ES2225394T3 - Procedimiento y aparato para paletizar paquetes de tamaño y peso irregulares. - Google Patents
Procedimiento y aparato para paletizar paquetes de tamaño y peso irregulares.Info
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Abstract
Un procedimiento para seleccionar paquetes individuales (A, B, ...) de una línea de paquetes acumulados compuesta por una pluralidad de paquetes en contacto lineal a lo largo de sus longitudes, incluyendo dicha línea de paquetes acumulados, en sus extremos opuestos, los paquetes finales primero y segundo (A, D) definiendo las superficies correspondientes primera y segunda, aparentemente opuestas, la distancia real entre dichas superficies, aparentemente opuestas, definiendo dicha longitud total real de dicha línea de paquetes acumulados, incluyendo también dicha línea de paquetes acumulados, al menos un paquete intermedio (B, C), situado entre dichos paquetes finales, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de: a) definir una dimensión común de una pluralidad de paquetes como ¿longitud nominal¿ de cada uno de dichos paquetes; b) después de la etapa ¿a¿, acumular dicha línea de paquetes acumulados como una pluralidad de paquetes en contacto lineal, de forma que dichas dimensiones comunes reales de dichos paquetes se combinan para constituir la longitud real de línea de dicha línea de paquetes acumulados; c) medir la longitud real de línea de dicha línea de paquetes acumulados, midiendo la distancia entre dichas superficies primera y segunda aparentemente opuestas; d) definir como ¿error real de línea¿ (e), la diferencia entre dicha longitud real de línea de paquetes acumulados y la suma de las longitudes nominales de línea de todos los paquetes de la línea; e) asignar una parte de dicho error real de línea a uno de dichos paquetes intermedios dentro de dicha línea; y f) dar instrucciones a un dispositivo de agarre para que recoja dicho paquete intermedio, dichas instrucciones en base, al menos parcialmente, a dichas medidas de longitud nominal y a dicha parte de dicho error real de línea asignada a dicho paquete intermedio.
Description
Procedimiento y aparato para paletizar paquetes
de tamaño y peso irregulares.
La presente invención se refiere en general a la
manipulación de paquetes, y se refiere más particularmente a un
método y un aparato para recibir paquetes de tamaño aleatorio,
seleccionando y apilando los paquetes en una configuración estable
sobre un palé u otra ubicación adecuada, de tal manera que el palé
completo y su contenido situado sobre el mismo se puedan transportar
a un destino alejado.
En la técnica anterior, se conoce de forma
general la obtención de métodos y aparatos para apilar paquetes
individuales (a los que se puede hacer referencia también como
"cajas") en uno o más grupos, de modo que los grupos de
paquetes se pueden transportar de la forma habitual a una ubicación
alejada. Dichos aparatos de la técnica anterior tienden a agruparse
en sistemas de paletización "aleatoria" y "no
aleatoria".
La patente U.S. n.º 5,1745,692 de Mazouz,
titulada "Method and Apparatus for Randomly Arriving Mixed Size
and Content Parcels", da a conocer un método y un aparato para
apilar paquetes utilizando un transportador 2 de tipo
"carrusel" circular que acepta paquetes y los apila sobre
palés tales como la referencia 6. Se utilizan ciertos "factores
de atributos" para seleccionar un paquete, por ejemplo, la
toxicidad, las pruebas de caída, la capacidad de aplastamiento, la
fragilidad y el contenido. Parece que una parte importante de la
descripción de Mazouz es la utilización de "voxels" que
tienen una "longitud unidad". A efectos del modelado se
determina el "voxel común más grande".
Aunque la técnica anterior tal como el documento
de Mazouz incluye ventajas, siempre existe la necesidad de
mejoras con respecto a dicha técnica anterior que proporcionen una
precisión y una eficacia mejoradas del apilamiento del palé, que es
proporcionado por la presente invención.
La técnica anterior disponible no trata del
problema de "corrección de errores" tal como está definido en
la página 99/100 de la descripción.
La presente descripción supera las deficiencias
de la técnica anterior proporcionando un método y un aparato para
medir, acumular, y paletizar paquetes, que proporcionan una
eficacia de apilamiento mejorada de una manera eficaz con respecto
al tiempo.
De acuerdo con la invención, se proporciona un
método y un aparato para corregir errores según las reivindicaciones
independientes 1 y 7 anexas.
Otros objetos, características y ventajas se
pondrán de manifiesto tras leer la descripción detallada siguiente
de la invención, cuando sea tomada conjuntamente con los dibujos y
las reivindicaciones anexas.
Únicamente las Figs. 114-117
tratan de la realización reivindicada.
La Figura 1 es una vista ilustrativa de un
aparato 10 que incluye un transportador acumulador, un
transportador alimentador de entrada, un transportador de medición,
una pinza y un procesador central. De forma similar se muestran
palés que tienen paquetes apilados en ellos.
La Figura 2 es una vista superior en planta de
una disposición de múltiples palés suministrada por una cinta
alimentadora.
La Figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra
el flujo de paquetes y datos en el aparato.
La Figura 4 es un diagrama de flujo interactivo
del camino de datos/camino de decisión que ilustra un método.
La Figura 5 es una vista superior en planta que
ilustra una disposición 50 de múltiples palés que tiene unos palés
en un lado de un transportador acumulador.
La Figura 6 es una vista superior en planta,
ilustrativa, de una disposición 60 de múltiples palés con palés a
cada lado del transportador acumulador.
La Figura 7 es una vista superior en planta que
ilustra una disposición 70 de múltiples transportadores
acumuladores según una realización.
La Figura 8 es una vista superior en planta que
ilustra una segunda disposición 80 de múltiples transportadores
acumuladores.
La Figura 9 es una vista ilustrativa gráfica que
ilustra un perfil 90 de apilamiento en pirámide.
La Figura 10 es una ilustración gráfica
tridimensional de una esquina posicionada dentro de un sistema
tridimensional de coordenadas que incluye los ejes mutuamente
perpendiculares X (horizontal), Y (vertical) y Z (horizontal).
La Figura 11 es una vista similar a la mostrada
en la Figura 11, excepto en que se ha considerado la colocación de
un posible paquete "P1", y se han creado varias esquinas.
La Figura 12 es una vista similar a las Figuras
11 y 10, excepto en que se ha añadido otro paquete "P2", y se
han añadido esquinas adicionales.
La Figura 13 es una vista superior en planta de
una esquina, y de las superficies de soporte consideradas para ser
utilizadas en una esquina.
La Figura 14 es una vista lateral que ilustra el
concepto de paquetes contiguos.
La Figura 15A es una vista ilustrativa de un
registro 31 de esquina, y de las superficies y las listas de
paquetes contiguos frontales, posteriores, derechos e izquierdos
que están asociadas a cada esquina con la presente invención.
La Figura 15B es una vista ilustrativa de dos
listas, una lista de paquetes (que incluye una serie de registros
de paquetes) y una lista de paquetes contiguos. También se ilustra
la facilidad de referencia cruzada proporcionada entre estas dos
listas.
La Figura 16 es una vista superior en planta (a
lo largo del eje Y), que ilustra la provisión de un modelo 160 de
varios márgenes de paquetes contiguos alrededor de la periferia
lateral de las esquinas.
La Figura 17 es un diagrama de flujo que ilustra
la lógica referente a la actualización del modelo de geometría.
La Figura 18A es una vista de la técnica de
modelado que incluye la utilización de esquinas, que ilustra la
creación de una esquina a la derecha y en la parte superior de un
paquete "A" que se acaba de colocar. La vista se ha tomado
según el eje "Z" en el modelo tridimensional.
La Figura 18B es similar a la Figura 18A, excepto
en que se ha colocado otro paquete "B" en las esquinas
superior y derecha descritas en relación con la Figura 18A.
La Figura 19 es una ilustración de una técnica de
modelado, que consiste en un "enrase" y un
"desplazamiento" para generar colocaciones de paquetes
potenciales.
La Figura 20 es una ilustración de un modelo 200
según la técnica de modelado según un aspecto, en la que un
paquete, una vez colocado, proporciona una superficie nueva de
soporte para las esquinas existentes.
La Figura 21 es un diagrama 210 de flujo lógico
que ilustra la operación de una decisión básica de enrase, que
incluye esencialmente las etapas de mirar los intersticios
superior, frontal y derecho entre el paquete y los límites
exteriores.
La Figura 22 es un diagrama 220 de flujo lógico
que ilustra una Decisión de Enrase Frontal según la presente
invención, en la que se realizan varias consideraciones para
decidir si realizar el "enrase frontal", incluyendo
consideraciones referentes a las dimensiones medias históricas de
los paquetes así como las dimensiones de los paquetes
amortiguados.
La Figura 23 es un diagrama 230 de flujo lógico
que ilustra una Decisión de Enrase Derecho, en la que se realizan
varias consideraciones para decidir si realizar el "enrase
derecho", incluyendo consideraciones referentes a las
dimensiones medias históricas de los paquetes así como las
dimensiones de los paquetes amortiguados.
La Figura 24(a-f) ilustran
un desplazamiento unidimensional.
La Figura 25(a-d) ilustra
un desplazamiento bidimensional.
La Figura 26A-26E ilustra unos
diagramas de flujo de secuencias de selección alternativas.
La Figura 27 ilustra un árbol 270 de relaciones
de soporte de cajas.
La Figura 28 ilustra los valores 280 colocados en
el árbol de relaciones.
Las Figuras 29A-29C ilustran
conceptos referentes a la fusión de esquinas.
La Figura 30 es un diagrama 300 de flujo que
ilustra varias etapas incluidas en una Comprobación de Estabilidad
según la presente invención, en la que se define una zona de centro
de gravedad para el paquete cuya colocación se está
considerando.
La Figura 31 es una ilustración 310 de una Zona
311 de Centro de Gravedad dentro de la "huella" de un paquete
que tiene una superficie inferior 312.
La Figura 32 es una vista lateral en planta de
una pila 320 de paquetes, que ilustra el concepto de una
"superficie efectiva de soporte" 334 utilizado con la presente
invención.
Las Figuras 33A-33C son una serie
de vistas superiores en planta de paquetes apilados que ilustran
características de superficies efectivas de soporte de paquetes a
través de múltiples capas de apilamiento.
Las Figuras 34A-34C son una serie
de vistas superiores en planta de paquetes, similares a las
correspondientes a las Figuras 33A-33C, excepto en
que como superficie efectiva de soporte se utiliza un rectángulo de
aproximación.
Las Figuras 35A y 35B son ilustraciones
inferiores en planta de las superficies inferiores de paquetes a
colocar, ilustrando la Figura 35A la utilización de Ventanas de
Esquinas de Paquetes según la presente invención, e ilustrando la
Figura 35B la utilización de Ventanas de Bordes de Paquetes.
La Figura 36 ilustra el concepto de la
utilización de cuatro bordes limítrofes de un polígono.
La Figura 37 ilustra la utilización de cuatro
vértices adicionales en la configuración modelada de la Figura
36.
La Figura 38 es una vista lateral en planta,
ilustrativa, de una pluralidad de paquetes apilados, proponiéndose
la colocación de un "Paquete a Colocar" adicional tal como se
muestra.
La Figura 39 es una vista superior en planta,
ilustrativa, de una pluralidad de paquetes apilados (algunos
mostrados en líneas de trazos), que ilustra el concepto de la
utilización de un Polígono de Superficie Directa de Soporte según
la presente invención.
La Figura 40 ilustra un modelo 400 que muestra la
posibilidad de que un rectángulo de centro de gravedad pueda caer
fuera de un Polígono de Superficie Directa de Soporte.
La Figura 41 ilustra el concepto de "fuerza
lateral".
La Figura 42 ilustra una pila 420 de
paquetes.
La Figura 43 ilustra la propagación lateral del
peso dentro de un grupo 430 de paquetes.
La Figura 44 ilustra una pila 440 de
paquetes.
La Figura 45 es una representación del flujo de
datos que ilustra las ventajas de las mediciones basadas en
estadística.
La Figura 46 es una ilustración del cálculo de un
Índice de Calidad.
La Figura 47 es una lista de factores de
ponderación utilizada en el índice de calidad.
Las Figuras 48A y 48B son, respectivamente, unas
vistas frontal y superior de los grupos 481, 482 de paquetes,
respectivamente, que ilustran la superposición vertical y lateral,
respectivamente.
Las Figuras 49A-49C ilustran el
cálculo del recuento de alturas.
La Figura 50 ilustra una comprobación de la
altura relativa utilizando un modelo de grupo 500 de paquetes.
La Figura 51 muestra el concepto de superposición
lateral dentro de un grupo 510 de paquetes.
Las Figuras 52A-52C ilustran el
concepto de nivelación de una caja a colocar con respecto a un
paquete contiguo.
La Figura 53 ilustra el ajuste de altura de los
paquetes contiguos.
La Figura 54 es una ilustración 540 del flujo de
datos que muestra los componentes utilizados en el cálculo del
índice de estrechamiento progresivo.
La Figura 55 es una ilustración 550 de la
utilización de un Umbral de Altura Relativa.
La Figura 56 es una vista lateral en planta de
una pluralidad de paquetes apilados evaluándose un "Paquete a
Colocar" propuesto en relación con un "Bloqueo Excesivo".
Si D1 (la longitud horizontal bloqueada mínima en las superficies
de la esquina inferior) es mayor que un tercio de W_{A} (la
anchura media de todas las cajas en la pila y el amortiguador) en
ese caso el índice de estrechamiento progresivo será
[D_{1}|(W_{A}|3)].
La Figura 57 es una vista lateral en planta,
ilustrativa, de una pluralidad de paquetes apilados, evaluándose un
"Paquete a Colocar" propuesto sobre la base si bloqueará una
posible colocación inferior.
Las Figuras 58A-58B ilustran el
concepto de comprobación de esquinas limítrofes.
La Figura 59 ilustra la comprobación de una caja
delgada cuando la caja a colocar está en un recodo, añadiéndose un
valor de 2 a los otros factores mostrados en la Figura 54 antes de
que se aplique un umbral si se cumplen ciertos criterios.
La Figura 60 ilustra la comprobación de una caja
delgada cuando la caja a colocar no está en un recodo, obteniéndose
como resultado la suma de un valor 2(1-(D_{1}/W_{A})) en
la ecuación mostrada en la Figura 54 si se cumplen ciertos
criterios.
Las Figuras 61A-61B ilustran los
resultados de la creación de un intersticio en una pila 610 por
parte de un paquete delgado.
Las Figuras 62A-62C ilustran el
concepto ventajoso de encontrar una "caja coincidente" para una
caja delgada.
Las Figuras 63A-63B ilustran la
amplificación de un intersticio dentro de las configuraciones 630,
631 de pila, respectivamente.
La Figura 64 ilustra el cálculo de una parte de
"escalera" del factor del índice de estrechamiento progresivo,
que se suma tal como se muestra en la Figura 54 antes de aplicar un
umbral.
La Figura 65 ilustra el cálculo de otro valor
(D_{3}/W_{A}/3) que se puede sumar a la parte de
"escalera" del factor del índice de estrechamiento progresivo
que se suma él mismo al índice de calidad según se muestra en la
Figura 46.
La Figura 66 ilustra el apilamiento en escalera
en una pila 660.
La Figura 67 ilustra el concepto de reglas de
apilamiento referentes a los espacios limítrofes frontales en el
modelo mostrado con la referencia 670.
La Figura 68 ilustra el concepto de reglas de
apilamiento en relación con los espacios limítrofes derechos en el
modelo mostrado con la referencia 680.
La Figura 69 ilustra otra regla de apilamiento
referente a los límites de apilamiento, que si se cumple daría como
resultado la adición de un valor de 1,5 al cálculo del índice de
estrechamiento progresivo.
La Figura 70 ilustra un límite derecho
irrecuperable dentro de una pila 700.
La Figura 71 ilustra una esquina posterior en un
límite.
La Figura 72 ilustra las reglas que se aplican
cuando se crea un intersticio excesivamente amplio cuando un paquete
a colocar no está cerca del límite frontal, en una configuración
mostrada con la referencia 720.
Las Figuras 73A-73C ilustran los
conceptos de alineación posterior en las pilas 730, 731, y 732,
respectivamente.
Las Figuras 74A-74C ilustran la
definición de límites de grupos de cajas mostrados en línea de
puntos, en las pilas 740, 741, y 742, respectivamente.
Las Figuras 75, 76 ilustran, respectivamente, las
pilas 750, 760, que ilustran el concepto de encaje de la esquina
frontal lateral.
Las Figuras 77, 78, ilustran las pilas 770, 780,
que ilustran diferentes colocaciones potenciales a la derecha.
La Figura 79 ilustra una pila 770 en la que la
caja a colocar sobrepasa los paquetes contiguos laterales, que se
refieren a la relación de cobertura dimensional.
La Figura 80 muestra una pila 800 en la que una
caja a colocar bloquea las esquinas inferiores que son las esquinas
situadas sobre las cajas A y B.
Las Figuras 81 y 82 muestran un intersticio con
respecto a las cajas contiguas en las pilas 810, 820
respectivamente.
La Figura 83 muestra un diagrama que ejemplifica
el cálculo de una penalización por un intersticio contiguo.
La Figura 84 es un diagrama 490 de flujo que
ilustra una búsqueda de parámetros basada en la eficacia volumétrica
media.
La Figura 85 muestra una vista gráfica de aparato
1000 de pinza.
La Figura 86 es una vista lateral del aparato de
pinza de la Figura 85.
La Figura 87 es una vista explosionada del
aparato de pinza de la Figura 85.
La Figura 88 es un diagrama de bloques de un
sistema de control para hacer funcionar el aparato de pinza de la
Figura 85.
La Figura 89 es un diagrama de flujo que ilustra
el proceso de posicionamiento del aparato de pinza adyacente al
paquete.
La Figura 90 es una vista aislada del elemento
1007.
Las Figuras 91A-D muestran
esquemáticamente la aproximación final de la pinza a un paquete.
La Figura 92 es una vista extrema de un aparato
de pinza modificado 1100 en el que el mecanismo de sujeción lateral
se puede mover selectivamente sobre el nivel del paquete cuando no
sea necesario.
Las Figuras 93-96 son paquetes
A-G que están siendo acumulados sobre un
transportador acumulador.
La Figura 97 es un diagrama de bloques que
muestra la interacción del módulo de software.
La Figura 98 es una vista ilustrativa que muestra
los tamaños relativos de un Objeto Rectangular Ampliado en
Movimiento, un Objeto Giratorio en Movimiento, y un Objeto
Rectangular Circunscrito.
Las Figuras 99A-99D ilustran la
determinación de posiciones a lo largo de un camino de
colocación.
La Figura 100 muestra una configuración de un
camino de colocación.
La Figura 101 muestra una configuración de la
planificación del camino de recogida.
La Figura 102 muestra un cálculo de la altura de
elevación del amortiguador.
La Figura 103 muestra una comprobación de
colisión.
La Figura 104 muestra el peso que pasa de capa a
capa dentro de una pila que incluye los paquetes A, B, C, D, E y
F.
La Figura 105 muestra la propagación del peso de
los paquetes A, B y C dentro de una pila.
La Figura 106 muestra una disposición de tareas
dentro de un grupo 2000 de tareas.
La Figura 107 muestra un diagrama 2010 de flujo
de ejecución de tareas de la pila.
La Figura 108 muestra un diagrama 2020 de flujo
de ejecución de tareas de planificación.
La Figura 109 muestra un diagrama 2030 de flujo
de ejecución de tareas de trayectoria.
La Figura 110 ilustra la definición de un Objeto
Rectangular Combinado en Movimiento.
Las Figuras 111, 112 y 113 son diagramas de flujo
referentes, respectivamente, a dispositivos periféricos, ejecución
de tareas, impresión y tratamiento de errores.
La Figura 114 ilustra una vista superior en
planta de un grupo 1140 de paquetes A, B, C, D, E y F, que están
siendo acumulados sobre un transportador acumulador.
La Figura 115 ilustra una vista superior en
planta de un grupo 1150 de paquetes A, C, D, E, F, y G que están
siendo acumulados encima de un transportador acumulador.
La Figura 116 ilustra una vista superior en
planta de un grupo 1160 de paquetes A, C, E, F, y G que están siendo
acumulados sobre un transportador acumulador.
La Figura 117 ilustra una vista superior en
planta de un grupo 1170 de paquetes A, B, C, D, E, F, y G, que están
siendo acumulados sobre un transportador acumulador.
A continuación se presenta un esquema general de
la descripción detallada.
I. FUNCIONAMIENTO
GENERAL
II. EXPOSICIÓN MÁS
DETALLADA
A. RECEPCIÓN CON ALEATORIEDAD
B. MEDICIÓN
C. ACUMULACIÓN
D. PALETIZACIÓN
- 1.
- Ejecución de la Decisión de Apilamiento de Paquetes
- A)
- Modelado Basado en Esquinas
- 1)
- Configuración del Modelo
- a)
- Creación de Esquinas
- b)
- Utilización de Superficies en el Registro de esquinas
- c)
- Establecimiento de Listas de Paquetes Contiguos
- d)
- Establecimiento de Listas de Paquetes con dirección
- 2)
- Actualización del Modelo
- a)
- Adición de esquinas nuevas
- b)
- Actualización de esquinas existentes
- c)
- Fusión de esquinas redundantes
- d)
- Actualización de superficies de esquinas y listas de paquetes contiguos
- B)
- Establecimiento de todas las colocaciones posibles
- 1)
- Opciones Generales de Colocación; Enrase y Desplazamiento
- 2)
- Enrase Frontal
- 3)
- Enrase Lateral
- 4)
- Desplazamiento
- C)
- Comprobación de la Estabilidad
- 1)
- Comprobación del porcentaje de la superficie de soporte
- 2)
- Cálculo de la zona del centro de gravedad
- 3)
- Comprobación de los límites de la Superficie Efectiva de Soporte
- 4)
- Comprobación del soporte lateral
- 5)
- Comprobación de la Distancia de la Superficie DS
- 6)
- Comparación de la Zona CG con el Polígono SD
- D)
- Evaluación de la colocación
- 1)
- Exposición general
- 2)
- Factor del Índice de Estrechamiento Progresivo
- Bloqueo Inferior
- Comprobación de paquetes delgados
- Comprobación de la escalera
- Comprobación de los límites
- Comprobación de los Intersticios Amplios
- Suma
- Umbral de la altura relativa
- 3)
- Factor del Índice de Nivel
- TOTALMENTE NIVELADO
- NIVELADO LATERALMENTE
- POR DEBAJO
- POR ENCIMA
- BLOQUEO POSTERIOR
- 4)
- Otros Factores
- Recuento de paquetes nivelados potenciales
- Agrupamiento
\hskip4cmrelación de llenado del área
\hskip4cmárea de los paquetes
\hskip4cmvolumen de los paquetes
\hskip4cmcobertura dimensional
\hskip4cmalineación
- Puenteado de superficies
- Área bloqueada
- Volumen bloqueado
- Intersticio con el paquete contiguo
- Edad de los paquetes
- Campo potencial
- Peso de los paquetes
- Distancia al techo
- 5)
- Suma del Índice de Calidad
- 6)
- Determinación y Sintonización de los Parámetros
- E)
- Ejecución del Proceso de Decisión de Múltiples Bucles
- 1)
- Variación de la Anidación de Bucles
- 2)
- Atajos
- 2.
- Recogida (y Colocación) de Paquetes con Pinza
- a)
- Configuración de la pinza
- b)
- Corrección de errores
- 3.
- Planificación Eficaz del Camino de Colocación y de Recogida
- a)
- Modelado
- b)
- Configuración del Camino de Colocación
- c)
- Camino de Recogida
- d)
- Posiciones de Paso en General
- e)
- Altura de Partida/Aproximación al Amortiguador
- f)
- Altura de Partida/Aproximación al Palé
- g)
- Búsqueda de Colisión con un Único Palé
- h)
- Búsqueda de Colisión con un Único Paquete
- i)
- Comprobación de la Convexidad e Inspección de la Colisión de los Paquetes
- j)
- Comprobación de la Posición de Paso Adyacente
- k)
- Comprobación Hacia Adelante
- l)
- Comprobación Hacia Atrás
- m)
- Adición de la Tolerancia Inferior
- 4.
- Colocación
E. EFICACIA DE LA SINCRONIZACIÓN
- 1.
- Planificación del Movimiento del Robot
- 2.
- Disposición de la sincronización
- 3.
- Planificación de un paquete por anticipado
- 4.
- Multitarea
F. CORRECCIÓN DE ERRORES
III.
CONCLUSIÓN
La presente invención se refiere en general a la
paletización de paquetes de tamaño y peso arbitrarios. La invención
contempla la recepción de paquetes individuales en donde la
distribución del tamaño y el peso de los paquetes es puramente
aleatoria, pudiendo ser diferente cada paquete con respecto al resto
de paquetes Preferentemente, todos los paquetes son de forma
rectangular, y están compuestos por material deformable tal como
cartón ondulado o material sólido tal como madera laminada. Al
utilizar un robot aéreo de tipo pórtico para paletizar dichos
paquetes, el método inventado de la disposición producirá una
configuración mecánica sencilla, que mejorará el tiempo del ciclo de
recogida-colocación de paquetes y producirá una
mejor eficacia de utilización del volumen del palé.
Un paquete rectangular recto específico tal como
los que se envían típicamente a través de correos se entrega
aleatoriamente al aparato de apilamiento según la presente invención
junto con un número de paquetes similares recibidos aleatoriamente.
Estos paquetes se miden, se pesan, y se acumulan dispuestos en fila
sobre un transportador amortiguador. A continuación, basándose en un
conjunto predeterminado de principios de apilamiento, de la fila de
paquetes sobre el acumulador se selecciona un paquete y se apila
junto con otros paquetes sobre un palé. Si el espacio lo permite,
se mide otro paquete recibido aleatoriamente y el mismo se coloca
sobre el transportador acumulador, y una vez más se invocan los
principios de apilamiento para seleccionar el "mejor" paquete
a colocar sobre el palé. Este proceso continúa hasta que
el(los) palé(s) de destino está(n) lleno(s) o no se
pueden apilar más paquetes según las directrices de apilamiento
predeterminadas.
Para determinar qué paquete seleccionar del
transportador acumulador y para determinar en dónde colocarlo sobre
el palé, se construye un modelo (que puede basarse en un ordenador)
de los paquetes ya situados sobre el palé. Esto se realiza
utilizando unas mediciones exteriores de los paquetes tomadas antes
de que se colocaran dichos paquetes. Este modelo incluye la
utilización de una pluralidad de "esquinas" (que son
esencialmente espacios rectangulares rectos) que se combinan para
componer el espacio que queda sobre el palé. Las esquinas se pueden
superponer.
Una vez definidas las esquinas, a continuación es
deseable definir una pluralidad de "colocaciones potenciales de
los paquetes" a las que también se puede hace referencia como
"colocaciones candidatas de los paquetes", o genéricamente
"colocaciones de los paquetes". Se selecciona un paquete
específico de cara a evaluarlo con una orientación específica dentro
de una esquina específica. En primer lugar se realiza una
comprobación sobre si el paquete tan siquiera encajará en la
esquina con esa orientación. Si no es así, se selecciona otra
orientación. Si el paquete no encaja en la esquina con
independencia de su orientación, se seleccionará otra esquina y el
proceso se repetirá hasta que se localice una esquina que acepte el
paquete con alguna orientación predeterminada, o hasta que se hayan
agotado todas las combinaciones orientación/esquina posibles para
el paquete determinado. En ese momento se selecciona un paquete
nuevo, y el proceso se repite.
Si se descubre una combinación
paquete/orientación que encaja en los límites de una esquina, y si
la esquina es lo suficientemente grande en relación con el paquete,
se pueden generar dos o más colocaciones potenciales diferentes de
los paquetes dentro de la esquina por medio de procesos conocidos
como enrase y desplazamiento. A medida que se genera cada una de
estas colocaciones potenciales de los paquetes, la misma se evalúa
según una comprobación de estabilidad en un esfuerzo por encontrar
una colocación potencial estable del paquete. Si no es posible un
enrase o desplazamiento dentro de la esquina, se evalúa la
combinación individual paquete/orientación/esquina según la
comprobación de estabilidad.
La comprobación de estabilidad proporciona una
determinación de "estable" en contraposición a "inestable"
para las colocaciones potenciales de los paquetes disponibles dentro
de cada combinación específica paquete/orientación/
esquina. Este análisis se basa parcialmente en la cantidad de superficie inferior real y efectiva de soporte que tendría el paquete si se colocara realmente en la combinación paquete/orientación/esquina que se está evaluando, y evalúa también la cantidad de soporte lateral que sería proporcionada al paquete por parte de otros paquetes adyacentes (ya colocados). Otra parte del análisis de estabilidad se refiere al soporte de esquinas y bordes de los paquetes.
esquina. Este análisis se basa parcialmente en la cantidad de superficie inferior real y efectiva de soporte que tendría el paquete si se colocara realmente en la combinación paquete/orientación/esquina que se está evaluando, y evalúa también la cantidad de soporte lateral que sería proporcionada al paquete por parte de otros paquetes adyacentes (ya colocados). Otra parte del análisis de estabilidad se refiere al soporte de esquinas y bordes de los paquetes.
Una vez que una colocación potencial específica
de un paquete se identifica como estable, a continuación esta
colocación se evalúa según un índice de calidad, y se calcula y
almacena un valor del índice de calidad para esa combinación
específica paquete/orientación/esquina.
De forma similar se evalúan otras combinaciones
paquete/orientación/esquina en relación con la estabilidad, y si son
estables se evalúan igualmente según el índice de calidad. La
combinación paquete/orientación/esquina que posee el índice de
calidad más alto es la que se escoge para ser "ejecutada"
realmente, es decir, de hecho el paquete escogido se retira del
transportador acumulador por medio de la pinza y se transfiere por
medio de la pinza hacia la esquina escogida con la orientación
escogida, de tal manera que se ha seleccionado la mejor
"colocación del paquete".
Durante cada ciclo de "recogida y
colocación" de la pinza, a continuación dicha pinza (que se
considera en este caso que acaba de colocar un paquete) se mueve a
lo largo de un "camino de recogida" para recoger un paquete
seleccionado del transportador acumulador, y a continuación se mueve
a lo largo de un "camino de colocación" para colocar el paquete
en su ubicación seleccionada. Estos caminos de "recogida" y
"colocación" (de la pinza y el paquete, respectivamente) serán
diferentes para cada ciclo. A efectos de eficacia temporal, cada uno
de entre los caminos de recogida y colocación se planifica según la
presente invención de manera que su distancia sea mínima. Según la
presente invención, estos caminos se limitan a una disposición en
planos verticales separados, es decir, el paquete (o pinza)
únicamente se desplazará hacia arriba o hacia abajo o en horizontal
cuando sea movido hacia su destino sin ningún movimiento hacia los
lados. Para planificar dichos caminos se realiza una evaluación de
las obstrucciones potenciales (típicamente paquetes apilados) entre
las posiciones de inicio y final a lo largo de los caminos de
"recogida" o "colocación". Esta evaluación incluye una
determinación de obstrucciones (típicamente paquetes apilados) que
están en intersección con un plano vertical que está en
intersección con los extremos de los caminos, y el establecimiento
de "posiciones de paso" aceptables que simplemente estén
libres (es decir, por encima) de las obstrucciones. Se utilizan
procesos de escaneado para descartar algunas de las posiciones de
paso de manera que se establece un camino preferido de recogida (o
colocación) que es convexo según su dimensión longitudinal. Esta
situación da como resultado unos caminos de recogida y colocación
sin interferencias que se aproximan a la distancia mínima entre sus
extremos, dada la limitación de los planos verticales de los
caminos.
Cuando la pinza recoge un paquete de entre otros
paquetes dentro de la "línea de paquetes" sobre el
transportador acumulador, es ventajoso saber dónde está situado
realmente el paquete dentro de dicha fila de paquetes. De este modo
se realiza un análisis acumulativo de corrección de errores para
compensar la diferencia entre el lugar en el que "debería"
estar el paquete en la fila de paquetes (basándose en mediciones
realizadas anteriormente según la dirección de avance), y el lugar
en el que puede estar realmente debido a la compresión de la fila
de paquetes u otros factores. Esta corrección de errores se realiza
comparando la longitud real de la fila de paquetes (medida por un
sensor) con la longitud "nominal" de la fila de paquetes (la
suma matemática de las longitudes de los paquetes sobre el
acumulador medidas anteriormente según la dirección de avance por
medio de la estación de medición). Conociendo la posición relativa
del paquete "seleccionado" dentro de la fila de paquetes
acumulados, y conociendo el error acumulado total entre la longitud
global real (medida) de la fila de paquetes y la longitud global
nominal (calculada) de la fila de paquetes, una parte del error
acumulado total se aplica al paquete seleccionado. A continuación
la pinza se envía al punto en el que estaría el paquete si no
existiera una deformación del mismo, aplicándose también la
corrección de error acumulado para compensar la deformación del
paquete u otros errores reales.
Según una realización de la presente invención,
se utiliza un único procesador para procesar información referente a
muchas tareas diferentes descritas anteriormente, tales como la
tarea de apilamiento, la tarea de planificación del camino del
robot, la tarea de trayectoria, las tareas de los dispositivos
periféricos, una tarea de impresión y una tarea de detección de
errores. Según la presente invención estas tareas están priorizadas
de tal manera que la tarea de trayectoria posee la prioridad más
alta, seguida por la tarea de errores, la tarea de los dispositivos
periféricos, la tarea de planificación, la tarea de apilamiento, y
la tarea de impresión. Siempre que se realiza una tarea de
prioridad alta, el tiempo de la CPU se desplaza inmediatamente hacia
una tarea con una prioridad baja.
Haciendo referencia a continuación a la Figura 1,
un aparato 10 de paletización de paquetes según la presente
invención incluye los siguientes componentes: un transportador
alimentador 12 de entrada, un transportador 14 de medición (que
incluye un arco 15 de medición), un transportador acumulador 16, una
pinza robótica 17 de paquetes de tipo pórtico aéreo, y un
controlador 18 del sistema.
El transportador alimentador 12 de entrada
justifica y clasifica los paquetes indicados genéricamente con la
referencia P. El transportador 14 de medición mide el tamaño y el
peso de los paquetes entrantes P. El transportador acumulador 16
(que puede ser un transportador de tipo rodillo) acepta paquetes
medidos y los coloca en contacto lineal directo contra un tope
extremo S.
La pinza 17 de paquetes de tipo aéreo (que tiene
los elementos de pinza indicados genéricamente con la referencia
19) recoge paquetes del transportador acumulador 16 de uno en uno y
los coloca sobre un palé según un proceso de evaluación descrito de
forma detallada posteriormente. En una realización preferida de la
invención, únicamente se utilizan dos orientaciones del paquete
para su colocación sobre el palé: la primera orientación es la misma
que en el acumulador, y la otra se gira 90 grados con respecto a un
eje vertical.
Haciendo referencia a continuación a la Figura 3,
en una realización preferida de la presente invención, todos los
componentes de la configuración mostrada en la Figura 1 se pueden
controlar por medio de un controlador 20 que incluye un controlador
de bus VME tal como el 22 que ejecuta un sistema operativo
multitarea de tiempo real. El software de control para el
transportador alimentador 12 de entrada, el transportador 14 de
medición, el transportador acumulador 16, la pinza 17 de paquetes
de tipo aéreo, y los algoritmos de apilamiento se ejecutan sobre un
procesador basado en una CPU Motorola u otra CPU adecuada. El
procesador (al que se puede hacer referencia también como
controlador) se comunica con servocontroladores de múltiples ejes
tales como los conocidos en la técnica para controlar el
transportador alimentador 12 de entrada, la estación 14 de
medición, el transportador acumulador 16, y la pinza 17 de paquetes
de tipo aéreo. También se puede comunicar mediante interfaz con una
tarjeta I/O analógica para recoger datos tales como el peso desde
células de carga, que en una realización de la presente invención
pueden residir en la estación de medición.
Haciendo referencia a continuación a la Figura 1,
los paquetes fluyen hacia el aparato 10 de paletización desde el
transportador alimentador 12 de entrada. Después de pasar a través
del transportador 14 de medición, a continuación los paquetes se
alimentan hacia el transportador acumulador 16. La pinza 17 de
paquetes de tipo aéreo recoge un paquete del transportador
acumulador 16 y lo coloca sobre un palé de espera tal como el 11.
Dentro del controlador 18 del sistema, los datos medidos de los
paquetes se almacenan en una memoria de ordenador, en donde unos
algoritmos de apilamiento buscan la mejor planificación de
colocación para los paquetes medidos. La planificación de la
colocación dictamina qué paquete se debe recoger del acumulador, en
dónde se debe colocar sobre el palé, y qué orientación del paquete
se utilizará.
En la memoria del ordenador se almacena
información referente a todos los paquetes apilados. Durante la
búsqueda, el controlador 18 hace referencia a un modelo geométrico
de la pila, y desarrolla una planificación de apilamiento. Después
de obtener una planificación de apilamiento, a continuación el
controlador 18 inicia una planificación del movimiento, que busca un
camino de la pinza y el paquete que esté libre de colisiones y que
tenga una distancia mínima de recorrido para cada ciclo de recogida
y colocación. Utilizando dichos caminos, el controlador guiará el
robot a través de una serie de ciclos de apilamiento de paquetes
que dará como resultado un palé completamente llenado.
Es importante entender que la presente invención
va dirigida a una situación específica en la que de una forma
puramente aleatoria se reciben paquetes que difieren ampliamente en
cuanto al tamaño y la forma. Este suministro aleatorio puede ser
proporcionado por un transportador de suministro externo tal como el
conocido en la técnica (no mostrado), o puede ser proporcionado
también al permitir que el transportador alimentador 12 de entrada
mostrado en la Figura 1 sea accesible de manera que permita la
introducción manual de paquetes aleatorios tal como se conoce en la
técnica.
Después de colocar los paquetes en el
transportador alimentador 12 de entrada, se transportan desde allí
hacia un transportador 14 de medición (Ver Figura 1), en el que se
puede obtener la información requerida tal como la altura, la
anchura, la longitud y el peso de los paquetes, a menos que dicha
información ya sea conocida a través de una medición anterior.
Después de que dichas mediciones son tomadas por
la estación 14 de medición, se almacenan en la memoria del sistema,
para ser utilizadas tal como se describirá posteriormente en esta
solicitud. Por ejemplo, se toma la "dimensión longitudinal
exterior común" para todos los paquetes, que se puede utilizar
para realizar una estimación de la longitud y la ubicación reales
de los paquetes cuando están acumulados en contacto lineal sobre el
transportador acumulador.
Continuando con la referencia a la Figura 1, el
transportador acumulador 16 (al que se puede hacer referencia
también como transportador "amortiguador") es un aparato que
acumula múltiples paquetes en una ubicación que es accesible
aleatoriamente para la pinza 17 de paquetes de tipo aéreo.
El transportador acumulador 16 puede ser como el
conocido en la técnica. No obstante, generalmente, el transportador
acumulador 16 actúa como amortiguador para permitir que los
algoritmos de apilamiento tengan múltiples opciones a la hora de
recoger un paquete. La información de tamaño y peso referente a los
paquetes en el transportador acumulador 16 está disponible para ser
utilizada en los procesos de decisión del apilamiento. El paquete
seleccionado finalmente se corresponderá con el que se cree que
produce la mayor eficacia de volumen de apilamiento al mismo tiempo
que es estable en la pila inmediatamente después de la colocación y
después de la paletización completa. Por esta razón se puede
entender que la obtención de un número disponible de opciones de
paquetes a través del transportador acumulador 16 es muy importante
en la consecución de la máxima eficacia de utilización del volumen
del palé.
Tal como se muestra en la Figura 2, el
transportador acumulador 16 de tipo rodillo se divide en dos
partes: una sección 16A de amortiguación previa y una sección 16B
de amortiguación. La sección 16B de amortiguación queda dentro del
alcance de la pinza 17 de paquetes de tipo aéreo, mientras que la
sección 16A de amortiguación previa no.
Además tal como se muestra mejor en la Figura 2,
preferentemente todos los paquetes en el transportador acumulador 16
se justifican lateralmente a un lado del transportador acumulador
16, de tal manera que todos los paquetes tienen un lado alineado
sustancialmente a lo largo de un plano común. Además,
preferentemente, los paquetes adyacentes están en contacto mutuo o
"lineal". Cualquier paquete en la sección 16B de amortiguación
se puede recoger aleatoriamente desde la parte superior por medio
de la pinza 18 de paquetes de tipo aéreo. Como la anchura es
conocida para cada paquete en el transportador acumulador 16, la
posición central de un paquete seleccionado en el amortiguador 16B
se puede calcular como la suma de todas las anchuras de los paquetes
precedentes, más la mitad de la anchura del paquete seleccionado,
pudiendo proporcionarse también una corrección de errores tal como
se describirá de forma detallada posteriormente.
Tal como se ha descrito anteriormente, la sección
16A de amortiguación previa del acumulador de la Figura 2 queda más
allá del alcance de la pinza 17 de paquetes, y contiene uno o más
paquetes antes del transportador acumulador 16 según la dirección de
avance. En una realización de la invención, la información
geométrica y del peso del paquete en el amortiguador previo también
se conoce, y asimismo se utiliza en la toma de la decisión de
apilamiento. Esta información adicional de los paquetes concede dos
ventajas. La primera ventaja es que en la selección de un paquete
que esté en ese momento en el amortiguador, se puede utilizar
información referente a paquetes amortiguados previamente para
ayudar a la selección del apilamiento. Por ejemplo, un paquete en el
amortiguador previo puede ser casi idéntico a otro en el
amortiguador, y cuando se combinan, ambos paquetes se pueden apilar
eficazmente. En esta situación, la decisión de seleccionar el
paquete en el amortiguador para el apilamiento depende de la
existencia del otro paquete en el amortiguador previo. La segunda
ventaja de la utilización de un amortiguador previo es que antes de
que se complete la alimentación de paquetes del acumulador, el
ordenador controlador puede dar inicio a la evaluación de una
próxima selección de un paquete para el apilamiento.
Se debería entender que, tal como se muestra en
las Figuras 5 y 6, desde un transportador acumulador 16 se pueden
apilar más de un palé 11.
El apilamiento simultáneo de múltiples palés
ofrece dos ventajas. La primera ventaja es la capacidad de
clasificación. Múltiples palés se podrían transportar a destinos
diferentes. Los paquetes entrantes mezclados se podrían clasificar y
apilar en estos palés diferentes, obteniéndose su destino a partir
de un escaneado de códigos de barras o códigos densos. El
apilamiento en múltiples palés consigue unos efectos duales de
clasificación y apilamiento en una etapa. La segunda ventaja es una
alta utilización del palé. Cuando al mismo destino se le asignan
múltiples palés, los algoritmos de apilamiento pueden tener más
opciones de colocación para un paquete específico. De estas opciones
adicionales se obtendrá como resultado una utilización de los palés
y una eficacia del volumen mejores.
Los múltiples palés se deberían colocar tan
próximos al amortiguador como fuera posible. La disposición de
múltiples palés podría ser variada, con palés a un lado del
acumulador tal como se muestra en la Figura 5, ó a ambos lados del
acumulador tal como se muestra en la Figura 6.
Cada agrupación de múltiples palés se puede
organizar en múltiples filas y columnas. La Figura 5 muestra una
fila única de palés a un lado del acumulador. La Figura 6 muestra
una configuración en la que hay una fila única de palés a ambos
lados del acumulador. La distancia entre el amortiguador y el palé
es un factor de determinación importante para el tiempo del ciclo
de recogida y colocación. Cuanto menor sea la distancia, más rápido
será el ciclo, ya que se requiere que el robot recorra menos
distancia.
La ubicación para colocar el primer paquete en
cada palé se escoge tan alejada como sea posible del amortiguador y
otros palés. A partir del palé inicial, cada palé seguirá
aproximadamente el perfil de un cuarto de pirámide. La Figura 9
ilustra un perfil típico 90 de apilamiento. Esta disposición
reducirá el número de obstáculos en el camino de recogida y
colocación para colocar paquetes subsiguientes, de manera que en la
mayoría de los casos el eficiente robot se moverá en un camino de
línea recta hacia la posición objetivo.
A mitad del apilamiento del palé, podría ser que
algunos paquetes resultasen difíciles de encajar en la pila
semiacabada (paquetes que son demasiado grandes, demasiados largos,
etc.). Estos paquetes tienden a permanecer en el extremo de no
alimentación del acumulador. Dichos paquetes se pueden rechazar, y
el amortiguador se puede volver a llenar con paquetes nuevos. Este
método podría aumentar la eficacia de utilización del volumen de
apilamiento de los palés. Los paquetes rechazados se podrían volver
a hacer circular de vuelta hacia el proceso de paletización, en
cuyo momento, podría ser que la forma de la pila fuera totalmente
diferente y podría permitir que los paquetes que se han vuelto a
hacer circular se apilaran de forma exitosa.
Tal como se ha descrito anteriormente, una vez
que los paquetes están en el transportador acumulador 16, se toma
una decisión basándose en qué paquete se debería recoger del
transportador acumulador 16 y colocar sobre un palé, en una
carretilla provisional, o en otro emplazamiento adecuado de
apilamiento. Esta "decisión de apilamiento de paquetes" se
puede basar en un conjunto predeterminado de reglas establecidas
según la técnica anterior, o un conjunto predeterminado de reglas
establecidas según la presente invención. Ejemplos de conjuntos
predeterminados de reglas establecidas según la técnica anterior se
exponen en la patente U.S. n.º 5,175,692 concedida a Mazouz,
incorporada en lo sucesivo a esta solicitud a título de
referencia.
Tal como se ha descrito anteriormente, un proceso
de decisión de apilamiento de paquetes puede jugar un papel
importante en un sistema de carga de paletización. Decide qué
paquete escoger de entre aquellos agrupados en el transportador
acumulador, qué orientación del paquete se utilizará, y en dónde se
colocará el paquete en la pila.
Se puede considerar que un proceso de decisión de
apilamiento de paquetes según la presente invención incluye cinco
elementos:
1) modelado que se basa en principios basados en
"esquinas";
2) establecimiento de ubicaciones de colocación
potencial para todos los paquetes que esperan en el acumulador;
3) comprobación de la estabilidad de las
colocaciones potenciales de los paquetes; y
4) evaluación de las colocaciones potenciales de
los paquetes basándose en un índice de calidad predeterminado;
y
5) selección de una colocación del paquete.
Se debería entender que aunque gran parte del
modelado realizado en este caso se lleva a cabo a través de
ordenadores, para crear el modelo se podría utilizar el apilamiento
real sin desviarse de la presente invención.
Según una realización preferida de la presente
invención, se presta especial atención a las "esquinas". Todo
el espacio libre no llenado en el palé se divide en esquinas
individuales, que se pueden superponer entre ellas. Tal como se
describe detalladamente en otro lugar en esta solicitud, se realiza
una evaluación sobre qué esquina recibirá qué paquete basándose en
un conjunto predeterminado de parámetros comparativos.
Tal como se describe de forma detallada
posteriormente, cada registro de esquina tiene un origen, tres
dimensiones longitudinales (altura, anchura y longitud), las
posiciones y las dimensiones de las superficies de soporte, y listas
de paquetes contiguos.
A continuación se hace referencia a la Figura 10.
Se debería entender que un palé posee un límite inferior (en el
plano XZ), un límite de techo paralelo a y separado por encima del
límite inferior, y cuatro límites laterales. Una esquina 30 se
calcula como un espacio libre rectangular con todos los lados
comunes bien a un límite del palé, o bien por lo menos parcialmente
a superficies de paquetes existentes.
A continuación se hace referencia también a la
Figura 11. Inicialmente, sin haber colocado ningún paquete, todo el
espacio en el interior de los límites del palé es un espacio libre
rectangular. Esta es verdaderamente la primera esquina y se indica
como Esquina 1 en la Figura 10. Una vez que un paquete tal como el
P1 en la Figura 11 se ha colocado en la Esquina 1 (que es la única
esquina disponible), la Esquina 1 original desaparece. A
continuación el espacio libre que queda, de esa esquina, se
subdivide hasta en 6 particiones con respecto al paquete: debajo,
encima, por la parte posterior, por la parte frontal, a la
izquierda y a la derecha. Estas particiones del espacio libre,
siempre que existan, serán también rectangulares, y se les hace
referencia como esquinas sucesoras.
En algunos casos no quedarán seis esquinas
sucesoras después de haber utilizado una esquina. Por ejemplo, si un
paquete colocado toca un límite del palé, el espacio entre el
límite y el paquete es cero, y la esquina sucesora correspondiente
se anulará. En la Figura 11, el paquete P1 se coloca contra el
límite izquierdo, posterior e inferior del palé, con lo cual
únicamente se pueden generar tres esquinas nuevas: una en la parte
frontal (Esquina nueva 2), una a la derecha (Esquina nueva 3), y
una encima (Esquina nueva 4). En esta situación un conjunto
completo de esquinas (en este caso 2, 3 y 4) ocupa todo el espacio
libre de la pila. Se puede observar que cada una de estas tres
esquinas comparte volumen y por ello está en "intersección"
con cada una de las otras dos; por esta razón, tal como puede verse
posteriormente, se puede entender que un paquete una vez colocado
puede quedar dispuesto dentro de más de una esquina.
Según una realización del apartado A una esquina
siempre tiene por lo menos una "superficie de soporte". Algunas
esquinas, tales como las correspondientes que tienen una superficie
de suelo del palé como superficie de soporte, tienen una única
superficie de soporte que cubre todo el límite inferior de la
esquina. No obstante, una esquina puede tener múltiples superficies
de soporte proporcionadas por las superficies superiores de
múltiples paquetes, y por ello se debería entender que puede que no
siempre el límite inferior de una esquina incluya una superficie de
soporte.
Haciendo referencia a continuación también a la
Figura 15A, en la memoria del procesador controlador, a cada esquina
30 creada según el modelo se le asigna un registro 31 de esquina. En
el registro 31 de esquina, se incluye información de superficies de
soporte, incluyendo todas las superficies puenteables (descritas en
otro apartado) dentro de los límites de la esquina. Dos superficies
son puenteables si se pueden utilizar en combinación para soportar
un paquete. Según una realización de la presente invención, se
considera que dos superficies pueden soportar un paquete cuando las
diferencias de sus alturas relativas quedan comprendidas dentro de
una tolerancia especificada previamente, por ejemplo, 1/2 pulgada,
y cuando la distancia entre las dos superficies queda comprendida
dentro de una distancia especificada, por ejemplo, la mitad de la
longitud media de los paquetes de los paquetes acumulados.
La Figura 13 ilustra este concepto. Tal como
puede observarse, hay cinco superficies dentro de los límites de la
esquina. Cada superficie está etiquetada en la figura con su
altura. Se acepta que "G" es menor que la longitud media de
los paquetes. Como todas las alturas relativas de los paquetes
contiguos quedan comprendidas dentro de la tolerancia de puenteado
(1/2 pulgada), en este caso estas cinco superficies
"pertenecen" a una esquina, y se registrarán en el registro de
esquina. En general, dos superficies contiguas, siempre que se
puedan puentear bien de izquierda a derecha, o bien desde la parte
posterior hacia la parte frontal, y ambas estén dentro los límites
de una esquina, pertenecerán a la misma esquina.
Como todas las superficies puenteables están
contenidas en una esquina, se puede entender que durante una
búsqueda de una colocación de un paquete entre esquinas, es
únicamente necesario buscar en una esquina al mismo tiempo.
La información referente a las superficies a las
que se ha hecho referencia anteriormente está contenida dentro un
registro de esquina tal como se muestra en la Figura 15A.
Tal como se muestra en la Figura 14, una esquina
puede estar rodeada por paquetes contiguos existentes. Puede haber
paquetes contiguos izquierdos y derechos, y paquetes contiguos
posteriores y frontales. Tal como se describe detalladamente en otro
apartado, a estos paquetes contiguos se les hace referencia
bastante frecuentemente en la búsqueda de una colocación casi
óptima. Por esta razón, en aras de una mayor eficacia del cálculo,
cada esquina realiza un seguimiento por separado de dichos paquetes
contiguos.
Tal como se muestra en la Figura 15A, un registro
31 de esquina, aparte de contener información de superficies de
soporte contiene cuatro listas de paquetes contiguos: 1) una lista
de paquetes contiguos posteriores, 2) una lista de paquetes
contiguos izquierdos, 3) una lista de paquetes contiguos derechos, y
4) una lista de paquetes contiguos frontales. Cada elemento de una
lista específica de paquetes contiguos contiene una dirección de
memoria del ordenador con una referencia a un registro
correspondiente de paquetes, almacenado en una lista de paquetes
aparte (ver Figura 15B). La lista de paquetes incluye registros de
paquetes individuales cada uno de los cuales incluye una
información especifica de los paquetes tal como su ubicación, tamaño
y peso. De esta manera, solamente es necesario incluir una única
copia de un registro de paquete en todo el sistema, aunque al
registro de paquete se puede acceder muy rápidamente siempre que
sea necesario accediendo a la lista de paquetes.
Tal como se muestra en la Figura 16, para
determinar, para una esquina determinada, qué paquetes se califican
como "contiguos", se establecen cuatro gamas de paquetes
contiguos: 1) gama de paquetes contiguos posteriores, 2) gama de
paquetes contiguos izquierdos, 3) gama de paquetes contiguos
derechos, y 4) gama de paquetes contiguos frontales. Para cada lista
de paquetes contiguos, únicamente un paquete que quede comprendido
en o esté en intersección con la gama correspondiente de paquetes
contiguos, y que esté dentro de los límites del palé (en el caso de
múltiples palés), tendrá la dirección de su registro registrada en
la lista correspondiente de paquetes contiguos. Tal como se muestra
en la Figura 16, según una realización de la presente invención, la
anchura D de todas las gamas de paquetes contiguos se escoge como la
anchura media de los paquetes. que se actualiza cada vez que un
paquete nuevo entra en el amortiguador. Dicha disposición de
actualización se utiliza para intentar garantizar que se almacena
información apropiada.
En una situación típica hay disponibles hasta 200
esquinas para la colocación (típicamente cuando la pila está medio
llena).
Después de haber creado el modelo geométrico para
un palé, se debe actualizar cada vez que sobre el mismo se coloca un
paquete.
A continuación se hace referencia a la Figura 17
ó cuando se encuentra una "colocación válida". Durante el
procedimiento de apilamiento, si el palé no está lleno, el modelo
geométrico se actualizará después de la colocación del paquete en
cuestión. La actualización del modelo geométrico incluye la adición
de esquinas nuevas, la actualización de esquinas existentes, la
fusión de esquinas y la actualización de superficies. La Figura 17
es un diagrama de flujo que ilustra la lógica referente a la
actualización del modelo de geometría. Tal como puede observarse,
después de haber llenado el amortiguador acumulador, en la etapa
172 se realiza una determinación sobre si está disponible una
colocación válida de un paquete sobre el acumulador. Si no es así,
en la etapa 174 se completa (realiza) el proceso de apilamiento. Si
está disponible una colocación válida, se lleva a cabo la etapa
173, que consiste en seleccionar la colocación. Una vez que se
realizado la colocación, en la etapa 175 se actualizan las
esquinas. A continuación en la etapa 176 se fusionan las esquinas.
Seguidamente en la etapa 177, se actualizan las superficies y los
paquetes contiguos. A continuación en la etapa 178 se actualiza el
acumulador, con lo cual se repite el proceso.
A continuación se hace referencia también a la
Figura 11. Inicialmente, sin haber colocado ningún paquete, todo el
espacio en el interior de los límites del palé es un espacio libre
rectangular. Esta es verdaderamente la primera esquina y se indica
como Esquina 1 en la Figura 10. Una vez que un paquete tal como el
P1 en la Figura 11 se ha colocado en la Esquina 1 (que es la única
esquina disponible), la Esquina 1 original desaparece. A
continuación el espacio libre que queda, de esa esquina, se
subdivide hasta en 6 particiones con respecto al paquete: debajo,
encima, por la parte posterior, por la parte frontal, a la
izquierda y a la derecha. Estas particiones del espacio libre,
siempre que existan, serán también rectangulares, y se les hace
referencia como esquinas sucesoras.
En algunos casos no quedarán seis esquinas
sucesoras después de haber utilizado una esquina. Por ejemplo, si un
paquete colocado toca un límite del palé, el espacio entre el
límite y el paquete es cero, y la esquina sucesora correspondiente
se anulará. En la Figura 11, el paquete P1 se coloca contra el
límite izquierdo, posterior e inferior del palé, con lo cual
únicamente se pueden generar tres esquinas nuevas: una en la parte
frontal (Esquina Nueva 2), una a la derecha (Esquina Nueva 3), y
una encima (Esquina Nueva 4). En esta situación un conjunto
completo de esquinas (en este caso 2, 3 y 4) ocupa todo el espacio
libre de la pila. Se puede observar que cada una de estas tres
esquinas comparte volumen y por ello está en "intersección"
con cada una de las otras dos; por esta razón, tal como puede verse
posteriormente, se puede entender que un paquete una vez colocado
puede quedar dispuesto dentro de más de una esquina.
Las esquinas en intersección se actualizan
después de haber colocado realmente un paquete. Tal como se ha
indicado anteriormente, las esquinas pueden estar en intersección
entre ellas. En el ejemplo de la Figura 18A, la esquina a la
derecha del observador del paquete A y la esquina en la parte
superior sobre el paquete A están en intersección tal como se
muestra en el área sombreada de doble trazado transversal en la
Figura 18A. Tal como se muestra en la Figura 18B, si el paquete B
se coloca a la derecha del paquete A, puede observarse que el
paquete B es más alto que el paquete A. Además, el paquete B no
solamente se asienta en la esquina a la derecha del paquete A, sino
que también está en intersección con la esquina en la parte
superior del paquete A. De este modo, después de colocar un paquete
en una esquina, la esquina "receptora" se debe eliminar, y
cada esquina en intersección también se debe actualizar.
Para garantizar un consumo mínimo de la memoria
del ordenador y una eficacia de cálculo máxima, después de cada
ciclo de apilamiento de paquetes, únicamente se mantendrán las
"esquinas independientes" por medio de un proceso conocido como
"fusión". Para una esquina determinada, se realizará un
seguimiento únicamente de superficies independientes y paquetes
contiguos independientes. Dicho conjunto mínimo se puede obtener de
la siguiente manera. En primer lugar, después de la colocación de
cada paquete, se generan todas las esquinas sucesoras
correspondientes a las esquinas afectadas, y se elimina la esquina
original. Con cada esquina sucesora, se garantiza que de la esquina
original se heredarán únicamente aquellas superficies e información
de paquetes contiguos que sean significativas para la esquina
sucesora. En tercer lugar, se fusionan todas las esquinas
redundantes. En el proceso de fusión, se comprueban todas las
superficies y la información de paquetes contiguos de manera que no
se registrarán miembros redundantes.
A continuación se hace referencia a las Figuras
29A-29C. Considérese que hay dos esquinas,
etiquetadas como Esquina 1 y Esquina 2. La Esquina 1 tiene un
límite de suelo C1FB y la Esquina 2 tiene un límite de suelo C2FB
separado una distancia "d". Considérese también que todos los
límites laterales de la Esquina 2 quedan comprendidos dentro de o
son los mismos que los correspondientes a la Esquina 1, ya que la
distancia "d" queda comprendida dentro de un umbral
predeterminado. Por ejemplo, el límite lateral C2SB de la Esquina 2
queda dentro de la Esquina 1. El límite de techo de la Esquina 2 es
el mismo en la Esquina 1. En ese caso si la Esquina 1 y la Esquina
2 comparten dos superficies que son puenteables (tal como se
utilizó el término con respecto al correspondiente mostrado en la
Figura 13), en ese caso la Esquina 2 se fusionará con la Esquina 1.
Es decir, cualquier información (incluyendo superficies, paquetes
contiguos) que posea la Esquina 2 que no se haya asociado todavía a
la Esquina 1 se fundirá con la Esquina 1, mientras que se eliminará
cualquier información redundante que posea la Esquina 2. También se
eliminará la propia Esquina 2 (o de hecho, su registro).
Tal como puede entenderse, después de que se haya
dispuesto en su posición un paquete nuevo, puede convertirse en un
miembro contiguo nuevo, o proporcionar una superficie nueva de
soporte para las esquinas existentes. Para adaptarse a estas
posibilidades, se realiza una búsqueda hasta que se complete el
incremento necesario de superficies y paquetes contiguos para cada
esquina existente.
La Figura 20 ilustra un ejemplo de la necesidad
de actualización. Antes de que el paquete a colocar estuviera en su
posición, existían dos esquinas 1, 2, asociadas a las superficies
superiores del paquete A y el paquete B, por separado. El paquete a
colocar genera una superficie nueva no solamente para la esquina 1
(asociada a la superficie superior del paquete A), sino también para
la esquina 2 (asociada a la superficie superior del paquete B). Si
no se realiza el incremento de esta superficie, a cada una de estas
esquinas le faltaría erróneamente una superficie válida, siendo
dicha superficie en el ejemplo anterior la superficie superior del
paquete "a colocar".
Tal como se ha indicado anteriormente, se evalúan
las colocaciones potenciales de los paquetes en relación con la
estabilidad y otras características. Por esta razón, se puede
entender que existe la necesidad de proporcionar unos medios para
generar dichas colocaciones, de manera que sus características se
puedan evaluar posteriormente.
Según la presente invención, un paquete se puede
colocar de diferentes maneras o en diferentes "colocaciones"
dentro de una esquina. Estas "colocaciones" se pueden
determinar colocando realmente el paquete sobre una pila y tomando a
partir de la misma las mediciones resultantes, o como alternativa
se puede realizar con la ayuda de ordenadores. Del mismo modo se
debería indicar que todos los cálculos referentes a la colocación
de los paquetes dependen de las mediciones físicas reales tomadas
de los paquetes.
A continuación se hace referencia a la Figura 19,
que ilustra diferentes tapetes potenciales de los paquetes dentro de
una esquina que ocupa toda la longitud y anchura de un palé; de este
modo los límites de la esquina son también los límites del palé.
Tal como se muestra en la Figura 19, un paquete se puede colocar
"a ras" contra un límite frontal ("enrasado frontalmente")
del palé (y la esquina) según se muestra mediante las posiciones
"A" y "B" de los paquetes; se puede "enrasar a la
derecha" contra el límite derecho del palé según se muestra
mediante las posiciones "B" y "D" de los paquetes, o se
puede desplazar a una ubicación E en algún sitio en la zona media
con o sin enrase. El paquete "C" no presenta ningún enrase o
desplazamiento. La posición A presenta únicamente un enrase
frontal. La posición B presenta un enrase frontal y a la derecha.
La posición D presenta únicamente un enrase a la derecha.
Se debería entender que el enrase del paquete se
realiza para conseguir una parte importante de la presente
invención, que consiste en cubrir tanto espacio como sea posible
dentro de los límites del palé. El enrase de los paquetes al menos
hace que las posiciones más exteriores de los paquetes estén
disponibles para ser evaluadas por medio de las decisiones de
apilamiento de paquetes descritas en otra parte en esta
solicitud.
Se puede entender que el desplazamiento se
realiza únicamente después de que se complete la decisión de enrase.
Además, la dirección de desplazamiento dentro de una esquina depende
de la ubicación de la colocación del paquete después de que se
complete la decisión de enrase. Por ejemplo, en referencia a la
Figura 19, si se enrasa la colocación de un paquete en la ubicación
"B" (desplazamiento frontal y a la derecha), el desplazamiento
será solo posible en las direcciones dirigidas hacia atrás y a la
izquierda. Si un paquete no se enrasa y permanece en la posición
"C", solamente es posible el desplazamiento frontal y a la
derecha. Desde la posición "A", solamente es posible un
desplazamiento hacia atrás y a la derecha, y desde la posición
"D", es posible un enrase a la izquierda y frontal.
Existen unos criterios para enrasar un paquete
con el límite de un palé. En la mayoría de los casos, para conseguir
una pila ajustada y sólida, es preferible colocar los paquetes con
dos lados contra paquetes contiguos o en los límites interiores del
palé. No obstante, cuando un paquete al ser posicionado queda cerca
de un límite exterior, el paquete se puede enrasar completamente con
el límite frontal, o con el límite lateral, o con ambos. En dichos
casos si las superficies de soporte situadas debajo no alcanzan el
límite exterior, todavía se puede enrasar el borde de un paquete
con el límite exterior de dichas superficies, sobresaliendo y
quedando sin soporte por debajo parte del paquete. La ventaja de
dicho enrase es aumentar al máximo el tramo horizontal de la capa
actual de paquetes que está siendo apilada (la capa actual de
apilamiento), que es la base para la siguiente capa de apilamiento.
Sin un enrase con los límites, se puede entender que se puede crear
una pila que se estrecha progresivamente, lo cual puede ser
desventajoso.
El enrase de los paquetes según una dirección
específica con un límite depende del tamaño del intersticio del
límite, que es el intersticio entre el paquete y el límite del
palé. Si no existe ningún intersticio (hay otro paquete entre el
paquete y el límite del palé), no se realiza ningún enrase por lo
menos en esa dirección.
Tomemos como ejemplo el enrase frontal. Haciendo
referencia nuevamente a la Figura 19, si el intersticio frontal 192
es lo suficientemente grande como para permitir la colocación de
otro paquete, un paquete a colocar no se debería enrasar con el
límite frontal del palé, ya que ese intersticio es todavía útil a
efectos de colocación. No obstante, si el intersticio 192 es lo
suficientemente pequeño como para ignorarlo, por ejemplo, menor que
un sexto (1/6) de la anchura media de los paquetes, en ese caso el
paquete a colocar no se debería enrasar necesariamente con la parte
frontal, ya que el enrase puede presentar inconvenientes. Siempre
que un paquete se enrasa con la parte frontal, incluso en una
distancia pequeña, el contacto lateral mutuo entre el paquete
frontal y los paquetes contiguos posteriores tiende a romperse, y
la estabilidad de la pila se deteriorará. La presente invención
reconoce que un paquete a colocar se debería enrasar con el límite
frontal del palé únicamente cuando exista un intersticio
considerable aunque inutilizable.
Adicionalmente, la decisión de enrase frontal
según la presente invención está sujeta a una restricción según la
cual no se genere una torre inestable en la parte frontal. Esto se
controla haciendo uso de una condición según la invención (descrita
de forma detallada posteriormente) por la que el(los)
paquete(s) de soporte situado(s) debajo está(n) en
contacto con paquetes contiguos posteriores o es(son) de un
tamaño bastante grande por sí mismo(s).
Si el(los) paquete(s) de soporte de
un paquete a colocar está(n) en contacto con su(s) paquetes
contiguos posteriores o es/son de un tamaño bastante grande, aunque
el enrase frontal creará un intersticio en la capa actual que está
siendo apilada, por lo menos la capa previa es sólida, de manera que
la pila es todavía estable. No obstante, si el paquete de soporte
del paquete a colocar no está en contacto con sus paquetes contiguos
posteriores, y no es de un tamaño lo suficientemente grande, el
paquete a colocar no se debería enrasar con el límite frontal del
palé. De otro modo el intersticio nuevo creado por el paquete a
colocar reducirá la estabilidad de la pila.
Tal como se muestra en la Figura 21, se toma una
primera decisión básica sobre si el enrase con el límite del palé se
llevará a cabo de alguna manera, o permanecerá en su origen tal como
se expone en la etapa 211. Tal como se muestra en la etapa 212 en la
Figura 21, si el paquete está en el límite de techo del palé, no se
realiza ningún enrase, ya que no será necesario colocar paquetes
encima del paquete.
Si el paquete no está en el límite del techo, en
la etapa 213 se calcula el intersticio (si es que existe) entre la
parte frontal del paquete a colocar y el límite frontal. Basándose
en el análisis de este intersticio (descrito posteriormente en
relación con la Figura 22), se toma una decisión en la etapa 220
(Figura 21) sobre si enrasar o no el paquete con el límite frontal.
Esta etapa 220 se detalla posteriormente en referencia a la Figura
22. Si la decisión es "SÍ", en la etapa 214 (Figura 21) se
ejecuta un enrase frontal. Si es no, se elude la etapa 214, y la
decisión referente al enrase frontal para ese paquete específico en
esa esquina específica ha llegado a su final.
A continuación se toma una decisión similar
referente a si se realizará el enrase lateral. Nuevamente
utilizando un intersticio calculado a la derecha (entre el límite
derecho del palé y el paquete a colocar) en la etapa 215, en la
etapa 230 (Figura 21) se toma una decisión de "enrase a la
derecha". Esta etapa 230 se explica de forma detallada
posteriormente en referencia a la Figura 23. En este momento la
decisión referente al enrase lateral para ese paquete específico en
esa esquina específica ha llegado a su final.
Tal como se muestra en la Figura 21, la primera
decisión trata sobre si colocar un paquete en la ubicación de
origen de la esquina o enrasarlo con uno de los límites exteriores
de la esquina (y por lo tanto del palé). Si la colocación
correspondiente no es estable, en ese caso se probará un
desplazamiento sucesivo hacia delante y/o hacia los lados en la
esquina. Una vez que se encuentra una colocación estable, la toma
de decisión se dirige hacia la "Comparación y Registro de la
Colocación" según se describe de forma detallada
posteriormente.
El desplazamiento de paquetes dentro de una
esquina se pone en práctica según la presente invención, y puede ser
importante para encontrar una colocación estable. El desplazamiento
de paquetes se limita a dos dimensiones en direcciones
perpendiculares: según la dimensión posterior/frontal, y según la
dimensión a la derecha/izquierda. Como los métodos para estos
desplazamientos son similares, se tomará como ejemplo la situación
de desplazamiento a la derecha, y por ello se hace referencia a las
Figuras 24a-f.
A efectos ilustrativos, en primer lugar se
describirá el desplazamiento según solamente una dimensión con la
ayuda de las Figuras 24a-f, describiéndose
posteriormente el desplazamiento bidimensional (preferido) con la
ayuda de las Figuras 25 a-d. El grupo de Figuras 24
a-f es una serie de vistas laterales en planta de
una pluralidad de paquetes 240 que incluyen una posición de un
paquete a colocar (mostrada con una "X") que se
"desplaza" a lo largo de una dirección según la presente
invención.
Para cada superficie (en este caso la superficie
sobre el paquete colocado), son posibles las seis posiciones
"desplazadas" diferentes:
saliente por el borde izquierdo,
alineación del borde izquierdo,
superposición del borde izquierdo,
saliente por el borde derecho,
alineación del borde derecho, y superposición
del borde derecho.
"Saliente por el borde izquierdo" significa
que el borde izquierdo del paquete a colocar está sobresaliendo con
respecto al paquete situado debajo tal como se muestra en la Figura
24b.
"Alineación del borde izquierdo" significa
que el borde izquierdo del paquete a colocar se alinea con el borde
izquierdo del paquete situado debajo tal como se muestra en la
Figura 24c.
"Superposición del borde izquierdo"
significa que el borde izquierdo del paquete a colocar se superpone
al paquete situado debajo tal como se muestra en la Figura 24f.
"Saliente por el borde derecho" significa
que el borde derecho del paquete a colocar sobresale con respecto al
paquete situado debajo tal como se muestra en la Figura 24e.
"Alineación del borde derecho" significa que
el borde derecho del paquete a colocar se alinea con el borde
derecho del paquete situado debajo tal como se muestra en la Figura
24d.
"Superposición del borde derecho" significa
que el borde derecho del paquete a colocar se superpone al paquete
situado debajo tal como se muestra en la Figura 24a.
La parte que sobresale del paquete se designa
como proporcional a la anchura global del paquete a colocar, aunque
si se desea podría ser un valor constante. En una realización de la
presente invención, será un quinto (1/5) de la anchura del paquete
a colocar, tal como se muestra en la Figura 24.
La parte de superposición del paquete se designa
también como proporcional a la anchura global del paquete a colocar,
aunque si se desea podría ser un valor constante. En una realización
de la presente invención, será un cuarto (1/4) de la anchura del
paquete a colocar, tal como se muestra en la Figura 24.
Según una realización de la presente invención,
la secuencia de desplazamiento se determina según la distancia del
paquete a colocar desde el límite izquierdo de cobertura. En otras
palabras, el desplazamiento se realiza siempre en una dirección
correspondiente a una dimensión específica (el desplazamiento
bidimensional se describirá en breve), y la siguiente posición
seleccionada de desplazamiento es la siguiente posición a la
derecha de entre las seis posiciones descritas anteriormente. Se
puede entender que para tamaños diferentes de las cajas, puede que
el orden de desplazamiento entre las posiciones descritas
anteriormente no sea el mismo. Por ejemplo, si la caja a colocar es
más amplia que la caja que proporciona la superficie de soporte por
debajo, la alineación del borde derecho vendrá antes que la
alineación del borde izquierdo, y no después de la alineación del
borde izquierdo tal como se muestra en las Figuras 24(c) y
24(d).
Se debería entender también que la posición de
desplazamiento de la figura 24(a) realmente no se considerará
nunca, ya que las Figuras 24 a-f ilustran un
desplazamiento a la derecha, y por ello la posición del paquete a
colocar se desplazaría desde una ubicación de origen no mostrada
(con la superficie de contacto entre el lado izquierdo del paquete a
colocar y el lado derecho de la caja más alta) hacia la derecha. No
obstante, la Figura 24(a) se proporciona para ilustrar la
relación de las seis posiciones de desplazamiento para un paquete
de soporte específico tal como el A. A menos que se encuentre
primero una ubicación estable, con el paquete a colocar y la caja B
se probarán las mismas seis posiciones de desplazamiento mostradas
entre el paquete a colocar y la caja A.
Haciendo referencia a continuación a las Figuras
25 a-d, se puede observar que la presente invención
contempla un desplazamiento bidimensional. En el caso de un
desplazamiento bidimensional, (desplazamiento hacia la derecha y
también desplazamiento hacia la parte frontal), existen además los
siguientes casos de desplazamiento frontal:
saliente por el borde trasero,
alineación del borde trasero,
superposición del borde trasero,
saliente por el borde frontal,
alineación del borde frontal,
y superposición del borde frontal.
De este modo se puede entender que existen 36
(seis veces seis) combinaciones posibles para cada combinación de
paquete a colocar/superficie de soporte.
Las Figuras 25 a-d son una serie
de vistas superiores en planta, ilustrativas, de una pluralidad de
paquetes 250 que incluyen una posición de un paquete a colocar
(mostrada en un contorno en negrita), mostrando las Figuras
25b-d la posición después de ser "desplazado"
según la presente invención. La Figura 25a ilustra la posición del
paquete en su posición de origen, la Figura 25b ilustra el paquete
después de ser desplazado hacia la derecha de tal manera que su
borde derecho se superpone al paquete B de soporte, la Figura 25c
ilustra el paquete después de ser desplazado hacia la parte frontal
de tal manera que su borde frontal se superpone al paquete C de
soporte, y la Figura 25b ilustra el paquete después de ser
desplazado hacia la derecha de tal manera que su borde derecho se
superpone al paquete B de soporte, y también hacia la parte frontal
de tal manera que su borde frontal se superpone al paquete C de
soporte. Se debería entender que existen otras posiciones
intermedias de desplazamiento no mostradas.
Nuevamente, el desplazamiento se realiza
únicamente en una dirección para cada dimensión. El orden del
desplazamiento depende de las características dimensionales del
paquete. De entre todas las colocaciones posibles, cuanto menor sea
la suma de las distancias entre la caja a colocar con respecto al
límite posterior de la esquina y el límite izquierdo de la esquina,
antes se probará la colocación.
La "Comprobación de la Estabilidad" juega un
papel importante en los procedimientos de apilamiento de paquetes de
tamaño aleatorio descritos en el presente documento. Si el estándar
de comprobación de la estabilidad es demasiado restrictivo, en ese
caso se pueden apilar pocos paquetes, dando como resultado un palé
lleno de huecos. Por el contrario, si el estándar de comprobación
de la estabilidad no es lo suficientemente restrictivo, en ese caso
un paquete apilado puede resultar de hecho inestable y caer. El
método según la presente invención intenta conseguir un equilibrio
entre estos dos puntos, al mismo tiempo que ser eficaz en términos
de velocidad de cálculo.
El diagrama de flujo del proceso de Comprobación
de la Estabilidad es tal como se muestra en la Figura 30. En el
diagrama de flujo, se evalúa una ubicación potencial y específica de
un paquete en relación con la estabilidad, siendo considerada bien
"estable" o bien "inestable". El proceso completo incluye
las siguientes determinaciones: 1) determinación del porcentaje de
superficie de soporte (etapa 301), 2) cálculo de una zona de centro
de gravedad (etapa 304), 3) comprobación de los límites de una
superficie efectiva de soporte (etapa 305), 4) comprobación del
soporte lateral (etapa 306), 5) comprobación de la distribución de
la superficie de soporte, y 6) comprobación de un polígono de la
superficie de soporte (etapa 324).
Cuando está colocado, un paquete apilado puede
ser soportado por múltiples superficies de soporte proporcionadas
por paquetes situados debajo. Para que un paquete se apile y resulte
estable, es necesario un umbral de una superficie suficiente de
soporte desde debajo. Según una característica de la presente
invención, dicho umbral se utiliza como parte de la Comprobación de
la Estabilidad. Tal como se muestra en la Figura 30, cuando la
relación entre el área total de las superficies directas de soporte
y la correspondiente a la superficie inferior de un paquete a
colocar está por debajo de un cierto porcentaje, el paquete a
colocar se considera inestable (etapa 303). Cuando el paquete es
más pesado, el porcentaje requerido se hace proporcionalmente mayor.
Según una realización de la presente invención, se puede aceptar un
porcentaje alrededor del 65% para un paquete de 70 libras, y del
50% para un paquete que pese hasta 30 libras. Para cualquier
paquete que tenga un peso intermedio se puede realizar una
interpolación lineal.
El área de las superficies directas de soporte se
calcula de la siguiente manera. En primer lugar, se realiza una
búsqueda de la altura máxima de las superficies de soporte que
quedan comprendidas dentro de los límites o la "huella" del
paquete a colocar. En segundo lugar, se vuelve a realizar una
evaluación de todas las superficies de soporte encontradas, y se
consideran superficies directas de soporte solamente aquellas cuyas
alturas están comprendidas dentro de una cierta tolerancia, por
ejemplo, 0,5'', con respecto a la altura máxima. Esta situación es
similar al concepto de "puenteado" descrito anteriormente.
Si el área de las superficies directas de soporte
es menor que el umbral preseleccionado (etapa 302), el paquete se
considera inestable (etapa 303), y la comprobación de la estabilidad
finaliza. Si el área supera el umbral, la comprobación de la
estabilidad prosigue hacia su etapa siguiente.
Haciendo referencia a continuación a la Figura 30
y la Figura 31, la siguiente etapa en la comprobación de la
estabilidad se refiere a la utilización de una Zona de Centro de
Gravedad de un paquete. Se puede estimar que la desviación del
vector de la fuerza de gravedad del centro real de gravedad con
respecto a su centro geométrico pasa por esta Zona de Centro de
Gravedad, que tal como se muestra con la referencia 310 en la
Figura 31 tiene forma de un rectángulo encajado en unos
semicírculos en cada borde corto, centrado en el centro geométrico
de la superficie inferior de los paquetes, y paralelo a la
superficie inferior del paquete. Tal como se muestra en la Figura
31, cada dimensión L y W del rectángulo circundante se puede
expresar como un porcentaje de la dimensión correspondiente de la
superficie inferior del paquete.
En el apilamiento de paquetes corrugados, la
parte saliente permisible más allá de la superficie de soporte es
sensible al peso del paquete. Si un paquete pesado sobresale
demasiado más allá de su límite de soporte, el paquete tenderá a
inclinarse sobre ese borde y provocará inestabilidad. Por ello según
una realización de la presente invención, el tamaño de la Zona de
Centro de Gravedad aumenta proporcionalmente al peso del paquete.
Cuanto más pesado sea el paquete, mayor será la Zona de Centro de
Gravedad. Según una realización de la presente invención, se acepta
que el tamaño sea el 50% de la dimensión de la superficie inferior
del paquete para un paquete de 70 libras, y el 30% de la dimensión
de la superficie inferior del paquete para un paquete cuyo peso sea
de 20 libras o menor. Como porcentaje correspondiente se aceptará
una interpolación lineal entre el 30% y el 50% para aquellos
paquetes cuyos límites de peso estén entre 20 y 70 libras.
Utilizando como ejemplo la Figura 31, si se utiliza un porcentaje
del 50%, los valores L y W de la zona de centro de gravedad serían
la mitad de los valores de longitud y anchura, respectivamente, de
la superficie inferior del paquete.
Una vez que se ha calculado la Zona de Centro de
Gravedad para un paquete, se almacena y se utiliza en evaluaciones
posteriores dentro de la comprobación de la estabilidad.
Tal como se muestra en la etapa 305 en la Figura
30, una realización de la presente invención incluye la evaluación
y utilización de unos Límites de la Superficie Efectiva de Soporte.
Tal como se muestra en la Figura 32, una Superficie Efectiva de
Soporte de un paquete es una superficie de soporte del paquete que
efectivamente presenta un soporte sólido para el paquete por debajo
hacia la superficie del palé, y de este modo puede soportar una
mayor fuerza de empuje descendente. La Figura 32 ilustra una
superficie efectiva 334 de soporte para una única torre 320 de
paquetes apilados, que en el ejemplo mostrado es menor que la
Superficie Directa 329 de Soporte proporcionada por el paquete 332
directamente debajo del paquete a colocar.
A continuación se hace referencia a las Figuras
33A-C. Cuando un paquete 336 es soportado por
múltiples paquetes 335 en la primera capa, los límites de la
superficie efectiva de soporte para el paquete a colocar serán el
polígono convexo más pequeño que circunscribe un grupo de
superficies rectangulares de soporte, por ejemplo, las mostradas en
el área rayada 337 en la Figura 33A. Considérese que este paquete a
colocar se utiliza para soportar el siguiente paquete en la tercera
capa, y que el siguiente paquete es soportado también por otros
paquetes 336 en la segunda capa (Figura 33B). Con esta
consideración, la superficie efectiva de soporte para el siguiente
paquete 337 será el polígono convexo más pequeño que circunscribe
un conjunto de polígonos convexos de sus superficies de soporte,
tal como se muestra en el área oscura rayada en las Figuras
33C.
Tal como puede observarse, la fusión de múltiples
polígonos requiere un cálculo relativamente extenso y su realización
puede consumir mucho tiempo. Para simplificar el cálculo, se puede
realizar una aproximación de los límites de la superficie efectiva
de soporte por medio de un rectángulo que circunscriba todas las
superficies efectivas de soporte situadas debajo. Según dicha
aproximación, los límites de la superficie efectiva de soporte
mostrados en las Figuras 33A-C se pueden convertir
en sus expresiones aproximadas tal como se muestra en las
correspondientes Figuras 34A-C. Según una
realización de la presente invención, la aproximación se utiliza
como valor para los Límites de la Superficie Efectiva de Soporte
(designada con la referencia 349).
En las Figuras 34A-C, las áreas
rayadas tales como la 347 son las superficies efectivas aproximadas
de soporte para los paquetes en la 2ª capa, y el área oscura
sombreada 349 es la Superficie Efectiva de Soporte (aproximada) para
el siguiente paquete (no mostrado).
En la etapa 305, después de determinar los
Límites de la Superficie Efectiva de Soporte, se comparan con la
Zona de Centro de Gravedad determinada a partir de la etapa 304. Si
la Zona de Centro de Gravedad cae dentro de la Superficie Efectiva
de Soporte, la etapa 305 da como resultado un valor de "SÍ",
que se pasa a la etapa 308. Tal como se ha indicado también
anteriormente, si la etapa 308 obtiene un valor de "SÍ" de la
etapa 305 ó un valor de SÍ de la etapa 306 (soporte lateral) la
comprobación de la estabilidad continuará. De otro modo (dos NO) en
la etapa 311 el paquete se considerará inestable.
Se reconoce que el rectángulo aproximado podría
ser mucho mayor que el polígono de la superficie efectiva de
soporte. Por esta razón, incluso si la zona de centro de gravedad
está dentro de los límites del rectángulo, podría estar fuera de
los límites del polígono, y puede que el paquete no sea estable.
Para confirmar la estabilidad del paquete, se evaluará
adicionalmente la distribución de la superficie directa de contacto
en la Comprobación de la Estabilidad tal como se describe
posteriormente.
Tal como se ha indicado anteriormente, incluso si
los Límites de la Superficie Efectiva de Soporte (aproximada) no
contienen completamente la Zona de Centro de Gravedad del paquete a
colocar, el paquete puede ser estable si dispone de un soporte
lateral adecuado.
Un soporte lateral es un contacto lateral sólido
que evitará que el paquete a colocar se caiga fuera hacia ese lado.
Para un paquete determinado hay cuatro soportes laterales posibles
izquierdo, derecho, posterior y frontal. Cada comprobación de los
soportes laterales es parte de la comprobación de la
estabilidad.
Para determinar la existencia de un contacto
lateral, se realiza una búsqueda entre los paquetes con contigüidad
inmediata (paquetes contiguos). Tal como se muestra por medio de las
Figuras 48A y 48B, si un paquete contiguo (existente) tiene la
suficiente superposición de superficie lateral con el paquete a
colocar, el contacto lateral se considera realizado. Según una
realización de la presente invención, tal como se muestra en la
Figura 48A, una superposición lateral suficiente se define como una
superposición vertical por parte del paquete contiguo sobre una
cierta fracción, tal como 1/3, de la dimensión de altura de un
paquete a colocar, con independencia de si el paquete a colocar
toca su borde inferior o borde superior. Además, tal como se muestra
en la Figura 48D, el paquete contiguo debería superponerse sobre
una cierta fracción, tal como 1/3, de la dimensión lateral del
paquete a colocar.
A continuación se hace referencia a la Figura 41,
que ilustra la colocación potencial de un paquete P a colocar, cuya
colocación se considera encima de los paquetes A y B colocados
anteriormente. Tal como se muestra, el paquete A proporciona una
Fuerza Lateral SF contra el paquete P a colocar, que puede ser
insuficiente para evitar que el paquete P "se caiga fuera" del
paquete B con respecto al Punto de Pivote PP.
La fuerza de soporte lateral proporcionada por
los paquetes contiguos tales como el A se calcula como un producto
del coeficiente de fricción y el peso lateral acumulativo. Mientras
que el coeficiente de fricción se puede escoger experimentalmente
con un valor aproximado de 0,2 para paquetes de cartón, el peso
lateral acumulativo necesita de un cálculo minucioso. En el peso
lateral acumulativo se incluye el peso de todos los paquetes de
contacto en ese lado, sumados al peso completo o parcial de todos
los paquetes soportados sobre la parte superior de dichos paquetes
de contacto lateral. El peso parcial de un paquete se considerará
si el paquete es soportado también por otros paquetes desde debajo
(aceptando una distribución uniforme del peso). Los paquetes de
contacto lateral y los paquetes situados sobre los mismos pueden
estar en contacto con otros paquetes en el lado opuesto, incluso
pueden sostener otros paquetes en su parte superior. Basándose en
la misma regla, los pesos completos o parciales de todos los
paquetes pertinentes se incluirán en el cálculo del peso lateral
acumulativo.
Como ejemplo se hace referencia a la Figura 42.
Supóngase que se considera la colocación de un paquete P a colocar
contra el lado vertical libre del paquete A, parcialmente encima
del paquete H, y sobre el intersticio entre los paquetes G y H. El
peso lateral acumulativo del paquete A es la suma del peso de los
paquetes A, el paquete C (junto al paquete C), el paquete B (encima
del paquete C), el paquete E (junto al paquete C), y el paquete D
(encima del paquete E). Los paquetes F y G, que no disponen de
superposición lateral con el paquete P a colocar, no proporcionan
ninguna contribución al peso lateral acumulativo del paquete A.
Se puede entender que un paquete a colocar no
solamente influye en el peso lateral acumulativo de sus paquetes
contiguos de contacto, y en sus paquetes de contacto, sino que
también influye en el peso lateral acumulativo de sus paquetes de
soporte, y en sus paquetes de soporte. Por esta razón es necesaria
una actualización. Para mejorar la eficacia de cálculo, todos los
pesos laterales acumulativos se actualizan cada vez que se coloca
un paquete nuevo en la pila. La regla de actualización es la
siguiente. El peso del paquete a colocar se sumará al peso lateral
acumulativo de todos los paquetes de contacto. Estos paquetes
pueden estar en contacto con otros paquetes en el lado opuesto, en
ese caso el peso se sumará además a los otros paquetes siempre que
estén en los límites de influencia del paquete a colocar, y así
sucesivamente. No obstante, esto puede actuar como la propagación
de un frente de olas a través de la superficie de un lago. Para
cada ronda de propagación de peso, existirá un valor de umbral
asignado. Un paquete de contacto ya visitado se marcará con un
número que es igual al valor de umbral proporcionado. Cuando el
número ya haya alcanzado el valor de umbral, se detendrá cualquier
visita posterior al mismo paquete en esta ronda de
propaga-
ciones.
ciones.
Una vez que se encuentre un contacto lateral, se
realizará una comprobación sobre el equilibrio de los momentos de
fuerza con respecto a los bordes de pivote potenciales. En primer
lugar, se realiza una búsqueda en sentido descendente en los
paquetes de soporte, hasta que se encuentran los bordes de pivote
de giro, que se corresponden con el límite más cercano de la
superficie efectiva de soporte. En segundo lugar, se calcula el
momento de la fuerza contra los bordes de pivote para todos los
paquetes soportados directa o indirectamente. En este cálculo, se
puede considerar que el centro de gravedad del paquete actual está
en el borde de la zona de centro de gravedad que está cercano al
lado de contacto. En tercer lugar, se calcula el momento de la
fuerza contra los bordes de pivote que contribuyen desde el
contacto lateral.
Para una columna de paquetes pueden existir
múltiples contactos laterales, y es necesario ser minucioso en el
cálculo del momento lateral de la fuerza para dichos contactos.
Considérese que hay dos contactos laterales para una columna de
paquetes, uno se produce en una capa superior y otro en una capa
inferior. El peso del paquete que está en contacto en la capa
superior y cualquier peso adicional por encima se deberían restar
del peso lateral acumulativo del paquete de contacto en la capa
inferior.
Si el momento resultante de la fuerza va a
provocar que el paquete gire contra el paquete contiguo lateral, en
ese caso el paquete no es estable; de otro modo se considera
establecido un soporte lateral.
En la Figura 38 se expone un ejemplo de dichos
cálculos. Tal como se muestra, los Paquetes 2, 3, 4, y 5 en la
Figura 38 ya están colocados, y el paquete 1 es el "paquete a
colocar" cuya colocación se está considerando. Los paquetes 3 y 4
en la Figura 38 están situados encima de una superficie común de
soporte tal como el palé. El Paquete 2 está encima del Paquete 2
con cierta parte sobresaliendo. El Paquete 5 está encima del
Paquete 4 sin que ninguna parte sobresalga. El Paquete 1 a Colocar
también sobresale con respecto al Paquete 2, y está en contacto
lateral con el Paquete 5 considerándose que la fuerza debida a
dicho contacto se concentra en el punto L. Las líneas de puntos
muestran los límites de la Superficie Efectiva de Soporte del
Paquete 1 a Colocar. El Punto D, dispuesto en el límite de la
Superficie Efectiva de Soporte, es el punto con respecto al cual se
calcula el momento. El cálculo del momento incluye el peso de los
Paquetes 1 y 2. Se considera que el Paquete 1 tiene el soporte
lateral adecuado del Paquete 5 si el Paquete 5 no se desliza
lateralmente debido a la fuerza lateral ejercida por el Paquete 1
cuando intenta pivotar con respecto al punto D.
A continuación se hace referencia a la Figura 30.
Después de la comprobación "¿CAE?" a la que se ha hecho
referencia anteriormente, en la etapa 309, un proceso según la
invención incluye una comprobación de la distribución de una
superficie directa de soporte de un paquete. El propósito de la
Comprobación de la Superficie Directa de Soporte no es solamente
comprobar la estabilidad del paquete actual, sino también
garantizar que el paquete a colocar tiene el suficiente soporte
debajo, de manera que se puedan apilar encima de forma estable
paquetes futuros. La Comprobación de la Superficie Directa de
Soporte designada genéricamente con la referencia 312 (Figura 30)
comprende dos partes: una comprobación del soporte de las esquinas
del paquete (etapa 312) y una comprobación del soporte de los
bordes del paquete (etapa 314), ambas explicadas en referencia a la
Figura 35.
Tal como se muestra en la Figura 35A, según la
comprobación del soporte de las esquinas del paquete, en la
superficie inferior de un paquete a colocar se establecen cuatro
ventanas idénticas 351 en las esquinas del contorno del paquete.
Cada ventana 351 tiene una anchura que es 1/4, y una longitud que es
1/4 del contorno 350 del paquete. Siempre que haya parte de
cualquier superficie directa de soporte que caiga dentro de estas
ventanas, se utilizan las ventanas ampliadas 352 para determinar la
condición de superposición. Cada ventana ampliada tiene una anchura
de 3/8, y una longitud de 3/8 de la "huella" del paquete. Para
cada ventana ampliada, se comprueba su superposición con todas las
superficies directas de soporte. Si la dimensión mínima de
superposición está por encima de un umbral, en ese caso se
considera establecido un soporte sólido en la esquina del paquete.
Para un paquete pequeño, el umbral puede estar relacionado con la
dimensión de la ventana, por ejemplo, un 60% de la dimensión de la
ventana ampliada. Si se desea, los tamaños de ventana y el umbral
mencionados anteriormente se pueden variar para diferentes márgenes
de estabilidad.
Si un paquete dispone de soporte en las cuatro
esquinas (etapa 315), ó en tres esquinas y la relación entre el área
total de las superficies directas de soporte y la correspondiente a
la superficie inferior del paquete a colocar es lo suficientemente
grande, por ejemplo, el 70% (ver etapa 317), el paquete se
considera estable (etapas 316 y 321), y la Comprobación de la
Estabilidad ha finalizado. De otro modo, se realiza la comprobación
314 del soporte de los bordes del paquete, con la ayuda de cálculo
del soporte de bordes de la etapa 314.
La propia comprobación de soporte de los bordes
del paquete comprende dos comprobaciones; una comprobación del
soporte sólido de los bordes y una comprobación del soporte flotante
de los bordes. Tal como se explica de forma detallada
posteriormente, en la etapa 322, se comprobarán y se evaluarán un
soporte sólido de los bordes y un soporte flotante de los bordes tal
como se describirá en párrafos posteriores.
Según la comprobación del soporte sólido de los
bordes, para cuatro bordes de un paquete a colocar, se considera que
un borde tiene un soporte sólido si (a) existe soporte en dos
ventanas 351 de las esquinas del paquete (ver Figura 35A) a lo
largo de este borde, o (b) existe un soporte lateral a lo largo de
este borde, y la superficie de soporte por debajo está lo
suficientemente próxima al borde. "Suficientemente próxima" se
puede definir de manera que significa que la superficie de soporte
más cercana está dentro de un cierto intersticio, por ejemplo,
aproximadamente un tercio de la dimensión de la superficie de
soporte.
A continuación, en referencia a la Figura 35B, la
comprobación del soporte flotante de los bordes es similar a la
comprobación del soporte de las esquinas del paquete. Tal como se
muestra en la Figura 35B, a lo largo de cada borde de la superficie
del paquete a colocar se establece una ventana 356 de borde, que es
tan larga como la longitud del borde, y se fija a un 1/4 del otro
lado de la dimensión de la superficie. Si hay alguna superficie de
soporte que cae dentro de esta ventana, en ese caso el proceso
calcula la longitud de superposición de una ventana ampliada para
las superficies de soporte. La ventana ampliada 357 tiene una
longitud igual a la del borde, y en una de las realizaciones tiene
una anchura de 3/8 la otra dimensión de la superficie. Se considera
que una superficie de soporte tiene la suficiente superposición con
la ventana ampliada de borde si la dimensión mínima del área de
superposición está por encima de una cierta tolerancia, por
ejemplo, 1,5''. De este modo el área de superposición será por lo
menos 1,5'' por 1,5''. Para un paquete pequeño, el umbral se puede
ajustar nuevamente de forma proporcional a la dimensión de la
ventana. La longitud de superposición es la longitud máxima
abarcada por la superficie de soporte. Se considera que un paquete
tiene un soporte flotante de borde si la longitud de superposición
está por encima de una cierta tolerancia, por ejemplo, 1/4 de la
longitud del borde del paquete.
Un paquete a colocar tiene una dimensión
frontal/posterior, y una dimensión izquierda/derecha. La etapa 322
de comprobación del soporte de bordes correspondiente a la
comprobación de la estabilidad del paquete requiere que el paquete
no se vuelque en ninguna de las dos dimensiones. En cada dimensión,
un paquete debería tener un soporte sólido de borde, y por lo menos
un soporte flotante de borde en el borde opuesto, o es inestable
tal como se designa mediante la etapa 323. Como ejemplo, en la
dimensión izquierda/derecha, si el lado izquierdo del paquete a
colocar tiene un soporte sólido de borde, el lado derecho debería
tener por lo menos un soporte flotante de borde, aunque también
puede tener un soporte sólido de borde. La misma situación se cumple
para la dimensión frontal/posterior.
A continuación, haciendo referencia nuevamente a
la Figura 30, después de que se haya completado la etapa 322 de
comprobación del soporte de bordes, en la Figura 39, un proceso
subsiguiente según la invención incluye una comprobación de que la
zona de centro de gravedad está completamente dentro de un polígono
de la superficie directa de soporte (determinado en la etapa
325).
La comprobación de los bordes del paquete
descrita anteriormente no garantiza que un paquete no se volcará
sobre un borde arbitrario que no sea paralelo a las superficies
laterales del paquete. Para garantizar esto último, se puede
construir un polígono circunscrito (ver el polígono rayado en la
Figura 39) a partir de las superficies directas de soporte
(consideradas como rectangulares). Si la zona de centro de gravedad
(Ver Figura 31) está completamente dentro del polígono de la
superficie directa, en ese caso se puede considerar que el paquete
es estable según el análisis mostrado en la Figura 30. De otro modo,
en la etapa 327 el paquete se considerará inestable, y la
Comprobación de la Estabilidad ha finalizado.
La construcción de un polígono de la superficie
directa a partir de superficies rectangulares está compuesta por dos
etapas. La primera etapa explora cada superficie, y busca los bordes
limítrofes frontal, posterior, izquierdo y derecho del paquete. En
el caso mostrado en la Figura 39, estos bordes se definen por medio
de las líneas FB, BG, DH, y DE. Si dos bordes se producen en la
misma línea, se fusionarán en un borde. Después de esta etapa, tal
como se muestra en la Figura 36, como máximo podría haber 8
vértices. Si se construyen dos bordes a partir de la superficie de
un paquete, en ese caso 2 vértices se reducirán al punto de
intersección, tal como es el caso de los puntos B y D.
Continuando con la referencia a la Figura 39, se
debería indicar que si en la "esquina" definida por las dos
cajas del Nivel I se coloca una tercera caja adicional tal como la
mostrada con la línea de puntos, si el punto "x" se extiende
fuera de la línea diagonal HG, el punto X se convierte en un vértice
adicional.
La segunda etapa vuelve a realizar una
exploración a través de cada superficie, y busca 4 posibles vértices
adicionales que estén más allá del polígono convexo compuesto por
los anteriores cuatro bordes. Por ejemplo, se etiquetan a los
cuatro puntos de las esquinas de cada superficie como la esquina
izquierda posterior, la esquina derecha posterior, la esquina
izquierda frontal y la esquina derecha frontal. De forma
correspondiente, como ejemplo, se etiqueta el borde diagonal del
polígono construido como el borde izquierdo posterior, el borde
derecho posterior, el borde izquierdo frontal y el borde derecho
frontal. A continuación se realiza una comprobación de cada punto
de esquina de la superficie con respecto al borde correspondiente.
Si el punto de la esquina se extiende más allá del borde
correspondiente, dicho punto de la esquina se considerará como un
vértice adicional tal como se ha indicado anteriormente.
Teóricamente podría haber múltiples puntos más allá del mismo borde
diagonal, pero la probabilidad es baja. Para reducir la carga de
cálculo, únicamente se registra el primer punto. Después de esta
búsqueda y construcción, en la práctica real es casi imposible
obtener un polígono resultante con 12 vértices todos diferentes, ya
que en dicho caso el paquete en cuestión tendría que estar
soportado por al menos 8 paquetes diferentes. No obstante, estos
cuatro posibles vértices adicionales se representan gráficamente en
la Figura 37.
Una vez que se ha construido el polígono de la
superficie de soporte, en la etapa 325 se realiza una comprobación
sobre si la zona de centro de gravedad está dentro de todos los
bordes diagonales del polígono y el resultado es una determinación
final de estabilidad de "estable" en la etapa 327 ó
"inestable" en la etapa 326. De este modo finaliza la
Comprobación de la Estabilidad.
Tal como se ha descrito anteriormente, después de
haber medido los paquetes, haber definido las esquinas, y aceptando
que se ha determinado una pluralidad de ubicaciones de colocaciones
potenciales y estables para los paquetes, se realiza una evaluación
de cada ubicación de colocación potencial y estable para encontrar
la "mejor" según unos parámetros fijados previamente. Esta
evaluación se realiza utilizando un "índice de calidad", al
que se ha hecho referencia en las Figuras 45 y 46, que se asigna a
la primera ubicación de una colocación estable y potencial de un
paquete encontrada para una combinación específica
paquete/orientación/esquina según el proceso de "búsqueda de
ubicación" mostrado en la Figura 3. A efectos de esta solicitud,
a dichas colocaciones estables "encontradas en primer lugar" se
les hará referencia como "colocaciones indexadas". La
colocación "indexada" con el índice de calidad más alto se
escoge como la "mejor" colocación para todas las combinaciones
paquete/orientación/esquina y a continuación el paquete asociado se
recoge del transportador acumulador y se coloca en la ubicación
escogida tal como se describe de forma detallada posteriormente.
Cabría la posibilidad de acumular todos los índices de calidad para
todas las colocaciones indexadas y comparar todos los índices de
una vez. No obstante, de cara a obtener una eficacia de cálculo
según una realización de la presente invención, se utiliza una etapa
110 de "comparación y registro"
\hbox{(Figura 3)}
para mantener en memoria el índice de calidad encontrado más alto,
hasta que se encuentre un índice mayor de calidad de la colocación
indexada. Llegado este punto, el anterior índice de calidad
almacenado se sustituye por el índice actual más alto. Después de
que se hayan evaluado todas las ubicaciones de las colocaciones
indexadas en una combinación específica
paquete/orientación/esquina, la ubicación indexada que tenga el
índice de calidad más alto permanecerá en memoria. Este
procedimiento se repite por sí mismo hasta se hayan evaluado todas
las combinaciones paquete/orientación/esquina. A continuación, en
ese momento, la colocación con el índice más alto para todas las
combinaciones posibles paquete/orientación/esquina estará en la
memoria del ordenador. Seguidamente esa colocación específica
indexada se escoge como la "mejor" colocación para esa
combinación específica paquete/orientación/esquina, y la evaluación
de la colocación finaliza.
Haciendo referencia a la Figura 45, se puede
indicar que una característica significativa proporcionada por la
presente invención incluye la utilización de mediciones
adimensionales de base estadística y decisiones basadas en las
anteriores. Según la presente invención, el método de apilamiento
inventado realiza un seguimiento de mediciones estadísticas de
todos los paquetes alimentados en y a través del sistema, tales
como la longitud, la anchura, la altura, el área, el volumen medios
de los paquetes y otras características de los mismos. Además,
realiza un seguimiento de las mediciones correspondientes para los
paquetes que están en ese momento en el amortiguador.
En la valoración de un paquete a colocar, las
anteriores mediciones estadísticas se utilizan para comparar las
mismas mediciones del paquete a colocar. Una medición relacionada
con las dimensiones del paquete, tal como la anchura del paquete, el
área del paquete, se convierte en una medición adimensional tal como
la relación de la anchura del paquete con respecto a la anchura
media de los paquetes, la relación del área del paquete con respecto
a la anchura media de los paquetes, etc. Basándose en umbrales
(bien directos o bien de múltiples valores) de dichas mediciones
adimensionales se calcula una resolución sobre si, por ejemplo, el
paquete es demasiado pequeño, demasiado estrecho, o gasta
demasiadas superficies.
Dichas técnicas de medición y evaluación de base
estadística proporcionan dos ventajas. En primer lugar, el método de
evaluación de la colocación utilizado con las mismas puede
gestionar diferentes tamaños de paquetes, ya que el método en
conjunto no depende de la longitud o la anchura de un paquete
específico. En segundo lugar, en la decisión de una colocación
actual, el método de apilamiento incluye una consideración sobre su
efecto en colocaciones potenciales futuras. Como en el amortiguador
hay disponibles muy pocos datos de paquetes, las técnicas de
medición de base estadística pueden proporcionar una buena
estimación de los paquetes entrantes futuros.
A continuación, en referencia a la Figura 46,
según la presente invención se puede utilizar una variedad de
factores para llegar hasta un índice de calidad. Estos factores
incluyen el Índice de Nivel, Índice de Estrechamiento Progresivo,
Recuento de Paquetes Nivelados Potenciales, Alineación, Relación de
Llenado del Área, Área de los Paquetes, Volumen de los Paquetes,
Cobertura Dimensional, Puenteado de Superficies, Área Bloqueada,
Volumen Bloqueado, Intersticio con el Paquete Contiguo, Edad de los
Paquetes, Campo Potencial, Peso de los Paquetes, y Distancia al
Techo. Tal como se indica posteriormente, algunos de estos factores,
incluyen por sí mismos múltiples factores.
Cada uno de los factores a los que se ha hecho
referencia anteriormente se multiplica por los factores de
ponderación correspondientes designados como W_{1} - W_{16} en
la Figura 46, cuyos productos se suman y proporcionan el índice de
calidad al que se ha hecho referencia anteriormente. Los factores de
ponderación se exponen en la Figura 47.
Una realización de la presente invención incluye
la utilización de un índice de nivel. Se utilizan bonificaciones y
penalizaciones asociadas a este índice de nivel para fomentar la
"carga por estantes". Con la carga por estantes, cada paquete
se coloca preferentemente de forma ajustada contra paquetes
existentes, mientras que las alturas de las superficies superiores
siguen un perfil de escalones monótonamente decrecientes. El
paquete más alto se debería colocar preferentemente en el límite
interior (posterior e izquierdo).
La ventaja de dicho perfil de escalones
monótonamente decrecientes es doble. En primer lugar, el espacio
libre para colocar el siguiente paquete ocupa todo el tramo hasta
el límite exterior (frontal y derecho) del palé. Puede haber más
oportunidades de encajar un paquete en el espacio, y es menos
probable que haya un problema de sitio libre para la inserción de
paquetes realizada por un robot. En segundo lugar, se ha observado
que un perfil de escalones monótonamente decrecientes es una
configuración estable. Cada paquete tiende a hacerse con un soporte
lateral en el momento de la colocación, y con un soporte lateral
doble (excepto en los límites) cuando se coloca el resto de los
paquetes.
Para cada lado se puede establecer un conjunto de
índices de niveles individuales. A continuación estos índices se
combinan en un índice de nivel resultante, que adopta un valor tal
como TOTALMENTE NIVELADO, NIVELADO LATERALMENTE, POR DEBAJO, POR
ENCIMA, BLOQUEO POSTERIOR, o SIN PAQUETES CONTIGUOS.
TOTALMENTE NIVELADO significa que un paquete a
colocar está nivelado con los paquetes contiguos laterales, así como
con los paquetes contiguos posteriores.
NIVELADO LATERALMENTE significa que un paquete a
colocar está nivelado con por lo menos un paquete contiguo
lateral.
POR DEBAJO significa que un paquete a colocar
está por debajo bien de los paquetes contiguos laterales o bien de
los paquetes contiguos posteriores.
POR ENCIMA significa que un paquete a colocar
está por encima de los paquetes contiguos laterales pero no bloquea
los paquetes contiguos posteriores.
BLOQUEO POSTERIOR significa que un paquete a
colocar bloquea a los paquetes contiguos posteriores.
SIN PAQUETES CONTIGUOS significa que alrededor de
la esquina no existe ningún paquete contiguo.
Tal como se muestra en la Figura 47, la
bonificación más alta se le da a las situaciones de TOTALMENTE
NIVELADO (1600), la segunda bonificación es para NIVELADO (1100). A
POR DEBAJO (-600) se la da una ligera penalización, y la
penalización aumenta cuando se trata de POR ENCIMA (-2600) ó BLOQUEO
POSTERIOR
(-4000).
(-4000).
Según la presente invención se utiliza una
penalización del tipo por encima de un paquete contiguo lateral.
Cuando se coloca un paquete en medio de una pila de tal manera que
se levanta por encima de los paquetes contiguos laterales
inmediatos, estará en intersección con el espacio libre de las
esquinas laterales. En ese caso, en los lados se crean unas
esquinas en forma de valle. Con un requisito estricto de sitio
libre por parte del robot para la inserción de paquetes, es posible
que en dichas esquinas no se pueda insertar ningún paquete. De este
modo, en los lados se crean intersticios, y crecerán verticalmente
varias torres aisladas. Dichas torres son inherentemente
inestables, ya que carecen de soporte lateral. Incluso aunque
posteriormente se pueden encontrar paquetes para ser insertados en
dichos intersticios, después de llenar los intersticios quedarán
algunos intersticios menores debido a los requisitos de sitio
libre. Por esta razón, se aplica una fuerte penalización.
Según la presente invención se utiliza también
una penalización de bloqueo de paquete contiguo posterior. Por la
misma razón que la descrita en relación con la situación por encima
de un paquete contiguo lateral, un paquete que bloquea a un paquete
contiguo posterior es también una colocación de calidad inferior.
Esta colocación es especialmente perjudicial cuando al paquete se le
permite únicamente tener una carga frontal, en la que cualquier
área bloqueada por el paquete a colocar es irrecuperable de forma
permanente.
Tal como se ha descrito anteriormente, una
esquina puede tener paquetes contiguos a la izquierda, contiguos a
la derecha, contiguos posteriores, y/o contiguos frontales. En
primer lugar se calcula un conjunto de índices de nivel para cada
uno de los paquetes contiguos laterales. Los métodos de cálculo para
dichos índices son similares. A continuación, se hace hincapié en
el cálculo de la altura relativa de un paquete a colocar con
respecto a sus paquetes contiguos a la izquierda, tal como se
muestra en la Figura 52.
Tal como se muestra en la Figura 52, los paquetes
contiguos pueden estar a distancias variables con respecto al
paquete a colocar. Se dibuja una línea a una distancia, que en una
de las realizaciones se escoge como aproximadamente una fracción de
0,7 de la anchura media de los paquetes (en los datos
estadísticos), con respecto al límite izquierdo de la esquina
receptora, de tal manera que aquellos miembros que estén dentro o
en intersección con la línea se consideran como paquetes contiguos
cercanos, y aquellos miembros en la parte alejada de la línea se
consideran como paquetes contiguos alejados. En el cálculo se da
prioridad al paquete contiguo cercano.
Con todos los miembros que tienen una
superposición lateral (ver Figura 51) con el paquete a colocar se
realiza una búsqueda de la altura máxima. Aquellos miembros que no
tienen ninguna superposición son irrelevantes. Aquellos paquetes
relevantes pueden estar a un nivel superior al paquete a colocar. En
la búsqueda de la altura máxima, se registrarán todos los paquetes
contiguos que estén nivelados con el paquete a colocar. Si la
altura del paquete a colocar es mayor que la altura máxima, el
índice de nivel se etiquetará provisionalmente como POR ENCIMA. Si
es aproximadamente igual a la altura máxima, el índice de nivel se
etiquetará como NIVELADO. Si la altura del paquete a colocar es
menor que la altura máxima el índice de nivel se etiquetará
provisionalmente como POR DEBAJO.
Si el índice de nivel es POR DEBAJO, y existen
además paquetes contiguos que tienen aproximadamente la misma altura
que el paquete, en ese caso se realiza una búsqueda adicional para
verificar que el paquete a nivelar no está bloqueado en la parte
superior. Si es así, el índice de nivel se cambiará a NIVELADO.
Si el índice de nivel para el paquete a colocar
es POR ENCIMA, se realizan unas evaluaciones adicionales. Hasta el
momento la comprobación se ha basado en los paquetes contiguos
cercanos. Surge la pregunta de si las esquinas asociadas a las
superficies superiores de los paquetes contiguos cercanos son
útiles. Si no se pueden utilizar para colocar un paquete, y se
insiste en que cualquier colocación a la derecha está POR ENCIMA y
genera una penalización fuerte, en ese caso en los paquetes
contiguos alejados se producirá probablemente una torre. Esa no es
una situación deseable. Por esta razón, se realizarán pruebas sobre
el valor de las esquinas asociadas a las superficies superiores de
los paquetes contiguos cercanos. Si no se pueden utilizar para
colocar un paquete, en ese caso el paquete a colocar se comparará
con los paquetes contiguos alejados. Si el paquete a colocar está
por debajo de la altura máxima de los paquetes contiguos alejados,
en ese caso el índice de nivel se etiquetará como POR DEBAJO.
Una comprobación similar se hace extensiva a los
paquetes contiguos a la derecha y posteriores. Para realizar pruebas
sobre si existe una esquina útil en el lado de la izquierda del
paquete contiguo posterior, o en el lado de la derecha con respecto
al paquete contiguo posterior, o en la parte frontal inmediata del
paquete contiguo posterior, se realizará una búsqueda entre todas
las esquinas posibles. Después de realizar un cribado de las
coordenadas se puede seleccionar una esquina en cuestión. A
continuación se comprobará el tamaño de la esquina, así como el
tamaño de la superficie de la esquina. Además, se intentará una
colocación provisional para los paquetes en el amortiguador.
Siempre que pueda existir una colocación de un paquete en el área
bloqueada, en ese caso el paquete a colocar se etiqueta como
BLOQUEO POSTERIOR.
A continuación, haciendo referencia a la Figura
46, en la evaluación de la colocación de un paquete, se utiliza un
índice de estrechamiento progresivo para oponerse a las colocaciones
de paquetes que conducen a una pila que se estrecha progresivamente.
A una colocación que se cree que va a conducir a una pila que se
estrecha progresivamente se le aplicará una penalización, que es
proporcional al índice de estrechamiento progresivo según se
describe de forma detallada posteriormente. Dependiendo de la
naturaleza de un problema, algunas veces un índice de estrechamiento
progresivo es proporcional a una cierta medición, otras veces puede
ser uno o varios puntos de penalización fuerte. Tal como se muestra
en la Figura 54, según una realización de la presente invención, el
índice de estrechamiento progresivo está formado por una suma de
valores referentes a los siguientes factores:
| Bloqueo Inferior | (Ver Figuras 56-58) |
| Paquete Delgado | (Ver Figuras 59-63) |
| Escalera | (Ver Figuras 64-66) |
| Límites | (Ver Figuras 67-70) |
| Intersticio Amplio | (Ver Figura 72) |
En la determinación del índice de estrechamiento
progresivo se realiza una comprobación del bloqueo inferior según
una realización de la presente invención. Tal como se muestra en
las Figuras 56-58, el bloqueo inferior se produce
cuando un paquete a colocar colocado dentro de una esquina bloquea
otra esquina inferior en un lado, haciendo que resulte parcial o
completamente bloqueada y convirtiéndose en inutilizable debido al
paquete a colocar. Esta situación se puede producir en cualquier
lugar en la pila, y se puede producir en todas las direcciones. Tal
como se muestra en la Figura 57, si lo más probable es que no sea
posible colocar un paquete en una esquina inferior en donde se
debería colocar el paquete cuya colocación se está considerando, en
ese caso se realizará el cálculo "Índice de Estrechamiento
Progresivo 1", lo cual significa que a la suma de los valores
del Índice de Estrechamiento Progresivo que se están sumando en la
Figura 54 se le sumará 1. Si se aplica también la "Regla 1",
tal como se muestra en la Figura 56, se sumará también el valor
D_{1}/(W_{A}/3) siendo D_{1} la longitud horizontal bloqueada
mínima en las superficies de la esquina inferior, y siendo W_{A}
la anchura media de todas las cajas en la pila y en el amortiguador
(acumulador).
Haciendo referencia a continuación a las Figuras
59-63, en la determinación del índice de
estrechamiento progresivo según una realización de la presente
invención se realiza una comprobación de paquetes delgados. Tal como
se muestra en las Figuras 61A-B un paquete delgado
aislado puede crear un reborde estrecho inutilizable para colocar
ningún paquete futuro en la parte superior. Un intersticio
generado perjudicará no solamente a la eficacia volumétrica, sino
también a la estabilidad de la pila. Dos torres separadas por un
intersticio son típicamente menos estables que una pila sólida.
Según una realización de la presente invención,
se determina que un paquete es delgado cuando su dimensión en
cuestión es mucho menor que la anchura media de los paquetes, por
ejemplo, menor que una fracción de 0,7 de la anchura media de los
paquetes. Es necesario vigilar un paquete delgado si no está
nivelado con un paquete contiguo, o si se convierte en un islote
separado con respecto a un paquete contiguo lateral. Incluso aunque
un paquete delgado no coincida con la altura de su paquete contiguo
lateral, o se convierta en un islote separado con respecto a un
paquete contiguo lateral, puede que todavía sea posible encontrar
un paquete coincidente a colocar en el otro lado del paquete delgado
después de haber colocado el paquete delgado.
A continuación, haciendo referencia a las Figuras
62A-C, se realiza una búsqueda en el amortiguador
para ver si algún paquete se puede colocar en el otro lado de manera
que coincida con la altura del paquete delgado. Dicha coincidencia
de alturas se puede producir al mismo nivel que la esquina actual
(Figura 62A), a un nivel inferior a la esquina actual (Figura 62B),
o a un nivel superior a la esquina actual (Figura 62C), siempre que
dichas esquinas adyacentes estén suficientemente próximas al
paquete a colocar. Si se puede obtener dicha coincidencia, lo más
probable es que el paquete delgado no cree un intersticio en el
futuro.
Si un paquete delgado no puede encontrar ninguna
altura que coincida en ninguno de los dos lados, y la esquina tiene
el suficiente espacio que se puede utilizar para encajar un paquete
grande, en ese caso a la colocación se le asignará una penalización
fuerte, tal como se muestra en las Figuras 59 y 60.
La comprobación de paquetes delgados también se
puede hacer extensiva a la dimensión frontal/posterior. Con la
anterior penalización en vigor, los paquetes delgados tienden a ser
colocados bien como grupo, o bien en una esquina más pequeña.
Según una realización de la presente invención se
realiza también una comprobación de escalera. Una situación de
"escalera" se define tal como se describe a continuación en
referencia a la Figura 64. Se está evaluando la colocación de un
paquete a colocar dentro de una esquina que tiene su origen en 2. La
esquina inferior "1" en el lado ya se ha determinado como
inutilizable, y además el paquete a colocar dejará una superficie
inutilizable de anchura D1 en el lado. Dicha situación se
penalizará si la superficie inutilizable en el lado es excesiva,
fomentando una colocación diferente en la esquina. Se debería
entender que la escalera se puede producir no solamente en los lados
derecho e izquierdo, sino también en los lados frontal y posterior.
En las Figuras 64 y 65 se muestran las reglas de apilamiento y sus
índices asociados.
Según una realización de la presente invención se
realiza también una comprobación de límites. A efectos de esta
descripción se hace referencia a la Figura 67, la Figura 68 y la
Figura 69.
El propósito de una comprobación de límites es
garantizar que el espacio libre que queda (a la derecha o frontal),
después de colocar un paquete, es pequeño, o que se puede utilizar
para colocar otro paquete que coincida con la misma altura del
paquete a colocar. Incluso si existe un paquete que se puede colocar
a la derecha pero no está nivelado con el paquete a colocar, no es
deseable ya que crea un reborde estrecho y puede que un paquete
futuro no se pueda colocar en la parte superior del mismo.
Haciendo referencia a la Figura 67 como ejemplo
se puede observar que los paquetes están siendo apilados desde la
parte posterior a la frontal. Cuando la distancia D2 desde el borde
frontal de un paquete a colocar está dentro de una cierta distancia,
tal como la anchura media W_{A} de los paquetes, con respecto al
límite frontal, se activará una comprobación de los límites.
Si el espacio frontal (entre la parte frontal del
paquete a colocar y el límite) no es despreciable, en ese caso en
el amortiguador actual se realizará un juicio heurístico o una
búsqueda minuciosa para comprobar si existe algún paquete que, con
unas orientaciones permisibles, se pueda colocar a la derecha y que
coincida con la misma altura del paquete a colocar. Teniendo en
cuenta todas estas situaciones, si la colocación actual genera una
esquina frontal de anchura estrecha, y la búsqueda no consigue
encontrar ningún paquete a colocar a la derecha de manera que
coincida con la altura del paquete a colocar, en ese caso se
aplicará un punto de penalización según la fórmula 1,1 x
(D_{1}|W_{A}).
Para el límite derecho se aplica una comprobación
similar. Los cálculos detallados son tal como se muestran en las
Figuras 67, 68 y 69.
A continuación haciendo referencia a la Figura
72, según una realización de la presente invención se realiza
también una comprobación de "intersticios amplios", que forma
parte de la determinación del índice de estrechamiento progresivo.
Un intersticio excesivamente amplio provocará la formación de torres
o un estrechamiento progresivo. Si se cumplen ciertos criterios
mostrados en la Figura 72 se puede sumar un valor de
Z(Min(D_{1}, D_{2})/W_{A}) ó 1.
Según una realización de la presente invención se
realiza también una comprobación de la altura relativa (ver Figura
50), que es la altura relativa de la superficie inferior de la
esquina con respecto a la superficie superior más alta del paquete
contiguo.
El cálculo al que se ha hecho referencia
anteriormente en esta sección no es 100 por cien determinista;
normalmente la comprobación de la altura relativa requiere una
respuesta sobre si una esquina determinada es útil o no.
Típicamente esto se realiza comparando el tamaño medio de los
paquetes con los tamaños de las esquinas en cuestión, y las
superficies de soporte. Además, se realiza una comprobación de
paquetes en el amortiguador, para ver si existe algún paquete que
se pueda colocar realmente en la esquina. Este cálculo es
inherentemente impreciso; intenta decidir si existe un paquete
futuro que se pueda colocar, pero puede que la información de ese
paquete futuro todavía no esté disponible en ese momento.
Debido a dicha imprecisión, se utiliza un umbral
de altura relativa (ver Figura 55). El índice de estrechamiento
progresivo resultante se multiplicará con el valor de umbral tal
como se muestra en la Figura 55. La altura relativa es la altura
del paquete contiguo con respecto a la esquina de colocación. Tan
pronto como dicha altura relativa esté por encima de un umbral
alto, por ejemplo, dos veces la altura media de los paquetes, en
ese caso se eliminará el índice de estrechamiento progresivo
mencionado. Cuando la altura relativa esté comprendida entre un
umbral bajo, por ejemplo, una vez y media la altura media de los
paquetes, y el umbral alto, el índice de estrechamiento progresivo
se reducirá linealmente. Esto añade valor a la robustez al
método.
Otro factor utilizado es un recuento de paquetes
nivelados potenciales. El recuento de paquetes nivelados potenciales
es el número aproximado de paquetes que se pueden colocar de manera
que coincidan con la misma altura que el paquete a colocar. Dos
situaciones proporcionan tipos diferentes de cálculo. La primera
situación se produce cuando la esquina de colocación tiene el área
suficiente en ella como para alojar otros paquetes además del
paquete a colocar. Si es así, se realiza una búsqueda en el
amortiguador. La búsqueda devolverá un recuento candidato de
paquetes en el amortiguador que comparten la misma altura (dentro
de una tolerancia) que el paquete a colocar. La esquina de
colocación no tiene que poder contener necesariamente tantos
paquetes. A continuación se calcula un recuento límite como la
relación entre la superficie restante de la esquina que queda
después de la colocación de la caja y el área media de los paquetes.
Comparando el recuento candidato con el recuento límite, como
recuento de paquetes nivelados potenciales se tomará el número
menor (ver apéndice). La segunda situación se produce cuando el
paquete a colocar está bastante próximo a una esquina adyacente
baja o alta, en ese caso el cálculo anterior se basará en la
esquina baja o alta además de la esquina de colocación. Al recuento
de nivelación potencial se le aplicará una bonificación
proporcional, que fomenta la colocación de múltiples niveles de
paquetes. Esto es especialmente útil para la selección del
recodo.
Para acelerar el cálculo, para cada paquete en el
amortiguador, y cada orientación del paquete, se calcula
previamente un "recuento de alturas coincidentes" para
determinar cuántos paquetes en el amortiguador comparten la misma
altura que el paquete actual. Después de recoger un paquete del
amortiguador y alimentar un paquete nuevo en el amortiguador,
únicamente se actualizará el recuento correspondiente.
La Figura 49 ilustra el concepto de dicho
"recuento de alturas coincidentes". En la condición "A",
se considera que hay cuatro cajas, presentando la caja 1 una altura
de 6'' y presentando la caja 2 una altura de 8''. La caja 3 presenta
una altura de 6'' y la Caja 4 presenta una altura de 9''. En este
momento el recuento de alturas coincidentes para cada caja es 1, 0,
1 y 0. La condición B muestra la Caja 3 retirada del transportador
amortiguador, de tal manera que el recuento para las tres Cajas
restantes 1, 2, y 4 es 0, 0, y 0, ya que ninguna caja tiene otra
caja con una altura "coincidente". Después de haber añadido la
Caja 5 (que presenta una altura de 8'') al amortiguador, el recuento
de alturas coincidentes para las Cajas 1, 2, 4 y 5 es 0, 1, 0, y
1.
Se utilizan otros factores, cada uno de los
cuales incluye la utilización del "agrupamiento de paquetes".
Estos factores son la relación de llenado del área, el área de los
paquetes, el volumen de los paquetes, la relación de cobertura
dimensional y la alineación.
Cuando se coloca un paquete en una esquina
determinada, se puede realizar una evaluación de la calidad de un
grupo de paquetes. Un grupo de paquetes es un conjunto de paquetes
del amortiguador (incluyendo el paquete a colocar) que se pueden
encajar en un área en la esquina actual, y que coinciden además con
la misma altura que el paquete a colocar. Haciendo referencia a
continuación a las Figuras 74A-C, en la
configuración "(a)", los límites geométricos (el área
sombreada en las Figuras 74A-C) de un grupo limitan
por la parte frontal con el límite frontal del palé y por la
derecha con el borde derecho del paquete a colocar, o tal como se
muestra en la Figura 74(b) con el borde derecho de los
paquetes contiguos posteriores (nivelados y más altos que el paquete
a colocar), el que sea más largo. También puede incluir un límite
derecho del palé cuando el paquete esté suficientemente próximo a
ese límite, tal como se muestra en la Figura 74(c).
Si los límites del cálculo son más amplios que la
caja a colocar, en ese caso se realiza una colocación a la derecha,
tal como la mostrada en las Figuras 77 y 78. Además, la caja
derecha se puede colocar en una esquina inferior a la esquina
actual.
También se buscará la colocación en la parte
frontal de la caja a colocar. La esquina frontal puede tener una
desviación hacia el lado izquierdo de la caja a colocar, tal como se
muestra en las Figuras 75 y 76. Además, la colocación puede verse
limitada por la colocación provisional a la derecha de la caja a
colocar, tal como se muestra en las Figuras 77 y 78.
La Relación de Llenado del Área se define como la
relación entre el área total de los paquetes agrupados con respecto
al área dentro de los límites del cálculo mencionados anteriormente.
Una bonificación para la Relación de Llenado del Área fomentará el
encaje máximo de paquetes en un área limitada.
El Área de los Paquetes es el área total del
grupo de paquetes. La Bonificación del Área de Paquetes es
proporcional a la relación entre el área de paquetes agrupados y el
área media de los paquetes. Dicha bonificación se aplica en las
siguientes situaciones: (a) una esquina está cerca de un límite del
palé, y la bonificación del área fomentará un encaje ajustado con el
límite, (b) existen intersticios entre la superficie de la esquina y
los límites de la esquina, y un área grande de los paquetes
fomentará la cobertura de esos intersticios, ó (c) cuando se coloca
un primer paquete en un estante nuevo.
El Volumen de los Paquetes es el volumen total
del grupo de paquetes. La bonificación del Volumen de los Paquetes
es proporcional a la relación entre el Volumen del Grupo de Paquetes
y el volumen medio de los paquetes. Según una realización de la
invención, la bonificación del Volumen de los Paquetes se aplica al
paquete inicial de un estante nuevo. En este caso la altura es tan
importante como el área, ya que si un estante es demasiado bajo,
entonces en el lado se pueden poner pocos paquetes sin que queden
por encima del estante actual. La bonificación del Volumen de los
Paquetes se aplicará también cuando un paquete esté cerca del techo
del palé. Esto fomentará que la parte superior del paquete esté tan
próxima al techo como sea posible.
La Relación de Cobertura Dimensional se divide en
2 índices: la Relación de Cobertura Dimensional Frontal y la
Relación de Cobertura Dimensional Lateral. La Relación de Cobertura
Dimensional Frontal se define como la relación entre el tramo
dimensional máximo desde la parte frontal a la posterior de un grupo
de paquetes con respecto al correspondiente a la superficie de
soporte de la esquina. La Relación de Cobertura Dimensional Lateral
se define como la relación entre el tramo máximo de la dimensión
lateral de un grupo de paquetes con respecto al correspondiente a
la superficie de la esquina. La Cobertura Dimensional Lateral se
aplica cuando una esquina está próxima (menos que la longitud media
de los paquetes) a un límite lateral. La bonificación para ambas
relaciones de cobertura dimensional es fomentar el llenado
dimensional máximo hasta los límites.
En el cálculo de una Relación de Cobertura
Dimensional, si a lo largo de esa dimensión el paquete a colocar
sobresale por encima de una esquina inferior (Ver Figura 80), en ese
caso la parte saliente se penalizará con un término negativo.
Además, si tal como se muestra en la Figura 79 a
lo largo de la dimensión frontal el paquete a colocar se prolonga
más allá de todos los bordes frontales de sus paquetes contiguos
laterales que son más altos que o están nivelados con el paquete a
colocar, y el espacio libre en la parte frontal de los paquetes
contiguos laterales es útil, esa parte que se prolonga más allá se
penalizará también con un término negativo. El término negativo se
calcula como la relación entre la longitud que se prolonga más allá
con respecto a la anchura media de los paquetes.
Se utiliza también un factor de alineación. Con
respecto al factor de Alineación, es deseable que un paquete a
colocar se pueda alinear con sus paquetes contiguos posteriores y
sus paquetes contiguos laterales. Se toma como ejemplo la
alineación con los paquetes contiguos posteriores. Haciendo
referencia a continuación a la Figura 73, se considera que un
paquete a colocar está alineado con los paquetes contiguos
posteriores ("alineación posterior") si el borde derecho del
paquete a colocar está próximo al borde derecho de un paquete
contiguo posterior especial. El paquete contiguo posterior especial
es el miembro más a la derecha de los paquetes contiguos
posteriores que están próximos al paquete a colocar, y que no están
por debajo de la altura del paquete a colocar. En la Figura
73(a), la caja a colocar está "alineada por la parte
posterior" con la Caja contigua posterior A ya que sus bordes
derechos están lo suficientemente próximos (dentro de una
tolerancia fijada previamente) entre ellos, y la Caja A es el
paquete contiguo posterior más a la derecha. En la Figura
73(b), se sigue considerando que la caja a colocar está
alineada por la parte posterior con la Caja A; aunque la Caja A ya
no es la caja más a la derecha (ahora es la Caja B), no es la caja
más próxima aunque es un paquete contiguo. En el caso 73(c),
sigue existiendo alineación posterior ya que la Caja B, aunque está
lo suficientemente próxima y es un paquete contiguo, es todavía más
baja que la caja a colocar.
Una bonificación será proporcional al número de
alineaciones. Se puede observar que hay un máximo de 3 alineaciones,
trasera, a la izquierda y a la derecha.
Otro factor utilizado es el Puenteado de
Superficies (ver la Figura 33). Un paquete puede puentear el lado
frontal/posterior o el lado izquierdo/derecho, o ambos. La
bonificación para puentear es proporcional al recuento de formación
de torres de las superficies puenteadas. Cada superficie presenta
un recuento de torres. El recuento de torres es 0 cuando una
superficie puentea múltiples superficies por debajo. Si la
superficie es soportada únicamente por una superficie, en ese caso
el recuento de torres se aumentará en uno con respecto al recuento
de torres de la superficie de soporte. A medida que la torre crece,
también lo hace el recuento de torres. La bonificación por el
puenteado será proporcional al recuento de torres. Cuanto más alta
sea la torre, mayor será la bonificación. Esto es debido a que el
puenteado resulta más importante cuando la altura de la torre
aumenta.
También se utilizan como consideraciones el Área
Bloqueada y el Volumen Bloqueado. Un paquete a colocar puede
bloquear cierta área útil y el volumen de esquinas inferiores
útiles. El cálculo del Area Bloqueada y el Volumen Bloqueado cumple
la regla de superposición. Tal como se muestra en la Figura 78, un
paquete a colocar no solamente puede bloquear una esquina inferior,
al mismo tiempo puede hacer que el área o volumen restantes en el
lado queden inservibles. Dicha área y volumen se pueden producir en
la parte posterior, izquierda, derecha o frontal.
Habitualmente un paquete a colocar bloqueará
parte del área o volumen. Cuanto mayor sea la superficie del
paquete, probablemente más área o volumen bloqueará. Teniendo en
cuenta ese aspecto, al paquete a colocar se le asigna un descuento
sobre el área bloqueada y el volumen bloqueado. El descuento es
proporcional al área y el volumen del propio paquete a colocar. El
factor proporcional se escoge como un octavo de los valores
correspondientes al paquete a colocar.
La penalización no se aplica directamente al área
bloqueada o el volumen bloqueado en sí mismos. El área (volumen)
bloqueada se dividirá por el área (volumen) media, y una
penalización se basará en la relación resultante.
También se tienen en cuenta los intersticios con
los paquetes contiguos. Puede haber dos tipos de intersticios. Un
intersticio se mide desde un paquete a un límite de la esquina.
Este se denomina intersticio de esquina, y puede ser debido al
desplazamiento o enrase de los paquetes tal como se ha descrito
anteriormente. El otro intersticio se mide entre el paquete a
colocar y los paquetes contiguos, tal como se muestra en la Figura
79. Este se denomina intersticio superior. El paquete futuro a
colocar en la parte superior se verá afectado por el intersticio
superior. El intersticio superior es parcialmente debido a la
altura del paquete a colocar. Si existe esa posibilidad, es deseable
que ambos tipos de intersticios con respecto al lado y a la parte
posterior sean pequeños. Por ello, se tenderá a aplicar una
penalización proporcionalmente a la relación de dicho intersticio
con respecto a la anchura media de los paquetes.
La Edad de los Paquetes en el amortiguador de
paquetes también es un factor. Después de la colocación de cada
paquete, un paquete que todavía permanezca en el amortiguador
incrementará el recuento de su edad en uno. También se aplica una
pequeña bonificación proporcional al recuento de edad de cada
paquete. Habitualmente el paquete que permanece en el amortiguador
durante mucho tiempo tiene una forma inusual (muy extensa o muy
grande). Si para cierta colocación, son buenos candidatos tanto un
paquete de forma inusual como un paquete de forma regular, en ese
caso se debería seleccionar primero el paquete de forma inusual, ya
que liberará un espacio en el amortiguador, y en el mismo se podrá
añadir un paquete más útil.
Si tal como ocurre en una realización de la
presente invención el mecanismo del amortiguador de paquetes permite
una rechazo de los paquetes, en ese caso se puede seleccionar un
umbral de edad de los paquetes para filtrar los paquetes viejos de
cara a rechazarlos. Se puede entender que los paquetes de mayor edad
estarán cerca del final del acumulador.
El Campo Potencial es otro factor. Se aplica una
penalización que es proporcional a la distancia de la superficie de
la esquina con respecto al suelo del palé, la distancia con
respecto al límite posterior y la distancia con respecto al límite
izquierdo. Dicha penalización ejerce una fuerza de atracción hacia
el origen interior del palé. A lo largo de la dimensión vertical,
una penalización fuerte fomentará una colocación en una esquina
inferior. A lo largo de las dimensiones horizontales, la
penalización se dispone de tal manera que se fomenta la colocación
desde el interior hacia el exterior, y de manera que llene en
primer lugar una dimensión corta antes que una dimensión más larga.
Dicha penalización por el campo potencial ayudará a atraer la
colocación de los paquetes de manera que se forme una pila encajada
de forma ajustada.
El Peso de los Paquetes es otra consideración.
Para conseguir una pila estable, es deseable que los paquetes más
pesados se coloquen cerca de la parte inferior, y los paquetes
ligeros se coloquen cerca de la parte superior. Basándose en la
estadística de la distribución de los pesos de los paquetes, se
puede seleccionar un umbral de peso en algún punto por encima del
peso medio de los paquetes, por ejemplo, 30 libras. Un umbral de
altura se fija a la mitad de la altura del palé, por ejemplo, 2
pies para un palé con una altura de 4 pies. Cuando el peso de un
paquete está por encima del umbral de peso, si la parte inferior
del paquete está por debajo del umbral de altura, se asignará una
bonificación, de otro modo se asignará una penalización. La
bonificación o penalización es proporcional al peso del paquete, y
es proporcional a la distancia entre la parte inferior del paquete
y el umbral de altura. Para un palé alto, se debería evitar la
colocación de paquetes excesivamente pesados cerca de la parte
superior.
La Distancia al Techo es otro factor que se puede
tener en cuenta. Cuando un paquete está próximo al techo del palé, y
no existe un paquete que se pueda colocar en la parte superior del
paquete a colocar, se aplicará una penalización basándose en la
distancia entre la superficie superior del paquete con respecto al
techo del palé. La penalización se produce para fomentar una
colocación que reduzca al mínimo dicho hueco que no presta ningún
servicio.
En resumen, a continuación haciendo referencia
nuevamente a la Figura 46, los aproximadamente dieciséis factores
mostrados en esta figura se pueden utilizar para obtener el Índice
de Calidad según se describe posteriormente.
Tal como se ha descrito anteriormente, una vez
que se ha determinado que la colocación de un paquete es estable,
su mérito relativo se valora por medio del Índice de Calidad,
calculado tal como se muestra en la Figura 46. Tal como se muestra,
el Índice de Calidad es una suma ponderada de los factores descritos
anteriormente. Los factores de ponderación detallados son tal como
se muestra en la Figura 47, en donde un valor positivo representa
una bonificación, y un valor negativo representa una
penalización.
A cada colocación potencial se le calcula un
índice de calidad, y la colocación real es la que presenta el
índice máximo. Según una realización de la presente invención, los
valores típicos del Índice de Calidad están comprendidos entre -
4000 y +1600.
La toma de las decisiones de apilamiento implica
muchos parámetros, tales como los valores correspondientes en las
reglas de apilamiento, o los factores de ponderación en el cálculo
del índice de calidad. El método inventado utiliza una simulación
por ordenador para sintonizar cada parámetro de forma independiente.
Cada parámetro pasa a través de un bucle de búsqueda tal como se
muestra en la Figura 84.
Según este proceso del bucle de búsqueda, en
primer lugar se asigna un valor inicial del parámetro. Además, se
proporciona un archivo que contiene un conjunto de datos de
paquetes correspondientes a un "grupo de prueba" de paquetes
ilustrativos basándose en una secuencia histórica seleccionada de
los datos de los paquetes. Para el parámetro en cuestión, se
realizará un número N (N se puede escoger como 200) de simulaciones
de pilas por ordenador de orden aleatorio. La eficacia volumétrica
media correspondiente se registrará junto con el valor del
parámetro. A continuación el parámetro se puede variar dentro de
una gama seleccionada previamente, y el archivo de los paquetes de
reinicializará. Se realizarán otras N simulaciones por ordenador
para el valor nuevo del parámetro. Finalmente se obtiene una
relación entre un conjunto de eficacias volumétricas medias de la
pila con respecto a un conjunto de valores de los parámetros. En la
Figura 84 se muestra un diagrama típico de búsqueda de parámetros.
El mejor parámetro se selecciona como el que produce la eficacia
volumétrica media máxima.
Este es el proceso global que realmente realiza
la búsqueda a través de todas las colocaciones y encuentra la mejor
solución.
Tal como se ha descrito anteriormente, a cada
paquete en el amortiguador, y a las orientaciones permisibles
seleccionadas de cada paquete se les da una oportunidad de visitar
cada esquina en la pila. A continuación, en una esquina determinada,
se intentan el desplazamiento y el enrase posibles de los límites
para ver si el paquete puede disponer de una colocación estable en
la esquina. Una colocación estable se comparará con una colocación
registrada anteriormente. Si la colocación actual es mejor que la
colocación registrada, en su lugar se registrará dicha colocación
actual. Al final del bucle de búsqueda, la colocación registrada se
seleccionará como la mejor colocación.
La secuencia de selección entre las orientaciones
permisibles, las esquinas y los paquetes en la Figura 3 se puede
modificar tal como se muestra en las Figuras
26A-26E. En la Figura 26A, el bucle interior de
búsqueda se aplica a las esquinas, el bucle medio se aplica a las
orientaciones y el bucle exterior se aplica a los paquetes. En la
Figura 26B, los bucles son, respectivamente, orientaciones,
paquetes y esquinas. En la Figura 26C, los 3 bucles son,
respectivamente, paquetes, orientaciones y esquinas. En la Figura
26D, los 3 bucles son, respectivamente, esquinas, paquetes y
orientaciones. En la Figura 26E, los 3 bucles son, respectivamente,
paquetes, esquinas, orientaciones.
En la búsqueda, las orientaciones permisibles se
disponen de tal manera que las orientaciones con las dimensiones de
altura menor vendrán en primer lugar, y aquellas con la dimensión de
altura mayor vendrán en último lugar. De forma similar, en la
disposición de las esquinas, las esquinas con la menor altura de la
superficie vendrán en primer lugar, y aquellas con la mayor altura
de la superficie vendrán en último lugar. Como un paquete tiende a
ser más estable cuando su dimensión más corta se posiciona como su
altura, y está en una esquina inferior, el bucle de búsqueda puede
finalizar siempre que se encuentre una colocación satisfactoria,
tal como una caja que esté nivelada con sus paquetes contiguos
laterales.
Además, cuando se realiza un desplazamiento de
paquetes, cuanto mayor sea el desplazamiento, más amplio será el
intersticio del límite, por ello la calidad de la colocación tiende
a deteriorarse. Por esta razón, durante una ronda de la búsqueda de
colocación, siempre que se encuentre una colocación satisfactoria,
no es necesario que las siguientes búsquedas hagan uso de
desplazamientos adicionales.
Tal como se ha descrito anteriormente, en
referencia a la Figura 1, según la presente invención, se utiliza
una pinza 17 para coger y mover paquetes tales como el P. Esta
pinza puede ser tal como los que se dan a conocer en la técnica o
puede ser tal como se describe en esta subsección que hace
referencia a las Figuras 85-92.
La pinza 17 mostrada en las Figuras
85-92 incluye, genéricamente, una columna hueca 1005
de montaje en cuya parte inferior se ha fijado un par de ventosas
1007 de succión. Fijado a la parte superior de la columna hay un
conjunto 1010 de válvula de succión. Una línea 1011 de vacío se
extiende desde la válvula 1010 hasta una bomba de vacío (no
mostrada). Otra línea de vacío (no mostrada) conecta la válvula
1010 con las ventosas 1007 de succión a través del interior hueco
de la columna 1005. El conjunto 1010 de válvula está montado en el
extremo de un brazo 1014 de pórtico. Un par de accionadores 1015 de
tijera están montados funcionalmente en la columna 1005 de manera
que se extienden hacia los lados opuestos de la columna, y una de
entre un par de placas 1018 de sujeción está fijada a cada extremo
de los accionadores 1015 de tijera. Haciendo referencia a la Figura
87, la columna 1005 sostiene también un conjunto 1020 de torno para
hacer funcionar los accionadores 1015 de tijera. A continuación se
describirán más detalladamente estos conjuntos auxiliares y sus
partes.
La Figura 87 muestra más detalladamente los
componentes incluidos en la columna 1005 de soporte, con los
elementos sueltos para mostrar detalles adicionales. Las ventosas
1007 de succión están separadas y montadas en una barra transversal
1025 fijada a la parte inferior de la columna 1005. Cada ventosa de
succión incluye una camisa rectangular de goma en un pie de acero
que define una abertura cubierta por una malla (no mostrada) para
evitar que la suciedad entre en el sistema de vacío. En el espacio
entre las dos ventosas 1007 de succión, se posiciona un sensor 1027
de contacto o microinterruptor en la barra transversal 1025. También
fijado de forma pivotante a la barra transversal hay un brazo
accionador 1028 que se balancea para activar el sensor 1027 de
contacto cuando el brazo 1028 se eleva al tocar un paquete durante
el movimiento descendente del brazo 1014 de pórtico. El sensor 1027
y el brazo 1028 se extienden por debajo del nivel de las ventosas
1007 de succión. Además, un tornillo 1029 de fijación permite
ajustar la posición del brazo 1028 de manera que la distancia entre
las ventosas de succión y la superficie contactada a la cual se
activa el sensor 1027 de contacto se puede fijar a una distancia
predeterminada, por ejemplo, media pulgada.
Tal como se muestra en la Figura 87, cada extremo
inferior 1031 de cada accionador 1015 de tijera está conectado de
forma pivotante por medio de un pasador 1032 de articulación a un
soporte extremo 1033 que está fijado a una de las placas laterales
1018 de sujeción. Más arriba en las placas laterales de sujeción
está montado verticalmente un eje rectificado 1035 y el mismo está
separado con respecto a la placa de sujeción mediante un par de
monturas 1036 del eje en los extremos del eje 1035. Una barra
extrema 1038 que se extiende transversalmente incluye un cojinete
lineal 1040 a través del centro de la misma, estando encajado el
cojinete en el eje 1035 para permitir el movimiento vertical de la
barra 1038 a lo largo del eje 1035. En cada extremo de las dos
barras extremas 1038, un pasador 1041 de articulación se extiende
lateralmente y recibe un extremo superior 1043 de cada accionador
1015 de tijera. Una juntura central inferior 1045 de cada
accionador de tijera está montada de forma pivotante en un pasador
1047 de articulación que se extiende desde cada extremo de la barra
transversal 1025. Una juntura central superior 1050 está fijada de
forma pivotante a un cojinete 1052 de apoyo montado de forma
deslizable en un eje rectificado vertical 1054 que está fijado a la
columna 1005 mediante unos bloques 1055 de montaje del eje en cada
uno de sus extremos. De este modo, se observará que las partes
superiores de los accionadores 1015 de tijera son movibles de forma
deslizable hacia arriba y hacia abajo a lo largo de la columna 1005
y las placas laterales 1018 de sujeción, y el movimiento hacia el
interior y el exterior de los accionadores de tijera está
sincronizado con respecto al centro, que está fijado a la
columna.
Los resortes 1058 de tensión están estirados
entre cada pasador inferior 1032 de articulación y las barras
extremas 1038. Estos resortes fuerzan a los accionadores de tijera
a una posición extendida, es decir, una posición de liberación de
las placas laterales 1018 de sujeción. Se hace que las placas
laterales de sujeción se aproximen mutuamente para acoplarse a un
paquete por medio del conjunto 1020 de torno. En el lado de la
columna 1005 está montado un servomotor 1060 del tipo que incluye
un codificador incorporado y un freno. Al eje extensor de
accionamiento del motor 1060 está fijado un carrete 1062. Un cable
1065 enrollado sobre el carrete pasa sobre una polea 1063 y una
polea 1064 y está fijado a una de las placas laterales 1018 de
sujeción. A medida que el motor 1060 hace girar el carrete 1062
para tirar del cable 1065, la fuerza sobre la placa lateral de
sujeción pliega los accionadores 1015 de tijera contra la fuerza de
los resortes 1058 hasta que las placas 1018 de sujeción se acoplan a
los lados del paquete. Las superficies interiores de las placas de
sujeción llevan unas tiras abrasivas 1066 para proporcionar una
fricción elevada entre las placas de sujeción y los lados del
paquete.
El mecanismo 17 de pinza está controlado por un
circuito 1070 de control mostrado en la Figura 88. Un controlador
1071 puede ser un procesador independiente, aunque preferentemente
es el mismo ordenador descrito anteriormente en referencia a la
Figura 1. El controlador recibe señales de entrada del sensor 1027
de contacto y los sensores 1068 de distancia. En respuesta a estas
señales, el controlador envía señales de control a la válvula 1010
de succión de vacío y al motor 1020 de torno reversible. Cuando la
succión se activa, las ventosas 1007 de succión agarran una
superficie que esté muy próxima. Cuando el motor de torno gira, el
cable 1065 bien se suelta (abriendo las placas laterales 1018 de
sujeción) ó bien se enrolla (cerrando las placas laterales de
sujeción) dependiendo de la dirección de giro.
El controlador hace que la pinza se sitúe en una
posición muy próxima a la superficie superior del paquete según una
serie de etapas que se representan en un diagrama en la Figura 89.
Inicialmente, la pinza está situada verticalmente sobre el paquete,
y la distancia con respecto a la superficie superior se supervisa
en el bloque 1080, mientras el brazo 1014 de pórtico mueve la pinza
hacia el paquete en el bloque 1081. Durante este movimiento, en el
bloque 1082 las placas laterales 1018 de sujeción se posicionan con
una separación más amplia que el paquete en aproximadamente 1,5
pulgadas, cuyas dimensiones se han determinado. En particular, la
altura nominal del paquete, medida por el arco 14 de
dimensionamiento descrito anteriormente, se fija como una posición
objetivo en la estructura de referencia del brazo de pórtico en el
bloque 1083. No obstante, esta altura representa el punto de pico
de la superficie superior, y puede que no sea la altura de la parte
a la que se van a acoplar las ventosas 1007 de succión. Por
ejemplo, la altura medida puede estar en un borde del paquete,
mientras que la parte central de la superficie superior puede estar
hundida a una distancia significativa. Es poco común que una
superficie superior tenga una depresión mayor que media
pulgada.
Tal como se ha descrito anteriormente, el sensor
de contacto se fija de manera que se active a una distancia
predeterminada con respecto a la superficie superior de dicho
paquete, preferentemente media pulgada. En la Figura 91A se muestra
esquemáticamente la posición de este sensor aproximándose al
paquete. Cuando el controlador recibe la señal de contacto, en el
bloque 1084 se almacena la posición z1 de las ventosas 1007 de
succión en la estructura de referencia. En la Figura 91B se muestra
la posición de la pinza en la que se dispara el sensor. El
controlador continúa bajando la pinza hasta que las ventosas de
succión alcanzan la posición objetivo z2 (altura medida del
paquete), que se almacena en el bloque 1085. No obstante, si en el
bloque 1086 se determina que el sensor 1027 de contacto no ha sido
disparado en el momento en el que se alcanza la posición objetivo
z2, en el bloque 1087 el controlador baja el objetivo una distancia
adicional d igual a la distancia predeterminada (preferentemente
media pulgada), y vuelve al bloque 1084. El controlador continúa
bajando la pinza hasta que se dispara el sensor de contacto. La
Figura 91C muestra las ventosas 1007 de succión en la posición
objetivo z2.
Cuando el sensor 1027 de contacto se ha disparado
en la posición z2, el controlador calcula en el bloque 1088 el
intersticio real e entre las ventosas de succión y la superficie
superior del paquete:
e = d - (z2 -
z1)
En el bloque 1089, se compara e con una
tolerancia predeterminada, preferentemente un octavo de pulgada. Si
e no es menor que la tolerancia, la pinza se baja un incremento
final de distancia igual a e. Seguidamente en el bloque 1091, las
placas laterales 1018 de sujeción se mueven hacia una posición en
la que se deja únicamente un espacio libre de aproximadamente un
octavo de pulgada a cada lado del paquete. Si en el bloque 1089 e
es menor que la tolerancia, el proceso se dirige directamente al
bloque 1091. En la Figura 91D se muestra la posición final de las
ventosas 1007 de succión. Seguidamente en el bloque 1092 el
controlador hace funcionar la válvula 1010 de vació de manera que
agarra el paquete por succión, e inmediatamente después en el bloque
1093 se hace que las placas laterales 1018 de sujeción se aproximen
mutuamente una distancia predeterminada (preferentemente de forma
aproximada tres cuartos de una pulgada) para aplicar una presión de
pinza en los lados del paquete. Como alternativa, el motor 1020 de
torno se puede configurar de manera que aplique un par constante
para provocar que las placas de sujeción apliquen al paquete una
fuerza aproximadamente constante, proporcional al peso del
paquete.
Los expertos en la técnica entenderán que las
etapas mostradas en la Figura 89 se pueden llevar a cabo muy
rápidamente y, en algunos casos, al mismo tiempo. Por ejemplo, el
movimiento de las placas laterales 1018 de sujeción hacia el
interior se puede producir a medida que se está bajando la pinza.
Además, el brazo 1014 de pórtico puede comenzar a levantar el
paquete cuando las placas laterales de sujeción se están moviendo
para aplicar presión.
Después de que el paquete haya sido colocado por
el brazo de pórtico, tal como se ha descrito en otra sección en esta
solicitud, el motor 1020 de torno se hace funcionar de manera que
extiende el cable 1065 lo suficiente como para permitir que los
resortes 1058 abran las placas 1018 de sujeción solamente de forma
aproximada un octavo de pulgada a cada lado más allá de la dimensión
medida del paquete. Esto evita que se derriben paquetes contiguos
apilados en el palé. Nuevamente, para eliminar el retardo, el
movimiento de liberación del paquete y el movimiento de
levantamiento del brazo de pórtico se pueden producir al mismo
tiempo.
El sensor 1027 de contacto funciona también de
manera que supervisa la presencia del paquete durante la
transferencia realizada por el brazo 1014 de pórtico. Si por alguna
razón el paquete se cae, la señal de entrada del sensor dejará de
estar presente. El controlador notará la ausencia de la señal y el
brazo de pórtico será guiado hasta un tope.
Preferentemente el mecanismo 1000 de pinza está
diseñado de manera que tiene una huella muy pequeña, por ejemplo,
siete por siete pulgadas, cuando el accionador 1015 de tijera se
hace retroceder totalmente. La pinza se puede utilizar para el
apilamiento lateral así como para el apilamiento vertical. A partir
de lo anterior se observará que la pinza puede levantar paquetes de
varios tamaños. Para una operación de transporte de paquetes, la
fuerza de succión y las placas laterales de sujeción se pueden
diseñar de manera que manipulen paquetes de hasta o por encima de
las 32 por 32 pulgadas y las 150 libras. No es necesario que la
superficie superior de los paquetes sea plana o uniforme siempre
que las ventosas de succión puedan cerrarse herméticamente lo
suficiente como para coger el paquete.
En la Figura 92 se muestra un mecanismo 1100 de
pinza modificado. La diferencia principal con respecto a la
realización descrita anteriormente es la inclusión de un mecanismo
1102 de deslizamiento que permite hacer retroceder las placas
laterales 1018 de sujeción sobre las ventosas 1007 de succión cuando
las ventosas de succión puedan levantar un paquete de forma fiable
sin la ayuda de las placas de sujeción. La ventaja de esta
característica es que las placas laterales de sujeción no
interferirán con los paquetes adyacentes en la pila de paquetes. En
la realización mostrada en la Figura 87, la juntura central
superior 1050 del accionador 1015 de tijera todavía está montada de
forma pivotante en el cojinete 1052 de apoyo, aunque las monturas
1055 de eje que sujetan el eje rectificado 1054 están fijadas a la
parte superior de un carro 1104 en lugar de a la columna 1005. En
el extremo inferior del carro 1104, un pasador 1105 de articulación
está montado para recibir la juntura central inferior 1045 del
accionador 1015 de tijera. De este modo, la expansión y contracción
del accionador de tijera a lo largo del eje vertical tiene lugar en
relación con el carro 1104.
El carro 1104 incluye también un par de cojinetes
1106 que se extienden hacia la columna 1005. Estos cojinetes encajan
en un eje rectificado vertical 1108 que está fijado a la columna
1005 por medio de un par de monturas 1109 del eje. Un accionador
1112 de solenoide está montado en la columna 1005 sobre el carro
1104, con su biela del pistón fijada a la parte superior del carro.
Cuando la barra del solenoide se extiende, el carro 1104 se mueve
hacia abajo a lo largo del eje 1108, moviendo las placas laterales
1018 de sujeción hacia la posición adecuada (mostrada en líneas
discontinuas) para agarrar un paquete. Cuando se hace retroceder la
barra del solenoide, las placas de sujeción se levantan hasta la
posición mostrada en la Figura 92, fuera de la zona de actividad de
las ventosas 1007 de succión. Los expertos en la técnica observarán
que el accionador de solenoide se podría sustituir por un
accionador neumático o hidráulico.
Haciendo referencia a continuación a las Figuras
93-96, se da a conocer una característica según la
presente invención que permite obtener compensaciones de los errores
durante la etapa de "recogida" de la pinza. Esta característica
permite identificar la "posición central" del paquete.
Tal como se muestra en la Figura 93, los paquetes
"A", "B", "C" y "D" están en contacto lineal en
un transportador acumulador que comienza en un punto de origen O.
El último paquete en el transportador está en el camino de un
sensor S de distancia, que está situado con un ángulo \Theta con
respecto al eje x, que es el eje de recorrido del transportador y
el eje a lo largo del cual, en lo sucesivo, se miden todas las
distancias con respecto al origen O. Detectando la distancia
"d" del paquete D con respecto al sensor "S" y calculando
el coseno de \Theta, se puede determinar la componente "x" de
la distancia "d". Dicha información combinada con las
dimensiones conocidas del transportador acumulador (a saber, la
distancia del origen al sensor S) permiten el cálculo de la
Longitud Real de la Línea de los paquetes sobre el transportador
acumulador. El conocimiento de las longitudes nominales de los
paquetes individuales, medidas por el transportador de
dimensionamiento situado anteriormente según la dirección de
avance, permite el cálculo de la Longitud Nominal de la Línea de
los paquetes A, B, C y D. La diferencia entre estos dos valores es
el Error Total de la Línea "e". Tal como puede entenderse,
dicho error, si no se trata, puede provocar problemas posteriores
en el proceso de apilamiento.
Este error se compara con unos umbrales, tales
como +1,2 pulgadas y -1,5 pulgadas, y si el error supera cualquiera
de estos umbrales se le asigna el valor del umbral en cuestión.
En este momento, el sistema está preparado para
la retirada de otro paquete, y por esta razón está en el inicio de
su ciclo. A continuación, tal como se muestra en la Figura 94, de
la línea se puede retirar un paquete, tal como "B", y se puede
colocar otro paquete "E" en contacto lineal con los otros
paquetes. A continuación se vuelve a calcular el error "e", y
se retira otro paquete (por ejemplo, el paquete "D") y se
sustituye por un paquete tal como el F para obtener la
configuración mostrada en la Figura 95.
Tal como se ha descrito anteriormente, después de
calcular cada error "e", a continuación la pinza retira un
paquete del grupo de paquetes acumulados en el transportador
acumulador. Es deseable conocer con la mayor precisión posible el
centro (por lo menos en la dirección "x") de los paquetes para
conseguir una colocación de los paquetes cogidos que resulte
consistente en posiciones situadas más allá según la dirección de
avance. Por esta razón el error "e" es proporcional a los
paquetes individuales en las líneas tal como se muestra en la
Figura 96, en donde:
e = error total
i = número de paquete (6 en la Figura 96)
N = número total de paquetes (7 en la Figura
96)
q = estimación individual del error de
paquete
q = \frac{(i-1)
e}{(N-1)}
Tal como puede entenderse, el cálculo anterior
"reparte" básicamente de forma proporcional el error total
"e" entre los paquetes situados entre el primer y el último
paquetes en la línea. El error de paquete individual q se resta de
la Distancia Normal al centro del paquete F para proporcionar la
coordenada x a utilizar por la pinza.
Como ejemplo, considérese que, tal como se
muestra en la Figura 96, hay siete paquetes en el transportador
acumulador, y una pinza ha seleccionado el sexto paquete para
retirarlo. Considérese que el error total e es 5 pulgadas. De este
modo el cálculo al que se ha hecho referencia anteriormente se
realizará de la siguiente manera:
q
=\frac{(i-1)e}{N-1} =
\frac{(6-1)(5 \ pulgadas)}{(7-1)} =
4,17 \
pulgadas
Otra característica de la invención es la
utilización de un sistema de "ponderación" para calcular el
error "e" mostrado en la Figura 93. Tal como se ha descrito en
relación con las Figuras 93-95, durante cada ciclo
de funcionamiento se calcula un error total "e". En el caso de
un funcionamiento en régimen permanente, se pueden utilizar tres
errores previos consecutivos para calcular un error e'
"ponderado". Este e' se calcula por medio de la siguiente
fórmula:
e' =
0,2(e[t-2])+0,3(e[t-1])+0,5(e[t])
en
donde
- e[t] = error correspondiente al error del ciclo actual
- e[t-1] = error correspondiente al ciclo previo
- e[t-2] = error correspondiente al ciclo anterior al ciclo previo
Tal como puede observarse, esta fórmula asigna
más peso al error más reciente, pero al mismo tiempo proporciona
algún peso, aunque menor, a los errores anteriores.
Para la verdadera primera operación de retirada
inmediatamente después del arranque, los errores e[t - 2] y
e[t - 1] no estarán disponibles, y por ello en este caso el
valor de error e no estará ponderado. Para la segunda operación de
retirada inmediatamente después del arranque el error e[t -
2] no estará disponible, pero el error ponderado e' se puede
obtener por medio de la fórmula:
0,4e[t-1]+0,6e[t]
Según un aspecto de la presente invención, se
presta especial atención a la planificación del "camino de
colocación" que es la ruta que toma la pinza robótica cuando
mueve un paquete cogido desde el acumulador hasta el(los)
palé(s), (ver en general la Figura 0700.4) así como a la
planificación del "camino de recogida" que es la ruta que toma
la pinza después de que libera el paquete y va a coger un segundo
paquete designado para ser recogido (ver en general la Figura
0700.5).
El método de planificación del camino de
distancia casi mínima se implementa según la presente invención con
la utilización del hardware descrito anteriormente (por ejemplo, el
transportador acumulador y la pinza) conjuntamente con un módulo de
software, tal como uno escrito en lenguaje "C". Este módulo se
comunica con otros módulos de software tal como se muestra con la
referencia 970 en la Figura 97. Tal como se describe en otra sección
en esta solicitud, otros algoritmos 971 de apilamiento según la
presente descripción deciden qué paquete recoger del amortiguador
acumulador, y en dónde colocarlo en el palé. El módulo 971 de
planificación del camino de distancia (casi) mínima según la
presente descripción determina un conjunto de posiciones "de
paso" de la distancia casi mínima (descritas de forma detallada
posteriormente), a lo largo de las cuales se realiza un
aproximación de un camino de distancia mínima. El módulo 972 de
"planificación de la trayectoria" (ver Figura 97) adapta unas
curvas utilizando estas posiciones de paso. La trayectoria
planificada se alimenta hacia unas placas comerciales 974 de
servocontrol (tales como una Galil serie 530) para controlar un
robot de pinza según se describe en otra sección en esta
soli-
citud.
citud.
Tal como se ha indicado anteriormente, la
planificación del camino incluye tanto una planificación del
"camino de colocación", que va desde la posición de recogida
del amortiguador hasta la posición de apilamiento, como una
planificación del "camino de recogida", que va desde la
posición colocada anterior hasta la posición de recogida del
acumulador.
En el sistema según la presente invención, se
puede utilizar un modelo rectangular para llegar a todas las
ubicaciones de los paquetes, ya sean paquetes parados o en
movimiento.
En relación con los paquetes parados, tal como se
muestra en la Figura 2, en un sistema según una realización de la
presente invención, puede haber uno o más palés 11 para el
apilamiento, y un transportador amortiguador acumulador tal como el
16. Los bordes de los palés 11 y el transportador acumulador 16 se
fijan de manera que son paralelos o perpendiculares entre ellos.
Además, para todos los paquetes en el amortiguador acumulador o en
los palés, sus bordes serán paralelos o perpendiculares a los
correspondientes a los palés y el transportador acumulador. De este
modo se puede observar que los paquetes parados, ya estén situados
en el amortiguador acumulador o en los palés, se modelan fácilmente
utilizando objetos rectangulares discretos, que se pueden analizar
en relación con la intersección o la separación relativa según se
conoce en la técnica o según se muestra en esta solicitud.
En relación con los objetos en movimiento, tal
como se muestra a continuación en la Figura 98, el sistema de
modelado según la presente invención incluye la utilización de un
Objeto Rectangular Circunscrito 982 para representar un objeto
giratorio 982 en movimiento.
Tal como se ha descrito anteriormente, el paquete
(y la pinza correspondiente 17) se puede hacer girar desde su
orientación original en el transportador acumulador hasta una
segunda orientación en un palé. De forma similar, la pinza puede
girar mientras está vacía cuando se mueve hacia un paquete
seleccionado para la colocación. Durante dicho giro, los bordes del
objeto en movimiento en general no son ni paralelos ni
perpendiculares a los correspondientes a los palés, el
transportador acumulador o los paquetes parados. Por esta razón, en
el modelo se construye un objeto rectangular circunscrito que
circunscribe la totalidad del objeto giratorio, ya sea la pinza
vacía o un paquete cogido específico. Por esta razón, según la
presente invención, los bordes del objeto rectangular circunscrito
serán paralelos o perpendiculares a los bordes limítrofes de los
palés.
La Figura 98 muestra un ejemplo de giro plano en
el que el objeto en movimiento gira con respecto a un eje vertical.
Tal como puede entenderse, durante el giro del paquete 981, el
tamaño de un Objeto Rectangular Circunscrito 982 variará por cada
posición a lo largo del camino de recorrido, ya que el ángulo entre
las formas rectangulares cambiará.
Según la presente invención se hace uso también
de un Objeto Rectangular Ampliado 983 en Movimiento. El objeto
rectangular 981 en movimiento, ya sean los límites del paquete
original de un paquete que experimenta una simple traslación o el
Objeto Rectangular Circunscrito de un paquete cuando experimenta un
giro, se ampliará hasta el tamaño del Objeto Rectangular Ampliado
en Movimiento según una tolerancia de colisión especificada
previamente en cada dimensión horizontal. Tal como se ha indicado
anteriormente, el Objeto Rectangular Ampliado en Movimiento variará
también con la posición si es que se producen giros.
Haciendo referencia a continuación también a la
Figura 110, según la presente invención se hace uso además de un
Objeto Rectangular Combinado en Movimiento para un segmento de
movimiento. El Objeto Rectangular Combinado en Movimiento se puede
calcular aproximadamente como un objeto rectangular mínimo que se
puede adaptar a los Objetos Rectangulares Ampliados en Movimiento en
las posiciones limítrofes del segmento de movimiento.
En la siguiente descripción, se calcula el tamaño
del objeto en movimiento basándose bien en un objeto rectangular
ampliado en movimiento (cuando se refiera a una posición fija) o
bien en un objeto rectangular combinado en movimiento (cuando se
refiera a un segmento de movimiento).
Según el modelo al que se ha hecho referencia
anteriormente, se puede utilizar un punto de control como punto de
referencia para designar la posición de un paquete que se desplaza o
una pinza que vuelve. Una vez que se han especificado la posición
del punto de control, y el ángulo de giro del objeto en movimiento,
queda especificada completamente la ubicación de cualquier otro
punto en el objeto en movimiento. A menos que se diga lo contrario,
en la siguiente descripción, a una posición se le hace referencia
como ubicación espacial de este punto de control.
A continuación se hace referencia genéricamente a
las Figuras 99-103. Durante el camino de colocación
(ver en particular la Figura 100), como punto de control se escoge
un punto central en la superficie inferior del paquete que se
desplaza. Durante el camino de recogida (ver Figura 101), como punto
de control se escoge un punto central en la superficie inferior de
la pinza (tal como un punto central en la ventosa de succión). De
hecho, como punto de control se puede escoger cualquier otro punto
adecuado en el objeto en movimiento. Los métodos inventados no se
limitan a una elección especificada del punto de control.
Según una realización de la presente invención,
las posiciones de paso del camino de colocación y las posiciones de
paso del camino de recogida se almacenarán en dos listas
independientes de datos. Para cada lista, las posiciones de paso
contenidas se ordenarán basándose en la distancia horizontal
ascendente (de más cerca a más lejos) con respecto a su posición
inicial de paso. Las distancias horizontales calculadas se
registrarán a lo largo de cada posición. Cada lista de posiciones
será "portadora de convexidad"; es decir, la lista se
corresponderá con un camino convexo de posiciones de paso. Durante
el recorrido, el punto de control seguirá un camino de distancia
casi mínima. Este camino está dispuesto en un plano vertical, que
pasa a través de un conjunto convexo de posiciones de paso.
El giro, si es que existe, comenzará en la
posición inicial de paso, y acabará en la posición final de paso.
La cantidad de giro será proporcional linealmente a la distancia de
recorrido horizontal con respecto a la posición inicial de paso. El
ángulo de giro de paso calculado se sumará a la posición de paso
correspondiente.
Se debería entender que la distribución
mencionada anteriormente que permite que el ángulo de giro sea
linealmente proporcional a la distancia de recorrido horizontal se
establece para obtener una mayor comodidad en el cálculo. La
presente invención contempla también que el ángulo de giro pueda ser
proporcional linealmente a la distancia de recorrido espacial.
A continuación se hace referencia a la Figura
100, que ilustra un paquete que es movido a lo largo de un camino de
colocación. En el modelo según la presente invención, el camino de
colocación está compuesto por una serie de posiciones diferentes,
que incluyen una posición 986 de recogida, una posición inicial 987
de paso, una posición 988 de paso de salida del amortiguador, una
posición final 989 de paso, y una posición 990 de descarga,
haciendo referencia todas estas posiciones al punto de control del
paquete en movimiento. Posteriormente se pueden añadir otras
posiciones de paso tal como se describe de forma detallada en
párrafos posteriores. En un camino completo del movimiento, el
paquete a colocar comenzará en la posición 986 de recogida, seguirá
todos los puntos de paso, y finalmente alcanzará la posición 990 de
descarga. Según una realización de la presente invención, todas las
posiciones de paso se mantienen en un plano vertical.
La posición 986 de recogida es la posición en la
que descansa el paquete sobre el amortiguador de paquetes (al que se
hace referencia también como acumulador), preparado para el
apilamiento. La posición inicial 987 de paso está por encima de la
posición de recogida una distancia conocida como la "altura de
partida desde el amortiguador" que es variable tal como se
describe posteriormente.
La "posición de salida del amortiguador" 988
se corresponde con la posición limítrofe horizontal en el instante
en el que el paquete que se desplaza abandona el amortiguador. La
altura de la posición 988 de salida del amortiguador es la misma
que la posición inicial 987 de paso. Si la posición 103 de salida
del amortiguador está por encima de una línea recta construida que
pasa a través de la posición inicial 987 de paso y la posición final
989 de paso (que es el caso de la Figura 100), entonces la posición
de salida del amortiguador se añadirá a las posiciones
ordenadas.
La "posición final de paso" 989 está cerca y
por encima de la "posición de descarga" 990. La posición final
989 de paso es diferente con respecto a la posición 990 de descarga
horizontalmente en una separación especificada previamente, y
verticalmente en una distancia denominada "altura de aproximación
al palé" 992.
Tal como se describe de forma detallada
posteriormente se insertan posiciones intermedias de paso para
evitar la colisión con cualquier paquete ya apilado.
Tal como se ha descrito anteriormente, un camino
de recogida según se define en la presente invención se define como
el camino en el que la pinza se mueve mientras está "vacía",
desde una posición previa de colocación por encima de un palé hasta
una posición de recogida del amortiguador.
A continuación se hace referencia a la Figura
101, que ilustra una pinza vacía llevada a lo largo de un camino de
recogida. En el modelo según la presente invención, el camino de
recogida está compuesto por una serie de posiciones diferentes, que
incluyen la "posición de colocación" original 993 en la que la
pinza soltó su último paquete, una "posición inicial de paso"
994, "una posición de paso de entrada al amortiguador" 995,
una "posición final de paso" 997, y una "posición de
recogida" 997, haciendo referencia todas las posiciones, tal como
se ha descrito anteriormente, al punto de control del paquete en
movimiento. Posteriormente se pueden añadir otras posiciones de
paso para evitar la colisión tal como se describe de forma
detallada en párrafos posteriores. En un camino completo del
movimiento, la pinza comenzará en la posición 993 de colocación,
seguirá todas las posiciones de paso, y finalmente alcanzará la
posición 997 de recogida. Según una realización de la presente
invención; todas las posiciones de paso se mantienen en un plano
vertical.
Tal como se muestra en la Figura 101, después de
la colocación de un paquete, la posición inicial 994 de paso está en
una ubicación que se dispone por encima de la posición de
colocación una distancia conocida como "altura de partida desde
el palé" 998.
Tal como se muestra en la Figura 101, la posición
995 de paso de entrada en el amortiguador se corresponde con una
posición limítrofe horizontal en la que la pinza que se desplaza
entra en el amortiguador. La altura de la posición 995 de entrada
al amortiguador es la misma que la posición final 996 de paso. La
posición final de paso está en una ubicación que se dispone por
encima de la posición de recogida una distancia conocida como la
"altura de aproximación al amortiguador" 999. Si la posición
de entrada al amortiguador está por encima de una línea construida
que pasa a través de la posición inicial de paso y la posición
final de paso (que es el caso de la Figura 101), entonces la
posición de entrada al amortiguador se añadirá a la lista de
posiciones ordenadas.
Tal como se muestra en la Figura 1, un paquete P
se posiciona entre otros paquetes situados de forma similar encima
de un palé 11. A efectos de esta descripción, tal como se muestra en
las Figuras 99A-99D, se muestran la posición inicial
987 de paso del paquete P, y la posición final 989 de paso de la
caja. Después de haber establecido estas dos posiciones 987 y 989,
el método según la presente invención conlleva una determinación de
las posiciones intermedias preferidas 987 y 989 del camino. En
primer lugar el ordenador de procesado determina todos los paquetes
que están en intersección con un camino recto CR que comienza en la
primera posición 987 y acaba en la posición final 989, presentando
el camino una anchura igual a la correspondiente al paquete que está
siendo movido. Esta determinación puede incluir los conceptos de
comprobación de colisión con palés y comprobación de colisión con
paquetes tal como se detalla posteriormente.
A efectos de esta descripción, se considerará que
los paquetes X, Y y Z están en intersección con dicho camino recto.
A continuación se revisará cada paquete en relación con la posible
creación de una posición de paso. Para esta descripción se
considerará que el paquete C se depositó antes que el paquete B, que
se depositó antes que el paquete A. De este modo, según una
realización de la presente invención, en primer lugar se revisará
el paquete C. Según una realización de la presente invención, se
establecen dos "posiciones de paso" que, si se añaden a la
lista de "posiciones de paso", permitirían que el paquete P
pasase sobre el paquete que se está evaluando, de manera que el
paquete dejaría un espacio con respecto al paquete parado que
estaría dentro de una tolerancia especificada (la diferencia entre
el Objeto Rectangular Ampliado 983 en Movimiento y el Objeto
Rectangular Circunscrito 982). A continuación, según la presente
invención, se lleva a cabo una "Ordenación de las
Posiciones".
Según una realización de la presente invención,
todas las posiciones de paso se establecen antes de la ordenación de
las posiciones. A continuación, cada posición de paso propuesta se
evalúa en relación con la convexidad.
Haciendo referencia a continuación a las Figuras
100 y 101, las mediciones de la altura 991 de partida desde el
amortiguador y de la altura 999 de aproximación al amortiguador
(que dictaminan, respectivamente, las alturas de la posición 988 de
salida del amortiguador y de la posición 995 de entrada en el
amortiguador) dependen de las alturas de los paquetes acumulados en
el transportador acumulador, y se fijan preferentemente de tal
manera que no existe ninguna interferencia entre el camino del
objeto que se desplaza y cualquier paquete acumulado en el
transportador acumulador. En otras palabras, estas dos distancias
definen la altura mínima según la cual el objeto que se desplaza se
aproximará a o partirá desde el transportador acumulador.
Tal como se ha indicado anteriormente el tamaño
del objeto que se desplaza se calcula como el correspondiente a un
objeto rectangular combinado para un segmento de movimiento entre la
posición limítrofe del amortiguador y la posición de recogida. Para
comprobar dicha interferencia, se realiza una búsqueda de la altura
máxima de las superficies superiores de los paquetes en el
amortiguador acumulador que están dentro del área de barrido del
objeto que se desplaza. Los métodos de cálculo se describen en
referencia con las Figuras 102A-102E.
Si el objeto que se desplaza se mueve en una
dirección perpendicular al acumulador, tal como se muestra en la
Figura 102A, en ese caso la altura de aproximación al amortiguador
se toma como la altura del paquete recogido, y la altura de partida
desde el amortiguador se toma como la altura máxima de los dos
paquetes contiguos. Estos últimos pueden comprender también más
paquetes contiguos, situados antes según la dirección de avance, en
el acumulador, si es que estos se vuelcan para llenar el
intersticio del paquete recogido inmediatamente después de que haya
sido levantado. Si dichos paquetes contiguos "llenadores del
intersticio" en dicho intersticio son más altos que el paquete
recogido, en ese caso la altura máxima de dichos paquetes se tomará
como la altura de levantamiento desde el amortiguador.
Si el objeto que se desplaza se mueve en diagonal
desde su posición en el transportador acumulador, tal como se
muestra en la Figuras 102B a 102E, se llevará a cabo una búsqueda en
el acumulador para determinar si el objeto en movimiento
colisionaría con los paquetes situados en el acumulador. Si
existiera una colisión, en ese caso el objeto se eleva de tal
manera que evite la colisión.
Haciendo referencia genéricamente de nuevo a las
Figuras 100 y 101, cada una de entre la altura 994 de partida desde
el palé y la altura 992 de aproximación al palé se determina
basándose en la posible colisión con paquetes contiguos en el palé.
Se realiza una comprobación de cada paquete en el palé. La altura
máxima de las superficies superiores de los paquetes que podrían
colisionar con el objeto en movimiento se tomará como la altura de
partida desde el palé o la altura de aproximación al palé.
Para buscar un palé específico en relación con
una posible colisión con un objeto que se desplaza, se definen la
posición de entrada y la posición de salida del objeto en los
límites del palé. La posición de entrada es una posición limítrofe
en la que el objeto que se desplaza comienza a tener una
intersección horizontal con el límite del palé, y la posición de
salida es una posición limítrofe en la que el objeto que se
desplaza ha abandonado el palé casi completamente.
Generalmente, el objeto que se desplaza tendrá
una posición de entrada así como una posición de salida en los
límites del palé cuando un objeto que se desplaza esté en
intersección con los límites del palé. Existen dos excepciones. Para
el camino de recogida, la posición de entrada no existe para el
palé de "origen" (el palé que acaba de recibir un paquete
nuevo). De forma similar, para el camino de colocación, la posición
de salida no existe para el palé de "destino" (el palé que
está a punto de recibir un paquete). Excepto para el palé de origen
en la planificación del camino de recogida, en general si no se
puede encontrar una posición de entrada para un palé, el objeto que
se desplaza no tendrá una superposición horizontal con el palé, y
se evita que el palé colisione con el objeto que se desplaza.
Se calculan las alturas del objeto que se
desplaza en la posición de entrada y en la posición de salida, si
es que dichas posiciones existen. Estas alturas se pueden obtener a
partir de una interpolación lineal a lo largo de una línea que pasa
a través de la posición inicial de paso y la posición final de paso.
La altura inferior de entre estas dos posiciones limítrofes del
palé se tomará como el umbral de altura (inferior). Si se pierde
una posición limítrofe, en ese caso, en lugar de la comparación, se
utilizará la altura de partida o la altura de aproximación. Si la
altura máxima de las superficies superiores de los paquetes
apilados en el palé es menor que la altura de umbral, se evita que
el palé colisione con el objeto que se desplaza. La altura máxima
de las superficies superiores de los paquetes apilados en un palé
se registra siempre que se apile un paquete nuevo en un palé.
Cuando se produce un giro, los dos cálculos
anteriores pueden implicar una iteración. Inicialmente, el tamaño
del objeto en movimiento se toma como el correspondiente al objeto
combinado en movimiento para un camino de movimiento entre la
posición inicial de paso y la posición final de paso. Utilizando
esta información se calcula un conjunto de puntos de entrada y
puntos de salida. A continuación se puede obtener un tamaño menor
basándose en el objeto combinado en movimiento para un camino de
movimiento entre las posiciones de entrada y de salida. El objeto
nuevo en movimiento se puede utilizar para conseguir una altura de
umbral más precisa.
Si los límites del palé están en intersección con
el objeto que se desplaza, en ese caso se lleva a cabo una búsqueda
para cada paquete en el palé de manera que se realiza una
comprobación en relación con una posible colisión con el objeto en
movimiento cuyo tamaño se ha determinado anteriormente. Para cada
paquete ya situado en el palé, también pueden existir una posición
de entrada y una posición de salida. Si existe una posición de
entrada, en ese caso la posición de entrada se añadirá a la lista
de posiciones del camino del recorrido. Se produce una excepción en
el caso de que un camino de colocación esté cerca de la posición de
destino. Si la posición de colisión va más allá de la posición final
de paso a lo largo del camino del recorrido, en ese caso la
posición de colisión puede ser falsa ya que el objeto que se
desplaza se amplía con la tolerancia. En dicha situación, para
realizar la comprobación con respecto a la colisión se utilizará la
forma correcta del objeto (en lugar del Objeto Rectangular Ampliado
en Movimiento).
Para un paquete apilado determinado, si hay una
posición de entrada, normalmente existirá una posición de salida.
Cuando se considera un camino de recogida con el paquete en las
proximidades de la posición de origen, incluso sin una posición de
entrada, puede que todavía exista una posición de salida. Cuando se
encuentra una posición de salida, la posición de salida se añadirá
también a la lista de posiciones del recorrido.
La comprobación de la colisión individual se
compone de dos comprobaciones independientes a lo largo de dos
dimensiones ortogonales. Las dos dimensiones ortogonales son la
dimensión frontal/posterior y las dimensiones izquierda/derecha. Se
puede entender que si el objeto en movimiento colisiona con el
paquete apilado, la colisión se debe producir bien en la dimensión
frontal/posterior, o bien en la dimensión izquierda/derecha (Figura
103B), pero no en ambas.
A continuación se hace referencia a las Figuras
103A-B. Para la colisión a lo largo de la dimensión
frontal/posterior, el objeto en movimiento puede estar en dos
posiciones limítrofes tal como se muestra en la Figura 103A. Estas
posiciones limítrofes pueden ser bien la posición de entrada o bien
la posición de salida dependiendo de la dirección del recorrido.
Basándose en los tamaños geométricos del paquete y el objeto en
movimiento se puede calcular la coordenada a lo largo de la
dimensión izquierda/derecha para el punto de control del objeto en
movimiento. Tal como se muestra en la Figura 103, el eje z se
definirá como la dirección frontal/posterior, y el eje x a lo largo
de la dirección izquierda/derecha. z1 y z2 son las coordenadas z
correspondientes frontal y posterior del paquete. La coordenada z
del punto de control (centro de la superficie inferior) del objeto
en movimiento será (z1-w) cuando el objeto en
movimiento esté en el lado inferior, y z2 cuando el rectángulo en
movimiento esté en el lado superior. La coordenada x
correspondiente del punto de control se puede resolver a partir de
una ecuación de la línea recta del camino del recorrido. Una vez
que se han obtenido las coordenadas del punto de control, el
controlador puede calcular las dos coordenadas x limítrofes a lo
largo de las líneas de contacto según la dirección x. Si existe
alguna longitud de superposición a lo largo de la dirección
horizontal entre el rectángulo en movimiento y el paquete, se puede
considerar que la colisión existe.
Para la colisión a lo largo de la dimensión
izquierda/derecha, la caja que se desplaza puede estar en dos
posiciones limítrofes tal como se muestra en la Figura 103B. Cada
posición limítrofe puede ser bien una posición de entrada o bien
una posición de salida dependiendo de la dirección del recorrido.
Basándose en los tamaños geométricos de los paquetes y el objeto en
movimiento, se pueden calcular las coordenadas horizontales del
punto de control del objeto en movimiento. Utilizando el mismo
sistema de coordenadas que anteriormente, x1 y x2 son la
\hbox{coordenada x} correspondiente del paquete. La
coordenada x del punto de control definido será
(x1-1/2) cuando el objeto en movimiento esté en el
lado izquierdo, y (x2 + 1/2) cuando el objeto en movimiento esté en
el lado derecho. La coordenada z correspondiente del punto de
control se puede resolver a partir de una ecuación de la línea
recta del camino del recorrido. Una vez que se han obtenido las
coordenadas del punto de control, el controlador puede calcular las
\hbox{coordenadas z} limítrofes a lo largo de la línea de
contacto. Si existe alguna longitud de superposición a lo largo de
la dirección vertical entre el objeto en movimiento y el paquete,
en ese caso la colisión existe.
Inicialmente, en la lista hay únicamente dos
posiciones, la posición inicial de paso y la posición final de
paso. La posición de entrada o la posición de salida del
amortiguador se pueden añadir tal como se ha descrito anteriormente.
Posteriormente, para cada inserción de una posición, se llevará a
cabo una comprobación de la consistencia para garantizar que la
lista ordenada mantiene la "convexidad". En otras palabras, la
naturaleza convexa hacia arriba del camino se mantiene cuando a la
lista se añaden posiciones nuevas.
Siempre que se introduce una posición, en la
lista correspondiente se buscará un par adyacente de posiciones, en
el que una está inmediatamente antes y otra inmediatamente después
basándose en la distancia del recorrido horizontal.
Si la posición nueva está dentro de una
tolerancia predefinida para una de las posiciones existentes en el
par en términos de distancia de recorrido horizontal, se tratará de
dos maneras. Si la posición nueva es inferior a la posición
existente, la posición nueva se descartará. De otro modo, la altura
existente se elevará hasta la altura nueva, y, tal como se describe
posteriormente, se llevarán a cabo una búsqueda hacia delante y una
búsqueda hacia atrás.
Si la posición queda fuera de la tolerancia
predefinida, se construirá una línea que pasa a través del par de
posiciones existentes. Si la altura de la posición nueva es
inferior o igual a esa línea, la posición nueva se descartará, de
otro modo, la posición nueva se insertará, y se llevarán a cabo una
búsqueda hacia delante y una búsqueda hacia atrás.
Con la posición recién insertada como posición de
inicio, la posición siguiente se selecciona como posición de
comprobación, y la posición que viene a continuación de la posición
siguiente, si es que existe, se selecciona como posición de
referencia. Tras construir una línea que pasa a través de la
posición de inicio y la posición de referencia, se realiza una
comprobación sobre si la posición de comprobación está por encima
de la línea, por debajo de la línea, o en la línea. Si está por
encima de la línea, la búsqueda finaliza. De otro modo, la posición
de comprobación se eliminará de la lista. A continuación la
posición de referencia se vuelve a etiquetar como la posición de
comprobación, y la siguiente posición, si es que existe, se vuelve a
etiquetar como la posición de referencia nueva. Comenzará un ciclo
nuevo de comprobación. Esto se repetirá hasta que se cumpla la
convexidad para todas las posiciones a lo largo de la dirección que
va hacia delante.
Con la posición recién insertada como posición de
inicio, la posición previa se selecciona como posición de
comprobación, y la posición que viene antes de la posición previa,
si es que existe, se selecciona como posición de referencia. Tras
construir una línea que pasa a través de la posición de inicio y la
posición de referencia, se realiza una comprobación sobre si la
posición de comprobación está por encima de la línea, por debajo de
la línea, o en la línea. Si está por encima de la línea, la
búsqueda finaliza. De otro modo, la posición de comprobación se
eliminará de la lista. A continuación la posición de referencia se
vuelve a etiquetar como la posición de comprobación, y la posición
que viene antes de esa posición, si es que existe, se vuelve a
etiquetar como la posición de referencia, y el mismo ciclo se
inicia de nuevo. Esto se repetirá hasta que se cumpla la convexidad
para todas las posiciones a lo largo de la dirección que va hacia
atrás.
Cada posición en una lista ordenada se
complementará con una tolerancia. Esto es equivalente a levantar en
una distancia de tolerancia especificada todos los segmentos del
polígono convexo que unen las posiciones en la lista, de tal manera
que el objeto que se desplaza tenga la menor probabilidad de
colisionar con paquetes apilados o paquetes en el amortiguador
acumulador. Esto se puede conseguir también ampliando el rectángulo
en movimiento según una tolerancia de colisión en la superficie
inferior.
El sistema de software incluye los siguientes
componentes: software de planificación del movimiento del robot,
software de interpolación de la trayectoria del robot, software de
control de los dispositivos periféricos, software de visualización
de mensajes y de tratamiento de errores, y algoritmos de
apilamiento. El software de planificación del movimiento del robot
planifica una secuencia de movimiento de recogida y colocación
basándose en una planificación de la pila de paquetes, y planifica
cada segmento del movimiento. El software de interpolación de la
trayectoria ejecuta un segmento de movimiento planificado e
interpola una posición nueva en cada ciclo de la trayectoria para
comunicársela a las placas de servo. El software de control de los
dispositivos periféricos coordina el movimiento de la cinta de
alimentación, la estación de medición y el acumulador. El algoritmo
de apilamiento es un software de ordenador que tal como se ha
descrito anteriormente genera una planificación de la pila de
paquetes. La planificación de la pila dictamina qué paquete recoger
del acumulador de paquetes, en dónde colocar el paquete en el palé,
y qué orientación del paquete utilizar.
Todos los componentes según una realización de la
invención se controlan por medio de un controlador del sistema de
paletización basado en un bus VME. Según esta realización, la placa
del procesador principal utilizada es una Motorola MVME167. El
sistema operativo multitarea de tiempo real utilizado es el pSOS+.
El software de control para la cinta alimentadora, la estación de
medición, el acumulador, y el robot, y los algoritmos de apilamiento
se pueden ejecutar todos en esta placa. Este procesador principal
se comunica con placas de servo Galil para controlar el robot De
pórtico, la estación de medición, la cinta alimentadora, y el
acumulador. También se puede comunicar con una placa I/O Matrix
para recoger datos de células de carga, que residen en la estación
de medición.
Durante un ciclo de movimiento de recogida y
colocación, el robot se controla con la máxima aceleración y
deceleración a lo largo de todos los segmentos de movimiento. El
perfil de movimiento contiene una mezcla de
aceleración/deceleración de onda cuadrada y aceleración/deceleración
de onda sinusoidal, ambas bien conocidas en el campo del control.
Dada una aceleración máxima, el perfil de onda cuadrada puede
conseguir un movimiento más rápido que el perfil sinusoidal. Por
otro lado, el perfil de onda sinusoidal provocará menos vibración
que el perfil de onda cuadrada. Durante un ciclo de recogida y
colocación, el pórtico seguirá un perfil de onda cuadrada todo el
tiempo excepto en el último segmento del ciclo de colocación. En
ese segmento, se produce una conmutación a un perfil sinusoidal.
Este método consigue un tiempo de ciclo corto, a la vez que
preserva la precisión de la colocación.
En la configuración inicial del sistema, en
primer lugar se ejecutarán los procesos de la estación de medición
y de alimentación del acumulador. Después de que se haya llenado el
acumulador, de aquí en adelante, los procesos de medición de los
paquetes y de alimentación se ejecutarán en paralelo al movimiento
del robot.
Tan pronto como el robot recoja un paquete del
acumulador y evite cualquier colisión con los paquetes contiguos, se
da inicio al ciclo de alimentación de los paquetes. La alimentación
de los paquetes continúa hasta que el acumulador está lleno; es
decir, el último paquete acabará parcialmente en la estación de
medición.
Según la presente invención, el tiempo del ciclo
de alimentación del acumulador se mantiene menor que o igual a la
mitad del tiempo del ciclo de recogida y colocación del robot.
Cuando el robot vuelve a recoger otro paquete, el controlador debe
comprobar si se ha realizado la alimentación del acumulador antes
de caer sobre ese paquete. Si no se ha realizado la alimentación del
acumulador, el robot permanecerá inactivo, y el ciclo de
apilamiento se retrasará. Cuando se retira un paquete relativamente
grande del acumulador, típicamente el intersticio se llenará con
uno o dos paquetes. Ocasionalmente, para llenar el intersticio se
requieren tres paquetes, si es que son pequeños; no obstante, esta
situación es improbable.
A continuación el siguiente paquete se introduce
en el borde salida de la cinta de inducción. En una realización
preferida, en la cinta de inducción hay instalada una célula
fotoeléctrica que actúa como un sensor de deceleración. La
ubicación del sensor de deceleración se posiciona de tal manera que
cuando un paquete comienza a decelerarse desde ese punto, se
detendrá en el borde de salida de la cinta de inducción. El
ordenador supervisará el sensor de deceleración, y detendrá la
cinta de inducción cuando llegue un paquete nuevo. En esta
disposición, siempre que se haya finalizado la medición de un
paquete previo, habrá un recorrido mínimo para mover el siguiente
paquete sobre la estación de medición.
Según la presente invención, la toma de
decisiones de apilamiento se ejecuta en paralelo al movimiento del
robot y la medición y alimentación de los paquetes. La toma de
decisiones de apilamiento prepara una planificación de la pila con
respecto a qué paquete recoger del amortiguador, dónde colocarlo en
el palé, así como qué orientación utilizar. Tan pronto como el
planificador del movimiento del robot acepte la planificación de la
pila, la toma de decisiones de apilamiento comienza a realizar
cálculos para una siguiente colocación.
La toma de decisiones de apilamiento utiliza un
modelo de geometría de un paquete por anticipado para el
amortiguador acumulador y el palé. Físicamente, la pinza del robot
acaba de finalizar la colocación del último paquete, y acaba de
iniciar el movimiento hacia el amortiguador para recoger un paquete
planificado. No obstante, en el modelo de Un Paquete por Anticipado,
se considera que el paquete planificado ha sido retirado del
amortiguador, y se debe haber colocado en el palé. Se considera
también que el desplazamiento de posiciones de paquetes en el
acumulador ha finalizado. Basándose en este modelo de una etapa por
anticipado, se calcula la siguiente planificación de la pila.
De este modo, cuando un robot acaba de colocar el
paquete actual, ya se ha preparado la selección del siguiente
paquete, de manera que no se produce ningún retardo de tiempo.
Tal como puede observarse, según la presente
invención, se están llevando a cabo una multitud de tareas
diferentes, que pueden plantear dificultades en un sistema
operativo de tiempo real como el utilizado. Tal como puede
entenderse, puede resultar desventajoso si el sistema debe
"esperar" a que se produzcan cálculos antes de permitir que se
recorra un camino de recogida o un camino de colocación.
Según la presente invención, la fijación de
prioridades de las tareas de control puede utilizar eficazmente el
tiempo del ordenador, reduciendo o eliminando de este modo el
retardo por los cálculos en el ciclo de apilamiento.
Según la presente invención, tal como se muestra
en la Figura 106, hay 6 tareas de software que se pueden ejecutar en
un procesador: tarea de apilamiento, tarea de planificación, tarea
de trayectorias, tarea de los dispositivos periféricos, tarea de
impresión y tarea de errores.
La tarea de apilamiento realiza una planificación
de la pila de paquetes, que incluye qué paquete recoger del
amortiguador, dónde colocarlo en la pila, y qué orientación
utilizar. Esta planificación incluye el proceso de apilamiento
descrito anteriormente. La tarea de planificación diseña y ejecuta
la secuencia descrita anteriormente de movimiento de recogida y
colocación del robot de pórtico. La tarea de planificación se puede
hacer extensiva también a la gestión de la interfaz de usuario. La
tarea de trayectorias gestiona la interpolación de tiempo real de
los segmentos de movimiento tal como se ha descrito en relación con
la planificación del camino de colocación y el camino de recogida.
En esta tarea se implementan también obligaciones de mantenimiento
críticas en relación con el tiempo como la comprobación de si se ha
pulsado un botón E-STOP (paro de emergencia). La
tarea de los dispositivos periféricos gestiona el control para el
transportador alimentador de entrada, la estación de medición y el
acumulador. La tarea de impresión envía todos lo mensajes a una
pantalla monitor o un LED. La tarea de errores se hace activa
cuando el operario pulsa el botón E-STOP, o si se
produce un error de hardware o software.
Según la presente invención, se realiza una
asignación de prioridades relativas de las tareas. El tiempo de la
CPU se asigna basándose en la prioridad de las tareas: siempre que
una tarea de prioridad alta esté preparada para la ejecución, se
interrumpirá una tarea de prioridad baja que esté en
funcionamiento, y a dicha tarea de prioridad alta se le asignará
tiempo de cálculo. A cada una de las tareas anteriores se le asigna
una prioridad diferente. La tarea de trayectorias posee la
prioridad más alta, seguida por la tarea de errores, la tarea de la
estación de medición, la tarea de planificación, la tarea de
apilamiento, y la tarea de impresión. Siempre que una tarea
específica de prioridad alta se haya completado, el tiempo de la CPU
se desplazará inmediatamente hacia una tarea que tenga una
prioridad inferior.
Según la presente invención se proporciona una
disposición del tiempo de ejecución de las tareas. Tal como se
muestra en la disposición 2000, la Figura 106, una tarea de
prioridad alta cederá tiempo de la CPU del ordenador siempre que
esté inactiva voluntariamente. Permanece así hasta que es activada
explícitamente por una tarea externa. Una tarea de alta prioridad
también cederá tiempo de la CPU del ordenador cuando esté esperando
algún acontecimiento. Permanecerá así hasta que reciba dicho
acontecimiento de otra tarea.
Tal como se muestra con la referencia 2010 en la
Figura 107, después de que la tarea de apilamiento genere una
planificación de recogida y colocación de paquetes en la referencia
2012, "enviará un acontecimiento" a la tarea 2013 de
planificación, permitiéndole que se ponga en ejecución, y quedará
inactiva en la referencia 2014 para ceder tiempo de ordenador.
Reanudará su ciclo cuando la tarea de planificación haya tomado la
planificación de la pila actual.
Tal como se muestra en la Figura 108, la tarea de
planificación no se ejecutará a menos que reciba una planificación
de apilamiento de paquetes desde la tarea de apilamiento. Después
de recibir la planificación, la tarea de planificación activará la
tarea de apilamiento para extraer una planificación de apilamiento
del siguiente paquete. A continuación la tarea de planificación
planifica y ejecuta las secuencias del movimiento de recogida y
colocación. Cada etapa en las secuencias incluye típicamente una
planificación de los segmentos del movimiento. Después de
planificar un segmento de movimiento, la tarea de planificación
quedará inactiva hasta que sea activada por una tarea de
trayectoria. Inmediatamente antes de recoger un paquete del
acumulador, la tarea de planificación esperará un acontecimiento
realizado por el acumulador. Inmediatamente después de levantar un
paquete, una tarea de planificación activará la tarea de
periféricos para alimentar el siguiente paquete.
Tal como se muestra con la referencia 2030 en la
Figura 109, un reloj de interrupciones activará la tarea de
trayectorias con un intervalo fijo, por ejemplo, 32 milisegundos.
Una vez activada, la tarea de trayectoria actualizará las
posiciones de la trayectoria del robot si no se ha acabado el
segmento actual, o realizará una transición hacia el siguiente
segmento planificado. Basándose en la instrucción (almacenada en la
memoria del ordenador) de la tarea planificada, la tarea de
trayectoria puede activar la tarea de planificación bien cuando se
hayan realizado todos los segmentos planificados del movimiento o
bien inmediatamente después de la transición hacia el siguiente
segmento de movimiento. A continuación la tarea de trayectoria
ejecuta varias obligaciones de mantenimiento, y se queda
inactiva.
Tal como se muestra con la referencia 2040 en la
Figura 111, la tarea de los dispositivos periféricos iniciará un
programa de movimiento para alimentar y medir un paquete en la
referencia 2041. El programa de movimiento se ejecuta en la placa
de servo. Durante la ejecución del programa, la mayoría del tiempo
la tarea de los dispositivos periféricos está en el modo inactivo.
Cuando alcanza las posiciones críticas, es activada por la placa de
servo para intercambiar datos con dicha placa de servo o para leer
datos del sensor en la referencia 2042. Este proceso se repetirá
hasta que el acumulador esté lleno. A continuación la tarea de los
dispositivos periféricos enviará un acontecimiento hacia la tarea
de planificación en la referencia 2044, y quedará inactiva hasta
que reciba el acontecimiento de vuelta desde la tarea de
planificación.
Tal como se muestra en la Figura 112, la tarea de
impresión sigue visualizando mensajes en la referencia 2052 siempre
que exista alguno. Esta tarea se ejecuta únicamente cuando el resto
de las tareas no están en funcionamiento. Si el sistema va a
incluir tareas adicionales de baja prioridad, el método de
desactivación y activación utilizado anteriormente se puede hace
extensivo a la tarea de impresión.
Tal como se muestra en la Figura 113, normalmente
la tarea de errores no está en funcionamiento. Es activada por un
error excepcional para tratar los errores en la referencia 2062.
Después del procesado, permanece inactiva en la referencia
2061.
Tal como puede entenderse, cuando los paquetes se
colocan en contacto lineal, pueden llegar a comprimirse o deformarse
algo con respecto a sus dimensiones originales que se detectaron
anteriormente según la dirección de avance. Por esta razón la
longitud real de la línea acumulada (la longitud real de extremo a
extremo de la línea acumulada de paquetes) puede diferir con
respecto a la suma de las "longitudes nominales" de los
paquetes medidas anteriormente. Por esta razón, si la pinza
únicamente se basó en las mediciones individuales anteriores para
ir y recoger un paquete específico, podría estar "desviada" una
distancia de error de forma desventajosa si, por ejemplo, la
compresión de la línea ha hecho que la longitud real de la línea
acumulada sea menor que la suma de las longitudes nominales. A
continuación se hace referencia a las Figuras
114-117 para ilustrar un método y un aparato según
la presente invención para seleccionar paquetes individuales de una
línea de paquetes del acumulador, que incluye la corrección de
errores para compensar la diferencia entre las longitudes de los
paquetes antes de la acumulación y sus longitudes reales mientras
están acumulados.
Tal como se muestra en la Figura 114, un grupo
1140 de paquetes "A", "B", "C" y "D" están en
contacto lineal según sus longitudes en un transportador
acumulador, estando situado el primer paquete acumulado A contra un
tope extremo 1142 de referencia, de ubicación conocida, y por lo
menos los paquetes "A", "B", "C" y "D" en
contacto lateral con una guía 1142 de alineación lateral para
alinearlos lateralmente. Se debería entender que el término
"longitud" es relativo con respecto a la orientación en la que
se sitúan los paquetes cuando se cargan en el acumulador. El último
paquete D en el transportador está en el camino b de un sensor S de
distancia, que está a un ángulo \partial con respecto al eje X,
que es el eje a lo largo del cual, en lo sucesivo, se miden todas
las distancias. Detectando la distancia "d" con respecto al
sensor "S" y calculando el coseno de d, se puede determinar la
componente "X" de la distancia "d". Dicha información
combinada con las dimensiones del transportador acumulador permiten
el cálculo de la Longitud Real de la Línea de los paquetes sobre el
transportador acumulador. El conocimiento de las longitudes
nominales de los paquetes individuales, medidas por el
transportador de dimensionamiento (no mostrado) situado
anteriormente según la dirección de avance, permite el cálculo de
la Longitud Nominal de la Línea de los paquetes A, B, C y D. La
diferencia entre estos dos valores es el Error de la Línea Real, o
error total "e". Este error se compara con unos umbrales, tales
como +1,2 pulgadas y -1,5 pulgadas. y si el error supera cualquiera
de estos umbrales se le asigna el valor del umbral en cuestión.
En este momento, el sistema está preparado para
la retirada de un paquete, y por esta razón está en el inicio de su
ciclo. A continuación, tal como se muestra en la Figura 115, de la
línea se retira un paquete, tal como "B", y se coloca otro
paquete "E" en contacto lineal con los otros paquetes. A
continuación se vuelve a calcular el error "e" y se retira
otro paquete (por ejemplo, el paquete "D") y se sustituye por
un paquete tal como el F para obtener la configuración mostrada en
la Figura 116.
Tal como se ha descrito anteriormente, después de
calcular cada error "e", a continuación la pinza retira un
paquete de entre los paquetes situados en el transportador
acumulador. Es deseable conocer con la mayor precisión posible el
centro (por lo menos en la dirección "X") de los paquetes para
conseguir una colocación de los paquetes cogidos que resulte
consistente en posiciones situadas más allá según la dirección de
avance. Por esta razón el error "e" es proporcional a los
paquetes en las líneas tal como se muestra en la Figura 117, en
donde:
e = error total (calculado según la Figura
114)
i = número de paquete (n.º 6 en la Figura
117)
N = número total de paquetes (un n.º de 7 en la
Figura 117)
q = estimación individual del error de
paquete
q = \frac{( i-1 )
e'}{(N-1)}
Tal como puede entenderse, básicamente este
cálculo "reparte" de forma proporcional el error total "e"
entre los paquetes situados entre el primer y el último paquetes en
la línea, sin medir realmente la ubicación de los paquetes
intermedios.
Otra característica de la invención es la
utilización de un sistema de "ponderación" para calcular un
Error Ponderado de la Línea Real "e'". Tal como se ha descrito
en relación con las Figuras 114-116, durante cada
ciclo de funcionamiento se calcula un Error de la Línea Real
"e". En el caso de un funcionamiento en régimen permanente, se
pueden utilizar tres Errores de la Línea Real consecutivos para
calcular un error "e'" "ponderado". Este e' se calcula
por medio de la siguiente fórmula:
e'=0,2 \
(e[t-2]) +0,3 \
(e[t-1]) +0,5 \
[(e[t])
en
donde
- t = ciclo actual
- t-1 = ciclo previo
- t-2 = un ciclo antes del ciclo previo
Tal como puede observarse, esta fórmula asigna
más peso al error más reciente, pero al mismo tiempo proporciona
algún peso, aunque menor, a los errores anteriores.
En resumen, puede observarse que el proceso
anterior descrito en relación con las Figuras
114-117 proporciona un método y un aparato según la
presente invención para seleccionar paquetes individuales de una
línea de paquetes acumulados, que incluye la corrección de errores
para compensar la diferencia entre las longitudes de los paquetes
antes de la acumulación y sus longitudes reales mientras están
acumulados.
Claims (11)
1. Un procedimiento para seleccionar paquetes
individuales (A, B, ...) de una línea de paquetes acumulados
compuesta por una pluralidad de paquetes en contacto lineal a lo
largo de sus longitudes, incluyendo dicha línea de paquetes
acumulados, en sus extremos opuestos, los paquetes finales primero y
segundo (A, D) definiendo las superficies correspondientes primera y
segunda, aparentemente opuestas, la distancia real entre dichas
superficies, aparentemente opuestas, definiendo dicha longitud total
real de dicha línea de paquetes acumulados, incluyendo también dicha
línea de paquetes acumulados, al menos un paquete intermedio (B, C),
situado entre dichos paquetes finales, comprendiendo dicho
procedimiento las etapas de:
a) definir una dimensión común de una pluralidad
de paquetes como "longitud nominal" de cada uno de dichos
paquetes;
b) después de la etapa "a", acumular dicha
línea de paquetes acumulados como una pluralidad de paquetes en
contacto lineal, de forma que dichas dimensiones comunes reales de
dichos paquetes se combinan para constituir la longitud real de
línea de dicha línea de paquetes acumulados;
c) medir la longitud real de línea de dicha línea
de paquetes acumulados, midiendo la distancia entre dichas
superficies primera y segunda aparentemente opuestas;
d) definir como "error real de línea" (e),
la diferencia entre dicha longitud real de línea de paquetes
acumulados y la suma de las longitudes nominales de línea de todos
los paquetes de la línea;
e) asignar una parte de dicho error real de línea
a uno de dichos paquetes intermedios dentro de dicha línea; y
f) dar instrucciones a un dispositivo de agarre
para que recoja dicho paquete intermedio, dichas instrucciones en
base, al menos parcialmente, a dichas medidas de longitud nominal y
a dicha parte de dicho error real de línea asignada a dicho paquete
intermedio.
2. El procedimiento según la reivindicación 1, en
el que dicha medida de dicha longitud real de línea, de dicha línea
de paquetes acumulados, se realiza impulsando dicha primera
superficie opuesta, de dicho primer paquete, contra una superficie
de parada de referencia (1141) de una situación conocida y midiendo
la distancia de dicha segunda superficie opuesta, de dicho segundo
paquete (P), con respecto a dicha superficie de parada de
referencia.
3. El procedimiento según la reivindicación 2, en
el que la parte de dicho error real de línea, asignada a dicho
paquete intermedio, depende directamente del número de paquetes
entre dicha superficie de parada de referencia y dicho paquete
intermedio.
4. El procedimiento según la reivindicación 1, en
el que dicho procedimiento se lleva a cabo sobre una línea de
paquetes acumulados que tiene dicho paquete intermedio en contacto
directo con al menos uno de dichos paquetes finales.
5. El procedimiento según la reivindicación 1, en
el que dicho procedimiento se lleva a cabo sobre una línea de
paquetes acumulados, que no tiene dicho paquete intermedio en
contacto directo con ninguno de dichos paquetes finales, teniendo,
en cambio, al menos un paquete entre el paquete intermedio y cada
uno de los paquetes finales.
6. Un procedimiento para seleccionar paquetes
individuales (A, B, ...) de una línea de paquetes acumulados
compuesta por una pluralidad de paquetes en contacto lineal a lo
largo de sus longitudes, incluyendo dicha línea de paquetes
acumulados, en sus extremos opuestos, los paquetes finales primero y
segundo (A, D) que definen las superficies correspondientes primera
y segunda aparentemente opuestas, la distancia real entre dichas
superficies aparentemente opuestas definiendo dicha longitud total
real de dicha línea de paquetes acumulados, incluyendo también dicha
línea de paquetes acumulados, al menos un paquete intermedio (B, C),
situado entre dichos paquetes finales, comprendiendo dicho
procedimiento las etapas de:
a) definir una dimensión común de una pluralidad
de paquetes como "longitud nominal" de cada uno de dichos
paquetes;
b) después de la etapa "a", acumular dicha
línea de paquetes acumulados como una pluralidad de paquetes (K) en
contacto lineal, de forma que dichas dimensiones comunes de dichos
paquetes se combinan para constituir la longitud real de línea de
dicha línea de paquetes acumulados;
c) medir la longitud real de línea de dicha línea
de paquetes acumulados, midiendo la distancia entre dichas
superficies primera y segunda aparentemente opuestas;
d) definir como "error real de línea" (e),
la diferencia entre dicha longitud real de línea de paquetes
acumulados y la suma de las longitudes nominales de línea de todos
los paquetes de la línea;
e) asignar una parte de dicho error real de línea
a uno de dichos paquetes intermedios dentro de dicha línea;
f) dar instrucciones a un dispositivo de agarre
para que recoja dicho paquete intermedio, siendo dichas
instrucciones dependientes, al menos parcialmente, de dichas medidas
de longitud nominal y de dicha parte de dicho error real de línea
asignada a dicho paquete intermedio (P);
g) acumular otro paquete (E) para crear una línea
modificada de paquetes acumulados;
h) medir la longitud real de línea de dicha línea
modificada de paquetes acumulados;
i) definir como segundo "error real de
línea", la diferencia entre dicha longitud real de línea
modificada de paquetes acumulados y la suma de las longitudes
nominales de línea de todos los paquetes de la línea modificada de
paquetes acumulados;
j) definir un error real de peso de la línea, que
depende de dicho error real original de la línea, definido en la
etapa "d" y dicho segundo error real de línea, definido en la
etapa "i"; y
k) dar instrucciones a un dispositivo de agarre
para que recoja otro paquete intermedio (P), dichas instrucciones
dependientes, al menos parcialmente, de dichas medidas de longitud
nominal y de dicha parte de dicho error real de peso de la línea
asignada a dicho paquete intermedio.
7. Un aparato para seleccionar paquetes
individuales (A, B, ...) de una línea de paquetes acumulados (16)
compuesta por una pluralidad de paquetes en contacto lineal a lo
largo de sus longitudes, incluyendo dicha línea de paquetes
acumulados, en sus extremos opuestos, los paquetes finales primero y
segundo (A, D), definiendo las superficies correspondientes primera
y segunda aparentemente opuestas, la distancia real entre dichas
superficies aparentemente opuestas, definiendo dicha longitud total
real de dicha línea de paquetes acumulados, incluyendo también dicha
línea de paquetes acumulados, al menos un paquete intermedio (B, C),
situado entre dichos paquetes finales, comprendiendo dicho
aparato:
a) medios para definir una dimensión común de una
pluralidad de paquetes, como "longitud nominal" de cada uno de
dichos paquetes (P);
b) medios para acumular dicha línea de paquetes
acumulados como una pluralidad de paquetes en contacto lineal, de
forma que dichas dimensiones comunes de dichos paquetes se combinan
para constituir la longitud real de línea de dicha línea de paquetes
acumulados;
c) medios para medir la longitud real de línea de
dicha línea de paquetes acumulados, midiendo la distancia entre
dichas superficies primera y segunda aparentemente opuestas;
d) medios para definir como "error real de
línea" (e) la diferencia entre dicha longitud real de línea de
paquetes acumulados y la suma de las longitudes nominales de línea
de todos los paquetes de la línea;
e) medios para asignar una parte de dicho error
real de línea a uno de dichos paquetes intermedios dentro de dicha
línea;
f) medios de dispositivo de agarre para recoger
dicho paquete intermedio; y
g) medios de control del dispositivo de agarre
para dar instrucciones a un dispositivo de agarre para que recoja
dicho paquete intermedio, siendo dichas instrucciones para dichos
medios de control del dispositivo de agarre sensibles, al menos
parcialmente, a dichas medidas de longitud nominal y a dicha parte
de dicho error real de línea asignada a dichos paquetes
intermedios.
8. El aparato según la reivindicación 7, que
además comprende una superficie de parada de referencia (1141) y en
el que dicha medida de dicha longitud real de línea de dicha línea
de paquetes acumulados se realiza impulsando dicha primera
superficie opuesta, de dicho primer paquete (10), contra una
superficie de parada de referencia de una situación conocida y
midiendo la distancia de dicha segunda superficie opuesta, de dicho
segundo paquete, con respecto a dicha superficie de parada de
referencia.
9. El aparato según la reivindicación 8, en el
que la parte de dicho error real de línea asignada a dicho paquete
intermedio, depende directamente del número de paquetes entre dicha
superficie de parada de referencia y dicho paquete intermedio.
10. El aparato según la reivindicación 7, en el
que dicho aparato manipula una línea de paquetes acumulados,
teniendo dicho paquete intermedio en contacto directo con al menos
uno de dichos paquetes finales.
11. El aparato según la reivindicación 7, en el
que dicho aparato manipula una línea de paquetes acumulados, no
teniendo dicho paquete intermedio en contacto directo con ninguno
de dichos paquetes finales, teniendo, en cambio, al menos un paquete
entre el paquete intermedio y cada uno de los paquetes finales.
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| ES04021110T Expired - Lifetime ES2278252T3 (es) | 1996-11-26 | 1997-11-21 | Aparato para agarrar paquetes. |
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