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