ES2292268B1 - Cabina en tierra para la actuacion de elementos de descarga de materiales en general, aplicable como elemento de entrenamiento para su manejo. - Google Patents
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Abstract
Cabina en tierra para la actuación de elementos de descarga de materiales en general, aplicable como elemento de entrenamiento para su manejo, que consiste en una cabina en tierra configurada a partir de elementos convencionales y provista de sistema visual, sistema de imagen y sonido, cabina de mando, sistemas automáticos, sistema de plataforma de movimiento, sistema de transmisión y sistema de simulación.
Description
Cabina en tierra para la actuación de elementos
de descarga de materiales en general, aplicable como elemento de
entrenamiento para su manejo.
La presente memoria descriptiva se refiere a
una solicitud de una Patente de Invención, correspondiente a una
cabina en tierra para la actuación de elementos de descarga de
materiales en general, aplicable como elemento de entrenamiento
para su manejo, cuya finalidad estriba en perseguir de forma
simultánea dos objetivos, es decir implementar los elementos
físicos y lógicos necesarios para realizar la descarga desde una
cabina en tierra y proporcionar una herramienta de entrenamiento
para esta cabina en tierra.
La misión de la cabina en tierra por un lado es
realizar la totalidad de las maniobras de descarga desde una cabina
situada en las instalaciones operativas donde se ubique, cabina que
estará dotada con todos los medios visuales, acústicos y físicos
necesarios para transmitir las percepciones necesarias al
maquinista.
Por otro lado, la invención puede ser utilizada
como un simulador que permitirá el entrenamiento de los maquinistas
con el fin de adaptarse a las peculiaridades que presentará el
descargador remoto, en especial en lo referente a la recogida de
nuevas percepciones visuales y a la nueva posición de visualización
de los elementos esenciales que participan en la descarga, es decir
bodega, cuchara y tolva.
Esta invención tiene su aplicación dentro de la
industria dedicada a la fabricación de aparatos, dispositivos y
elementos auxiliares para la descarga de materiales en general,
especialmente para la descarga de materiales transportados en un
buque.
Por la Patente de Invención solicitada en
España con el número 9900509, publicada con el número 2166250, se
conoce un simulador de grúa de carga y descarga compuesta por una
cabina y un sistema informático que recibe información sobre la
posición de unos dispositivos de mando colocados en el interior de
dicha cabina situada sobre una plataforma.
El sistema utiliza esta información para
generar en tiempo real una serie de imágenes sintéticas de un mundo
virtual que se proyectan sobre una pantalla que se encuentra
delante de la cabina, y además, gobierna los movimientos de la
plataforma de forma tal que el usuario siente las mismas
aceleraciones que el sistema real.
Un sistema reconfigurable de simulación de
inercias, permite la disposición de distintos tipos de grúa con
diferentes movimientos, y los módulos que configuran el invento se
establecen como un subsistema de cálculo del módulo de
visualización, un subsistema de simulación de movimiento, un
subsistema de proyección, una cabina de control, un espejo, una
pantalla de retroproyección, un subsistema dinámico de control,
placas de entrada y salida de comunicaciones y un teclado.
Del mismo solicitante que el expediente
anteriormente citado, es el expediente solicitado en España con el
número 9902503, publicado con el número 2166292 correspondiente a
perfeccionamientos introducidos en la Patente de Invención 9900509
por simulador de grúas de carga y descarga, en la cual se describe
y reivindica un sistema de visión y facilitar la simulación de
distintos tipos de grúas, utilizando un juego de proyectores
sincronizados que permiten al operador distintos ángulos de
visión.
El solicitante también tiene conocimiento de la
existencia de un producto denominado CRANE SIMULATOR, distribuido
por la empresa Digitran, destinado a facilitar la función de
determinados movimientos en distintas maquinarías industriales.
Por los expedientes de Patentes de Invención
publicados en Japón con los números 2000-159475 y
08-339161 se conoce la existencia de simuladores
para la carga y descarga de contenedores y demás materiales.
Por parte del solicitante se desconoce la
existencia en la actualidad de una invención que presente
características similares a las que se describen en esta
memoria.
La cabina en tierra para la actuación de
elementos de descarga de materiales en general, aplicable como
elemento de entrenamiento para su manejo que la invención propone,
se configura como una cabina en tierra, capacitada por un lado para
ser utilizada en la descarga de materiales en general,
especialmente materiales transportados a bordo de buques, pudiendo
al mismo tiempo ser utilizada como un simulador de operaciones que
permite el entrenamiento de los especialistas que posteriormente
realizarán su manejo.
De forma más concreta, la cabina en tierra para
la actuación de elementos de descarga de materiales en general,
aplicable como elemento de entrenamiento para su manejo objeto de
la invención, está constituida a partir de la actuación armónica y
en colaboración íntima de los siguientes sistemas, disposiciones o
aparatos que incorpora. A saber:
- -
- Sistema visual.
- -
- Sistema de imagen y sonido.
- -
- Cabina de mando.
- -
- Sistemas automáticos.
- -
- Sistema de plataforma de movimiento.
- -
- Sistema de transmisión.
- -
- Sistema de simulación.
El sistema visual es el responsable de realizar
la proyección de las imágenes asociadas a la percepción visual,
tanto para la cabina descarga como para el equipo de simulación,
proporcionando la información visual suficiente, a fin de que el
maquinista pueda desarrollar su labor funcional.
El sistema de imagen y sonido tiene por objeto
capturar todos los planos de imagen necesarios, para posteriormente
ser suministrados al maquinista a través del sistema visual citado
anteriormente.
La cabina de mando como función la de
proporcionar un espacio de trabajo similar a la cual, a la vez de
contener todas las interfaces físicas, a través de los cuales se
ejecuta, tanto el proceso de descarga virtual, como el de
simulación.
Los sistemas automáticos proporcionan la
totalidad de las capacidades de control y automática necesarias
para interconectar los dispositivos físicos de mando y control con
el PLC instalado en el descargador, cerebro central del sistema de
control del pórtico.
El sistema de plataforma de movimiento,
posibilita el movimiento físico de la cabina de mando, replicando
los movimientos de la cabina real del descargador cuando se
encuentra funcionando en modo "descarga" y emulando los
movimientos teóricos cuando se encuentra en modo
"simulación".
El sistema de transmisión proporciona la
conectividad física y lógica entre los equipos instalado en el
descargador y los equipos y sistemas centrales que se instalarán en
las correspondientes instalaciones donde se ubique, asociados a la
cabina de tierra.
El sistema de simulación tiene como misión la
de apoyar e interactuar todos los sistemas físicos citados
anteriormente, proporcionando los escenarios visuales al sistema
visual, basándose en escenarios sintéticos y actuando conforme a un
modelo matemático que explica el proceso de descarga.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, se acompaña a la presente memoria
descriptiva, como parte integrante de la misma, un juego de planos
en el cual con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha
representado lo siguiente:
La figura número 1.- Corresponde a una
representación gráfica del formato y posición de la pantalla con
respecto a la cabina de mando contemplada en la invención,
correspondiente a una cabina en tierra para la actuación de
elementos de descarga de materiales en general, aplicable como
elemento de entrenamiento para su manejo.
La figura número 2.- Muestra la pieza
constitutiva del bastidor propiamente dicho, que alojará la
totalidad de los elementos.
La figura número 3.- Representa una vista en
alzado lateral de los elementos que forman parte del sistema de
descarga de la cabina en tierra, es decir cabina, pantalla y
proyectores.
La figura número 4.- Corresponde a una vista
general de la instalación donde se ubica el objeto de la
invención.
La figura número 5.- Corresponde a una vista en
alzado lateral de un conjunto absorbente de vibraciones de alta
frecuencia, destinado a ser utilizado en el bastidor para absorber
parcialmente las vibraciones que se produzcan en la estructura.
La figura número 6.- Representa una vista en
alzado frontal de la cabina propiamente dicha.
La figura número 7.- Corresponde a una vista en
alzado lateral del objeto mostrado en la figura número 6.
La figura número 8.- Refleja una vista en
perspectiva por la zona antero-superior del objeto
representado en las figuras números 6 y 7.
La figura número 9.- Corresponde a un diagrama
de bloques, en el cual se indica el esquema
técnico-funcional de los equipos automáticos
implicados en todo el proceso para la actuación de la
invención.
La figura número 10.- Corresponde por último a
una vista en perspectiva por la zona superior y lateral de la
plataforma de movimiento que reproduce en la cabina en tierra los
movimientos y vibraciones que se producen en la cabina real,
contribuyendo a crear una mayor y mejor percepción real.
La cabina en tierra para la actuación de
elementos de descarga de materiales en general, aplicable como
elemento de entrenamiento para su manejo que se preconiza, estando
especialmente destinada a realizar dicha descarga de las bodegas de
los buques, transportando mercancías a granel, sobre palets o en
contenedores, mediante un descargador de los instalados en grúas de
puerto móvil o grúas de pórtico, tal y como se ha dicho
anteriormente dispone e incorpora una pluralidad de sistemas y
elementos constitutivos.
Concretamente dispone de un sistema visual
destinado a representar las imágenes captadas por el sistema de
captación de imagen o generadas por el, sistema de simulación, y
aplica, por tanto, a los sistemas que componen tanto el descargador
virtual como el simulador.
Entre las características que dicho sistema
visual dispone, se destacan las siguientes. A saber:
- -
- Inmersión apropiada en la escena.
- -
- Alta luminosidad, bajo condiciones de iluminación parcialmente controlada.
- -
- Alto contraste.
- -
- Alta resolución.
El sistema visual proporciona una información
visual completa sobre la totalidad de la bodega, incluyendo la
visión de ciertas bandas de seguridad en las zonas de proa, popa,
babor y estribor de la bodega del buque, debiendo indicarse que
tiene especial consideración la visualización de las zonas de babor
y estribor de la bodega, ya que estas zonas pueden entrar
potencialmente en colisión con la cuchara en su movimiento de
ascenso o descenso.
La visualización central de la zona de la
bodega en descarga se complementará con dos tipos de contenido de
información, concretamente un plano largo y generalista de la
bodega, que incluye la zona de mar y tierra, así como las áreas
colindantes de paso de la bodega, y un sistema de visualización de
diferentes cámaras auxiliares con capacidades de gestión
inteligente de imagen y pre-visualización
avanzadas.
Consecuentemente, la invención incorpora como
elemento de gran importancia tres pantallas destinadas a facilitar
la visualización del plan ajustado de la bodega, de muy alta
resolución y alta calidad de imagen, así como para planos de
imágenes auxiliares aplicables para el lateral izquierdo y
derecho.
Las imágenes auxiliares se concentran en la
obtención de un plano largo general de la bodega y zonas
colindantes, una vista general de proa y popa desde el descargador,
un plano en perspectiva del puente de mando del buque, un plano en
perspectiva de la tolva (en la que se verterá el producto), un
plano vertical del foso, general de carretones de proa y de popa
para traslación de pórtico.
Sobre la pantalla representada en la figura
número 1, en la que se aprecia la posición y formato de la pantalla
respecto a la cabina de mando o cabina en tierra (1), debe
indicarse que de acuerdo con el tipo de información anteriormente
descrito se perfilan tres superficies (2) y (3) en los laterales y
una central (4) de visualización, inicialmente no conexas, es
decir, sin necesidad de integración de imagen entre las mismas.
Para la visualización de las imágenes
representadas en las superficies (2), (3) y (4), se apunta hacia
tres pantallas planas en formato 4:3 y de gran tamaño, formando
ángulos de 60º e inscritas en un semicírculo de radio 4 m, lo que
determina pantallas de tamaño útil efectivo de 4 m en el eje
horizontal por 3 m en el eje vertical, determinándose a través del
centro del semicírculo la posición del punto de vista del operador
del sistema en el eje verti-
cal.
cal.
La pantalla estará construida a partir de
elementos prefabricados y revestida de materiales de alta
reflectividad con el fin de aumentar su rendimiento y el contorno
de la pantalla dispondrá de tubos (5) fluorescentes con alto
contenido en luz ultravioleta, con el fin de ser utilizados durante
el ajuste y calibrado de los proyectores.
Sobre la superficie (4) de la pantalla central
se proyectaran las imágenes procedentes de cuatro cámaras de alta
definición focalizadas sobre la zona útil de la bodega del buque, y
el correcto alineamiento de estas imágenes se efectuará empleando
sistemas electrónicos de corrección geométrica que se describirán
posteriormente.
La utilización de las imágenes o imagen
procedente de las cuatro cámaras citadas anteriormente sobre una
única pantalla multiplica de forma efectiva la resolución, a la vez
que aumenta de manera notable la luminosidad de la imagen, y con el
fin de corregir la luminosidad obtenida, la pantalla central se
pigmentará en un tono gris neutro, que permita reducir la
luminosidad de la señal resultante y proporcionar cierta
homogeneidad.
El suministro de las imágenes se realiza a
través de proyectores con dispositivo de estado sólido, evitando
así las desventajas de los proyectores tipo CRT, concretamente
utilizando un proyector con la denominación DLA SX21 distribuido
por JVC, debiendo indicarse que los proyectores de la serie SX21
incorporan un conjunto óptico con un zoom 2:1 - 2.6:1 y una
posibilidad de offset del 40%.
Debido a la distinta naturaleza de las imágenes
en las diferentes pantallas no es necesario que exista una solución
de continuidad entre las mismas, por lo que no resulta
imprescindible aplicar técnicas de "blending" pudiendo
consecuentemente realizarse el ajuste físico "a sangre".
Por el contrario, en la superficie (4) de la
pantalla central se proyectará una imagen compleja resultante de la
fusión de las imágenes de cuatro diferentes proyectores
correspondientes a otras tantas cámaras, focalizadas en la captura
de la imagen y de la bodega, siendo la continuidad de la imagen
total a partir de las diferentes imágenes, y consiguiéndose a
través de un sistema electrónico digital de corrección de geometría
y ajuste del borde de la imagen "blendig" que se describe a
continuación.
El blending de las imágenes se realizará
basándose en los equipos de corrección geométrica denominados
Compact UTM, y para la configuración de los equipos anteriores se
empleará una herramienta distribuida por la misma firma que
distribuye los equipos de corrección geométrica, permitiendo estas
herramientas realizar los ajustes geométricos de las imágenes de
vídeo necesarios para el acoplamiento gráfico de las mismas, a la
vez que regular la luminancia de las señales, realizando la fusión
de las imágenes de manera totalmente adaptativa.
El sistema de imagen y sonido es el responsable
de capturar las imágenes que son proyectadas por el sistema visual,
realizando la primera adaptación del campo de visión necesario para
el proceso de descarga, y adicionalmente, captará el sonido
ambiente que transmitirá a un sistema de reproducción instalado en
la cabina en tierra, lo que acrecentará la sensación del
realismo.
Las necesidades de información visual son
diversas, al igual que también lo son las tecnologías utilizadas
para la captura de las imágenes visuales de los puntos origen de
dichas capturas, que junto con los campos de visión determinan los
planos apropiados.
Básicamente, y siguiendo lo anteriormente
indicado, en cuanto al sistema visual se refiere, los planos
generales de proa y popa desde el descargador serán realizados
desde la propia cabina (1), mientras que el plano en perspectiva
del puente de mando del buque, con el fin de evitar la colisión
entre el descargador y el puente, será realizado desde una cota
suficientemente alta en el propio descargador como para obtener un
plano picado.
El plano de la perspectiva de la tolva se
obtendrá ubicando la cámara en la parte posterior del pórtico,
mientras que los planos generales de los carretones de proa y popa,
para supervisar la traslación del pórtico, se realizarán desde los
costados del descargador, a una altura similar a la de la cabina,
proporcionando así un perfecto plano picado.
Con el fin de dotar al operador maquinista de
una perspectiva muy similar a la que actualmente tiene, el conjunto
captador de la imagen de la bodega estará situado debajo de la
actual cabina de mando, desplazándose por tanto a a vez que la
misma y proporcionando un punto de vista prácticamente igual al
actual, permitiendo aprovechar la experiencia desarrollada en el
manejo del pórtico sin necesidad de una información intensiva
especial, y de forma similar se ubicarán el resto de los sistemas
de supervisión a través de imagen de los desplazamientos del
pórtico.
pórtico.
En la figura número 4, se ha representado una
instalación (10) correspondiente a un pórtico.
En la figura número 2, se observa al bastidor
(20) que tiene como objeto el de alojar las cámaras junto con las
ópticas y parte de la electrónica básica que se utilizará en el
sistema de captación de imagen y sonido, el cual está construido en
dos partes o piezas fundamentales, una de ellas permanecerá de
forma permanente acoplada a la parte inferior de la cabina real o
del descargador, situada en la grúa, de tal modo que se facilita su
montaje, y bajo esta pieza se acopla el bastidor (20) propiamente
dicho, que alojará la totalidad de los elementos.
Una función física importante del bastidor (20)
es la de absorber una parte de las vibraciones que se producen en
la estructura, utilizándose un conjunto absorbente de vibraciones
de alta frecuencia, referenciado con (21).
Sobre la captura de imágenes, debe indicarse
que se realizará primordialmente utilizando dos tipos diferentes de
dispositivos CCD, a la vez que dos categorías de ópticas distintas.
Por una parte se consideran los cuerpos de cámara asociados a las
cámaras auxiliares, que exceptuando las unidades móviles (dos
equipos), serán fijas en su orientación y óptica aunque dispondrán
de auto iris.
Por otra parte, se encuentran las cámaras de
alta definición que se emplearán en la toma principal de la
bodega.
Para las cámaras de propósito general y
móviles se utilizará el cuerpo de cámara JVC KY-F32U
y un conjunto óptico Canon o Fujinon con F entre 6 y 15
milímetros, y para las unidades móviles se empleará el mismo cuerpo
de cámara anteriormente descrito, así como un conjunto óptico
telemandado mediante un sistema telemétrico.
La cámara se alojará sobre una carcasa de
aluminio de alta resistencia y durabilidad, e incorporará un
radiador a fin de evitar la creación de vapor en el interior del
conjunto, que puede empañar el cristal en su interior.
Respecto a la iluminación, debe indicarse que la
misma tiene que presentar como mínimo 500 lux, para lo cual se
emplearán sistemas de iluminación cruzada, con el fin de aumentar
el contraste y la sensación de relieve y profundidad con
características constitutivas de dispersión de luz reducida, fácil
colocación/sustitución de lámpara, carcasa de aluminio resistente a
la corrosión, posibilidad de encendido en caliente y dispositivos
para proceder a su orientación y apunte.
La cabina de mando (1) se configura como el
elemento capacitado para realizar a partir del mismo la totalidad
de las acciones necesarias que permitan la descarga, la cual será
una versión simplificada de la red eliminando todos los elementos
accesorios, tal y como pueden ser armarios eléctricos, equipos de
señal, etc., y minimizando determinadas características
estructurales innecesarias en tierra.
Aunque la cabina disponga de amplios ventanales
en la zona posterior-lateral izquierda, derecha y
frontal, éstos se recubrirán parcialmente de celulosa translúcida,
evitando la visión de las áreas de pantalla no útiles, tal y como
pueden ser los bastidores de sujeción, zonas visualmente muertas,
etc., mejorando así el efecto inmersión y realismo.
La cabina de mando está construida en aluminio,
metacrilato y otros materiales ligeros con el fin de disminuir la
fatiga de la plataforma de movimiento, prolongando así su vida útil
y elevando el MTBF.
La base de la cabina debe disponer de espacio
suficiente para el paso de cables, y en la parte posterior de la
cabina (1) existirán varios conectores rápidos de bayoneta, a fin
de facilitar el montaje y desmontaje de la cabina, separando
claramente los circuitos que contengan señal de los circuitos que
tengan tensión.
En los laterales de la cabina (1) y de manera
similar a la cabina real (la existente en el descargador), existirán
sendas aperturas que permitirán, solo por uno de los dos costados,
visualizar de forma real la instalación a través de los ventanales
que se habilitarán a tal efecto en las salas de cabina y mando.
Sobre los sistemas automáticos, debe indicarse
que la totalidad de los sistemas utilizados se integrarán con los
actuales equipos existentes en la serie S7 de Siemens, incluyendo
tanto los equipos de monitorización y control, como las de
interface hombre-máquina, disponiendo la cabina de
los equipos ET necesarios de manera similar a como se dota la
cabina del descargador real, con el fin de practicar de forma
apropiada el control y mando del descargador virtual y del equipo
de entrenamiento.
La cabina dispone de un PC que se montará en
formato de placa de montaje en armario en el interior de la cabina
y se programarán los mismos avisos y alarmas sobre Win CC, que en
el descargador real y como interface con el resto del equipo del
simulador se utilizan módulos de datos del Simatic S7, en el que se
reúnen y canalizan las señales desde o hasta el puesto de mando
del descargador anteriormente indicado, en módulos de datos o
marcas, y en dicho autómata no es necesario efectuar una
elaboración técnica de mando sino una replicación efectiva de los
módulos de datos implicados en el proceso de mando durante la
descarga.
Siguiendo la figura número 9, puede observarse
el esquema técnico-funcional de los equipos
automáticos implicados en la invención, en el cual el bloque (30)
corresponde a Win CC, el bloque (31) a un PC, el bloque (32) a CPU
416-2DP y el bloque (33) a CP
443-1TCP.
En el mismo diagrama se observa referenciado
con (37) un bloque correspondiente a una clavija con fuente de
alimentación interconectado con una toma de enchufe (38), mientras
que el PC dispone de un bloque (39) correspondiente a una toma de
enchufe doble.
Igualmente en este diagrama se contempla el
bloque (34) de mecanismo de cabina, el bloque (35) relativo a un
pupitre de mando izquierda y el bloque (36) relativo al pupitre de
mando derecha.
Como sistema de emergencia de parada de pórtico
se utilizan diferentes setas de emergencia instaladas en la cabina
en tierra y salas de control adyacentes con el fin de responder a
las exigencias de seguridad necesarias en una instalación de este
tipo, conectándose las citadas setas directamente al pórtico
utilizando un cable de pares directo al PLC Siemens S7, corazón de
todo el sistema de control.
\newpage
El pupitre de mando será similar a los
existentes en la actualidad, y dada la posición de la pantalla
central (4), contemplará una nueva ergonomía postural para el
maquinista.
Sobre el sistema de plataforma de movimientos
debe indicarse que el objeto de esta parte de la invención, es el
de reproducir en la cabina en tierra los movimientos y vibraciones
que se producen en la cabina real, contribuyendo a crear una mayor
y mejor percepción real, y cuando el sistema se encuentre en modo
de simulación, reproducirá los movimientos teóricos asociados al
estado del descargador y en función de la maniobra que se esté
realizando y otras variables intrínsecas a la descarga.
La plataforma de movimiento debe fijarse sobre
una bancada de obra reforzada estructuralmente y capaz de soportar
esfuerzos de hasta 1.900 Kg/m^{2}, y adicionalmente elevará la
plataforma de movimiento hasta la altura necesaria para mantener el
centro de ojos del maquinista en el mismo centro físico de la
pantalla.
Debe indicarse que la plataforma de movimiento
(40) ha sido reflejada en la figura número 10.
La práctica totalidad de los equipos de
actuación de la plataforma de movimiento deben ser alimentados con
una tensión de 125 V. y una frecuencia de 60 Hz, y en este sentido,
se dispondrá de los elementos de transformación y acondicionamiento
de señales necesarios para proveer el fluido eléctrico
apropiado.
La plataforma de movimiento cuenta con un equipo
de control que tiene por objeto enviar a la unidad central de la
plataforma de movimiento las consignas apropiadas de cada uno de
los actuadores para que sean ejecutadas por los elementos mecánicos
correspondientes, generando así el movimiento deseado, disponiendo
el equipo de control de manera preprogramada de la práctica
totalidad de los posibles movimientos a reproducir, pudiendo
variarse en tiempo real las variables fundamentales de cada clase
de movimientos, como frecuencias, elongaciones, determinadas
aceleraciones, etc.
El equipo de control consistirá en una estación
de trabajo con cierta capacidad de proceso que enviará a la unidad
central los puntos de consigna con una frecuencia aproximada de 100
Hz, y el citado equipo de control se implementará sobre un
ordenador personal de altas prestaciones, con el pertinente sistema
operativo.
La plataforma de movimiento dispone de un
sistema de parada de emergencia que lleva a la misma a la posición
de parking, incluso ante la ausencia de alimentación exterior,
apoyándose en las baterías auxiliares de que dispone la unidad
central de la plataforma, y este subsistema de emergencia se activa
a través de diferentes setas-interruptor que serán
instalados tanto en la sala de supervisión y control como en los
aledaños de la propia plataforma de movimiento (40).
Sobre la instrumentación debe indicarse que con
el fin de reproducir en la cabina en tierra los movimientos y
vibraciones producidos durante el proceso de descarga en la propia
cabina del descargador, es necesario instalar los instrumentos y
sensores apropiados en dicha cabina, con el fin de recoger todos y
cada uno de los movimientos.
La totalidad de los sensores deben explicar
completamente las diferentes posiciones que la cabina toma a lo
largo de un movimiento más complejo, y la naturaleza de estos
sensores depende también de los mecanismos de información que es
necesario introducir para comunicar la posición de referencia a la
plataforma de movimiento, y en este sentido la plataforma de
movimiento opera bajo dos modos de funcionamiento completamente
diferentes. A saber:
- Length Mode: la plataforma dispone de seis
actuadores electromecánicos, que en definitiva permiten posicionar
la parte superior de la misma en la posición deseada, y en este
modo se indica de forma directa la longitud de los émbolos de cada
uno de estos actuadores, obligando esta forma de funcionamiento a
la realización de los cálculos geométricos para realizar la
traslación de las consignas indicadas por los instrumentos a las
longitudes de cada uno de los émbolos.
- DOF Mode: en el modo DOF se introducen
directamente las referencias de los valores de los ejes X
(lateral), Y (heave) y Z (surge), y las inclinaciones en cada uno
de los ejes (pitch, yaw y roll respectivamente).
Los valores para la plataforma son definidos en
radianes para los ángulos y en metros para los desplazamientos, y
como referencia, el recorrido en el modo DOF es de 0,7620 m,
correspondiéndose con 32.767 bits, palabra con la que se controla
el dispositivo, o 0,000023255 m por bit.
La resolución angular es de 1,1517 radianes que
se corresponde con 32.767 bits o 0,000035148 radianes por bit.
La captura de la información se realizará
mediante sensores que determinen su posición unívocamente según el
modo de funcionamiento DOF, y para ello se utilizarán inclinómetros
para las inclinaciones en torno a cada uno de los tres ejes
cartesianos del espacio (pitch, yaw y roll) y medidores de posición
inerciales para las posiciones X, Y y Z (lateral, heave y
surge).
La información posicional es adquirida a través
de los sensores asociados a cada uno de los grados de libertad y
tratada digitalmente, realizando el análisis típico de un sistema
de adquisición de datos, es decir adquisición propiamente dicha,
procesamiento digital básico (sobre muestreo, promediado, filtrado)
y aplicación de algoritmos de cálculo correctores (alisado,
histéresis, control de límites, etc.), así como generación de
estadísticas sobre los movimientos y consolidación en las variables
de tiempo real de posicionamiento a disposición del controlador de
la plataforma de movimiento. Una vez procesados los datos de la
cabina del descargador, éstos estarán a disposición del
controlador de la plataforma de movimiento que se encargará de
transmitirlos convenientemente en la cadencia apropiada a dicha
plataforma.
Referente al sistema de comunicación debe
indicarse que la comunicación entre los equipos instalados en la
cabina del descargador y los equipos del sistema en tierra se
realizará mediante las líneas de transmisión de fibra óptica
actualmente existentes, y la posibilidad de utilizar líneas de
fibra óptica con un sistema móvil de desplazamiento lineal, se basa
en el empleo de un enrollador de cables de alta tensión de última
generación con fibra óptica, que mantiene el alineamiento de los
núcleos de la fibra mediante un mecanismo de giro de alta
precisión.
La interconexión del S7-400 del
descargador y la sala de control se realizará mediante la
introducción del bus de campo Profibus en la propia sala de
control, tras su prolongación desde los equipos que utilizan dicho
bus en la cabina en tierra, lo que determinará la desaparición de
los convertidores RS-422 a la vez que la
introducción de un bus de alta velocidad, lo que abre la
posibilidad de incorporar nuevos servicios que requieran más ancho
de banda.
Adicionalmente, se incorpora un equipo de
transmisión de datos de alta velocidad (10 Mbits/seg.) que permite
mantener una red de área local para un uso meramente industrial, e
introducir paralelamente la transmisión de uno o más canales de voz
en formato FXS/FXO y múltiples puertos RS-232
necesarios para la configuración remota de diferentes dispositivos
electrónicos y telemandos.
La transmisión de las imágenes de vídeo y audio
se realizarán a través de dos sistema
multiplexor-demultiplexor digital de vídeo con
calidad profesional, utilizando el primero para la transmisión
exclusivamente señales en formato PAL, mientras que el segundo se
especializa en señales de vídeo en formato HDTV.
Por último, las cámaras y el resto de los
dispositivos asociados a la captura de imagen y sonido instalados
en la parte inferior de la cabina, del descargador, se conectan a
los equipos electrónicos de transmisión instalados en los armarios
de la sala de máquinas del pórtico, mediante un cable de fibra
óptica instalado en el plegador.
La introducción de una cabina en tierra basada
en un escenario visual artificial y la modificación en cuanto al
maquinista de su ergonomía, hacen preciso introducir un sistema de
simulación de la descarga, y adicionalmente, un sistema de
simulación que facilita el aprendizaje de los maquinistas y el
adiestramiento especializado frente a situaciones poco frecuentes
de los trabajadores actuales.
Asimismo, es necesario una herramienta de
programación específica para la interactuación del maquinista con
los mandos de la cabina, y que todas sus actuaciones se
correspondan con los adecuados movimientos de los objetos visuales,
dotando al conjunto de la inmersión necesaria para que el
maquinista tenga en todos sus aspectos una sensación lo más real
posible.
Para ese objetivo, todos los sistemas
automáticos que capturan las señales de los joystick, pulsadores y
conmutadores, así como el controlador de la plataforma de
movimiento, deben disponer de la programación paralela necesaria
para que las sensaciones transmitidas al maquinista sean similares
a las percibidas durante el proceso de descarga real, de forma que
en el modo de simulación el funcionamiento de todo el equipamiento
sea también el mismo.
En el caso que nos ocupa, la herramienta
seleccionada para el desarrollo del sistema de simulación es VEGA
Multigen.
Claims (15)
1. Cabina en tierra para la actuación de
elementos de descarga de materiales en general, aplicable como
elemento de entrenamiento para su manejo, destinada a implementar
los elementos físicos y lógicos necesarios para realizar dicha
descarga mediante un descargador de los instalados en grúas
móviles o de pórtico, especialmente de las bodegas de los buques,
transportando mercancías a granel, sobre palets o en contenedores,
y proporcionar a la vez una herramienta de entrenamiento para los
maquinistas, caracterizada por el hecho de comprender: un
sistema visual, responsable de la proyección de las imágenes,
tanto para la cabina de a como para el equipo de simulación; un
sistema de imagen y sonido, que captura todos los planos de imagen
necesarios para el maquinista a través del sistema visual; una
cabina de mando (1), que cuenta con las interfaces físicas, a
través de las que se ejecuta, tanto el proceso de descarga real,
como el de simulación; medios automáticos de control que
interconectan los dispositivos físicos de mando y control con un
PLC instalado en el descargador, constitutivo del cerebro central
del sistema de control del pórtico; una plataforma de movimiento de
la cabina (1), que emula dichos movimientos cuando se encuentra en
modo "simulación"; un sistema de transmisión que proporciona
la conectividad física y lógica entre los equipos instalados en el
descargador y los equipos y sistemas centrales que se instalan en
las correspondientes zonas o puntos donde se ubiquen, asociados a
la cabina (1); y un sistema de simulación que proporciona los
escenarios visuales al sistema visual, basándose en escenarios
sintéticos y actuando conforme a un modelo matemático que explica el
proceso de
descarga.
descarga.
2. Cabina en tierra para la actuación de
elementos de descarga de materiales en general, aplicable como
elemento de entrenamiento para su manejo, según la reivindicación
1, caracterizada por el hecho de que el sistema visual está
formado por varias cámaras auxiliares con capacidades de gestión
inteligente de imágenes y pre-visualización, y tres
pantallas planas en formato 4:3 y de gran tamaño (aproximadamente
4x3 metros) y de alta resolución, dispuestas en un plano largo
general y zonas colindantes, formando una sola pantalla central
sobre la cual se perfilan tres superficies, dos (2) y (3) situadas
en los laterales de una central (4), formando ángulos de 60º entre
sí e inscritas en un semicírculo, en que a través del centro del
semicírculo se determina la posición del punto de vista del
operador.
3. Cabina en tierra para la actuación de
elementos de descarga de materiales en general, aplicable como
elemento de entrenamiento para su manejo, según la reivindicación
2, caracterizada por el hecho de que la pantalla central
está construida a partir de elementos prefabricados y revestida de
materiales de alta capacidad reflectante, disponiendo de un tubo
(5) fluorescente, utilizable durante el ajuste y calibrado de los
proyectores.
4. Cabina en tierra para la actuación de
elementos de descarga de materiales en general, aplicable como
elemento de entrenamiento para su manejo, según las
reivindicaciones 2 y 3 caracterizada por el hecho de que las
cámaras, cuyas imágenes se proyectan sobre la pantalla, son de alta
definición y están focalizadas sobre la zona útil de la bodega del
buque, efectuándose el alineamiento de las imágenes mediante
sistemas electrónicos de corrección geométrica.
5. Cabina en tierra para la actuación de
elementos de descarga de materiales en general, aplicable como
elemento de entrenamiento para su manejo, según las
reivindicaciones 2 a 4, caracterizada por el hecho de que la
pantalla central está pigmentada en un tono gris neutro, reduciendo
la luminosidad de la señal resultante.
6. Cabina en tierra para la actuación de
elementos de descarga de materiales en general, aplicable como
elemento de entrenamiento para su manejo, según las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por el hecho de que
los planos generales de proa y popa, desde el descargador,
obtenidos por las correspondiente cámaras, se realizan desde la
cabina del descargador, mientras que el plano en perspectiva del
puente de mando del buque, se realiza desde una cámara situada en
una cota suficientemente alta (para evitar la colisión entre el
descargador y el puente), en el propio descargador, para obtener un
plano picado; porque el plano de la perspectiva de la tolva (en la
que ser verterá el producto) se obtiene mediante la ubicación de la
cámara en la parte posterior del pórtico; y porque los planos
generales de los carretones de proa y popa (que permiten la
movilidad del pórtico) se efectúan desde las cámaras situadas en
los costados del descargador, a una altura similar a la de la
cabina del descargador, obteniéndose un plano picado.
7. Cabina en tierra para la actuación de
elementos de descarga de materiales en general, aplicable como
elemento de entrenamiento para su manejo, según las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por el hecho de que el
conjunto captador de la imagen de la bodega se encuentra situado en
la parte inferior de la cabina del descargador.
8. Cabina en tierra para la actuación de
elementos de descarga de materiales en general, aplicable como
elemento de entrenamiento para su manejo, según las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por el hecho de
disponer de un bastidor (20), en el cual se alojan las cámaras
junto con las ópticas correspondientes, y de forma parcial la
electrónica básica que se emplea para la captación de imagen y
sonido, el cual está construido en dos partes o piezas
fundamentales, permaneciendo una de ellas acoplada a la parte
inferior de la cabina del descargador, de forma que absorbe
parcialmente las vibraciones que se producen en la estructura,
empleando un conjunto absorbente de vibraciones de alta frecuencia
(21).
9. Cabina en tierra para la actuación de
elementos de descarga de materiales en general, aplicable como
elemento de entrenamiento para su manejo, según las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizada por el hecho de que la
cabina de mando (1) está construida en aluminio, metacrilato os
materiales de características de ligereza similares, disponiendo
en su base de un espacio para el paso de cables, y en su parte
posterior de conectores rápidos de bayoneta para el montaje y
desmontaje; y porque en los laterales existen aperturas que, solo
por uno de los dos costados, permiten visualizar de forma real la
instalación.
10. Cabina en tierra para la actuación de
elementos de descarga de materiales en general, aplicable como
elemento de entrenamiento para su manejo, según las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizada por el hecho de que
los sistemas automáticos están integrados, disponiendo de un PC
montado en formato de placa de montaje en armario situado en el
interior de la cabina.
11. Cabina en tierra para la actuación de
elementos de descarga de materiales en general, aplicable como
elemento de entrenamiento para su manejo, según la reivindicación
11, caracterizada por el hecho de incorporar una clavija
(37) con fuente de alimentación interconectada con una toma de
enchufe (38), una toma de enchufe doble (39) sobre el PC, un
pupitre de mando izquierda y de mando derecha.
12. Cabina en tierra para la actuación de
elementos de descarga de materiales en general, aplicable como
elemento de entrenamiento para su manejo, según las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizada por el hecho de
disponer de un sistema de parada de emergencia de pórtico, provisto
de diferentes setas de emergencia instaladas en la cabina en tierra
o cabina de mando (1) y salas de control, conectadas directamente
al pórtico utilizando un cable de pares directo al PLC.
13. Cabina en tierra para la actuación de
elementos de descarga de materiales en general, aplicable como
elemento de entrenamiento para su manejo, según las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizada por el hecho de que la
plataforma de movimiento está fijada sobre una bancada de obra
reforzada estructuralmente, pudiendo estar elevada hasta la altura
necesaria para mantener el centro de los ojos del maquinista en el
mismo centro físico de la pantalla.
14. Cabina en tierra para la actuación de
elementos de descarga de materiales en general, aplicable como
elemento de entrenamiento para su manejo, según las reivindicaciones
1 a 13, caracterizada por el hecho de que la plataforma de
movimiento cuenta con un equipo de control que envía las consignas
apropiadas de cada uno de los actuadores para que ser ejecutadas
por los elementos mecánicos correspondientes, estando constituido
por una estación de trabajo que envía datos con una frecuencia
aproximada de 100 Hz, a la unidad central implementada sobre un
ordenador personal con el pertinente sistema operativo.
15. Cabina en tierra para la actuación de
elementos de descarga de materiales en general, aplicable como
elemento de entrenamiento para su manejo, según las
reivindicaciones 1 a 14, caracterizada por el hecho de que
la transmisión de las imágenes de vídeo y audio se realiza a través
de dos sistemas multiplexor-demultiplexor digital
de vídeo, aplicándose el primero para la transmisión de señales en
formato PAL, y el segundo en señales de vídeo en formato HDTV.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES200400412A ES2292268B1 (es) | 2004-02-19 | 2004-02-19 | Cabina en tierra para la actuacion de elementos de descarga de materiales en general, aplicable como elemento de entrenamiento para su manejo. |
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| ES200400412A ES2292268B1 (es) | 2004-02-19 | 2004-02-19 | Cabina en tierra para la actuacion de elementos de descarga de materiales en general, aplicable como elemento de entrenamiento para su manejo. |
Publications (2)
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|---|---|
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