ES2327874T3 - Sistema de amarre automatico. - Google Patents
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Abstract
Sistema de amarre automático para pilotar barcos o embarcaciones de recreo en un puerto o en una zona de amarre con un punto de atraque, caracterizado por comprender una unidad electrónica central dispuesta en dicho barco incluyendo una unidad electrónica de captación de datos, una unidad de un sistema de posicionamiento global (GPS), un transceptor de radio, un primer conjunto de sensores ultrasónicos, un segundo conjunto de sensores láser y un sistema de interceptación de un noray objetivo para definir una trayectoria de aproximación del barco a dicho punto de amarre por medio de la detección de una serie de posiciones objetivo del barco, dicha unidad central electrónica controla un sistema de accionamiento a motor para impulsar, como mínimo, dos motores eléctricos asíncronos auxiliares que están conectados a los ejes motrices del barco y que son insertados durante las maniobras de atraque por medio de un grupo electromecánico que simultáneamente es capaz de excluir los motores principales del barco, comprendiendo dicho sistema asimismo una bita electrónica dispuesta en dicho punto de atraque, dotada de un transceptor de radio y con un sistema de posicionamiento global (GPS) que establece dicha posición objetivo del barco que comunica con el transceptor de radio a bordo del barco por medio de un enlace por radio, de manera que cada posición del barco con respecto al punto de atraque es facilitada por la diferencia de las dos señales de posición GPS del barco y de la bita, cumpliendo dicho primer conjunto de sensores ultrasónicos una banda de colisión de primer nivel alrededor de la estructura del barco y utilizándose dicho segundo conjunto de sensores láser para proporcionar una banda anticolisión de segundo nivel que tiene un alcance mayor que el alcance de dicha primera banda anticolisión, posibilitando la interacción de dichos primer y segundo sensores la definición de la posición y las formas de cualquier obstáculo durante dichas maniobras de amarre del barco hasta dicho punto de amarre, proporcionando una vista tridimensional que se actualiza automáticamente en tiempo real durante dichas maniobras de amarre.
Description
Sistema de amarre automático.
Uno de los problemas más importantes para los
pilotos de barcos de recreo de diferentes desplazamientos y
dimensiones consiste en las dificultades que aparecen en el control
de los medios de maniobra durante las operaciones de atraque y
amarre en los puertos. En algunos casos, en realidad, se requiere
mucha habilidad y experiencia para controlar la velocidad de los
motores en el caso de embarcaciones con dos motores, a efectos de
conseguir las maniobras a baja velocidad típicas de la operación de
atraque en amarres de reducidas dimensiones o en presencia de
algunos obstáculos (por ejemplo, en las proximidades de otras
embarcaciones atracadas). Un sistema de información para el amarre
de embarcaciones es conocido por el documento USA 2003/0137443.
Además, en barcos más grandes, es muy difícil tener visibilidad y
control simultáneamente en todos los lados del barco, lo cual es
necesario para evitar colisiones con cualquier tipo de obstáculo
entre el casco y el muelle de amarre. Cuanto mayores son las
dimensiones de los barcos, mayores son estos problemas. Todavía más
compleja es la maniobra para barcos dotados de un solo motor y el
timón, (por ejemplo, barcos de vela).
A efectos de reducir notablemente estas
dificultades, se da a conocer un nuevo sistema de amarre automático
que ayuda al piloto durante las maniobras de amarre y atraque.
El sistema al que se refiere la presente
invención se basa en la integración de las siguientes unidades
funcionales:
1. Conjunto de sensores ultrasónicos de nueva
generación (opción sin cables)
2. Conjunto de sensores láser (opción sin
cables)
3. Conjunto de sensores giroscópicos
electrónicos (opción sin cables)
4. Bita electrónica, instalada en el muelle de
amarre, autopropulsada mediante células solares
5. Unidad de captación de datos electrónicos
(hardware y software), dotada de opción de receptor mediante
sensores sin cables, enlace por radio con los conjuntos de
sensores
6. Enlace de radio específico entre la
electrónica de la unidad a bordo y la bita electrónica (guía de
radio)
7. Motores eléctricos asíncronos auxiliares,
controlados por dispositivos de accionamiento de velocidad
variable
8. Sistema de accionamiento a motor, adecuado
para activar también otros motores eléctricos (por ejemplo, bombas
eléctricas de los empujadores de proa) si existen en el barco dotado
de Sistema de Atraque Automático
9. Grupo electromecánico para la inserción de
los motores eléctricos y la exclusión de motores principales
10. Interfaz para otras señales disponibles en
la embarcación (anemómetros, GPS, etc.)
La unidad electrónica central (5.) es el núcleo
o corazón de todo el sistema y su diagrama de bloques se ha mostrado
en la figura 1.
La figura 2, por otra parte, muestra
esquemáticamente el principio de funcionamiento del sistema
automático de amarre.
El método de interceptación de obstáculos en la
zona de amarre y la aproximación automática al muelle consisten en
el cumplimiento de dos bandas anticolisión alrededor de la
estructura o forma de la embarcación sobre la superficie del agua,
para detectar los obstáculos durante la aproximación a baja
velocidad, tal como se ha mostrado en la
figura 3a.
figura 3a.
El conjunto de sensores ultrasónicos cumplen un
primer nivel de la banda anticolisión, alrededor de una estructura
o forma de la embarcación en la superficie del agua y representan el
grupo de sensores adecuados para proporcionar las señales más
definidas y estables para la posición relativa del barco.
El grupo de sensores láser, por su parte, se
utiliza para proporcionar un segundo nivel de banda anticolisión,
adecuado para detectar obstáculos en un alcance mayor (por ejemplo,
20 m), alrededor de la estructura o forma de la embarcación, a
efectos de ajustar la velocidad y dirección de aproximación,
teniendo como resultado una reacción inmediata de los sistemas de
dirección.
La anchura del haz de los ultrasonidos de los
sensores del primer nivel es capaz de detectar obstáculos de
cualquier forma y dimensiones con elevada precisión dentro de su
alcance operativo. Los sensores láser son más direccionales y
permiten cumplir una banda anticolisión más ancha, que toma el
control durante las maniobras de aproximación al muelle (baja
velocidad).
La interacción de los dos conjuntos de sensores
(primer y segundo niveles) permite definir la posición y la forma
de cualquier obstáculo durante las maniobras de atraque con
fidelidad absoluta con respecto a la realidad, proporcionando una
visión tridimensional que se actualiza automáticamente en tiempo
real durante la totalidad de la maniobra. Una imagen esquemática de
las dimensiones de las bandas anticolisión se ha mostrado en la
figura 3b.
La utilización de sensores electrónicos
giroscópicos permite establecer de manera precisa la dirección
proa-popa del barco con respecto a la trayectoria
de aproximación, proporcionando la realimentación adecuada a la
unidad electrónica central, que ajusta en tiempo real las salidas
conectadas a los accionadores de dirección (sistemas motorizados).
Además, dicha realimentación permite utilizar un sistema, de manera
segura, incluso en condiciones atmosféricas difíciles.
La trayectoria de aproximación al muelle está
definida por medio de la detección por el sistema de un punto fijo
(posición objetivo) establecido por una "bita" electrónica que
es autopropulsada por medio de energía solar. La bita es instalada
en el puerto y está dotada de un transceptor de radio de corto
alcance (tipo WiFi). La primera información con respecto a la
posición del barco con respecto al punto de atraque es facilitada
por la diferencia de las dos posiciones GPS de la embarcación y de
la bita (DGPS-GPS diferencial).
La señal GPS es utilizada, de manera continua,
durante toda la maniobra pero su resolución no es adecuada para la
operación de atraque: su error de posicionado es compensado por las
otras señales detectadas localmente por los otros conjuntos de
sensores.
La forma de la bita electrónica constituye una
referencia precisa para otro sensor láser específico que es
utilizado para la detección de la posición de azimut de la
embarcación con respecto a la trayectoria de aproximación y para
proporcionar una referencia a los sensores giroscópicos para las
señales de realimentación a los accionadores de direccionado. El
diagrama funcional de la "bita" electrónica se ha mostrado en
la figura 4.
Cuando no es posible establecer cualquier enlace
con una bita electrónica, la maniobra de atraque automático puede
ser llevada a cabo de todos modos en una modalidad operativa
semiautomática.
En base a la posición de la bita sobre el puerto
y de la disposición del área de atraque, como datos de entrada para
el sistema, es posible seleccionar el tipo de atraque a
realizar:
- -
- popa
- -
- proa
- -
- lado derecho
- -
- lado izquierdo
\vskip1.000000\baselineskip
El sistema automático selecciona la mejor
trayectoria para la aproximación al muelle y pone en marcha la
modalidad de piloto automático con sistema anticolisión y control
suave de la potencia de los motores controlados.
Además, es posible definir cuidadosamente los
esfuerzos ejercidos sobre la embarcación, teniendo en cuenta los
esfuerzos de impulsión, aceleraciones (el sistema es útil en
cualesquiera condiciones de navegación) y para modular las fuerzas
de aleación necesarias por los accionadores. Esta técnica puede ser
refinada y adaptada en base a los medios de propulsión auxiliares,
distintos de los motores principales, si ya existen en la
embarcación (por ejemplo, impulsores por chorro de agua).
La inicialización del sistema (instalación
inicial) se basa en un proceso de calibrado y autoajuste que se
tiene que llevar a cabo en alta mar, con buenas condiciones
atmosféricas, que es adecuado para definir la dinámica de la
maniobra disponible cuando el sistema de amarre automático es puesto
en marcha: fuerza de impulsión, radio de direccionado con la
función de la velocidad, distancias de paro, aceleraciones (cuando
la embarcación se detiene y en función de su velocidad) en todas
las direcciones, etc. De esta manera, es posible parametrizar los
sistemas de dirección y de impulsión para ajustar el sistema a
efectos de llevar a cabo la maniobra de amarre en cualquier lugar
en que exista suficiente espacio para el atraque.
La función de autoajuste permite, además,
inicializar el sistema, en función de las dimensiones y del
desplazamiento de la embarcación, de sus accionadores de dirección
y del posicionado relativo de los conjuntos de sensores ultrasónicos
y ópticos.
Al ser inicializado y puesto en marcha el
sistema, el piloto puede escoger en una abundante base de datos
visual las condiciones de aproximación más próximas a la que tiene
que llevar a cabo, o puede seleccionar un mapa local (si se
dispone) del puerto en el que se tiene que realizar la maniobra. Se
tienen que seleccionar las condiciones preliminares generales: tipo
de amarre, presencia de otras embarcaciones en el lado derecho y/o
lado izquierdo, espacio aproximado disponible, etc.
Cuando la maniobra de amarre ha sido determinada
satisfactoriamente, los datos más relevantes durante toda la
operación son almacenados en una base de datos y pueden ser
reutilizados posteriormente, si se tiene que repetir la misma
maniobra en condiciones similares.
La base de datos que contiene los mapas del
puerto se puede actualizar con los detalles más convenientes (por
ejemplo, mapas de satélite en tiempo real, actualizaciones por
Internet, etc.). De esta manera, el sistema ejecuta un mapa de
amarre preliminar que se detalla gradualmente sobre la pantalla de
control al proporcionar las señales de detección de obstáculos,
datos de acuerdo con las condiciones reales, o generando el dibujo
de los obstáculos inesperados durante la inicialización de la
maniobra.
El sistema lleva a cabo la selección continua a
una elevada velocidad de muestreo de todas las señales
proporcionadas por todos los sensores disponibles de posición,
velocidad y aceleración, y calcula las fuerzas para los ejes
motrices necesarias para la aproximación a la posición objetivo.
El control de la potencia de los ejes motrices
se realiza por medio de dos motores eléctricos con una potencia
definida, de acuerdo con las dimensiones y fuerza de inercia de la
embarcación; los motores son impulsados por sistemas motrices
controlados directamente por la unidad electrónica central (control
automático en bucle cerrado).
La ventaja de la utilización de motores
eléctricos consiste en la mejora de la dinámica para la inversión
de rotación y en un mejor control por medio de los sistemas de
accionamiento a motor sobre la velocidad de rotación de las
hélices. Los resultados son función de transferencia "más
potente" de la actuación de los mandos automáticos determinada
por la elaboración de las señales procedentes de los conjuntos de
sensores de posición.
Un diagrama de bloques de las funciones del
sistema interceptador y de su interacción con los sistemas motrices
de accionamiento, se muestra en la figura 5º.
La figura 5b muestra un dibujo del grupo
electromecánico para la inserción de los sistemas de accionamiento a
motor.
La figura 6 muestra el diagrama de flujo del
algoritmo que incorpora el control automático.
Claims (5)
1. Sistema de amarre automático para pilotar
barcos o embarcaciones de recreo en un puerto o en una zona de
amarre con un punto de atraque, caracterizado por
comprender
\bullet una unidad electrónica central
dispuesta en dicho barco incluyendo una unidad electrónica de
captación de datos,
\bullet una unidad de un sistema de
posicionamiento global (GPS),
\bullet un transceptor de radio,
\bullet un primer conjunto de sensores
ultrasónicos,
\bullet un segundo conjunto de sensores láser
y
\bullet un sistema de interceptación de un
noray objetivo para definir una trayectoria de aproximación del
barco a dicho punto de amarre por medio de la detección de una
serie de posiciones objetivo del barco,
\bullet dicha unidad central electrónica
controla un sistema de accionamiento a motor para impulsar, como
mínimo, dos motores eléctricos asíncronos auxiliares que están
conectados a los ejes motrices del barco y que son insertados
durante las maniobras de atraque por medio de un grupo
electromecánico que simultáneamente es capaz de excluir los motores
principales del barco,
\bullet comprendiendo dicho sistema asimismo
una bita electrónica dispuesta en dicho punto de atraque, dotada de
un transceptor de radio y con un sistema de posicionamiento global
(GPS) que establece dicha posición objetivo del barco que comunica
con el transceptor de radio a bordo del barco por medio de un enlace
por radio, de manera que cada posición del barco con respecto al
punto de atraque es facilitada por la diferencia de las dos señales
de posición GPS del barco y de la bita,
\bullet cumpliendo dicho primer conjunto de
sensores ultrasónicos una banda de colisión de primer nivel
alrededor de la estructura del barco y utilizándose dicho segundo
conjunto de sensores láser para proporcionar una banda anticolisión
de segundo nivel que tiene un alcance mayor que el alcance de dicha
primera banda anticolisión, posibilitando la interacción de dichos
primer y segundo sensores la definición de la posición y las formas
de cualquier obstáculo durante dichas maniobras de amarre del barco
hasta dicho punto de amarre, proporcionando una vista
tridimensional que se actualiza automáticamente en tiempo real
durante dichas maniobras de amarre.
2. Sistema automático de amarre según la
reivindicación 1, caracterizado porque dicha unidad de
control electrónico está conectada a un conjunto de sensores
giroscópicos electrónicos, que están dispuestos para establecer una
dirección proa-popa del barco con respecto a dichas
posiciones objetivo del mismo, proporcionando una señal de
realimentación a dicha unidad central electrónica, que determina en
tiempo real las señales de salida conectadas a dicho sistema de
accionamiento a motor.
3. Sistema automático de amarre según la
reivindicación 2, caracterizado porque dicha bita electrónica
está conformada como noray objetivo escalonado a efectos de
proporcionar una referencia para dichos sensores láser, que es
utilizada para la detección de la posición de azimut del barco con
respecto a dichas posiciones objetivo del barco y para proporcionar
una referencia a dichos sensores giroscópicos para dicha señal de
realimentación hacia la unidad electrónica central.
4. Sistema automático de amarre según la
reivindicación 1, caracterizado porque dicha unidad
electrónica de control proporciona la selección de condiciones
preliminares y para la visualización de un mapa local del puerto o
zona de atraque, en los que se tienen que llevar a cabo dichas
maniobras.
5. Sistema automático de amarre según la
reivindicación 1, caracterizado porque dicha unidad de
control electrónico tiene una base de datos, en la que están
almacenados los mapas del puerto y los datos relativos a dichas
maniobras.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP06425426 | 2006-06-22 | ||
| EP06425426 | 2006-06-22 |
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