BR102021002222A2 - Sistema robotizado para movimentação e armazenagem de contêineres em estruturas verticais - Google Patents

Abstract

O SISTEMA ROBOTIZADO PARA MOVIMENTAÇÃO E ARMAZENAGEM DE CONTÊINERES EM ESTRUTURAS VERTICAIS está relacionado aos processos automatizados para movimentação e armazenamento de contêineres marítimos em uma estrutura vertical. Aplicado em centros logísticos de grande fluxo de contêineres, principalmente portos, afim de aumentar sua capacidade operacional. Da mesma forma, pode ser utilizado em centros logísticos para armazenamento de contêineres, tal como portos secos. Uma estrutura de armazenagem automatizada (1) para contêineres é fornecida e a quantidade de contêineres armazenados por área é potencializada. Mecanismos automatizados realizam a movimentação desses contêineres controlados por programas computacionais, reduzindo a mão de obra humana nas operações de transbordo dos contêineres. Pode ser aplicado junto as operações de carga e descarga de navios, aumentando a eficiência da operação e diminuindo o tempo de permanência dos navios nos berços de atracação de terminais portuários. O sistema contempla um carrossel (2) de contêineres que supre a demanda de carregamento ou descarregamento de um navio, assim como uma área de transbordo intermodal (3) responsável pela entrada ou saída de contêineres na estrutura de armazenagem automatizada (1) por outros modais de transportes no centro logístico, por exemplo trem, caminhão ou outras embarcações. A estrutura de armazenagem automatizada (1) opera indistintamente com diferentes tipos de contêineres, sendo um dos principais diferenciais o acesso direto a cada contêiner armazenado, dispensando quaisquer movimentações adicionais em outros contêineres. Tal característica resulta em grande flexibilidade e otimização operacional em situações logísticas de movimentação de contêineres, inclusive naquelas relacionadas à mudanças de planos de estiva ou de itinerário dos navios, visto que não há mais o encadeamento físico das pilhas de armazenamento convencional, pois, agora todos os contêineres acondicionados na estrutura de armazenagem automatizada (1) podem ser direta e igualmente acessados.

Description

SISTEMA ROBOTIZADO PARA MOVIMENTAÇÃO E ARMAZENAGEM DE CONTÊINERES EM ESTRUTURAS VERTICAIS Campo da invenção

[001] O sistema está relacionado aos processos automatizados para movimentação e armazenamento de contêineres marítimos em uma estrutura vertical. Aplicado em centros logísticos de grande fluxo de contêineres, principalmente portos. Uma estrutura de armazenamento para contêineres é fornecida, assim como os mecanismos complementares ao sistema para movimentação desses contêineres. Pode ser aplicado junto à operação de carga e descarga de navios, aumentando a eficiência da operação e diminuindo o tempo dos navios nos berços de atracação. Além disso, a quantidade de contêineres armazenados por área é potencializada.

[002] Por se tratar de mecanismos controlados por sistemas computadorizados, o conjunto automatiza com inteligência computacional as operações logísticas de movimentação de contêineres, utilizando robôs e substituindo substancialmente a mão de obra humana nas operações de transbordo. Dessa forma, o sistema contempla uma estrutura de armazenamento para contêineres e a respectiva automação operacional do sistema.

Fundamentos da invenção

[003] O transporte de cargas em contentores marítimos, ou comumente chamados de contêineres, está consolidado e em constante expansão. Esses contentores oferecem uma solução ágil no transporte de cargas onde a mercadoria pode ser transportada desde sua origem até o destino final no mesmo compartimento físico passando por diferentes modais de transporte. Porquanto, o volume de operações logísticas dessas unidades de carga tem aumentado cada vez mais nos centros logísticos, portos marítimos, fluviais e portos secos tanto no Brasil como no exterior.

[004] A crescente demanda em soluções logísticas para esse segmento é evidente devido a evolução dos métodos operacionais dos portos. Nesse sentido, a presente invenção fundamenta-se no atual cenário logístico do país e do exterior a fim de oferecer soluções automatizadas nesse setor.

[005] Atualmente, têm-se os grandes armadores internacionais operando navios cargueiros cada vez maiores e, gradativamente, eliminando de sua frota os menores por uma questão de otimização de frequência das linhas. Esses navios de transporte de contêineres podem operar com capacidade de até 15000 TEU, sendo o TEU uma unidade comumente utilizada para descrever a capacidade de navios e terminais portuários. O TEU, do inglês Twenty-foot Equivalent Unit, refere-se a uma unidade de contêiner de 20 pés, ou então, um contêiner de 40 pés definido por 2 TEU, os contêineres de 45 pés também são geralmente definidos por 2 TEU.

[006] Já a prática de transporte em contentores desde a origem do produto onde é de fato produzida a mercadoria também é uma tendência estabelecida, pois, elimina o processo de ovação dos contêineres em armazéns no entorno do porto. Além disso, ao se tratar dos portos marítimos brasileiros, como exemplo, a maioria deles sofre pela carência de retro áreas maiores, fato normalmente decorrente do crescimento da cidade no entorno do porto, como também pela própria geografia, principalmente com a serra do mar junto ao litoral das regiões sudeste e sul, onde estão os portos mais importantes do Brasil.

[007] A fim de propor soluções de automação e eficiência operacional nos portos o registro de anterioridade US8845266 publicado em 30 de setembro de 2014 e título AUTOMATED MARINE CONTAINER TERMINAL AND SYSTEM exibe um sistema, equipamentos e processo para automação das operações logísticas de contêineres. O sistema estabelece um processo automatizado para movimentação dos contêineres, porém exige de veículos transitando no cais do porto, além de áreas para movimentação e armazenamento, esses veículos são caminhões, ou então, veículos guiados automaticamente por controle computadorizado. Outro fator negativo é o armazenamento dos contêineres em espaço afastado do berço de atracação e em pilhas, retardando a operação e impossibilitando o acesso direto de um contêiner caso ele não esteja no topo da pilha. Portanto, a anterioridade apesar de oferecer uma solução automatizada de operação, não gera otimização de espaço e tampouco de movimentações, sendo necessárias grandes áreas para implementação do sistema completo.

[008] Com intuito de aumentar a eficiência operacional e de armazenamento nesse segmento o registro de anterioridade US20020102150 publicado em 01 de agosto 2002 e de nome CONTAINER TERMINAL APPARATUS AND METHOD apresenta um método e mecanismos para carga e descarga de contêineres em um navio. Essa anterioridade apresenta uma estrutura para armazenagem dos contêineres, porém não é otimizada junto aos demais sistemas como por exemplo os guindastes do berço de atracação, sendo necessários movimentos extras para operação. Além disso, a tecnologia de automação da operação é obsoleta devido a data de registro dessa anterioridade, dessa forma, não supre a demanda operacional dos portos atualmente.

[009] As anterioridades apresentadas são esforços de automatização e otimização da operação logística de contêineres em portos, todavia, não suprem as atuais necessidades de otimização de espaço, maior velocidade de movimentação e inteligência operacional integrada. Além disso, as tecnologias aplicadas não oferecem alto nível de automação, sendo ainda necessário o controle humano sobre muitas operações.

[0010] Portanto, para que os portos possam corresponder a demanda frente ao exponencial crescimento do transporte marítimo conteinerizado, passam a ser condições mandatórias: a otimização do espaço físico existente nos portos, tanto da retro área como do cais, através da armazenagem inteligente em estrutura vertical de alta densidade; a introdução de equipamentos robóticos, além de operações e processos por controle computadorizado para que os navios possam ser carregados e descarregados com rapidez e segurança, em função dos milhares de contêineres que agora transportam; a grande flexibilidade para minimizar impactos operacionais decorrentes de mudanças de itinerário dos navios e do plano de estiva dos navios porta-contêineres; uma integração sistêmica e sincronizada com as alternativas de modais logísticos de cada porto.

[0011] Dessa forma, a solução aqui proposta oferece condições de suprir a demanda logística de contêineres através de tecnologia de ponta, automação robótica, programas de controle operacional com inteligência logística integrada e estrutura vertical de armazenamento. O projeto permite, inclusive, que parte dos equipamentos existentes no porto possam ser reutilizados junto a nova solução, como os guindastes e gruas rolantes. Além de poder ser integrada aos demais modais logísticos presentes em cada porto, por exemplo: trem, caminhões, outras embarcações ou armazéns.

[0012] Uma das principais características da solução está na forma da armazenagem vertical dos contêineres, proporcionando maior densidade e aproveitamento da retro área, ultrapassando o atual limite de empilhamento dos contêineres. Adicionalmente, proporciona melhor aproveitamento da área de cais, com o avanço da estrutura de armazenagem sobre ele. Atualmente, esta área extremamente nobre é basicamente utilizada para o mero deslocamento de carretas ou veículos guiados automaticamente, como no estado da técnica, que simplesmente levam ou trazem contêineres até os guindastes junto ao berço de atracação, esses guindastes podem ser chamados de portêineres e são usados para içar contêineres aos navios.

[0013] Os conceitos aplicados no Sistema Robotizado para Movimentação e Armazenagem de Contêineres em Estrutura Vertical aumentam substancialmente a capacidade de empilhamento vertical dos contêineres e otimizam sobremaneira a movimentação desses, além de permitir a mescla de diferentes tipos de contêineres (20 pés ,40 pés, 45 pés, HC, refrigerado, etc) na mesma estrutura de armazenagem.

[0014] O arranjo da nova estrutura permite velocidade na inserção e retirada de contêineres dessa estrutura de armazenagem, independentemente de sua posição. Assim, as operações de inserção ou retirada do contêiner na estrutura de armazenagem ocorrem sem a necessidade de deslocar outras unidades, ou seja, sem movimentos adicionais desnecessários. Logo, a estrutura possibilita o acesso direto a qualquer contêiner armazenado, isso reflete no alto grau de flexibilidade sistêmica, tanto em relação a mudanças no itinerário de chegada dos navios quanto nos planos de estiva dos navios, extinguindo os transtornos de movimentação física de contêineres para readequação logística.

[0015] A movimentação dos contêineres pela estrutura de armazenamento é robotizada e controlada por inteligência computadorizada. O controle inteligente e robotizado permite alto grau de operações simultâneas de movimentação de contêineres na mesma estrutura de armazenagem. Além disso, uma operação computadorizada permite o controle sobre a localização e identificação inequívoca dos contêineres para acesso imediato. Sendo assim, a solução aumenta substancialmente o nível de automação dos processos, tanto para maior aderência as práticas de sustentabilidade modernas (Ex.: emprego de motores elétricos de alta eficiência e regeneração de energia) como, também, para a redução da presença e interferência humana nos processos e seus riscos inerentes.

[0016] A proposta oferece rapidez e segurança na movimentação dos contêineres visando, principalmente, expressiva redução do tempo de permanência do navio junto ao berço de atracação. Para isso, adjacente a estrutura de armazenamento é introduzido o conceito de um carrossel aéreo de contêineres entre as estruturas de armazenagem robotizada e os portêineres, criando um fluxo constante e acelerado para as operações de carga e descarga (inclusive simultâneas) dos navios. Isso reduz substancialmente o tempo de ciclo de operação dos portêineres e otimiza sua utilização. Da mesma forma, um conceito para a logística de recebimento e entrega de contêineres na estrutura é aplicado do outro lado da operação a fim de ser ligado aos demais modais presentes nos portos.

[0017] Porquanto, a proposta supre a crescente demanda por otimização operacional logística de contêineres em portos, especialmente naqueles com baixa disponibilidade de áreas, através de estruturas de armazenamento vertical robotizadas, ou seja, uma abordagem que se poderia rotular como verticalização de retro área. Da mesma forma, a operação é plenamente automatizada por robôs, não sendo necessária a intervenção humana nos processos. Os referidos robôs executam as tarefas sob a gestão de um controle computadorizado central cuja programação prioriza um alto nível de inteligência operacional da solução, pelo emprego de inúmeros algoritmos logísticos. Este nível de inteligência inclusive prevê interação com eventual TOS - Terminal Operating System (ex.: Navis, Cosmos, Chronos, Poseidon, dentre outros) em utilização prévia pelo Porto.

Breve descrição dos desenhos

[0018] A descrição a seguir busca destacar a proposta em nível de seu princípio, sem limitar-se aos desenhos ou componentes citados, tendo como referência as seguintes ilustrações abaixo listadas:
Figura 1, vista em perspectiva de um cenário hipotético de aplicação em portos marítimos do Sistema Robotizado para Movimentação e Armazenagem de Contêineres em Estrutura Vertical.
Figura 2, vista em perspectiva do sistema, explicitando o carrossel (2) e seus subsistemas.
Figura 3, vista em perspectiva do sistema, ilustrando a área de transbordo intermodal (3) da solução.

Descrição da invenção

[0019] A solução proposta é composta por três principais módulos, conforme a Figura 1: uma estrutura de armazenagem automatizada (1), responsável pelo armazenamento e movimentação dos contêineres de forma autônoma; o carrossel (2), ou seja, a interface operacional com os portêineres; e, uma área de transbordo intermodal (3), sendo essa a interface com os demais modais logísticos do porto.

[0020] A estrutura de armazenagem automatizada (1) é uma estrutura de armazenamento de contêineres a qual permite que sejam armazenados verticalmente em até 12 unidades de altura, ou seja 12 níveis, sem estarem empilhados diretamente um sobre o outro. A solução é formada por uma estrutura estática de armazenagem em si e, também, por outros componentes móveis responsáveis pela movimentação dos contêineres na referida estrutura. Esses mecanismos móveis, também chamados de robôs, são automatizados e através de controle computadorizado realizam as operações de movimentação dos contêineres pela estrutura.

[0021] Esta nova concepção de armazenamento e operação permite que cada contêiner possa ser acessado e movimentado de forma direta, ou seja, instantaneamente, eliminando-se a usual manipulação de outros contêineres na pilha. Sendo assim, essa possibilidade de acessar os contêineres de forma direta é um dos grandes diferenciais da solução, pois elimina movimentos desnecessários para acessar um contêiner que esteja no meio de uma pilha nas áreas de armazenamento convencionais, por exemplo.

[0022] Seguindo a Figura 2, a estrutura de armazenagem automatizada (1) é composta pelos seguintes sistemas: uma estrutura estática nomeada estante de armazenamento (4), é uma estrutura vertical em concreto pré-moldado ou metálica, vasada (isto é, apenas colunas e vigas, sem lajes e paredes), onde os contêineres são depositados; um robô chamado de grua rolante (5), esse mecanismo se movimenta longitudinalmente no ático da estante de armazenamento (4), ou seja, na parte superior dessa estrutura; e, um último robô chamado de transportador (6), é um mecanismo que se desloca em um andar operacional específico da estrutura de armazenamento, responsável pela movimentação dos contêineres no processo de interação da estante de armazenamento (4) com os módulos do carrossel (2) e da área de transbordo intermodal (3).

[0023] A estante de armazenamento (4) é definida pela seção transversal da estrutura de armazenamento automatizada (1) que percorre desde o carrossel (2) até a área de transbordo intermodal (3), concebida por um bloco de armazenamento cuja largura é suficiente para atender um contêiner de até 45 pés no sentido paralelo ao carrossel (2). Logo, cada estante de armazenamento (4) é equivalente a um contêiner de 45 pés de largura por um número determinado de pilhas, resultando num comprimento que preenche o espaço entre o carrossel (2) e a área de transbordo intermodal (3), sendo que cada pilha de contêiner tem até 12 contêineres de altura, ou seja, 12 níveis de armazenamento, além de um nível operacional onde transita o robô transportador (6). A cada duas pilhas consecutivas de contêineres da estante de armazenamento (4), existe um espaço livre, chamado de caixa de corrida, que é utilizado pelos mecanismos da grua rolante (5) como caminho para acessar as gavetas de armazenamento de contêineres. Tais gavetas são, na prática, os locais, os espaços físicos na estrutura destinados ao armazenamento dos contêineres na estante (4), e são normalmente chamadas de box de armazenamento, cujo espaço interno útil é suficiente para receber um contêiner de até 45 pés ou então dois contêineres de 20 pés, ou seja, os boxes de armazenamento de contêineres têm capacidade de 2 TEU.

[0024] Uma estante de armazenamento (4) oferece acesso a porção do carrossel (2) e a área de transbordo (3), logo, várias estantes de armazenamento (4) lado a lado preenchem o berço de atracação em seu sentido longitudinal, constituindo a estrutura de armazenamento (1). Essa definição individual de cada estante (4) é importante à compreensão do sistema, pois cada divisão dessas em estante (4) possui um sistema de robôs próprio para manipular os contêineres em seu domínio físico, ou seja, cada estante (4) possui seu próprio sistema de grua rolante (5) e transportador (6).

[0025] O sistema de grua rolante (5) incorpora dois outros módulos móveis: um pegador de contêiner (5.1), elemento de deslocamento vertical através de cabos para içamento dos contêineres dentro das caixas de corrida da sua respectiva estante de armazenamento (4) da estrutura de armazenamento (1). Esses pegadores de contêiner (5.1) são responsáveis por deslocar os contêineres verticalmente através dos níveis de altura da estrutura de armazenamento automatizada (1); e, um mecanismo deslizante (5.2) , conectado ao pegador de contêiner (5.1) e que se deslocada lateralmente a este. O mecanismo deslizante (5.2) consegue se deslocar para dentro das posições de armazenagem da estante de armazenamento (4) e assim realizar a efetiva inserção ou retirada do contêiner daquela posição de armazenagem, também chamada de box de armazenamento, em síntese, o mecanismo deslizante (5.2) é o equipamento de contato direto com o contêiner, responsável por capturar e segurar o contêiner através de pinças específicas durante as operações de movimentação no domínio da grua rolante (5). O mecanismo deslizante (5.2) é capaz de operar um contêiner de até 45 pés ou então dois contêineres de 20 pés simultaneamente, ou seja, esses sistemas têm capacidade de operar 2 TEU por movimento.

[0026] Um porto poderá ter várias estruturas de armazenamento automatizadas (1) aninhadas ou geminadas formando grandes blocos de armazenamento de contêineres, como por exemplo num longo cais com vários berços de atracação. Essas diferentes estruturas (1) podem estar interligadas pelo mesmo carrossel (2), assim como pela área de transbordo intermodal (3). Desta forma, a localização física de um contêiner deixa de estar obrigatoriamente atrelada a um plano de estiva de cada navio, pois, independentemente de onde esteja o contêiner na estrutura de armazenamento como um todo, seu acesso passa a ser direto e lógico, controlado pela inteligência operacional da solução, um programa de computador.

[0027] Um bloco de armazenamento automatizado (1) pode, através de seus robôs transportadores (6), realizar simultaneamente a carga ou descarga de um ou mais navios enquanto também recebe ou entrega contêineres ao setor intermodal de cargas pela área de transbordo (3). Portanto, mudanças na ordem de chegada dos navios, dos planos de estiva ou no lado intermodal de cargas (caminhões, carretas, trens, barcaças, etc) não causarão transtorno ou implicação em movimentação física adicional de contêineres. O programa de controle computadorizado trata estas questões lógicas e processuais de forma simples, pois, a estrutura automatizada (1) permite que qualquer contêiner, em qualquer ponto da estrutura de armazenamento, possa ser livremente acessado e movimentado a qualquer momento.

[0028] O carrossel (2) é o módulo da solução que faz a interação da estrutura de armazenagem (1) com os portêineres existentes nas docas, ou seja, automatiza tanto o processo de recebimento de contêineres provenientes da desova de um ou mais navios quanto no sentido inverso, o da entrega de contêineres até então armazenados na estrutura de armazenamento automatizada (1) para os portêineres junto aos berços realizarem o processo de carregamento de cargas. A disposição funcional do carrossel (2) permite realizar ambas as operações simultaneamente.

[0029] Conforme representado na Figura 2, a estrutura do carrossel (2) é elevada do solo do cais de forma compatível com os portêineres existentes nos berços de atracação do porto. Com o emprego do carrossel (2), uma das três manobras usualmente realizadas pelos portêineres é eliminada, que seria a de içamento ou descida do contêiner junto ao solo do cais. Este significativo ganho é possível porque o portêiner agora simplesmente deposita ou recebe o contêiner em uma plataforma ao longo do carrossel, denominada convés de guindaste (7).

[0030] Esse convés de guindaste (7) é a porção do carrossel (2) adjacente aos portêineres. A concepção do convés (7) junto aos portêineres existentes no porto possibilita a redução no ciclo de operação de movimentos do equipamento, pois oferece maior automação no processo e contempla qualquer deslocamento longitudinal do(s) portêiner(es) pelo berço a medida em que o navio esteja sendo carregado/descarregado. Assim, com o convés (7) os portêineres podem se movimentar ao longo do berço de atracação normalmente e capturar ou depositar um contêiner em qualquer posição relativa ao carrossel (2). Dessa forma, tal concepção oferece maior vasão quantitativa na operação de carga ou descarga dos contêineres em um navio utilizando o mesmo número de guindastes no berço de atracação.

[0031] Ainda na Figura 2, em paralelo ao convés de guindaste (7) tem-se o convés da pilha (8), porém, esse último junto à estrutura de armazenamento automatizada (1). O propósito é servir como área de transferência para que os transportadores (6) das estruturas automatizadas (1) possam entregar os contêineres que estão deixando a estrutura de armazenamento para serem levados aos navios, ou então, receber os contêineres provenientes da desova dos navios para armazenamento na estrutura (1).

[0032] Seguindo a representação da Figura 2, para que os contêineres possam trafegar entre o convés da pilha (8) e o convés de guindaste (7), compondo o ciclo do carrossel (2), existem os chamados transportadores cíclicos (9). Esses transportadores cíclicos (9) circulam constantemente num mesmo sentido através das pistas de trilhos (10.1 e 10.2), alojadas no convés de guindaste (7) e convés da pilha (8), respectivamente, formando os ciclos de transporte. Cada ciclo é dinamicamente determinado pelo posicionamento estratégico de outros elementos móveis conhecidos como mecanismo de mudança de direção (11), os quais possibilitam aos transportadores cíclicos (9) passarem de uma pista de trilho a outra (10.1 e 10.2), posicionadas nos conveses (7 e 8), respectivamente. Tais mecanismos de mudança de direção (11) são automaticamente posicionados pelo sistema de controle da operação de acordo com o comprimento de cada navio ora atracado, para que cada ciclo seja o mais otimizado possível.

[0033] Ainda sobre os mecanismos de mudança de direção (11), esses mecanismos são passivos aos transportadores cíclicos (9), ou seja, o controle da operação que determina se o transportador (9) deve ou não utilizar o mecanismo de mudança de direção (11) para trocar de pista de trilho (10.1 e 10.2). Em síntese, a presença do mecanismo de mudança de direção (11) não determina obrigatoriedade para que os transportadores (9) mudem de pista de trilho (10.1 e 10.2). Isso ocorre pelo fato de que nos casos onde há uma ligação entre o carrossel (2) de vários berços de atracação ao longo do cais com várias estruturas de armazenamento automatizada (1) geminadas, os transportadores cíclicos (9), dessa forma, podem percorrer o caminho definido pelo controle da operação e assim operar contêineres em outras estruturas de armazenamento (1) que não sejam exatamente a daquele berço de atracação, aumentando assim a vazão da operação.

[0034] Um transportador cíclico (9) é capaz de se locomover pelo carrossel de forma automatizada transportando contêineres de uma posição a outra controlada pelo sistema de gerenciamento, para isso é composto por um carrinho motriz (9.1) e por um carrinho deslizante (9.2). O carrinho motriz (9.1) é a parte motora do transportador cíclico (9) que segue pela pista de trilhos (10.1 e 10.2) do carrossel (2). Já o carrinho deslizante (9.2), que está montado sobre o carrinho (9.1), é responsável efetivamente por depositar ou recolher o(s) contêiner(es) das áreas de transferência do convés de guindaste (7) e do convés da pilha de armazenamento (8), para isso, o carrinho deslizante (9.2) realiza deslocamentos laterais em relação ao carrinho motriz (9.1). Esse sistema, assim como os demais sistemas da solução que tem contato direto com o manuseio dos contêineres, pode operar um contêiner de até 45 pés ou então dois contêineres de 20 pés simultaneamente, ou seja, possui capacidade operacional de 2 TEU.

[0035] O sistema de controle operacional computadorizado determina a movimentação e ação de cada transportador cíclico (9), controlando quando e onde parar nos conveses (7 e 8) para a captura ou depósito de um contêiner de até 45 pés, ou então, dois contêineres de 20 pés simultaneamente.

[0036] No outro lado da cadeia logística da solução existe a área de transbordo intermodal (3) de contêineres, um módulo responsável pela interação da estrutura de armazenamento automatizada (1) com as alternativas modais existentes em cada porto, sejam caminhões, carretas, trens, barcaças fluviais ou até mesmo navios menores em um porto de transbordo. Conforme a Figura 3, a área de transbordo intermodal (3) é basicamente composta por três elementos: o convés de entrada e saída (12), carrinho posicionador (13) e o pórtico montado sobre trilhos (14).

[0037] O convés de entrada e saída (12) é uma plataforma otimizada para entrada e saída de contêineres na estrutura de armazenamento (1) provenientes de diferentes modais. Essa estrutura também é suspensa assim como o carrossel (2), no mesmo nível operacional dos mecanismos transportadores (6). Para cada estante de armazenamento (4) da estrutura automatizada (1), o respectivo convés de entrada e saída (12) oferece um espaço físico equivalente a três contêineres de largura, possibilitando que três contêineres de até 45”, ou então seis contêineres de 20”, fiquem enfileirados na sua seção transversal. Essa fila de contêineres serve de amortecimento na demanda para recebimento e entrega simultânea de contêineres, sendo assim, um robô denominado carrinho posicionador (13) atua neste espaço fazendo alguns movimentos de contêiner para gerir essa fila. Portanto, anexo a cada pilha da estrutura de armazenamento (1), ou seja, junto à cada unidade de estante de armazenamento (4), existirá o convés de entrada e saída (12) com espaço de transferência de contêineres e um carrinho posicionador (13) replicados longitudinalmente pela estrutura (1), esta é a interface intermodal (3) da solução. Em síntese, cada estante de armazenamento (4) terá o seu respectivo carrinho posicionador (13) junto a sua área equivalente no convés de entrada e saída (12).

[0038] Para que os contêineres possam ser movimentados entre as alternativas de modais logísticos e o convés de entrada e saída (12), existem os pórticos montados sobre trilhos (14). Uma área de transbordo intermodal (3) de contêineres pode ser servida por mais de um guindaste (14), o que otimiza ainda mais o fluxo caso a movimentação entre diferentes meios de transporte seja realmente expressiva.

[0039] O funcionamento operacional do carrinho posicionador (13) na área de transferência de contêiner no convés de entrada e saída (12) confere extrema dinâmica a solução, diminui gargalos operacionais no sistema como um todo e acontece da seguinte forma: o pórtico rolante (14) após capturar um contêiner de um modal transfere-o para a primeira posição de transferência (posição de entrada), na área do convés de entrada e saída (12), adjacente a ponte rolante (14), depositando assim o contêiner no carrinho posicionador (13); por sua vez, o carrinho posicionador (13) desloca o contêiner para a posição central da área de transferência e logo retorna para sua posição inicial, preparando-se para receber um novo contêiner do pórtico rolante (14), se for o caso; por sua vez, o respectivo transportador (6) daquela estante de armazenamento (4) avança até a posição central da área de transferência e captura o contêiner que será armazenado na estrutura (1), ou ainda pode leva-lo ao carrossel (2) para embarque direto (operação conhecida como cross-docking); caso o referido transportador (6) tenha trazido consigo um contêiner da estrutura (1) ou diretamente do carrossel (2) para entrega ao intermodal (também caracterizando cross-docking), este transportador (6) primeiramente deposita o tal contêiner na posição adjacente à estrutura de armazenamento (1) no convés de entrada e saída (12) (posição de saída) e, somente então, segue para a posição central da área de transferência onde o contêiner entrante se encontra, por sua vez, o guindaste rolante (14) recolhe o contêiner da posição adjacente a estrutura de armazenamento (1) (posição de saída) e, assim, o transportador (6) tem o caminho liberado para retornar a estrutura de armazenagem automatizada (1), levando consigo o contêiner entrante.

[0040] Ressalta-se que o sistema foi descrito de tal forma a utilizar o padrão de contêineres marítimos presentes no país e convencionalmente adotado nos principais portos internacionalmente. Dessa forma, adaptações dimensionais podem ser feitas nos equipamentos para atender os mais diferentes padrões de cargas unitizadas, desde que mantido o princípio operacional proposto.

[0041] Ainda sobre os diferentes tipos de contêineres que podem ser operados pelo sistema proposto, ao se tratar do caso dos contêineres refrigerados que precisam de alimentação elétrica, estes podem ser manipulados de forma convencional como os demais contêineres. Todavia, durante a operação de inserção na estrutura de armazenamento automatizada (1), serão automaticamente conectados nesses contêineres refrigerados os plugues de contato para que, uma vez depositado o contêiner no box de armazenamento, o referido plugue conecte-se com a rede de alimentação de energia presente na estrutura da estante de armazenamento (4), suprindo assim seu sistema interno de refrigeração.

Exemplos de concretizações da invenção

[0042] A fim de ilustrar a aplicação do SISTEMA ROBOTIZADO PARA MOVIMENTAÇÃO E ARMAZENAGEM DE CONTÊINERES EM ESTRUTURAS VERTICAIS a seguinte descrição explana sobre a operação desses equipamentos e seu uso em terminais logísticos, preferencialmente portos marítimos. Porquanto, seu uso não se restringe apenas a portos marítimos e pode ser aplicado em portos secos, centros de armazenamento de contêineres, terminais ferroviários, enfim, entre outras atividades que necessitem de armazenamento e reexpedição de contêineres. Vale ressaltar que o caso descrito é ilustrativo e deve ser compreendido em sua essência como uma possibilidade de aplicação, portanto, não deve ser tratado como limitativa a proposta.

[0043] Para compreender a aplicação do sistema um cenário hipotético é concebido, conforme o ilustrado da Figura 1, onde o sistema pode ser utilizado em um porto marítimo na área do cais junto aos berços de atracação. Nessa configuração, o sistema está interligado de forma indireta aos portêineres (guindastes) presentes no berço de atracação do porto que utiliza deste sistema, suprindo a vazão operacional de contêineres desses guindastes e aumentando a sua capacidade se comparado ao atual estado da técnica.

[0044] Nesse cenário, um navio cargueiro que transporta contêineres atraca no porto onde o sistema está instalado. O navio é posicionado especificamente no berço de atracação para operações de embarque e desembarque de carga pelo respectivo terminal portuário. Como esse navio opera cargas unitizadas, o terminal que o navio foi posicionado é dotado de equipamentos para operação dessas cargas, no caso são guindastes específicos para operação de contêineres, chamados também de portêineres.

[0045] O sistema é montado de tal forma que os portêineres do terminal portuário têm acesso ao carrossel (2). Assim, ao iniciar a operação de descarga do navio, um ou mais guindastes retiram contêineres do navio e posicionam diretamente sobre o convés de guindaste (7). No atual estado da técnica, o guindaste retira o contêiner do navio e posiciona-o em um caminhão ou veículo específico que transportará o contêiner para áreas de armazenamento. Assim, o carrossel (2) elimina o uso desses veículos para transporte interno dos contêineres no cais do porto.

[0046] Uma vez que o guindaste do terminal posiciona um contêiner no convés de guindaste (7) do carrossel (2), um transportador cíclico (9) se desloca pelos trilhos (10.1) até a posição do contêiner. Já posicionado, o carrinho deslizante (9.2) do transportador cíclico (9) captura o contêiner do convés do guindaste (7). Com o contêiner a bordo do transportador cíclico (9), o carrinho motriz (9.1) descola o conjunto através dos trilhos (10.1) até alcançar um mecanismo de mudança de direção (11) determinado pelo controle da operação e consequentemente mudar da pista de trilhos (10.1) do convés do guindaste (7) para a outra pista de trilho (10.2) do convés da pilha (8).

[0047] O controle computadorizado da operação, por sua vez, desloca o transportador cíclico (9) carregado com o contêiner até uma determinada posição da pista de trilho (10.2) do convés da pilha (8), onde o carrinho deslizante (9.2) deve depositar o contêiner no convés da pilha (8). Esta posição corresponde ao ponto de acesso para uma determinada estante de armazenagem (4) selecionada pelo controle computadorizado.

[0048] A partir desse ponto, o contêiner já pode ser armazenado na estrutura de armazenagem automática (1). Dessa forma, o transportador (6), específico da estante de armazenagem (4) selecionada, desloca-se até o convés da pilha (8) e captura o referido contêiner. O transportador (6) retorna com o contêiner pela estante de armazenamento (4) até uma posição/pilha definida pelo controle da operação, onde esse contêiner será armazenado. Assim que o transportador (6) alcança essa dita posição o mecanismo deslizante (5.2) da grua rolante (5) captura efetivamente o contêiner, logo, o transportador (6) fica vazio e está livre para fazer outra operação.

[0049] Com o contêiner preso ao mecanismo deslizante (5.2) e consequentemente ao pegador de contêiner (5.1), a grua rolante (5) posiciona verticalmente o contêiner até o nível da posição de armazenamento na estante de armazenamento (4) definida pelo controle da operação. Quando o pegador de contêiner (5.1) alcança a posição que o contêiner deverá ser armazenado, o mecanismo deslizante (5.2) da grua rolante (5) desloca-se para dentro do box de armazenamento definido pelo controle da operação e então deposita o contêiner na respectiva posição de interesse. Portanto, concluindo uma operação de armazenamento de contêiner proveniente da descarga de um navio.

[0050] Da mesma forma esse contêiner ao invés de ser depositado na estrutura de armazenagem (1) poderia ser levado pelo transportador (6) diretamente para o convés de entrada e saída (12) da área de transbordo intermodal (3), operação conhecida como cross-docking. Assim, o contêiner é descarregado do navio e levado diretamente a um outro modal de expedição de carga.

[0051] No outro sentido da operação, ou seja, no carregamento de cargas no navio o sistema funciona da mesma forma. Por exemplo, um determinado contêiner deve ser carregado conforme o plano de estiva do navio e esse contêiner está armazenado na estrutura de armazenagem automatizada (1). Logo, o controle da operação desloca a grua rolante (5), específica da estante de armazenamento (4) onde encontra-se o referido contêiner, posicionando o pegador de contêiner (5.1) no nível correto para que o mecanismo deslizante (5.2) adentre e capture o contêiner de seu box de armazenamento. Uma vez capturado, a grua rolante (5) posiciona o contêiner no transportador (6) desta estante de armazenamento (4). O transportador (6) carregado segue até o convés da pilha (8) e deposita ali o contêiner. Consequentemente, um transportador cíclico (9) captura esse contêiner e posiciona-o no convés de guindaste (7) junto ao portêiner que irá carregar esse contêiner no navio.

[0052] Assim sendo, conclui-se uma operação de carga ou descarga de contêiner no navio através do sistema proposto. O carrossel (2) fornece um fluxo contínuo para as operações de carga e descarga do navio, otimizando ao máximo a operação dos guindastes do terminal portuário, podendo aumentar a capacidade de operação dos atuais portos sem a necessidade de acréscimo de guindastes. Além disso, essas operações de carga e descarga podem ocorrer simultaneamente no sistema.

[0053] No outro lado da operação logística está a área de transbordo intermodal (3) que é a ligação entre a estrutura de armazenagem automatizada (1) e os diferentes modais de transporte e expedição presente no porto, como um trem ou caminhão. Um contêiner pode ser inserido ou retirado do sistema através dessa área (3).

[0054] Por exemplo, um caminhão chega a área de transbordo intermodal (3) trazendo um contêiner que deverá ser armazenado temporariamente na estrutura de armazenamento automatizada (1) para posterior carregamento em um navio. O caminhão é posicionado de forma que um pórtico montado sobre trilhos (14) captura o contêiner e deposita-o no convés de entrada e saída (12) da estante de armazenamento (4) selecionada pelo controle computadorizado. O respectivo carrinho posicionador (13) desloca o contêiner para a posição central acessível pelo transportador (6), específico da estante de armazenagem (4) em questão, que é uma das várias estantes que compõem a estrutura de armazenamento automatizada (1). Assim como nas outras operações, o transportador (6) captura o contêiner e o direciona até a posição/pilha definida pelo controle da operação, onde o contêiner será depositado nesta estante de armazenamento (4) pela grua rolante (5) e seus subsistemas (5.1 e 5.2).

[0055] O caminho inverso de um contêiner, ou seja, a expedição deste contêiner da estrutura automatizada (1) também segue o mesmo princípio. O controle da operação direciona a grua rolante (5), específica da estante de armazenamento (4) onde encontra-se o contêiner em questão, até a posição ideal para que o mecanismo deslizante (5.2) do pegador de contêiner (5.1) faça a captura do contêiner no box. Uma vez capturado, a grua rolante (5) desloca o contêiner verticalmente pela estante de armazenagem (4) até o nível do transportador (6) que estará perfeitamente posicionado junto a prumada daquela caixa de corrida. Esse transportador (6) recebe o contêiner a bordo e transporta-o até o convés de entrada e saída (12), depositando-o sobre o convés de entrada e saída (12) na posição adjacente a estrutura de armazenamento automatizada (1). Por fim, o pórtico sobre trilhos (14) remove o contêiner do convés de entrada e saída (12) e carrega-o em um caminhão ou trem, por exemplo.

[0056] O sistema também pode ser aplicado em outras áreas do porto (por exemplo: retroporto, retro área de um porto) ou centros logísticos, sendo utilizado como centro de armazenamento de contêineres. Nesses casos onde a solução não é aplicada em conjunto com portêineres, o nível operacional dos transportadores (6) da estrutura de armazenamento automatizada (1) pode ser posicionado junto ao solo, ou então conforme a melhor aplicação para o projeto. Dessa forma, entende-se que o nível operacional dos transportadores (6) está ligado a necessidade de cada projeto.

[0057] No caso dos portos marítimos, o nível operacional é aquele que atenda à altura do carrossel (2) que irá otimizar a demanda operacional de um conjunto de portêineres instalados no cais, dessa forma o nível é proporcional a altura dos portêineres. Em outros cenários, como terminais ferroviários ou centros de armazenamento, o nível operacional pode ser junto ao solo para atender o maquinário local, sendo assim, até o uso do carrossel (2) pode ser dispensando ou então da área de transbordo intermodal (3), visto que apenas um sistema de entrada e saída de contêineres na estrutura de armazenamento automatizada (1) já possa suprir a demanda local. Porém, essas aplicações são alternativas do uso do sistema e deve-se entender como opções complementares ao uso e não limitativas.

[0058] Pela solução requerer uma quantidade relevante de energia elétrica para sua operação, os equipamentos móveis possuem capacidade de regeneração de energia em seus movimentos. Um exemplo é a aplicação de regeneração de energia nos sistemas de içamento da grua rolante (5), similar ao sistema de regeneração de energia que se encontra nos elevadores em edifícios. Como as cargas de trabalho são grandes, por se tratar de contêineres carregados, a regeneração de energia no sistema é considerável e torna a solução mais eficiente, reduzindo custos operacionais no longo prazo.

[0059] Seguindo o mesmo princípio de eficiência energética, é previsto a instalação de painéis fotovoltaicos no ático da estrutura de armazenamento automatizada (1), compondo uma usina de geração elétrica. Esses painéis solares são instalados em estrutura adequada acima do nível operacional das gruas rolantes (5). Esta usina de geração, neste caso independente da solução, poderá vir a suprir a demanda energética dos vários equipamentos elétricos e, o eventual excedente, ser aproveitado por outros setores do porto. A aplicação dos painéis fotovoltaicos também protege os subsistemas das intempéries climáticas pela ação intrínseca da estrutura física dos painéis solares.

[0060] Sendo assim, destacam-se a total aderência a concepção de solução sustentável (logística limpa), a mudança de paradigma em relação aos processos atuais do setor, a grande eficiência e capacidade operacionais a serem implementadas nos terminais portuários, a eliminação de mão de obra humana nas operações de risco, a redução significativa do tempo de permanência dos navios nos berços, desafogando os portos dos enfileiramentos, um melhor aproveitamento da área nobre de cais, dentre outros inúmeros benefícios decorrentes da nova abordagem.

[0061] Por fim, ressalta-se que o ato inventivo em pauta deve ser compreendido como representativo e não limitativo, apto a sofrer modificações convenientes em seu formato, dimensões e materiais, desde que tais modificações não fujam à essência da proposta.

Claims (12)

1. SISTEMA ROBOTIZADO PARA MOVIMENTAÇÃO E ARMAZENAGEM DE CONTÊINERES EM ESTRUTURAS VERTICAIS, caracterizado por, uma estrutura de armazenagem automatizada (1) para armazenamento de contentores marítimos, um carrossel (2) de contêineres e uma área de transbordo intermodal (3).
2. SISTEMA ROBOTIZADO PARA MOVIMENTAÇÃO E ARMAZENAGEM DE CONTÊINERES EM ESTRUTURAS VERTICAIS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, a estrutura de armazenagem automatizada (1) ser composta por um conjunto de estruturas estáticas geminadas e nomeadas individualmente de estantes de armazenamento (4) onde os contêineres são depositados, robôs chamados de grua rolante (5) que se movimentam longitudinalmente na parte superior das estantes de armazenamento (4), e, outros robôs chamados de transportador (6) que se deslocam em um andar específico da estrutura de armazenamento (1) responsáveis pela movimentação dos contêineres no processo de interação da estrutura de armazenagem automatizada (1) com os módulos do carrossel (2) e da área de transbordo intermodal (3).
3. SISTEMA ROBOTIZADO PARA MOVIMENTAÇÃO E ARMAZENAGEM DE CONTÊINERES EM ESTRUTURAS VERTICAIS, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por, cada unidade geminada de estante de armazenamento (4) da estrutura de armazenagem automatizada (1) possuir pelo menos um robô grua rolante (5) e um robô transportador (6) próprio para operação dos contêineres em sua estrutura estática.
4. SISTEMA ROBOTIZADO PARA MOVIMENTAÇÃO E ARMAZENAGEM DE CONTÊINERES EM ESTRUTURAS VERTICAIS, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por, o sistema de grua rolante (5) responder pela inserção ou retirada dos contêineres de sua estante de armazenamento (4) da estrutura de armazenagem automatizada (1) e incorporar dois outros módulos móveis, o pegador de contêiner (5.1) que através de cabos da grua rolante (5) transporta verticalmente o contêiner de/para o nível da estrutura onde encontra-se a respectiva posição de armazenamento, e, o mecanismo deslizante (5.2) o qual efetivamente adentra a posição de armazenamento na estante de armazenamento (4) e realiza a devida inserção final do contêiner ou inicia a retirada do contêiner deste box de armazenamento.
5. SISTEMA ROBOTIZADO PARA MOVIMENTAÇÃO E ARMAZENAGEM DE CONTÊINERES EM ESTRUTURAS VERTICAIS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, a estrutura do carrossel (2) ser elevada do solo do cais de forma compatível com os portêineres existentes nos berços de atracação do porto, possuir um convés de guindaste (7) e convés da pilha (8), e, os chamados transportadores cíclicos (9) que circulam pelo carrossel (2) através das pistas de trilhos (10.1 e 10.2) interligadas por um mecanismo de mudança de direção (11).
6. SISTEMA ROBOTIZADO PARA MOVIMENTAÇÃO E ARMAZENAGEM DE CONTÊINERES EM ESTRUTURAS VERTICAIS, de acordo com as reivindicações 1 e 5, caracterizado por, o transportador cíclico (9) se locomover pelo carrossel (2) de forma automatizada transportando contêineres de uma posição a outra dos conveses (7 e 8) controlado pelo sistema de gerenciamento, um transportador cíclico (9) é composto pelo carrinho motriz (9.1), a parte motora do transportador cíclico (9), que segue pela pista de trilhos (10.1 e 10.2) do carrossel (2), e, um carrinho deslizante (9.2) montado sobre o carrinho motriz (9.1), este carrinho deslizante (9.2) deposita ou recolhe o contêiner das áreas de transferência do convés de guindaste (7) e do convés da pilha de armazenamento (8).
7. SISTEMA ROBOTIZADO PARA MOVIMENTAÇÃO E ARMAZENAGEM DE CONTÊINERES EM ESTRUTURAS VERTICAIS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, a área de transbordo intermodal (3) de contêineres ser o módulo responsável pela interação da estrutura de armazenamento automatizada (1) com as alternativas modais de transporte existentes em cada centro logístico, a área de transbordo (3) é composta pelo convés de entrada e saída (12), carrinho posicionador (13) e pórtico montado sobre trilhos (14).
8. SISTEMA ROBOTIZADO PARA MOVIMENTAÇÃO E ARMAZENAGEM DE CONTÊINERES EM ESTRUTURAS VERTICAIS, de acordo com as reivindicações 1 e 7, caracterizado por, o convés de entrada e saída (12) da área de transbordo intermodal (3) ser suspenso, assim como o carrossel (2), no mesmo nível operacional dos mecanismos transportadores (6), e, o convés de entrada e saída (12) oferecer um espaço físico de armazenamento temporário de contêineres enfileirados na sua seção transversal, além de um robô denominado carrinho posicionador (13) que atua neste espaço.
9. SISTEMA ROBOTIZADO PARA MOVIMENTAÇÃO E ARMAZENAGEM DE CONTÊINERES EM ESTRUTURAS VERTICAIS, de acordo com as reivindicações 1 e 7, caracterizado por, os contêineres serem movimentados entre as alternativas de modais logísticos e o convés de entrada e saída (12) através de pórticos montados sobre trilhos (14).
10. SISTEMA ROBOTIZADO PARA MOVIMENTAÇÃO E ARMAZENAGEM DE CONTÊINERES EM ESTRUTURAS VERTICAIS, caracterizado por, os equipamentos automáticos, mecanismos e robôs presentes na estrutura de armazenagem automatizada (1) serem controlados por um sistema de controle operacional central computadorizado.
11. SISTEMA ROBOTIZADO PARA MOVIMENTAÇÃO E ARMAZENAGEM DE CONTÊINERES EM ESTRUTURAS VERTICAIS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, os contêineres armazenados na estrutura de armazenagem automatizada (1) serem acessados de forma direta, independentemente da sua posição na estrutura de armazenagem automatizada (1), sem a necessidade de movimentar outros contêineres.
12. SISTEMA ROBOTIZADO PARA MOVIMENTAÇÃO E ARMAZENAGEM DE CONTÊINERES EM ESTRUTURAS VERTICAIS, de acordo com as reivindicações 10 e 11, caracterizado por, um sistema central de controle computadorizado cuja programação prioriza um alto nível de inteligência operacional da solução, pelo emprego de inúmeros algoritmos logísticos e por utilizar-se do fato dos contêineres poderem ser acessados de forma direta para aprimorar a eficiência temporal das operações de movimentação dos mesmos e gerar enorme flexibilidade para não impactar a performance sob quaisquer inesperadas variações ou mudanças no plano de operação.

Images