BR102021009242A2 - Método para correlação das medições de posição e perfil para um aparelho de elevação - Google Patents

Método para correlação das medições de posição e perfil para um aparelho de elevação Download PDF

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Yannick BODIN
Aurélien Gaudras
Charles Blondel
Jean-François Carvalho
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Schneider Electric Industries Sas
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Abstract

A presente invenção refere-se a um método para correlacionar as medidas de posição e perfil de um objeto a ser manipulado por um aparelho de elevação. O método está a ser implementado em uma unidade de controle centralizada configurada para controlar o aparelho de elevação. O método inclui a recepção de dados de sensor de posição (301) de pelo menos um sensor de posição, sendo esse sensor configurado para efetuar medições de posição do aparelho de levantamento dentro da área de levantamento. Determinação da velocidade (303) do aparelho de elevação e refinação da posição do objeto a manipular com base nos dados de posição recebidos do sensor de posição. O método inclui ainda correlacionar (305) a posição refinada e os dados de perfil para calcular as dimensões do objecto.

Description

MÉTODO PARA CORRELAÇÃO DAS MEDIÇÕES DE POSIÇÃO E PERFIL PARA UM APARELHO DE ELEVAÇÃO
[0001] A presente invenção refere-se a um método para correlacionar as medições de posição e perfil de um objeto realizado para um aparelho de elevação, e, em particular, um objeto que deve ser manuseado por um aparelho de elevação em um armazém.
ANTECEDENTES
[0002] No contexto da automatização do armazenamento em uma área industrial, tal como um armazém, estaleiro ou similar, onde os objetos são regularmente armazenados e deslocados, os objetos podem ser manuseados, movidos e/ou manipulados por um aparelho de elevação.
[0003] Aparelhos de elevação 1 tais como pontes-guindastes, pórticos ou pontes rolantes suspensas compreendem geralmente um carrinho 2 que se pode mover sobre uma única viga ou um conjunto de carris 3 ao longo de um eixo horizontal X, como se mostra na Figura 1. Este primeiro movimento ao longo do eixo X é geralmente referido como movimento de deslocamento curto e/ou movimento de trólei. Dependendo do tipo de aparelho, a viga ou o conjunto de carris 3, também referido como ponte, pode também ser móvel ao longo de um eixo horizontal Y perpendicular ao eixo X, permitindo assim que o carrinho se desloque ao longo dos eixos X e Y. Este segundo movimento ao longo do eixo Y é geralmente referido como movimento de longo curso e/ou movimento de ponte ou grua. A quantidade de viagens curtas disponíveis ao longo do eixo X e viagens longas ao longo do eixo Y determina uma área de elevação que é abrangida pela talha 1.
[0004] Um dispositivo de suspensão de carga 4 está associado a cabos que passam através do carrinho 2, sendo o comprimento dos cabos 5 controlado pelo carrinho 2 para variar, permitindo assim o deslocamento de uma carga 6 ao longo de um eixo vertical Z, referido como movimento de elevação.
[0005] A fim de manusear e mover objetos na área de elevação, é necessário determinar um mapa bidimensional, 2D, ou tridimensional, 3D, do armazém e do objeto nele localizado, incluindo a posição, orientação e forma, e espaço livre em torno do próprio objeto.
[0006] Para este fim, os sensores instalados no aparelho de elevação ou perto dele podem ser utilizados para varrer o solo enquanto o aparelho de elevação está em movimento. Por exemplo, sensores como radares ou scanners/câmaras podem ser utilizados para determinar a posição, orientação e perfil dos objetos.
[0007] No entanto, devido ao atraso na aquisição de dados pelo sensor ou sensores e na comunicação dos dados a uma unidade de controle de processamento centralizada para calcular a posição do objeto, são geralmente efetuados movimentos lentos e numerosos para adquirir dados suficientes para determinar a localização dos objetos, o que atrasa as operações do aparelho de elevação.
[0008] Para permitir aplicações como a automatização das manipulações do objeto, a determinação da localização do objeto tem de ser precisa. Caso contrário, a automatização não é possível e as manipulações de objetos teriam de ser realizadas manualmente por um operador.
[0009] Uma solução de técnica prévia consiste em um sistema que utiliza um carrinho acima de um objeto a ser manipulado. Utilizando duas unidades de digitalização, a solução conhecida digitaliza o objeto enquanto se desloca sobre ele para determinar a sua posição e dimensão. Depois, é necessário outro movimento para agarrar o objeto. Esta solução requer portanto duas fases (uma fase de varrimento e uma fase de manipulação), introduzindo assim perda de tempo, etapas adicionais de paragem e arranque de um motor do carrinho, deteriorando assim o sistema.
[0010] Em outra solução de tecnologia anterior, é utilizada uma unidade de digitalização que se move lentamente sobre o objeto a ser manuseado, enquanto o objeto é mantido imóvel em posição de repouso.
[0011] As aplicações de automatização requerem tipicamente a determinação com precisão, por exemplo, menos de 5mm), da localização 2D ou 3D e das dimensões de cada objeto a ser manipulado. Para permitir melhorias na velocidade em relação às manipulações manuais, a determinação da localização do objeto precisa de ser eficientemente executada reduzindo os movimentos realizados pelos sensores e/ou melhorando o processamento dos dados adquiridos pelos sensores.
[0012] Por conseguinte, deseja-se ter uma determinação precisa de um objeto a ser manipulado por um aparelho de elevação, reduzindo simultaneamente o tempo necessário para tal determinação, de modo a melhorar as operações do aparelho de elevação.
[0013] Referindo-se à Figura 2, é mostrado um aparelho de elevação 1 com uma grua de carrinho 2 que é móvel ao longo de um carril 3. O carrinho 2 está ainda equipado com um sistema de posicionamento 7 e um sensor de varrimento 8.
[0014] O sistema de posicionamento 7, neste exemplo, um sistema de radar, incluindo um emissor de rádio e um detector de rádio, emitirá ondas de rádio que serão refletidas por estruturas do ambiente circundante, neste caso uma parede 9, que deverão ser detectadas pelo detector do radar. Isto permitirá determinar a distância entre o trolley e a parede 9. A fim de aumentar ainda mais a precisão, um segundo detector de rádio pode ser instalado em uma posição de referência fixa em uma extremidade distal dos carris 3. Isto permitirá determinar a distância entre o trolley e a posição de referência do carril. O movimento do carrinho pode interferir com a emissão de ondas de rádio e a detecção de ondas de rádio.
[0015] O sensor de varrimento 8, incluindo uma fonte de luz e dois ou mais sensores de luz, emitirá luz através da fonte de luz que será refletida por um objeto 10 presente por baixo do carrinho. A luz refletida poderá ser detectada pelos sensores de luz do sensor de varrimento 8. Isto permitirá determinar a distância entre o trolley e o objeto 10 abaixo dele. O movimento do carrinho irá interferir com a luz emitida, a reflexão contra o objeto 10, e a detecção da luz refletida pelos sensores de luz.
[0016] A fim de determinar a distância utilizando o sensor de varrimento, é necessário determinar o tempo de voo da luz emitida, refletida e detectada. Para isso, a luz emitida utilizará impulsos que podem ser detectados, e a diferença de tempo resultante entre a emissão do impulso e a detecção do impulso refletido é medida. Um sinal pulsado ou intermitente pode ser criado por modulação de amplitude e/ou frequência. Como a luz viajou em direção a um objeto e de volta desse objeto, a luz viajou duas vezes a distância entre o sensor e o objeto. Utilizando a velocidade da luz constante c e o tempo de voo (t2 - t1), a distância D pode ser determinada.
Figure img0001
[0017] Os sensores de varrimento mais avançados podem ainda incluir diferenças nos ângulos de fase de, por exemplo, sinais sinusoidais na determinação da hora de voo. O princípio da detecção de impulsos refletidos e da medição permanece o mesmo.
[0018] Independentemente do tipo de sensor de digitalização utilizado, as medições de tempo dos impulsos e distâncias precisam de ser sincronizadas juntamente com as medições de posição da localização associada do sensor e do objeto. Isto torna-se ainda mais crítico quando o objeto e o sensor estão em movimento um em relação ao outro. É por isso que até agora a digitalização de objetos é realizada a baixa velocidade com os objetos mantidos parados em uma posição de repouso.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0019] É, portanto, um objetivo da invenção fornecer um método que facilite medições precisas a alta velocidade. De acordo com a invenção, este objetivo é alcançado fornecendo um método para correlacionar as medições de posição e perfil de um objeto a ser manipulado por um aparelho de elevação, em que o método inclui a recepção de dados do sensor de posição de pelo menos um sensor de posição, sendo esse sensor configurado para efetuar medições de posição do aparelho de elevação dentro da área de elevação. O método inclui ainda a determinação da velocidade do aparelho de levantamento, o refinamento da posição do objeto a ser manipulado com base nos dados de posição recebidos do sensor de posição, e a correlação entre a posição refinada e os dados de perfil para calcular as dimensões do objeto.
[0020] O método pode ser implementado em uma unidade de controle centralizada configurada para controlar o aparelho de elevação e que compreende o seguinte.
[0021] De acordo com um aspecto, é fornecido um aparelho de elevação, compreendendo um carrinho fornecido com um sensor de posição e um scanner de perfil, e uma unidade de controle central. E na qual a unidade central de controle está configurada para executar o método de correlação de medidas de posição e perfil.
[0022] De acordo com um outro aspecto, é fornecida uma unidade central de controle para um aparelho de elevação, sendo a unidade central de controle configurada para a execução do método, conforme aqui revelado.
[0023] De acordo com outro aspecto, é fornecido um programa de computador executável por um processador e compreendendo instruções para, quando executado pelo processador, executar as etapas do método, conforme aqui revelado.
[0024] De acordo com ainda outro aspecto, um meio de armazenamento não transitório, com um programa de computador armazenado no mesmo, o referido programa de computador compreende instruções para, quando executado por um processador, executar as etapas do método tal como aqui revelado.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0025] Apenas a título de exemplo, as concretizações da presente revelação serão descritas com referência aos desenhos que a acompanham, em que
[0026] A Figura 1 ilustra esquematicamente um exemplo de um aparelho de elevação;
[0027] A Figura 2 ilustra esquematicamente um exemplo de um aparelho de elevação com sensores;
[0028] A Figura 3 ilustra um exemplo de um método de correlação de dados de posição e perfil de um objeto em uma área de içamento de acordo com a invenção;
[0029] A Figura 4 ilustra um exemplo de atrasos temporais de medição, comunicação e processamento; e
[0030] A Figura 5 ilustra um exemplo de um fluxograma de um processo de calibração.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0031] Referindo-se à Figura 3, é apresentado um exemplo de um método para correlacionar as medidas de posição e perfil de um objeto na área de içamento de um aparelho de içamento, o objeto destinado a ser manuseado pelo aparelho de içamento. O método pode ser implementado em uma unidade de controle centralizada configurada para controlar o aparelho de elevação.
[0032] O método inclui a recepção dos dados do sensor de posição 301 de pelo menos um sensor de posição de um aparelho de elevação, sendo o sensor de posição configurado para efetuar medições de posição do aparelho de elevação dentro da área de elevação. O método inclui ainda a recepção dos dados do scanner de perfil 302 de pelo menos um scanner de perfil localizado no aparelho de levantamento, sendo o scanner de perfil configurado para efetuar medições de perfil de um objeto localizado por baixo do aparelho de levantamento. O método inclui ainda a obtenção de um histórico de velocidade 303 do aparelho de levantamento, e a determinação de uma correção de posição para ter em conta um atraso de tempo resultante. O atraso de tempo pode ser o resultado de um atraso de medição representativo de um tempo de medição do sensor, um atraso de comunicação representativo de um tempo de comunicação entre pelo menos um sensor e a unidade de controle centralizada, e um atraso de processamento representativo de um tempo de processamento da unidade de controle centralizada. O atraso temporal resultante é relevante, uma vez que os casos de tempo em que a medição da posição e a medição do perfil são realizadas podem não ser simultâneas.
[0033] O método inclui ainda a refinação 304 e/ou a correção dos dados de posição do objeto com base na velocidade determinada do aparelho de elevação e correção da posição associada. A refinação da medição da posição permite correlacionar 305 a medição da posição e a medição do perfil e fornecer dados precisos da posição e do perfil do objeto abaixo do aparelho de elevação. Com isto, as dimensões do objeto serão conhecidas e poderão ser utilizadas no manuseamento do objeto pelo aparelho de elevação.
[0034] A fim de receber os dados do sensor de elevação, por exemplo, o scanner de perfil 8 na Figura 2, o aparelho de elevação, por exemplo, o carrinho 2 na Figura 2, deslocar-se-á sobre o objeto na área de elevação a uma certa velocidade. O scanner de perfil emitirá luz e detectará a luz refletida e medirá as instâncias de tempo associadas. Com base nestas medições, a distância em mm, por exemplo, será calculada e transmitida do scanner para a unidade central de controle. A distância medida é indicativa do perfil "Z" do objeto a ser medido.
[0035] É ainda necessário determinar uma posição X, Y correspondente à instância temporal em que a medição "Z" foi realizada. No entanto, devido à utilização de PLC ou dispositivos programáveis, que funcionam através da avaliação das suas entradas em uma base periódica, normalmente referida como um ciclo de varrimento, também o atraso temporal introduzido por este meio é relevante.
[0036] Referindo-se à Figura 4, é apresentado um exemplo de vários atrasos de tempo devido à medição, comunicação e processamento para uma configuração típica de um aparelho de elevação.
[0037] Em intervalos consecutivos, é realizada uma medição de posição ou perfil. O valor medido é então comunicado à unidade central de controle. O tempo necessário para realizar a medição Tmédio, pode também ser comunicado à unidade central de controle. Como se pode ver, o tempo até à realização de uma comunicação pode variar em função do momento de medição e da próxima instância de comunicação. Da mesma forma, o tempo de sincronização com um próximo ciclo de varrimento PLC também pode variar, e, consequentemente, são possivelmente introduzidos mais atrasos.
[0038] Isto significa que em uma instância de tempo de cálculo, quando tanto a posição X, Y como as medições do perfil Z estão disponíveis na unidade de controle para cálculos adicionais, devido ao movimento do carrinho a posição X, Y não é uma posição verdadeira correspondente à instância de tempo em que o perfil Z foi medido. Assim, é necessário correlacionar a medição do perfil com uma posição verdadeira, isto é, a posição exata X', Y' do aparelho de elevação.
[0039] Para o conseguir, é necessário o historial da velocidade do aparelho de elevação desde a primeira vez em que foi feita a medição da posição. Isto pode ser obtido a partir da unidade central de controle, que armazena o histórico da velocidade do aparelho de elevação, uma vez que também os emitiu como valores de comando para o aparelho de elevação. A partir dos dados históricos da velocidade desde a primeira instância da medição da posição, a evolução da posição do aparelho de elevação pode ser calculada posteriormente.
Figure img0002
[0040] Quando uma segunda instância em que a medição do perfil é realizada será conhecida, a medição da posição pode ser refinada para obter a verdadeira posição em que a medição do perfil foi realizada, tomando a integral da velocidade ao longo da diferença de tempo da primeira e segunda instâncias de tempo. O seu resultado proporciona uma distância de correção através da qual a medição da posição precisa de ser refinada.
[0041] Assim, são necessárias a primeira e segunda instâncias de tempo para os cálculos, o atraso temporal para a medição da posição, ou seja, o tempo_pos_resultado e o atraso temporal para a medição do perfil, ou seja, o tempo_resultado_perfil tem de ser conhecido com antecedência. Estes podem ser fornecidos pelo fornecedor do sistema de levantamento, podendo também ser obtidos no local durante um processo de calibração.
[0042] Consequentemente, o método pode ainda incluir um processo de calibração. Para tal, um objeto de referência de tamanho e dimensão conhecidos é digitalizado. E de preferência em um local fixo, em um ambiente conhecido de dimensões definidas.
[0043] O processo de calibração irá digitalizar o objeto de referência com o aparelho de elevação, ou seja, o carrinho, viajando a diferentes velocidades. Isto permitirá determinar o tempo de medição, o tempo de atraso de comunicação e o tempo de processamento para diferentes velocidades em várias circunstâncias. Estes valores podem ser armazenados na unidade central de controle.
[0044] Referindo-se à Figura 5, é apresentado um exemplo de fluxograma para o processo de calibração. Como a etapa inicial 501, é decidido se a calibração é necessária. Isto pode ser feito quando da colocação em serviço do aparelho de elevação, e pode ser repetido ao longo da vida útil do aparelho de elevação em um momento conveniente, por exemplo, após manutenção ou após atualização de serviço de qualquer um dos equipamentos presentes na área de elevação. Também pode ser feito para fins de validação e/ou de seguro.
[0045] Se for iniciada uma nova calibração 501, o aparelho de elevação é movido 502 em direção ao objeto de referência. O objeto de referência é digitalizado 503 a uma primeira velocidade de referência V(n). E as medições resultantes são verificadas em relação às dimensões e posição conhecidas do objeto de referência, a fim de determinar 504 o atraso temporal resultante devido ao atraso na medição, atraso na comunicação e atraso no processamento. O tempo de atraso resultante é armazenado.
[0046] Dependendo do número desejado de velocidades de referência, como pode ser definido por um operador, o scanning é repetido 505 a outra velocidade V(n+1). Quando se obtém um conjunto suficientemente grande de velocidades de referência, a unidade central de controle é atualizada 506 com os tempos de atraso para as respectivas velocidades de referência diferentes resultantes do processo de calibração. Desta forma, é ativado um processo de aprendizagem da máquina, que permite ao aparelho de elevação efetuar uma auto-verificação e atualizar as suas definições, se assim for necessário.
[0047] Quando as dimensões e posição exatas do objeto de referência ainda não são conhecidas, podem ser adquiridas em uma sequência de identificação 507 deslocando o aparelho de elevação para o objeto de referência e efetuando medições em stop-motion, ou seja, à velocidade V(0), para a qual o aparelho de elevação é deslocado e parado sobre o objeto de referência em um número variável de posições. Em cada posição P(x,y) é realizada uma medição de perfil Z. Como o aparelho de elevação é mantido imóvel em uma posição durante a realização da medição do perfil Z, não são introduzidos erros nos atrasos de tempo devido ao movimento.
[0048] O objeto de referência tem, de preferência, uma forma específica com uma superfície inclinada com um gradiente contínuo, como, por exemplo, mostrado na Fig.2, o que alivia os cálculos necessários. O comprimento do objeto de referência deve ser suficientemente grande para permitir múltiplas medições de posição e perfil quando o aparelho de elevação está a deslocar-se a toda a velocidade. Isto também depende do ciclo de medição para ambas as medições, posição e perfil.
[0049] Como mencionado, o objeto de referência é digitalizado 503 a uma primeira velocidade constante V(n), que é de preferência a velocidade máxima atingível pelo aparelho de elevação. A velocidade constante proporcionará maior precisão no cálculo da posição com o histórico de velocidade. Além disso, também as medições podem ser efetuadas com aceleração constante. Os resultados da varredura proporcionam combinações de medições de posição e perfil. Como as posições são conhecidas, o erro de posição Pos_error para essa velocidade V(n) pode ser calculado.
[0050] Começando por:
ΔPospos_globaι = Erro para medição da posição - Erro para medição da posição de perfil
ΔPoSpos_ global = Resulting_time_pos * speed - Resulting_time_profile * speed
ΔPoSpos_ global = (Tempo resultante_pos - Resulting_time_profile) * speed
[0051] Da qual se conclui que para 100% da velocidade máxima
[0052] Pos_erro (100%) = (Tempo resultante pos - Perfil de tempo resultante) * velocidade (100%)
[0053] Que pode ser reescrito como::
[0054] Tempo resultante_pos - Perfil de tempo resultante = ΔPoSpos_globaι/velocidade
[0055] Que ainda se iguala a:
[0056] ΔPospos_globaι/velocidade = Tempo resultante de diferença
[0057] Quando duas ou mais sequências de varrimento tiverem sido realizadas, as medições podem ser listadas em uma tabela. Quanto ao objeto de referência, o perfil é conhecido para cada posição exata da sequência de identificação, para o varrimento à velocidade V(n) a posição exata pode ser correlacionada com cada medição do perfil à velocidade V(n). Embora também tenham sido efetuadas medições de posição, a diferença de posições, (posição exata -medição de posição), permitirá determinar o perfil resultante_de tempo.
[0058] Conhecendo o perfil de tempo resultante e tempo resultante de diferença, o tempo resultante pos pode ser calculado:
[0059] Tempo resultante pos = Perfil de tempo resultante + Tempo resultante de diferença
[0060] Com estes atrasos de tempo conhecidos, a verdadeira posição do aparelho de elevação no momento da medição do perfil pode ser calculada, e as dimensões corretas do objeto a ser manuseado pelo aparelho de elevação podem ser determinadas.
[0061] Embora a presente invenção tenha sido descrita acima com referência a concretizações específicas, não se pretende limitá-la à forma específica aqui exposta. Pelo contrário, a invenção é limitada apenas pelas reivindicações que a acompanham e, outras concretizações que não as específicas acima referidas são igualmente possíveis no âmbito destas reivindicações anexas.
[0062] Além disso, embora as concretizações exemplares tenham sido descritas acima em alguma combinação exemplar de componentes e/ou funções, deve ser apreciado que, as concretizações alternativas podem ser fornecidas por diferentes combinações de membros e/ou funções sem se afastar do âmbito da presente divulgação. Além disso, é especificamente contemplado que uma determinada característica descrita, quer individualmente quer como parte de uma concretização, pode ser combinada com outras características descritas individualmente, ou partes de outras concretizações.

Claims (10)

  1. Método para correlacionar as medições de posição e perfil de um objeto a ser manipulado por um aparelho de elevação, sendo o método implementado em uma unidade de controle centralizada configurada para controlar o aparelho de elevação e caracterizado pelo fato de que compreende o seguinte:
    • - receber dados do sensor de posição (301) de pelo menos um sensor de posição, sendo o referido sensor configurado para efetuar medições de posição do aparelho de levantamento dentro da área de levantamento;
    • - determinar uma velocidade (303) do aparelho de elevação;
    • - refinar a posição do objeto a manipular com base nos dados de posição recebidos do sensor de posição;
    • - correlacionar (305) a posição refinada e os dados de perfil para calcular as dimensões do objecto.
  2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a determinação da velocidade (303) do aparelho de elevação compreende a obtenção de dados históricos da velocidade do aparelho de elevação e o cálculo da evolução da posição.
  3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a correlação (305) entre a posição refinada e os dados do perfil inclui o cálculo de uma posição verdadeira com base em um atraso temporal predeterminado associado à velocidade do aparelho de elevação.
  4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o atraso temporal é predeterminado por um processo de calibração.
  5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um processo de calibração para:
    fornecer um objeto de referência de dimensões conhecidas em um local conhecido na área de elevação;
    digitalizar o objeto de referência com o sensor com o aparelho de elevação viajando a velocidades de referência diferentes (V);
    a unidade de controle para cada velocidade de referência respectiva:
    obter medições de posição e perfil a partir do sensor e do scanner associados à velocidade de referência;
    verificar as medições em relação às dimensões e posição conhecidas do objeto de referência e determinação do tempo de atraso;
    armazenar o tempo de retardamento associado a cada velocidade de referência respectiva.
  6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende ainda o controle do aparelho de elevação, com base nas dimensões calculadas do objeto.
  7. Aparelho de elevação, caracterizado pelo fato de que é composto por um carrinho fornecido com um sensor de posição e um scanner de perfil, e uma unidade central de controle, onde a unidade central de controle é configurada para executar o método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.
  8. Unidade central de controle de um aparelho de elevação, caracterizada pelo fato de que é a unidade central de controle configurada para executar o método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.
  9. Programa de computador executável por um processador caracterizado pelo fato de que compreende instruções para, quando executado pelo processador, executar as etapas do método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.
  10. Meio de armazenamento legível por computador não transitório, com um programa de computador armazenado no mesmo, caracterizado pelo fato de que esse programa de computador compreende instruções para, quando executado por um processador, executar as etapas de um método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.
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