ES2344374T3 - Dispositivo, metodo y sistema de calibracion para una grua de contenedores. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de calibración para la calibración automática de una grúa de contenedores, estando dicha grúa de contenedores controlada por un sistema que comprende al menos un primer sensor (LPS) y/o un segundo sensor (TPS), caracterizado por una plataforma de calibración (1) dispuesta en una posición fija (2-4) y que comprende una pluralidad de marcadores (5a-c, 6a-c), dispuestos cada uno de ellos en una posición fija conocida y a una distancia relativa entre ellos.

Description

Dispositivo, método y sistema de calibración para una grúa de contenedores.

Campo técnico

La invención se refiere a un dispositivo para la calibración automática de una grúa de contenedores y un método para realizar tal calibración automática. El método puede involucrar procedimientos automáticos y/o manuales. Tal dispositivo de calibración se conoce del documento JP-A-2006 312521.

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Antecedentes técnicos

Las grúas de contenedores se usan para manejar contenedores de mercancías y especialmente para transferir los contenedores entre modos de transporte en terminales de contenedores, puertos de mercancías y similares. Los contenedores de transporte normalizados se usan para transportar un gran volumen de mercancías y en aumento alrededor del mundo. El transporte intermedio es una función crítica en el manejo de mercancías. El transporte intermedio puede producirse en cada punto de transferencia y hay usualmente un tremendo número de contenedores que deben descargarse, transferirse a un almacenamiento temporal, y más tarde cargarse a otra embarcación, volver sobre la misma embarcación o por el contrario cargarse sobre otro medio de transporte. La Carga y descarga de contenedores en y desde una embarcación requiere invertir una gran cantidad de tiempo. El desarrollo de grúas automatizadas ha mejorado la carga y descarga y hace la productividad más predecible, y también evita muchas situaciones en las cuales los trabajadores del puerto están expuestos a peligros y pueden resultar heridos.

Para un manejo preciso de los contenedores, los sistemas de control que regulan la recogida y depósito de los contenedores deben calibrarse. Esto puede comprender la calibración de subsistemas de los sistemas de control de la grúa. Por ejemplo sobre las grúas de pórtico o las grúas de embarcación a costa (STS) que corren sobre raíles, puede producirse algún error aleatorio causado por cambios en las posiciones de una o más ruedas sobre el raíl del pórtico, lo cual puede causar un error de alabeo. Otros errores pueden presentarse por el hundimiento o daños en el área sobre el que se depositan los contenedores, de modo que la posición de una ranura de depósito para un contenedor puede cambiar. Además, cuando se repara o se mueve un equipo de sensores ópticos o sensores codificadores de posición es necesaria una re-calibración.

Se estima que con los procedimientos manuales de hoy en día puede tardarse entre 4 y 8 horas por grúa para realizar un LPS (Sensor de Posición de Carga), TPS (Sensor de Posición Objetivo) y la co-calibración. Un subsistema LPS encuentra la posición de la carga (contenedor o dispositivo de agarre (spreader) vacío) durante la elevación, manejo y un subsistema TPS encuentra la posición del sitio de depósito objetivo sobre una ranura en el suelo o sobre un vehículo, así como las posiciones de mapeo de otros contenedores, almacenamientos de contenedores, etc. en la proximidad de un objetivo. Además dependiendo de cuánto tiempo se tenga disponible, puede invertirse un tiempo estimado de 1-4 horas en las pruebas de almacenamiento y el ajuste fino de parámetros. Estas son estimaciones medias para un bloque de contenedores, que está en un área de almacenamiento determinado, por ejemplo entre dos grúas adyacentes, cuando el bloque se ha vaciado y quitado de producción. Si la calibración se realiza sobre una grúa en un bloque que está en producción a menudo requiere más tiempo que este ya que el procedimiento se interrumpe y tiene que arrancase varias veces. Además a menudo no se permite, por razones de seguridad, que una persona de mantenimiento trabaje sola en un bloque de contenedores.

El error en la medición puede venir de cualquiera de muchas fuentes tales como: una inclinación en el raíl del pórtico; curvas en el raíl del pórtico que causan alabeos en la posición de la grúa; posición de las ruedas sobre el raíl del pórtico que causan desviaciones en la dirección del carro; posición de las ruedas sobre el raíl de la grúa que causa alabeo en la posición de la grúa; errores de posicionamiento del pórtico (desviación de sincronización); perfil de la viga del carro girada que causa un error en el ángulo de medición; alabeo de la plataforma del carro sobre el raíl del carro; error de calibración del sistema LPS; error de calibración del sistema TPS.

Algunos errores tales como el error de calibración del sistema del TPS tienden a ser constantes a través de un bloque determinado de contenedores. Otros errores tales como la inclinación y la dirección del raíl del pórtico dependen de la posición del pórtico y de este modo pueden diferir de hueco en hueco dentro de un bloque determinado. Un error en la inclinación del pórtico también gira la viga del carro, lo cual produce un error diferente de una fila de contenedores a otra en el mismo bloque.

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Resumen de la invención

El objetivo de la presente invención es proporcionar un dispositivo, un método y un sistema mejorados, para la calibración automática de los sistemas de levantamiento y manejo de una grúa de contenedores.

Este y otros objetivos se obtienen por un método, y un sistema caracterizado por las reivindicaciones independientes adjuntas. Las realizaciones ventajosas se describen en las sub-reivindicaciones a las reivindicaciones independientes anteriores.

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En un primer aspecto de la invención se describe un dispositivo de calibración para la calibración automática de una grúa de contenedores, en el que dicha grúa de contenedores se controla por un sistema que comprende al menos un primer sensor y un segundo sensor, comprendiendo además el dispositivo una plataforma de calibración dispuesta en una posición fija y que comprende una pluralidad de marcadores dispuestos cada uno en una posición fija conocida y a una distancia relativa entre ellos.

En una realización de la invención se describe un dispositivo de calibración para la calibración automática de una grúa de contenedores, comprendiendo dicho dispositivo al menos un primer sensor y un segundo sensor, y una plataforma de calibración dispuesta en una posición fija y que comprende una pluralidad de marcadores dispuestos cada uno en una posición fija conocida y a una distancia relativa entre ellos en el que la plataforma de calibración está dispuesta en una posición fija en un patio de contenedores, patio de mercancías o puerto.

En una realización de la invención se describe un dispositivo de calibración para la calibración automática de una grúa de contenedores, comprendiendo dicho dispositivo al menos un primer sensor y/o un segundo sensor, y una plataforma de calibración dispuesta en una posición fija y que comprende una pluralidad de marcadores dispuestos cada uno en una posición fija conocida y a una distancia relativa entre ellos en el que la plataforma de calibración está dispuesta con al menos dos primeros marcadores que comprenden una superficie con un primera apariencia visual.

En otra realización de la invención se describe un dispositivo de calibración para la calibración automática de una grúa de contenedores, comprendiendo dicho dispositivo al menos un primer sensor y/o un segundo sensor, y una plataforma de calibración dispuesta en una posición fija y que comprende una pluralidad de marcadores dispuestos cada uno en una posición fija conocida y a una distancia relativa entre ellos en el que los, al menos dos, primeros marcadores con un primera apariencia visual son marcadores activos.

En otra realización de la invención se describe un dispositivo de calibración para la calibración automática de una grúa de contenedores, comprendiendo dicho dispositivo al menos un primer sensor y/o un segundo sensor, y una plataforma de calibración dispuesta en una posición fija y que comprende una pluralidad de marcadores dispuestos cada uno en una posición fija conocida y a una distancia relativa entre ellos en el que la plataforma de calibración está dispuesta con al menos dos segundos marcadores que comprenden una superficie con una segunda apariencia visual.

En otra realización de la invención se describe un dispositivo de calibración para la calibración automática de una grúa de contenedores, comprendiendo dicho dispositivo al menos un primer sensor y/o un segundo sensor, y una plataforma de calibración dispuesta en una posición fija y que comprende una pluralidad de marcadores dispuestos cada uno en una posición fija conocida y a una distancia relativa entre ellos en el que los, al menos dos, segundos marcadores con la segunda apariencia visual son marcadores pasivos.

En una realización de la invención se describe un dispositivo de calibración para la calibración automática de una grúa de contenedores, comprendiendo dicho dispositivo una plataforma de calibración dispuesta en una posición fija, una pluralidad de marcadores dispuestos cada uno en una posición fija conocida y a una distancia relativa entre ellos en el que al menos dos primeros marcadores o marcadores activos comprenden una fuente de iluminación cualquiera del grupo de: láser de IR, lámpara de IR, lámpara de espectro visible.

En una realización de la invención se describe un dispositivo de calibración para la calibración automática de una grúa de contenedores, comprendiendo dicho dispositivo una plataforma de calibración dispuesta en una posición fija, una pluralidad de marcadores dispuestos cada uno en una posición fija conocida y a una distancia relativa entre ellos en el que al menos dos segundos marcadores o marcadores pasivos comprenden una parte sustancialmente plana limitada por al menos un borde recto dispuestos cada uno en la disposición, en una posición fija y conocida.

En una realización de la invención se describe un dispositivo de calibración para la calibración automática de una grúa de contenedores, comprendiendo dicho dispositivo una plataforma de calibración dispuesta en una posición fija, una pluralidad de marcadores dispuestos cada uno en una posición fija conocida y a una distancia relativa entre ellos en el que los, al menos dos, primeros marcadores o marcadores activos están dispuestos cada uno fijados a un marcador pasivo.

En otra realización de la invención se describe un dispositivo de calibración para la calibración automática de una grúa de contenedores, comprendiendo dicho dispositivo una plataforma de calibración dispuesta en una posición fija, una pluralidad de marcadores dispuestos cada uno en una posición fija conocida y a una distancia relativa entre ellos en el que al menos dos primeros marcadores o marcadores activos están dispuestos en el mismo plano sustancialmente horizontal conocido y separados por una distancia conocida y un tercer marcador del primer tipo o marcador activo está dispuesto sustancialmente verticalmente por encima de los dos primeros marcadores activos y separados por una distancia vertical conocida.

En una realización de la invención se describe un dispositivo de calibración para la calibración automática de una grúa de contenedores, en el que dicha grúa de contenedores está controlada por un sistema que comprende al menos un primer sensor y/o un segundo sensor, comprendiendo además el dispositivo una plataforma de calibración dispuesta en una posición fija y que comprende una pluralidad de marcadores dispuestos cada uno en una posición fija y a una distancia relativa entre ellos conocidas y en el que al menos el primer sensor es parte de un sistema de posición de carga de la grúa de contenedores y dicho segundo sensor es parte de un sistema de posición objetivo de la grúa de contenedores.

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En otro aspecto de la invención se describe un método para una calibración automática de una grúa de contenedores en el que dicha grúa de contenedores está controlada por un sistema que comprende al menos un primer sensor y/o un segundo sensor, y en el que por las acciones de movimiento de la grúa a una posición adyacente fija y conocida de un dispositivo o plataforma de calibración, realiza una imagen de la pluralidad de marcadores que usan dichos, al menos un primer sensor, y calcula uno o más parámetros de posición para el menos un modelo de control para controlar la grúa con relación a la posición de la carga o a la posición de depósito/elevación objetivo.

La principal ventaja del dispositivo de calibración automática es que la calibración puede realizarse automáticamente con una intervención manual mínima. Para una calibración básica, sólo se necesitan las acciones de los operarios de la grúa, y no del personal de tierra. El proceso automático es más rápido que los métodos manuales conocidos y ahorra cantidad de tiempo valioso. El tiempo invertido en una calibración manual se ha visto involucrado anteriormente en costes de mano de obra así como en una pérdida de producción, que tiene una duración estimada en 4-8 horas por grúa.

Los métodos manuales anteriores también requeridos, que dependen algo de cuánto tiempo se tenga disponible, se invierte un tiempo estimado de 1-4 horas en las pruebas de almacenamiento y el ajuste fino de parámetros. El nuevo sistema de calibración tarda alrededor de cinco a quince minutos dependiendo de los procesos utilizados para apagar y encender los marcadores del dispositivo de agarre del LPS. Además, el potencial ahorro de tiempo de la calibración automática puede por lo menos doblarse cuando se miran los costes de mano de obra para la calibración porque el personal de mantenimiento usualmente no tiene permitido trabajar solos en un bloque de contenedores.

Otra ventaja es que la nueva calibración automática da una precisión consistente a través de un bloque determinado de contenedores y es el mismo para todas las grúas en el bloque. Depende de la precisión de los marcadores de referencia y es independiente de la preparación y experiencia de las personas. El nuevo método no requiere ninguna preparación o experiencia para realizar una calibración normal. El trabajo manual extra que puede necesitarse durante la puesta en servicio o cambio del equipo está limitado a poder medir los giros de cabeceo, escorado y alabeo, e introducir estos resultados en el sistema, para el LPS.

En otra realización de la invención se describe una interfaz gráfica de usuario que se usa para realizar las partes de los métodos de la invención y que representa las mediciones, los parámetros y las validaciones de las calibraciones determinadas de este modo.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un producto de programa de ordenador mejorado y un medio legible por ordenador que tiene un programa grabado en el mismo, para la calibración automática de una grúa de contenedores, controlada dicha grúa de contenedores por un sistema de control que comprende al menos un primer sensor (LPS) y/o un segundo sensor (TPS) para determinar una posición relativa para un contenedor de mercancías manejado por una grúa.

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Breve descripción de los dibujos

Puede tenerse un entendimiento más completo del método y el sistema de la presente invención por referencia a la siguiente descripción detallada cuando se toma en conjunción con los dibujos adjuntos en los que:

la Figura 1 muestra en un diagrama esquemático simplificado una plataforma de calibración para una grúa de contenedores de acuerdo con una realización de un primer aspecto de la invención;

las Figuras 2 y 9 muestran diagramas simplificados de una distribución de almacenamientos de contenedores y la grúa de contenedores en una terminal de mercancías o puerto;

la Figura 3 muestra un diagrama simplificado de un contenedor normalizado que ilustra los ejes y las direcciones de movimientos;

las Figuras 4 y 5 muestran diagramas de flujo para un método de realizar una calibración automática de una grúa de contenedores de acuerdo con una realización de un segundo aspecto de la invención;

la Figura 6 muestra esquemáticamente una interfaz para representación en pantalla para un operario, para seleccionar una acción del proceso de calibración automática de acuerdo con una realización de la invención;

la Figura 7-8 muestra esquemáticamente uno o más interfaces para presentar en pantalla las etapas del método y otra información relevante para una realización de la invención.

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Descripción de las realizaciones preferidas

La Figura 1 muestra un diagrama simplificado de una plataforma de calibración de acuerdo con una realización de un primer aspecto de la presente invención. La plataforma se muestra como se ve desde una vista frontal F, y tiene marcadores montados en las tres posiciones 2, 3 y 4, que están medidos de forma precisa de antemano y se conoce la posición de cada uno de los marcadores. Cada uno de los marcadores en la realización de ejemplo mostrada comprende un primer marcador con una primera apariencia visual, tal como un marcador activo 5a-c que es preferiblemente una fuente de luz, y un segundo marcador que comprende una segunda apariencia visual que preferiblemente es un marcador pasivo 6a-c. Las posiciones de los dos marcadores 2, 3 están dispuestas de forma sustancialmente horizontal, separados una distancia fija y conocida D. La tercera posición 4 está dispuesta de forma sustancialmente perpendicular encima del punto medio de 2-3 a una distancia sustancialmente vertical V. Puede montarse un medio de comprobación vertical 8, tal como una simple línea de plomada, o un sensor que puede leerse remotamente, para proporcionar una comprobación rápida de que la plataforma está correctamente alineada en la dirección vertical. Los marcadores también se muestran en la parte inferior del diagrama en una vista U como se ve mirando hacia abajo desde encima de la maquinaria. Los primeros marcadores o marcadores activos 5a-c se indican con un sombreado cruzado y están dispuestos fijados a los segundos marcadores o marcadores pasivos 6a-6c mostrados con formas rectangulares planas definidas por uno o más bordes rectos en esta realización.

En cada una de las posiciones del marcador 2, 3, 4 está dispuesto un primer marcador 5a-c o marcador activo junto con un segundo marcador o marcador pasivo 6a-c. Los primeros marcadores o marcadores activos pueden ser una fuente de luz de algún tipo, tal como un diodo de IR (infrarrojos) que se detecta durante el proceso de calibración por un receptor óptico o sensor tal como una cámara, una cámara CCD o una cámara de vídeo del LPS (Sistema de Posición de Carga). Los marcadores pasivos 6a-c que comprenden una superficie con la segunda apariencia visual se detectan por un escáner láser del TPS (Sistema de Posición Objetivo) que aparecen y/o uno o más bordes de los marcadores pasivos. El marcador pasivo puede tener, por ejemplo, una forma plana sustancialmente rectangular o circular. Por esta disposición de objetivos combinados, el primer marcador con una primera apariencia visual, un marcador activo, y el segundo marcador con la segunda apariencia visual, un marcador pasivo, dispuestos o fijados juntos, los dos sensores de los dos subsistemas del sistema de control pueden registrar y calibrarse por ambos sistemas para la misma posición en el espacio en el patio de contenedores.

La Figura 9 muestra una embarcación 10 y una grúa STC 9'. La grúa se muestra que tiene un pórtico 17 bajo el cual corre un carro 11 hacia adelante y hacia atrás en la dirección X. Esta dirección también se conoce como la dirección del pórtico. El carro soporta un dispositivo de agarre 12 que sujeta un contenedor 13. La grúa eleva el contenedor 13, por ejemplo fuera de la embarcación 10 y a lo largo de una trayectoria tal como la trayectoria P que se establece sobre el contenedor, o el lugar de depósito tal como una ranura de suelo, o sobre un camión u otro vehículo (no mostrados). La grúa 9' corre sobre raíles bajo cada uno de los conjuntos 15, 16 de patas en una dirección hacia dentro o fuera del plano del papel, indicado como la dirección Y. Esta dirección también se conoce como la dirección del carro. La Figura 2 también muestra una distribución de contenedores, grúas y almacenamientos de contenedores en una terminal de carga o puerto en una vista desde encima del patio de mercancías. La Figura 2 muestra un bloque de contenedores 20 y una grúa de contenedores 9'. El pórtico de la grúa 17 se muestra soportando un contenedor 13 (véase también el contenedor, el dispositivo de agarre y el carro en la Figura 9). La grúa corre sobre dos raíles 15r, 16r en la dirección Y o dirección del pórtico. El bloque rectangular 20 de contenedores almacenados y ranuras de suelo 25 es un grupo seleccionado arbitrariamente pero conocido de almacenamientos de comedores acerca de una grúa y preferiblemente entre dos grúas. En esta descripción el grupo 20 se llama un "bloque" de almacenamientos de contenedores y ranuras de suelo. Los contenedores pueden ser de un tamaño entero tal como los contenedores de 12.192 metros o de otros tamaños tales como los contenedores de 6,096 metros 14 dispuestos en las ranuras de suelo. El bloque está dividido también en líneas simples de contenedores o ranuras de suelo en la dirección X llamados huecos 21; y en líneas simples de contenedores a lo largo de la dirección perpendicular que se llaman filas 22.

La Figura 3 muestra tres ejes ortogonales principales X, Y, V con respecto al contenedor 13, y muestra tres líneas centrales imaginarias para el contenedor con respecto a los ejes ortogonales.

La figura también muestra en forma de diagrama el error de alabeo S con una rotación alrededor del eje vertical V, una error de escorado L con el cual un contenedor tiende a escorar alrededor de su eje longitudinal y girar alrededor del eje Y, y un error de cabeceo T con el cual uno de los extremos del contenedor a lo largo del eje longitudinal cuelga más bajo que el otro extremo, mostrado como una rotación acerca del eje de línea central imaginaria X.

Los procesos de calibración para los sistemas TPS y LPS son ambos absolutos (es decir, relativos al sistema de coordenadas del patio X-Y-V) y de este modo no hay necesidad de co-calibración entre los sistemas LPS y TPS. El resultado es una precisión alta y consistente a través del bloque de contenedores 20. Como todas las grúas en un bloque están calibradas de forma absoluta usando las mismas referencias su capacidad de co-almacenamiento se mejora porque cualquier error de medición en la posición de los objetivos de referencia tendrá el mismo efecto sobre todas las grúas.

Con el sistema de calibración automática no hay necesidad de comprobaciones de almacenamiento extensivas y consumidoras de tiempo con la corrección o ajuste fino de las desviaciones y otros parámetros de ajuste para obtener un resultado satisfactorio.

El sistema es capaz de auto-diagnosticar el estatus (es decir, la calidad) de su conjunto de parámetros de calibración, usando las posiciones conocidas de los objetivos de referencia. Está disponible un algoritmo de adaptación para ajustar automáticamente los parámetros utilizados por los sistemas de posicionamiento para manejar los posibles efectos de los cambios en el entorno tales como el desplazamiento de raíles, etc. Esto se describe con más detalle más adelante.

La calibración automática del sistema LPS se realiza utilizando tres marcadores de referencia LPS 5a-c y en las posiciones determinadas con precisión 2,3,4 en el patio (véase la Figura 1 para las posiciones del marcador sobre la plataforma). Una configuración preferida de estos marcadores es usar dos marcadores inferiores 5a, 5c (separados aproximadamente una distancia D = 2 metros) dispuestos con un marcador de altura 5b colocado encima y entre los inferiores (aproximadamente a una altura V de 3,5 metros). La elección de las dimensiones de configuración detalladas puede variarse dependiendo de temas prácticos y del algoritmo de realización. Durante la calibración es deseable y puede ser necesario poder conmutar a encendido/apagado los primeros marcadores de referencia o marcadores activos 5a-c y los marcadores existentes (usados por el sistema de control de la grúa para registrar y calcular la posición del dispositivo de agarre) montados sobre el dispositivo de agarre 12, si fuese necesario. Preferiblemente este encendido/apagado debería ser controlable automáticamente, desde la grúa o remotamente.

La calibración automática se habilita en parte por un modelo basado en el sistema LPS. Durante la producción el modelo es capaz de determinar muy precisamente la posición de los marcadores del dispositivo de agarre. Estas posiciones se usan a continuación para determinar la posición del dispositivo de agarre y la parte inferior de la carga (el contenedor 13) así como el cabeceo, escorado, y alabeo.

El procedimiento de calibración para el operador de la grúa consiste en presionar el botón "comienzo de calibración" después de lo cual la grúa se mueva a la posición en la plataforma del marcador de referencia, los marcadores del dispositivo de agarre se apagan si es necesario y los marcadores de la plataforma 5a-c se encienden (véase también el botón de Calibrado del LPS de la Figura 6). La cámara del LPS sobre el carro detecta a continuación los marcadores de la plataforma, se realizan mediciones por la cámara, se calculan los parámetros del modelo y la grúa vuelve al bloque después de restaurar la alimentación en los marcadores del dispositivo de agarre y apagar los marcadores de la plataforma de calibración.

En la puesta en marcha, o si se cambia cualquier equipo, por ejemplo las cajas de marcadores, los diodos de IR, el dispositivo de agarre, etc.), se necesita establecer o restablecer la relación entre el dispositivo de agarre y sus marcadores. Esto se hace bajando el dispositivo de agarre y midiendo su cabeceo, escorado y alabeo (véase el diagrama de T, L y S en la Fig. 3). Estos valores se introducen en el sistema donde se comparan con la salida correspondiente desde el LPS para crear las variables de calibración que compensan cualesquiera diferencias.

Es posible dejar que la grúa vuelva a la plataforma de referencia y tener en el auto-diagnóstico del LPS su estatus de calibración. Esto se hace evaluando las posiciones de los marcadores de referencia que deberían igualar las posiciones medidas, conocidas de los marcadores de referencia.

La precisión resultante del modelo calibrado depende de la precisión de las posiciones de los primeros marcadores o marcadores activos 5a-c. Un error de desviación en su posición conducirá a un error de desviación en el modelo de la cámara y un error en la posición del marcador superior 5b conducirá a un error de inclinación correspondiente que es lineal con la altura. Sin embargo, todas las grúas que usan la misma plataforma obtendrán las mismas desviaciones. Durante el funcionamiento la precisión del sistema LPS se determina por los errores del modelo (que probablemente serán muy pequeños) y las correcciones de las tablas de inclinación (descritas con más detalle más adelante) además de los errores incontrolables siempre presentes, errores aleatorios (tales como la posición de las ruedas sobre el raíl etc.).

La Fig. 4 muestra un diagrama de flujo para un método de realizar la calibración automática sobre, por ejemplo, el sistema LPS, usando la plataforma de calibración 1. La figura muestra los bloques:

400 comenzar la calibración, el operario pulsa el botón de arranque (por ejemplo, Calibrar LPS 62 Fig. 6)

402 mover la grúa a la posición de calibración de la plataforma, - la grúa se mueve para estar adyacente a la plataforma de calibración preferiblemente automáticamente,

406 se encienden los marcadores sobre la plataforma, los marcadores activos 5a-c se encienden,

407 los marcadores sobre el dispositivo de agarre de la grúa se apagan, si es necesario, de modo que el sistema de sensores detecta la plataforma de calibración y no se ve afectado por las fuentes de luz de los marcadores del dispositivo de agarre,

408 realizar la imagen de los marcadores de la plataforma con respecto al carro con la cámara del LPS, de modo que las posiciones de los marcadores activos de la plataforma 5a-5c se encuentran y se miden,

410 calcular la posición relativa de los marcadores de la plataforma para el carro, las posiciones medidas de los marcadores de la plataforma extraídos de los datos de imagen de los marcadores se comparan con los valores almacenados para las posiciones del marcador,

412 calcular/actualizar los parámetros para el modelo, después de la comparación los valores del modelo pueden actualizarse a partir de los valores medidos si se encuentra que los valores medidos son válidos, una vez comprobados,

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413 presentar los resultados en una interfaz gráfica 60, 70, 80; véase por ejemplo los elementos 86, 87 como se muestran en la Fig. 8, que a continuación se sigue por las acciones de movimiento de la grúa fuera de la plataforma de calibración, y apagar los marcadores de la plataforma, y encender los marcadores del dispositivo de agarre (si los marcadores del dispositivo de agarre se han apagado en 407).

La calibración del LPS calcula la posición del dispositivo de agarre 12 y la posición real del alojamiento del carro 11 (en ambas direcciones del pórtico y del carro). Como se ha observado anteriormente, el sistema TPS se usa para detectar la posición de una Posición de Deposito Objetivo (o posición de elevación) para un contenedor 13, así como para medir las posiciones del mapa para otros almacenamientos de contenedores etc. cerca de la posición de interés. La calibración del TPS usa la posición de alojamiento del carro 11 junto con las posiciones conocidas 2, 3, 4 (mostradas en la Fig. 1) de la plataforma de calibración. El TPS mide la posición de los marcadores de la plataforma de forma similar a como se ha descrito anteriormente y en relación con la Fig. 4; y ajusta sus parámetros de calibración hasta que la posición medida del TPS de la plataforma corresponde con la posición real de la plataforma de calibración y la posición del alojamiento del carro. Cuando se disponen más de una grúa juntas, ambas grúas realizan calibraciones usando la misma plataforma de calibración automática, lo cual asegurará que ambas grúas medirán más tarde los contenedores de la misma forma en el bloque. Sin embargo el sistema TPS usa los marcadores pasivos 6a-c porque tiene un sensor diferente, preferiblemente un escáner láser.

La calibración del TPS se realiza en secuencia y a continuación de la calibración del LPS. Cuando se presiona el botón de "comienzo de la calibración" el sistema de control realizará en primer lugar la calibración del LPS (véase la Fig. 6). Después de un reconocimiento de la calibración satisfactoria del LPS el sistema de control realiza a continuación la calibración del TPS. El resultado se presenta en la interfaz del usuario (véase las representaciones parciales en las Figuras 7-8). Se requieren algunos trabajos adicionales en la puesta en marcha o si se cambia el equipo (por ejemplo el nivelado y la determinación de alabeo del TPS).

La Figura 5 muestra un diagrama de flujo para un método de realizar la calibración automática, por ejemplo, sobre el sistema TPS, que usa la plataforma de calibración 1. La figura muestra además de los bloques 400-407 del método de la Fig. 4 los siguientes bloques:

508 realizar la imagen de los marcadores de la plataforma relativos al alojamiento del carro con el sensor del TPS; de modo que los marcadores 6a-c se detectan por el sensor del carro o un escáner láser,

510 calcular la posición relativa de los marcadores de la plataforma para el alojamiento del carro; de forma similar a 410 se procesan los datos de imagen para extraer una posición para los marcadores 6a-c,

512 calcular/actualizar los parámetros para el modelo; se validan las posiciones medidas y se comparan con los valores almacenados cuando sea necesario,

513 presentar resultados sobre una interfaz gráfica, similar a los ejemplos en la Fig. 8.

Puede usarse una interfaz gráfica de usuario (GUI) para representar uno o más de los valores de información obtenidos usando el sistema y los métodos descritos anteriormente. La Figura 6 muestra esquemáticamente un diagrama simplificado para una GUI 60 que representa en pantalla una interfaz que comprende un medio de selección para arrancar una calibración o calibración automática del LPS, Calibrar el LPS 62, para calibrar una carga del contenedor, Calibrar Carga 66, y para calibrar el sistema TPS, Calibrar TPS 64, La Figura 7 muestra una interfaz GUI 70 que representa de forma esquemática la información representada durante el proceso de calibración del LPS. La figura muestra la información acerca de los estados en el proceso, la Información de Secuencia LPS 76, que comprende los indicadores de estatus tales como la calibración de la cámara arrancada, la posición de calibración de la grúa, los marcadores del dispositivo de agarre encendidos 73 (marcado en positivo), marcadores de la plataforma encontrados 71, y Fallos. En la figura la información del proceso muestra que los marcadores del dispositivo de agarre están todavía encendidos. El resultado del LPS 77 representa la información tal como el calibrado de la cámara (indicado como completado), la última calibración satisfactoria de la cámara 76, la última calibración de la cámara fallida 74.

La Figura 8 muestra una interfaz similar 80 que representa un resultado de la Validación del Modelo del LPS 82. Entre la información determinada durante la calibración y representada sobre este tipo de interfaz están las indicaciones de estatus para: la comprobación de la cámara comenzada, grúa en posición de calibración (indicado como completada) marcadores del dispositivo de agarre encendidos 83, marcadores de la plataforma encontrados 81 (indicado como completados). De este modo un operario entendería que la grúa se ha movido sobre la plataforma 402 Fig. 4, los marcadores del dispositivo de agarre están apagados 407, que los marcadores de la plataforma están encendidos 406 y detectados. La figura también muestra los resultados de una calibración incluyendo figuras comparables para las mediciones desde el carro (sistema TPS) 87 y las mediciones desde el pórtico 86.

Como se ha descrito anteriormente, el Sistema de Posición de la Carga (LPS) se usa preferiblemente para determinar, a partir de la posición del carro y de la posición del dispositivo de agarre, la posición instantánea del contendedor en el espacio. Sin embargo también es posible determinar la posición del contenedor bajo el dispositivo de agarre por medio de sensores externos. Además los datos del LPS pueden también suplementarse por datos desde los sensores externos.

El sistema de medición del LPS y el TPS también puede comprender métodos de adaptación y algoritmos para minimizar los errores. Un primer modo de minimizar los errores para una grúa es recoger siempre un contenedor en la misma posición y donde otra grúa realiza el depósito; y además dentro del sistema de control:

- el sistema LPS debería reportar la misma posición que midió el TPS para el contenedor en la recogida de un contenedor, y

- el sistema TPS debería medir los marcadores del suelo en la posición nominal. Los marcadores del suelo son marcadores fijos sobre el suelo que indican la posición de una o más ranuras del suelo.

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Los errores en la medición mientras se manejan los contenedores pueden venir desde muchas fuentes posibles:

a) Inclinación en el raíl del pórtico.

b) Curvas en el raíl del pórtico que causan un alabeo en la posición de la grúa.

c) Posición de las ruedas sobre el raíl del pórtico que causa desviaciones en la dirección del carro.

d) Posición de las ruedas sobre el raíl del pórtico que causa alabeo en la posición de la grúa.

e) Error de posicionamiento del pórtico (desviación de sincronización).

f) Perfil de la viga del carro girada que causa error en la medición del ángulo.

g) Alabeo de la plataforma del carro sobre el raíl del carro.

h) Error de calibración del LPS.

l) Error de calibración del TPS.

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Algunos errores tales como el error de calibración del TPS (i) son constantes a través del bloque. Otros errores tales como la inclinación del raíl del pórtico y la dirección (a) dependen de la posición del pórtico a lo largo del raíl y de este modo son diferentes de hueco a hueco. El error en la inclinación del pórtico también gira la viga del carro, lo cual hace diferente el error desde un carril al otro. Para cuidar los diferentes tipos de errores la adaptación se realiza individualmente para cada una de las ranuras del suelo pero también comunes para el hueco real, la fila real y para todo el bloque, esto es, hay cuatro adaptaciones (para la ranura del suelo 25, ranura 21, fila 22 y bloque 20 de la
Fig. 2).

Hay errores que son estocásticos tales como la posición de las ruedas sobre el raíl del pórtico. Para reducir el impacto de esos errores sobre la adaptación sólo se usa una pequeña parte de la diferencia de la medición (aproximadamente el 5%) para ajustar el sistema. Cuando más se define usando factores de peso, los factores de peso son individuales para ranura, hueco, fila y bloque y también individuales para la adaptación entre grúas, entre el TPS y el LPS y entre el TPS y las mediciones de suelo.

La adaptación entre LPS/TPS y entre las grúas no puede detectarse cuando la inclinación en el raíl del pórtico causa que los almacenamientos no se levanten verticalmente. La adaptación hará que ambas grúas almacenen en la misma posición pero si una grúa tiene una mala inclinación desconocida, ambas grúas realizarán un almacenamiento con la mitad de error que el error en la inclinación. Por lo tanto hay aún una necesidad de medir la inclinación del raíl del pórtico. La inclinación se prefijará a cero en la posición de la plataforma de calibración. La inclinación de todas las demás posiciones se determinará con relación a la inclinación en esta posición, y los valores almacenados en una tabla de inclinaciones.

El procesamiento o supervisión de los métodos de calibración pueden realizarse automáticamente por uno o más procesos realizados en ordenador sin necesidad de ninguna supervisión por las acciones de un operador. En cualquier momento un operador u otra persona autorizada pueden acceder al sistema para representar, ver, inspeccionar o analizar en directo los datos en línea o fuera de línea como se requiera.

En otra realización los primeros marcadores tienen una primera apariencia visual pero no son marcadores activos en el sentido de ser fuentes de iluminación. Los primeros marcadores pueden ser, por ejemplo, altamente reflectantes para la luz natural ambiente o para longitudes de onda asociadas con la iluminación por lámparas sobre el dispositivo de agarre (o carro) y/o longitudes de onda que son significativas para los sensores de la cámara. Los segundos marcadores son marcadores pasivos que tienen unas características visuales diferentes de los primeros marcadores. La superficie puede ser no-reflectante para longitudes de onda particulares, o altamente reflectante para las seleccionadas, pero en cualquier caso las características visuales y/o características ópticas son diferentes a las de los primeros marcadores. En su forma más simple los primeros marcadores tienen una primera apariencia visual de acuerdo con un primer color y los segundos marcadores tienen una segunda apariencia visual de acuerdo con un segundo color. Por medio de la primera y segunda apariencias visuales está claro para el sistema qué conjunto de marcadores se está detectando, registrando y/o fotografiando.

Los métodos de la invención pueden supervisarse, controlarse o realizarse por uno o más programas de ordenador. Uno o más microprocesadores (o procesadores u ordenadores) comprenden una unidad de procesamiento central CPU conectada o comprendida en una o más de las unidades de control de la grúa anteriormente descritas, cuyos procesadores, ordenadores o PLC realizan las etapas de los métodos de acuerdo con uno o más aspectos de la invención, como se ha descrito por ejemplo para operar o controlar un sistema de dos manejadores industriales y dos prensas, como se describe con referencia a la Figura 4. Se entenderá que los programas de ordenador para realizar los métodos de acuerdo con la invención pueden correr también sobre uno o más microprocesadores industriales de propósito general o PLC u ordenadores en lugar de uno o más ordenadores o procesadores especialmente adaptados.

El programa de ordenador comprende elementos de código del programa de ordenador o porciones de código software que hace que el ordenador o procesador realice los métodos usando ecuaciones, algoritmos, datos, valores almacenados, cálculos, sincronismos y similares para los métodos anteriormente descritos, y por ejemplo en relación con los diagramas de flujo de las Figuras 4, 5 y/o para las interfaces gráficas de usuario de las Figuras 6, 7, 8. Una parte del programa puede estar almacenada en un procesador como los anteriores, pero también en un chip de ROM, RAM, PROM, EPROM, o EEPROM o medio de memoria similar. Los programas también pueden estar almacenados en parte o en su totalidad localmente (o centralmente) sobre, o en, otro medio adecuado legible por el ordenador tal como un disco magnético, CD-ROM o disco DVD, disco duro, medio de almacenamiento de memoria magnetoóptica, en memoria volátil, en memoria flash, como firmware, o almacenado en un servidor de datos. También pueden usarse otros medios conocidos y adecuados, incluyendo medios de memoria extraíbles tales como el cartucho de memoria Sony (TM), un cartucho de memoria USB y otras memorias flash extraíbles, discos duros, etc. El programa también puede suministrase en parte o actualizarse desde una red de datos, incluyendo una red pública tal como la Internet.

Debería observarse que aunque lo anterior describe realizaciones de ejemplo de la invención, hay varias variaciones y modificaciones que pueden realizarse para la solución tratada sin apartarse del alcance de la presente invención como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (18)

1. Un dispositivo de calibración para la calibración automática de una grúa de contenedores, estando dicha grúa de contenedores controlada por un sistema que comprende al menos un primer sensor (LPS) y/o un segundo sensor (TPS), caracterizado por una plataforma de calibración (1) dispuesta en una posición fija (2-4) y que comprende una pluralidad de marcadores (5a-c, 6a-c), dispuestos cada uno de ellos en una posición fija conocida y a una distancia relativa entre ellos.

2. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la plataforma de calibración está dispuesta en una posición fija en un patio de contenedores, patio de mercancías o puerto.

3. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la plataforma de calibración está dispuesta con al menos 2 primeros marcadores (5a-c) que comprenden una superficie con una primera apariencia visual.

4. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 ó 3, caracterizado porque la plataforma de calibración está dispuesta con al menos 2 segundos marcadores (6a-c) que comprenden una superficie con una segunda apariencia visual.

5. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la pluralidad de marcadores están dispuestos de tal modo que al menos dos primeros marcadores o marcadores activos (5a, 5c) están dispuestos en el mismo plano conocido sustancialmente horizontal y separados por una distancia conocida (D).

6. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la pluralidad de marcadores están dispuestos de tal modo que al menos dos primeros marcadores o marcadores activos (5a, 5c) están dispuestos en el mismo plano conocido y sustancialmente vertical y separados por una distancia conocida (V).

7. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque los dos primeros marcadores o marcadores activos (5a-c) comprenden una fuente de iluminación cualquiera del grupo de: láser de IR, lámpara de IR, lámpara del espectro visible.

8. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos dos primeros marcadores o marcadores activos (5a, 5c) están dispuestos en el mismo plano conocido y sustancialmente horizontal y separados por una distancia conocida (D) y un tercer marcador del primer tipo o marcador activo (5b) está dispuesto sustancialmente de forma vertical por encima de los dos primeros marcadores activos y separado por una distancia conocida (V).

9. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizado porque dicho primer sensor es parte de un sistema de posición de la carga (LPS) y dicho segundo sensor es parte del sistema de posición del objetivo (TPS).

10. Un método para la calibración automática de una grúa de contenedores, estando dicha grúa de contenedores controlada por un sistema que comprende al menos un primer sensor (LPS) y/o un segundo sensor (TPS), caracterizado por mover la grúa (402) a una posición fija y conocida adyacente a un dispositivo de calibración (1), realizando una imagen de una pluralidad de marcadores (5a-c, 6a-c) usando dichos, al menos uno, primeros sensores, y calculando una o más parámetros de posición para al menos un modelo de control para controlar la grúa con relación a la posición de una carga (13) o posición de depósito/elevación objetivo.

11. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado por realizar una imagen de al menos dos primeros marcadores o marcadores activos (5a-c) comprendidos en dicha pluralidad de marcadores dispuestos sobre la plataforma de calibración.

12. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado por calcular las posiciones de la cámara LPS a partir de la imagen de al menos dos primeros marcadores o marcadores activos con relación a la posición del dispositivo de agarre (spreader) (12).

13. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado por realizar una imagen de al menos dos segundos marcadores con una segunda apariencia visual, o marcadores pasivos (6a-c) comprendidos en dicha pluralidad de marcadores que usan un segundo sensor.

14. Un método de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado por realizar una o más imágenes de los marcadores pasivos del TPS (6a-c) usando un medio de medición de distancias o láser escáner.

15. Un método de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado por calcular las posiciones del alojamiento del carro (11) con relación a los segundos marcadores o marcadores pasivos (6a-c).

16. Un método de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado por aplicar una adaptación a una calibración LPS con respecto de un error.

17. Un sistema de control de grúas de contenedores para al menos una grúa de contenedores, comprendiendo dicho sistema al menos un primer sensor (LPS) y/o un segundo sensor (TPS) dispuestos sobre dicha grúa, caracterizado por al menos una plataforma de calibración (1) dispuesta en una posición fija con relación a la grúa y que comprende una pluralidad de marcadores (5a-c, 6a-c), dispuestos cada uno en una posición fija conocida y a una distancia relativa entre ellos.

18. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizado por un medio de almacenamiento de memoria que comprende un programa de ordenador para la calibración automática de una grúa de contenedores, estando controlada dicha grúa de contenedores controlada por un sistema que comprende al menos un primer sensor (LPS) y un segundo sensor (TPS), comprendiendo dicho programa de ordenador, código de ordenador y/o un medio de software de ordenador que, cuando se alimenta dentro del ordenador o procesador, hará que el procesador u ordenador realice el método de acuerdo con las reivindicaciones 10-18.