion de imagen. El lazo mas externo de control en el servo-control visual es la propia imagen, y dado que en el no existe un generador de trayectorias, las imagenes tienen que ser adquiridas y procesadas de una forma continua para poder guiar el efector final del mecanismo robotizado.
Finalmente, en la figura 5 se propone una solution hibrida de las soluciones de las figuras 3 y 4, en la que cuenta con un primer sistema de vision (14), encargado de captura una imagen inicial del espacio de trabajo a traves de camaras (15) con amplio campo visual. Esta imagen inicial, tiene por objetivo facilitar la primera ubicacion de los mecanismos de trincaje y genera una trayectoria de movimiento que traslada el efector final a una zona de interes mas espedfica. Posteriormente, un segundo sistema de vision (18’-19’) se encarga de controlar (22) la position del efector final una vez ubicado sobre la zona de interes. Este subsistema adquiere y procesa imagenes continuamente y tiene como objetivo ubicar la garra de captura del mecanismo robotizado sobre el mango de apertura del twistlock de interes.
Solo resta senalar por ultimo que, el dispositivo de la invention preve tres formas de operar, ya sea mediante teleo-peracion, en donde un operario de grua controla el desplazamiento de un marco de elevation que soporta al mecanismo robotizado de apertura de mecanismos de trincaje, mientras uno o varios estibadores gtian la apertura de dichos mecanismos desde un lugar seguro del puerto, mediante operation asistida, en donde los estibadores tienen una responsabilidad supervisora sobre el proceso de apertura de mecanismos de trincaje, colaborando en la calibration del sistema de vision, la confirmation de la ubicacion de los mecanismos de trincaje de interes, o la solicitud de reapertura de mecanismos de trincaje, o bien operar automaticamente, en donde el mecanismo robotizado de apertura de mecanismos de trincaje ofrece las senales de instrumentation necesarias para guiar el movimiento de la grua, lo cual puede servir de apoyo al operador de la grua o incluso como referencia para guiar el movimiento automatico del marco elevador, en donde todas las tareas del sistema, que llevan a la apertura de los mecanismos de trincaje se pueden desarrollar por si solas, sin necesidad de operadores humanos.
Claims (1)
- R E I V I N D I C A C I O N E S1a.- Dispositivo para el destrincaje automatico de contenedores de carga, que siendo del tipo de los que incorpora una estructura portante telescopica (1) desplazable superiormente a 5 traves de una grua portuaria (3), caracterizada porque en correspondencia con los extremos de dicha estructura telescopica en sentido inferior emergen tantas parejas de marcos laterales (5-5’), como contenedores a destrincar simultaneamente se haya previsto, en cuya cara interior se establece un mecanismo robotizado (6), con al menos tres grados de libertad, (desplazamiento vertical (7), transversal (8) y axial (9) para una herramienta de10 sujecion (10), tal como una garra de captura de los mangos (11) de apertura de diferentes tipos de mecanismos de trincaje (12) del contenedor (13), garra con al menos un grado de libertad de movimiento; habiendose previsto asimismo que el mecanismo robotizado (6) este asistido por un sistema de vision artificial (14) y de movimiento (16) tele-operado, asistido o totalmente automatico.152a.- Dispositivo para el destrincaje automatico de contenedores de carga, segun reivindicacion 1a, caracterizado porque los marcos laterales (5-5’) se fijan entre si, asi como a la estructura superior portante de los mismos a traves de mecanismos de trincaje (4) analogos a los utilizados en los contenedores de carga para su apilamiento.20
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