ES2277141T3 - Manipulador de grandes dimensiones provisto de un mastil articulado y un dispositivo de regulacion para el control de dicho mastil. - Google Patents

Abstract

Manipulador de grandes dimensiones provisto de un mástil articulado (22) que está unido a un caballete (21) que puede girar preferentemente sobre un eje vertical (13) dispuesto sobre un chasis (11) y que presenta como mínimo tres brazos (de 23 a 27) que pueden pivotar de forma limitada sobre sendos ejes articulados (de 28 a 32) horizontales y paralelos entre sí con respecto al caballete (21) o a un brazo contiguo (de 23 a 27) mediante sendas unidades propulsoras (de 34 a 38) y que forman en el extremo libre del último brazo (27) una punta de mástil (33), provisto el manipulador de un dispositivo de regulación (70) para el control de las unidades propulsoras (de 34 a 38) del movimiento del mástil que presenta un conversor de coordenadas (74, 76) que responde a una magnitud de referencia (r, h) preferentemente predefinida en un sistema de coordenadas asociado con el chasis para la punta de mástil (33) o para un tubo flexible terminal (43) dispuesto sobre ésta, y a valores de medición de ángulos determinados en los brazos (de 23 a 27) por medio de sensores angulares (de 44 a 48) para la conversión en señales de movimiento (DeltaAlfaNi) relacionadas con el eje articulado para las unidades propulsoras (de 34 a 38) en función de una característica de recorrido/oscilación predeterminada caracterizado por el hecho de que en los brazos del mástil (del 23 al 27) se colocan de forma rígida sensores angulares geodésicos (de 44 a 48) para la determinación de los valores angulares (EpsilonNi) relativos a tierra correspondientes a cada uno de los brazos del mástil (de 23 a 27) y de que el conversor de coordenadas puede trabajar con los valores angulares (EpsilonNi) obtenidos por los sensores angulares (de 44 a 48).

Description

Manipulador de grandes dimensiones provisto de un mástil articulado y un dispositivo de regulación para el control de dicho mástil.

El presente invento hace referencia a un manipulador de grandes dimensiones provisto de un mástil articulado que está unido a un caballete que puede girar preferentemente sobre un eje vertical dispuesto sobre un chasis y que presenta como mínimo tres brazos que pueden pivotar de forma limitada sobre sendos ejes articulados horizontales y paralelos entre sí con respecto al caballete o a un brazo contiguo mediante sendas unidades propulsoras y que forman en el extremo libre del último brazo una punta de mástil, provisto el manipulador de un dispositivo de regulación para el control de las unidades propulsoras del movimiento del mástil que presenta un conversor de coordenadas que responde a una magnitud de referencia preferentemente predefinida en un sistema de coordenadas asociado con el chasis para la punta de mástil o para un tubo flexible terminal dispuesto sobre ésta y a valores de medición de ángulos determinados en los brazos por medio de sensores angulares para la conversión en señales de movimiento relacionadas con el eje articulado para las unidades propulsoras en función de una característica de recorrido/oscilación predeterminada.

Se utilizan manipuladores de grandes dimensiones de este tipo, por ejemplo, en bombas fijas o autobombas de hormigón. Esta clase de manipuladores son dirigidos por operarios, responsables de controlar la bomba y de posicionar el tubo fijo terminal dispuesto en la punta del mástil articulado por medio de un dispositivo de control remoto. Además, el operario debe accionar varios grados de libertad de giro del mástil articulado a través de las unidades propulsoras correspondientes desplazando el mástil articulado en un espacio de trabajo tridimensional no estructurado teniendo en cuenta los límites del lugar de la obra. El accionamiento de cada eje por separado posee la ventaja de que cada brazo puede situarse en cualquier posición, limitada únicamente por la amplitud de giro de cada brazo. A cada eje del mástil articulado o del caballete se le asigna una dirección principal de regulación de los instrumentos del dispositivo de control remoto de tal manera que, si existen tres o más brazos, el funcionamiento resulta complejo. El operario debe controlar en todo momento tanto los ejes accionados como el tubo flexible terminal para evitar el riesgo de realizar movimientos incontrolados del tubo flexible terminal que pongan en peligro al personal de la obra.

Para facilitar el manejo a este respecto, ya se propuso un dispositivo de accionamiento (WO-A-020664912, DE-A-4306127) en el que los ejes articulados redundantes del mástil articulado se controlaban conjuntamente en cada posición de giro del caballete, independientemente del eje giratorio de éste, con un solo proceso de regulación del instrumento de control remoto. De ese modo, el mástil articulado ejecuta lo que a la vista del operario parece un movimiento de estiramiento y flexión que mantiene continuamente la altura de la punta de mástil. Para hacer posible este método, el dispositivo de control presenta para las unidades propulsoras un conversor de coordenadas asistido por ordenador y dirigible mediante el instrumento de control remoto, mediante el cual pueden accionarse en la dirección de regulación principal del instrumento de control remoto las unidades propulsoras de los ejes articulados independientemente de la unidad propulsora del eje giratorio del caballete realizando un movimiento de estiramiento y flexión del mástil articulado a una altura dada de la punta de mástil. En otra dirección de regulación principal, las unidades propulsoras de los ejes articulados pueden accionarse con independencia del eje giratorio del caballete ejecutando un movimiento de elevación y descenso de la punta de mástil. Para optimizar el movimiento de estiramiento y flexión, en dichos documentos se considera importante que las unidades propulsoras de los ejes articulados redundantes del mástil puedan accionarse en cada caso en función de una característica de recorrido/oscilación. Para ello es necesario que la característica de recorrido/oscilación del conversor de coordenadas se modifique por intervención de momentos de torsión y de flexión dependientes de la carga y desarrollados en cada uno de los brazos del mástil.

Para captar los movimientos del mástil articulado, se prevén capturadores de ángulos en los brazos que sirven para determinar el ángulo de articulación. Cada uno de los capturadores de ángulo mide en cada caso sólo el ángulo formado entre dos brazos de un eje articulado. Este tipo de medición angular es estable ya que el sistema en la zona del eje es bastante rígido y porque los capturadores de ángulos devuelven exactamente el ángulo de oscilación preciso. El valor de medición referente al eje es independiente de los valores de los otros ejes. Con ello se obtiene una asignación matemática bastante simple entre los ángulos de articulación por un lado y la posición instantánea del tubo flexible terminal, por otro. Se trata de una conversión de coordenadas entre las coordenadas angulares relativas al eje de articulación y las coordenadas cilíndricas fijas con respecto al chasis en los que se desplaza el tubo flexible terminal del dispositivo.

El valor angular relativo al eje de articulación también es independiente de la combadura de cada uno de los brazos debido a los momentos de carga producidos. Esta combadura debe tenerse en cuenta y añadirse matemáticamente. Además, en primer lugar debe calcularse la masa de cada una de las partes de los brazos y, sobre todo, del relleno de hormigón contenido en los conductos de distribución pertinentes. De este modo, la combadura se incluye de forma puramente aritmética a la transformación de coordenadas. Este hecho se considera negativo.

Por otro lado, desde el punto de vista de la dinámica, ha demostrado ser ventajoso el hecho de que las mediciones angulares relativas al eje de articulación no contengan en sí componentes de información sobre el estado de la oscilación de tal manera que se produce un desacoplamiento dinámico en relación con las mediciones angulares. Por tanto, los ángulos axiales relativamente estables permiten realizar una regresión de magnitud perturbadora utilizando información adicional sobre el estado de oscilación en cada uno de los ejes, por ejemplo, la evolución dinámica de la presión en el cilindro de control correspondiente. Con ello se consigue una amortiguación efectiva de la oscilación (véase DE-A-10046546).

La disposición conocida, en la que el ángulo del brazo del mástil se mide empleando un sistema de coordenadas fijo con respecto al chasis y relacionado con el eje de articulación, posee las siguientes desventajas: a) el montaje de los capturadores de ángulos en la zona de los ejes de articulación resulta costoso ya que en esa zona hay emplazado mucho material estructural que molesta para la adición de los capturadores de ángulos; b) la masa de los capturadores de ángulos relativos a los ejes incluyendo el cableado asciende a unos 50 kg por eje, un peso demasiado elevado; c) con los capturadores de ángulos relativos a los ejes sólo se miden los ángulos de articulación sin tener en cuenta la combadura de cada uno de los brazos del mástil; para incluir la combadura producida por los momentos de carga con los conductos de distribución vacíos o llenos de hormigón, se necesita un modelo matemático adicional que puede ser erróneo.

Asimismo, para una excavadora provista de un mástil con varios brazos se conoce (JP-A-200.02.04.578) la colocación de un sensor de inclinación por cada brazo del mástil articulado. Los sensores de inclinación son responsables de determinar y controlar la inclinación efectiva de cada uno de los brazos. En este caso, se carece de un conversor de coordenadas para ligar también los valores angulares.

Por otro lado, en el caso de un manipulador de grandes dimensiones dispuesto en una autobomba de hormigón se conoce (US-B-6.202.013) la colocación de un módulo GPS en la punta del mástil articulado para determinar la posición geodésica de dicha punta. Los valores posicionales geodésicos se registran para controlar la estabilidad del manipulador. Por otro lado, adicionalmente se colocan sensores angulares en los brazos del mástil.

Teniendo en cuenta todo esto, el invento se basa en el objetivo de desarrollar un manipulador de grandes dimensiones de tipo conocido de tal manera que pueda obtenerse por medición técnica información sobre la combadura de los brazos y la dinámica del sistema, la cual puede ser utilizada en la técnica de regulación.

Para conseguir este objetivo se proponen las combinaciones de características expuestas en las reivindicaciones 1 y 11. El resto de desarrollos y configuraciones ventajosas del invento son objeto de las reivindicaciones subordinadas.

Una primera variante del invento prevé que se coloquen de forma rígida en los brazos del mástil, preferentemente a una cierta distancia de los ejes de articulación, sensores angulares geodésicos para la determinación de los valores angulares geodésicos asignados a cada uno de los brazos. Para poder tener también en cuenta una orientación no horizontal del caballete y del chasis que lo soporta en la transformación de coordenadas resulta ventajoso añadir un sensor angular geodésico instalado en el caballete y/o al menos un sensor angular geodésico en el chasis para medir los valores angulares geodésicos correspondientes al caballete y/o al chasis.

Una realización preferente del invento prevé que los sensores angulares geodésicos sean capturadores de ángulos de inclinación que reaccionen a la fuerza gravitacional de la Tierra.

Los valores angulares geodésicos determinados por medio de los sensores angulares geodésicos según el presente invento pueden interpretarse en el dispositivo de accionamiento conforme al presente invento de maneras distintas:

a) A partir de estos datos se calculan estáticamente cada uno de los ángulos de articulación. A través de los ángulos de articulación puede establecerse una relación con las coordenadas fijas relativas al chasis. La transformación de coordenadas habitual determina, a partir de los ángulos de articulación, la orientación de los brazos en el espacio y, con ello, la posición instantánea del tubo flexible terminal en dirección radial y en su altura sobre el subsuelo.

b) Los valores angulares geodésicos de los brazos según el presente invento también pueden convertirse a las coordenadas cilíndricas del tubo flexible terminal de manera inmediata sin tener que pasar por los ángulos de articulación.

c) En los casos a) y b) ya se incluye en los valores medidos el efecto de deformación estático derivado de los momentos de carga. También se tiene en cuenta la inclinación del emplazamiento provocada por una deformación de la subestructura.

d) En el momento de extensión y flexión del mástil, deben conocerse las posiciones angulares de los ejes de articulación según el apartado a) para poder mover los brazos sin que colisionen entre sí. Aquí se incluye también la autocolisión, es decir, la colisión entre los brazos del mástil y los componentes anexos.

Para poder permitir todo lo anterior, se propone de conformidad con una realización ventajosa del invento que el conversor de coordenadas presente una rutina de software para convertir los valores angulares geodésicos relativos a los brazos a ángulos de articulación. Asimismo, el conversor de coordenadas incluye una rutina de software para convertir la magnitud de control del sistema de coordenadas cilíndricas fijas con respecto al chasis a un ángulo de articulación de referencia en función de una característica de recorrido/oscilación del mástil articulado.

Al utilizar sensores angulares geodésicos en los brazos del mástil, las inclinaciones de los brazos anteriores y los cambios de éstas influyen directamente en los valores angulares de los brazos contiguos. Así, cuando el primer brazo del mástil cambia de ángulo de inclinación, también cambian las inclinaciones de los brazos siguientes en el valor correspondiente. Esto no sólo ocurre en estado estacionario, sino que también se tiene en cuenta en cambios de inclinación dinámicos. Los efectos de masas y de inercia que se producen a causa de estos cambios también se distribuyen dinámicamente en cada uno de los brazos. Por tanto, en la conversión de coordenadas también debe diferenciarse si el cambio de inclinación proviene del mismo brazo de medición o de un brazo del mástil previo. Este fenómeno da lugar a un problema de asignación: para cada cambio de ángulo medido en un brazo concreto debe determinarse qué parte del cambio está provocada por cuál de los brazos del mástil. Para ello es preciso contar con un modelo matemático que ejecute una separación de las mediciones geodésicas por brazos del mástil. Según el presente invento se realiza una separación dinámica de las señales convertidas a coordenadas angulares relativas al eje de articulación. Para ello, conforme al invento, se prevé una rutina de software que separe los valores angulares dinámicos en componentes de alta frecuencia y componentes de baja frecuencia. Asimismo, según una realización preferente del invento se prevé un grupo de comparadores de regulación relativos al eje de inclinación que pueden procesar los componentes estacionarios y de baja frecuencia del ángulo de articulación como valor real y los ángulos de articulación de referencia como valor teórico, y que están unidos por el lado de salida con reguladores de magnitudes de referencia relativos a los ejes de articulación para el control de las unidades propulsoras de los ejes de articulación correspondientes.

Según otra configuración ventajosa del presente invento se prevé un grupo de reguladores de magnitudes perturbadoras que pueden procesar los componentes de alta frecuencia de los valores angulares relativos a los ejes de articulación, y que están unidos a las entradas de señales de las unidades propulsoras correspondientes de los ejes de articulación formando una compensación de magnitud perturbadora. También es posible incluir antes de los reguladores de magnitud perturbadora una rutina de software que reaccione a los valores angulares dinámicos de referencia geográfica y al componente sumario de alta frecuencia de los ángulos de articulación para la determinación de los componentes de alta frecuencia de cada uno de los ángulos de articulación.

La descomposición descrita anteriormente de los valores angulares dinámicos se traduce en el hecho de que las distintas señales de regulación reciben categorías diferentes y se interpretan en circuitos de regulación distintos: un regulador de magnitud de referencia que influye en el comportamiento de conducción introducido por el operario y un regulador de magnitud perturbadora que influye en el comportamiento de oscilación. Los dos grupos de reguladores procesan los componentes de señal de valor real procedentes de la mencionada descomposición. Los valores teóricos del regulador de magnitud de referencia se generan a partir de los datos introducidos, por ejemplo, por medio de una palanca de control, es decir, a partir de los datos del operario, teniendo en cuenta además una característica de recorrido/oscilación predeterminada, mientras que las magnitudes perturbadoras distribuidas al regulador de magnitud perturbadora se regulan a cero para amortiguar las oscilaciones. Asimismo, conforme al presente invento, el comportamiento de conducción comprende además la deformación estática de los brazos del mástil y la inclinación del emplazamiento de la subestructura.

Otra alternativa consiste en colocar de forma rígida en los brazos del mástil sendos módulos GPS (Global Positioning System) por satélite para determinar los valores posicionales geográficos asignados a cada uno de los brazos del mástil, pudiendo trabajar el conversor de coordenadas con los valores posicionales de los módulos GPS. De forma ventajosa se prevén también un módulo GPS dispuesto en el caballete y, si procede, al menos un módulo GPS colocado en el chasis para determinar los valores posicionales geográficos pertenecientes al caballete y/o al chasis. Los valores posicionales geográficos relativos a los brazos del mástil se convierten ventajosamente a ángulos de articulación mediante una rutina de software del conversor de coordenadas. De forma también ventajosa, el conversor de coordenadas presenta asimismo una rutina de software para convertir la magnitud de referencia a ángulos de articulación de referencia fijos con respecto al chasis en función de la característica de recorrido/oscilación predeterminada del mástil articulado. Cuando los valores posicionales también contienen información posicional dinámica con una alta frecuencia suficiente, resulta ventajoso prever una rutina de software que reaccione a valores posicionales dinámicos y que sea capaz de dividirlos en componentes de baja frecuencia y componentes de alta frecuencia. En este caso, resulta ventajoso prever un grupo de comparadores de regulación que puedan procesar los componentes estacionarios o de baja frecuencia de los ángulos de articulación como valores reales y los ángulos de articulación de referencia como valores teóricos, y que estén unidos por el lado de salida a un regulador de magnitud de referencia relativo a los ejes de articulación para el manejo de las unidades propulsoras de los ejes de articulación correspondientes. Los reguladores de magnitud de referencia se ocupan de que las órdenes dadas por el operario, por ejemplo mediante una palanca de mando, se transformen en los movimientos de extensión y flexión del mástil articulado deseados. Para amortiguar las oscilaciones, puede preverse adicionalmente un grupo de reguladores de magnitud perturbadora relativos a los ejes de articulación que puedan procesar los componentes de alta frecuencia de los valores angulares dinámicos relativos a los ejes de articulación y que estén unidos a las entradas de señales de las unidades propulsoras de los ejes de articulación correspondientes formando una compensación de magnitud perturbadora. También es posible incluir oportunamente antes de los reguladores de magnitud perturbadora una rutina de software que reaccione a los valores posicionales dinámicos de referencia geográfica y al componente sumario de alta frecuencia de los ángulos de articulación para la determinación de los componentes de alta frecuencia de los ángulos de articulación.

A continuación se describirá el invento con más detalle con la ayuda de un ejemplo de realización representado de forma esquemática en los dibujos. Las figuras muestran:

La figura 1 muestra una vista lateral de una autobomba de hormigón con el mástil articulado replegado;

La figura 2 muestra la autobomba de hormigón de la figura 1 con el mástil articulado en posición de trabajo;

La figura 3 muestra un esquema para convertir los valores angulares geodésicos en valores angulares relativos a los ejes de articulación;

La figura 4 muestra un esquema de un dispositivo para accionar el mástil articulado.

La autobomba de hormigón 10 comprende un bastidor 11, una bomba de arena 12 compuesta, por ejemplo, de dos bombas de pistones de dos cilindros y de un mástil distribuidor de hormigón 14 que sirve de soporte del conducto de transporte de hormigón 16. A través del conducto de transporte de hormigón 16 se suministra hormigón líquido, que se introduce continuamente en un depósito de carga 17 de modo continuo durante el hormigonado, a un punto de hormigonado 18 alejado del emplazamiento del vehículo 11. El mástil distribuidor 14 consta de un caballete 21, que puede girar sobre el eje giratorio 13 mediante un accionamiento hidráulico giratorio 19, y un mástil de articulación 22 que puede oscilar sobre aquél y que puede regularse continuamente a distintas extensiones y alturas entre el vehículo 11 y el punto de hormigonado 18. En el ejemplo de realización representado, el mástil articulado 22 está compuesto de cinco brazos articulados y unidos entre sí del 23 al 27, los cuales pueden oscilar sobre ejes del 28 al 32 paralelos entre sí y rectangulares con respecto al eje vertical 13 del caballete 21. Los ángulos de articulación del \alpha_{1} al \alpha_{5} (figura 2) de las articulaciones formadas por los ejes de articulación del 28 al 32 y su disposición entre sí están dispuestos de tal manera que el mástil distribuidor puede adoptar una posición de transporte sobre el vehículo 11, tal y como se aprecia en la figura 1, con un ahorro de espacio sustancial debido a los múltiples pliegues del mismo. Mediante la activación de las unidades propulsoras de la 34 a la 38, asignadas individualmente a los ejes de articulación del 28 al 32, el mástil de articulación 22 puede desplegarse a diferentes distancias r y/o a diferentes alturas h entre el punto de hormigonado 18 y el emplazamiento del vehículo (figura 2).

El operario controla el movimiento del mástil mediante un dispositivo de control remoto 50 alejando así la punta de mástil 33 provista del tubo flexible terminal 43 hasta la zona de hormigonado correspondiente. El tubo flexible terminal 43 posee una longitud estándar de entre 3 y 4 m y un operario puede mantenerlo por su extremo de salida en una posición adecuada con respecto al punto de hormigonado 18 gracias a su suspensión articulada en la zona de la punta del mástil 33 y debido a la flexibilidad intrínseca.

En la figura 2 se aprecia que en cada brazo del mástil del 23 al 27 se ha colocado rígidamente un sensor angular geodésico del 44 al 48 para determinar los valores angulares geográficos \varepsilon_{\nu} (véase la figura 3) asignados a cada brazo del mástil. Existe un sensor angular geodésico adicional 49 en el caballete 21. Con éste puede medirse la inclinación del eje vertical 13 con respecto a la vertical y, por tanto, también la inclinación del bastidor con respecto al suelo. Los sensores angulares del 44 al 48 sustituyen a los capturadores de ángulos relativos a los ejes de articulación previstos en los controladores de mástiles articulados habituales.

Como se observa en la figura 3, en estado estacionario, los ángulos de articulación \alpha_{\nu} se calculan a partir de los ángulos geográficos \varepsilon_{\nu} de los brazos del mástil determinados por los sensores angulares geodésicos del 44 al 48 de la manera siguiente:

\alpha_{\nu} = \varepsilon_{\nu} - \sum\limits^{\nu - 1}_{n=1}\alpha_{n}

para \nu > 1

y

\alpha_{1} = \varepsilon_{1}

para \nu = 1,

considerando la inclinación de emplazamiento como cero. Los sensores angulares geodésicos del 44 al 49 tienen forma de capturadores de ángulos de inclinación que reaccionan a la fuerza gravitacional de la Tierra. Como los sensores angulares de los brazos del mástil del 23 al 27 están dispuestos fuera de los ejes de articulación del 28 al 32, sus valores de medición incluyen componentes de información adicionales sobre la combadura del sistema de mástil y el estado dinámico de oscilación. Asimismo, los valores de medición comprenden información sobre la inclinación del emplazamiento y una deformación de la subestructura que puede separarse mediante un punto de medición 49 adicional dispuesto en el caballete o el bastidor.

En el ejemplo de realización mostrado en la figura 4, el dispositivo de control remoto 50 incluye al menos un elemento de control remoto 60 con forma de palanca de control que puede regularse en tres posiciones principales según la emisión de señales de dirección 62. Las señales de dirección 62 se transmiten a través de una línea inalámbrica 64 a un receptor de radio 66 fijado al vehículo que en el lado de salida está unido a un microcontrolador 70, por ejemplo, a través de un sistema de bus 68 con forma de CAN bus. El microcontrolador 70 contiene módulos de software 74, 76, 78, 80 a través de los cuales las señales de dirección 62 (\varphi, r, h) recibidas por parte del dispositivo de control remoto 50 y las señales de mediciones 82 (\varepsilon_{\nu}) recibidas por los sensores angulares geodésicos del 44 al 48 se interpretan, se transforman y se convierten por medio de un regulador de magnitud de referencia 84, un regulador de magnitud perturbadora 86 y un señalizador posterior 88 a señales de accionamiento (\Delta\alpha_{\nu}) para las unidades propulsoras de la 34 a la 38 (actuadores) de los ejes de articulación del 28 al 32.

En el ejemplo de realización mostrado se interpretan las señales de salida del elemento de control remoto 60 en relación con las tres posiciones principales: "avance/retroceso" para el ajuste del radio r de la punta de mástil 33 a partir del eje giratorio 13 del caballete, "inclinación a derecha/izquierda" para la colocación del eje giratorio 13 del caballete 21 según el ángulo \varphi y "giro a derecha/izquierda" para la regulación de la altura h de la punta de mástil 33 sobre el punto de hormigonado 18. La inclinación del elemento de control remoto 60 en cualquiera de las posiciones se convierte en una señal de velocidad por medio de una rutina de interpolación no mostrada, ocupándose un fichero de valor límite de que la velocidad de movimiento de los ejes y su aceleración no superen determinados valores máximos (véase DE-A-10060077).

El módulo de software 74 denominado "rutina de conversión" es responsable de convertir las señales de conducción (valores teóricos) entrantes a determinados tiempos e interpretadas como coordenadas cilíndricas \varphi, r, h a señales angulares \varphi_{s}, \alpha_{s} en los ejes de giro y articulación 13 y del 28 al 32. Cada eje de articulación del 28 al 32, dentro de la rutina de conversión 74, se controla por medio del software utilizando una característica de recorrido/oscilación predeterminada de tal manera que las articulaciones pueden desplazarse entre sí de manera armónica en función del recorrido y del momento. El control de los grados de libertad redundantes de las articulaciones se produce de acuerdo con una estrategia preprogramada con la que también puede impedirse la autocolisión con los brazos del mástil contiguos del 23 al 27 durante el movimiento.

Los sensores angulares geodésicos del 44 al 48 miden a instantes predeterminados los grados \varepsilon_{\nu} instantáneos relativos a tierra y transfieren los valores obtenidos a través del sistema de bus 68 al microcontrolador 74. Los valores \varepsilon_{\nu} se convierten a valores reales de ángulo de articulación \alpha_{i}_{\nu} en el módulo de software 76. A continuación, los ángulos de articulación dependientes del tiempo se dividen en ángulos de articulación de baja frecuencia (casi estacionarios) \alpha_{i}_{\nu}^{N} y en una señal sumaria de ángulos de articulación de alta frecuencia \alpha^{H} en el módulo de software 78 denominado "rutina de filtrado". Los valores reales de ángulo de articulación \alpha_{i}_{\nu} de baja frecuencia y relativos a los ejes se comparan con los valores teóricos \alpha_{s}_{\nu} en un comparador de regulación 90 y, a través del regulador de magnitud de referencia 84 y el señalizador 88, se utilizan para dirigir las válvulas que controlan las unidades propulsoras de la 34 a la 38. El componente sumario de alta frecuencia \alpha^{H} se convierte en un módulo de software 80 denominado "rutina de correlación", utilizando los valores angulares \varepsilon_{\nu} relativos al mástil con respecto a la tierra, a señales perturbadoras \alpha_{\nu}^{H} que se transfieren a través de un comparador de regulación 92 y el regulador de magnitud perturbadora 86 a modo de un circuito de magnitud perturbadora al señalizador 88 y, al mismo tiempo, se regulan a cero.

En principio es posible prever sensores posicionales GPS por satélite en los brazos del mástil en lugar de sensores geodésicos. Los valores posicionales obtenidos de este modo pueden convertirse como valores reales a ángulos de articulación mediante una rutina de conversión 76 adecuada y, al igual que los valores angulares relativos a tierra, pueden interpretarse por medio del microcontrolador 70.

Resumiendo podemos constatar que: El invento hace referencia a un dispositivo para accionar un mástil articulado perteneciente en concreto a un manipulador de grandes dimensiones o a una autobomba de hormigón. El mástil articulado 22 está situado sobre un caballete 21 de modo que puede oscilar y girar sobre un eje vertical 13. Éste presenta un mínimo de tres brazos del 23 al 27 que pueden oscilar de forma limitada sobre sendos ejes de articulación del 28 al 32 horizontales y paralelos entre sí con respecto al caballete 21 o a un brazo del mástil del 23 al 27 contiguo mediante sendas unidades propulsoras de la 34 a la 38. Además, se prevé un dispositivo regulador para el control de las unidades propulsoras y del movimiento del mástil, que presenta un conversor de coordenadas 74, 76 que reacciona a una magnitud de referencia r predeterminada y a valores angulares \varepsilon_{\nu} determinados mediante sensores angulares del 44 al 48 dispuestos en los brazos del 23 al 27 para la conversión a señales de movimiento \Delta\alpha_{\nu} relativas a los ejes de articulación destinadas a las unidades propulsoras de la 34 a la 38 en función de una característica de recorrido/oscilación predeterminada. Para conseguir una estructura más ligera y simplificada, se propone según el presente invento que los sensores angulares geodésicos del 44 al 48 responsables de la determinación de los valores angulares \varepsilon_{\nu} relativos a tierra y asignados a los distintos brazos del mástil de 23 al 27 se dispongan en dichos brazos del mástil del 23 al 27 de forma rígida y a cierta distancia de los ejes de articulación.

Claims (20)

1. Manipulador de grandes dimensiones provisto de un mástil articulado (22) que está unido a un caballete (21) que puede girar preferentemente sobre un eje vertical (13) dispuesto sobre un chasis (11) y que presenta como mínimo tres brazos (de 23 a 27) que pueden pivotar de forma limitada sobre sendos ejes articulados (de 28 a 32) horizontales y paralelos entre sí con respecto al caballete (21) o a un brazo contiguo (de 23 a 27) mediante sendas unidades propulsoras (de 34 a 38) y que forman en el extremo libre del último brazo (27) una punta de mástil (33), provisto el manipulador de un dispositivo de regulación (70) para el control de las unidades propulsoras (de 34 a 38) del movimiento del mástil que presenta un conversor de coordenadas (74, 76) que responde a una magnitud de referencia (r, h) preferentemente predefinida en un sistema de coordenadas asociado con el chasis para la punta de mástil (33) o para un tubo flexible terminal (43) dispuesto sobre ésta, y a valores de medición de ángulos determinados en los brazos (de 23 a 27) por medio de sensores angulares (de 44 a 48) para la conversión en señales de movimiento (\Delta\alpha_{\nu}) relacionadas con el eje articulado para las unidades propulsoras (de 34 a 38) en función de una característica de recorrido/oscilación predeterminada caracterizado por el hecho de que en los brazos del mástil (del 23 al 27) se colocan de forma rígida sensores angulares geodésicos (de 44 a 48) para la determinación de los valores angulares (\varepsilon_{\nu}) relativos a tierra correspondientes a cada uno de los brazos del mástil (de 23 a 27) y de que el conversor de coordenadas puede trabajar con los valores angulares (\varepsilon_{\nu}) obtenidos por los sensores angulares (de 44 a 48).

2. Manipulador de grandes dimensiones según la reivindicación 1 caracterizado por el hecho de que se prevé adicionalmente un sensor angular geodésico (49) dispuesto sobre el caballete (21) para la medición de un valor angular relativo a tierra correspondiente a dicho caballete (21).

3. Manipulador de grandes dimensiones según la reivindicación 1 o 2 caracterizado por el hecho de que se prevé adicionalmente como mínimo un sensor angular geodésico dispuesto sobre el chasis (11) para la medición de un valor angular relativo a tierra correspondiente a dicho chasis.

4. Manipulador de grandes dimensiones según cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 3 caracterizado por el hecho de que los sensores angulares geodésicos (de 44 a 49) están diseñados como capturadores de ángulos de inclinación que reaccionan a la fuerza gravitacional de la Tierra.

5. Manipulador de grandes dimensiones según cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 4 caracterizado por el hecho de que el conversor de coordenadas presenta una rutina de software (76) para la conversión de los valores angulares (\varepsilon_{\nu}) relativos a tierra y a los brazos del mástil a ángulos de articulación (\alpha_{i}_{\nu}).

6. Manipulador de grandes dimensiones según cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 5 caracterizado por el hecho de que el conversor de coordenadas presenta una rutina de software para la conversión de los valores angulares (\varepsilon_{\nu}) relativos a tierra y a los brazos del mástil en coordenadas cilíndricas (r, h) relativas al chasis de la punta de mástil o del tubo flexible terminal.

7. Manipulador de grandes dimensiones según cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 6 caracterizado por el hecho de que el conversor de coordenadas presenta una rutina de software (74) para la conversión de la magnitud de referencia (r) a ángulos de articulación de referencia (\alpha_{s}_{\nu}) en función de una característica predeterminada de recorrido/oscilación del mástil articulado (22).

8. Manipulador de grandes dimensiones según cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 7 caracterizado por una rutina de software (78) que reacciona a valores angulares dinámicos (\alpha_{i}_{\nu}) y los divide en un componente de baja frecuencia y un componente de alta frecuencia.

9. Manipulador de grandes dimensiones según la reivindicación 7 u 8 caracterizado por un grupo de comparadores de regulación (90) relativos a los ejes de articulación que pueden procesar componentes estacionarios o de baja frecuencia (\alpha_{i}_{\nu}^{N}) de los ángulos de articulación (\alpha_{i}_{\nu}) como valores reales y ángulos de articulación de referencia (\alpha_{s}_{\nu}) relativos a los ejes de articulación como valores teóricos, y que están unidos por el lado de salida con reguladores de magnitud de referencia (84) para el control de las unidades propulsoras (de 34 a 38) de los ejes de articulación (de 28 a 32) pertinentes.

10. Manipulador de grandes dimensiones según la reivindicación 8 o 9 caracterizado por un grupo de reguladores de magnitud perturbadora (86) que puede procesar componentes de alta frecuencia relativos a los ejes de articulación (\alpha_{i}_{\nu}^{H}) de los ángulos de articulación, y que están unidos a las entradas de señales (88) de las unidades propulsoras (de 34 a 38) correspondientes de los ejes de articulación (de 28 a 32) formando una compensación de magnitud perturbadora.

11. Manipulador de grandes dimensiones según la reivindicación 10 caracterizado por el hecho de que antes de los reguladores de magnitud perturbadora (86) se incluye una rutina de software (80) que reaccione a los valores angulares dinámicos de referencia geográfica (\varepsilon_{\nu}) y al componente sumario de alta frecuencia (\alpha_{i}_{\nu}^{H}) de los ángulos de articulación para la determinación de los componentes de alta frecuencia (\alpha_{i}_{\nu}^{H}) de cada uno de los ángulos de articulación.

12. Manipulador de grandes dimensiones provisto de un mástil articulado (22) que está unido a un caballete (21) que puede girar preferentemente sobre un eje vertical (13) dispuesto sobre un chasis (11) y que presenta como mínimo tres brazos (de 23 a 27) que pueden pivotar de forma limitada sobre sendos ejes articulados (de 28 a 32) horizontales y paralelos entre sí con respecto al caballete (21) o a un brazo contiguo (de 23 a 27) mediante sendas unidades propulsoras (de 34 a 38) y que forman en el extremo libre del último brazo (27) una punta de mástil (33), provisto el manipulador de un dispositivo de regulación (70) para el control de las unidades propulsoras (de 34 a 38) del movimiento del mástil que presenta un conversor de coordenadas (74, 76) que responde a una magnitud de referencia (r, h) preferentemente predefinida en un sistema de coordenadas asociado con el chasis para la punta de mástil (33) o para un tubo flexible terminal (43) dispuesto sobre ésta y a valores de medición determinados en los brazos (de 23 a 27) por medio de sensores angulares (de 44 a 48) para la conversión en señales de movimiento (\Delta\alpha_{\nu}) relacionadas con el eje articulado para las unidades propulsoras (de 34 a 38) en función de una característica de recorrido/oscilación predeterminada caracterizado por el hecho de que en los brazos del mástil se colocan rígidamente sendos módulos GPS a modo de sensores posicionales para determinar los valores posicionales relativos a tierra correspondientes a cada uno de los brazos del mástil, pudiendo procesar el conversor de coordenadas los valores de medición posicional de los módulos GPS.

13. Manipulador de grandes dimensiones según la reivindicación 12 caracterizado por el hecho de que se prevé adicionalmente un módulo GPS colocado sobre el caballete para la medición del valor posicional relativo a tierra correspondiente a dicho caballete.

14. Manipulador de grandes dimensiones según la reivindicación 12 o 13 caracterizado por el hecho de que se prevé adicionalmente al menos un módulo GPS colocado sobre el chasis para la medición de al menos un valor posicional relativo a tierra correspondiente a dicho chasis.

15. Manipulador de grandes dimensiones según cualquiera de las reivindicaciones de la 12 a la 14 caracterizado por el hecho de que el conversor de coordenadas presenta una rutina de software (74) para la conversión de valores posicionales relativos a tierra y a los brazos del mástil a ángulos de articulación (\alpha_{i}_{\nu}).

16. Manipulador de grandes dimensiones según cualquiera de las reivindicaciones de la 12 a la 15 caracterizado por el hecho de que el conversor de coordenadas presenta una rutina de software para la conversión de la magnitud de referencia (r, h) a ángulos de articulación de referencia (\alpha_{s}_{\nu}) en función de una característica predeterminada de recorrido/oscilación del mástil articulado (22).

17. Manipulador de grandes dimensiones según cualquiera de las reivindicaciones de la 12 a la 16 caracterizado por una rutina de software (78) que reacciona a valores posicionales y los divide en una porción de baja frecuencia y una porción de alta frecuencia.

18. Manipulador de grandes dimensiones según la reivindicación 16 o 17 caracterizado por un grupo de comparadores de regulación (90) relativos a los ejes de articulación que pueden procesar componentes estacionarios o de baja frecuencia (\alpha_{i}_{\nu}^{N}) de los ángulos de articulación (\alpha_{i}_{\nu}) como valores reales y ángulos de articulación de referencia (\alpha_{s}_{\nu}) como valores teóricos, y que están unidos por el lado de salida con sendos reguladores de magnitud de referencia (84) para el control de las unidades propulsoras de los ejes de articulación (de 28 a 32) pertinentes.

19. Manipulador de grandes dimensiones según la reivindicación 17 o 18 caracterizado por un grupo de reguladores de magnitud perturbadora (86) relativos a los ejes de articulación que pueden procesar componentes de alta frecuencia relativos a los ejes de articulación (\alpha_{\nu}^{H}) de los ángulos de articulación, y que están unidos a las entradas de señales (88) de las unidades propulsoras (de 34 a 38) correspondientes de los ejes de articulación (de 28 a 32) formando una compensación de magnitud perturbadora.

20. Manipulador de grandes dimensiones según la reivindicación 19 caracterizado por el hecho de que antes de los reguladores de magnitud perturbadora (86) se incluye una rutina de software (80) que reaccione a los valores posicionales relativos a tierra y al componente sumario de alta frecuencia (\alpha^{H}) de los ángulos de articulación para la determinación de los componentes de alta frecuencia (\alpha_{\nu}^{H}) relativos a los ejes de articulación de cada uno de los ángulos de articulación.