ES2905905T3

ES2905905T3 - Pinza para carretes

Info

Publication number: ES2905905T3
Application number: ES18756452T
Authority: ES
Inventors: Johan Hugelier
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 2017-09-01
Filing date: 2018-08-27
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2038-08-27
Also published as: EP3676058B1; CN109422137B; EP3676058A1; CN109422137A; CN208761889U; RU2020112233A; WO2019042913A1; RU2020112233A3; US11364628B2; BR112020003761A2; US20200346344A1; HUE057765T2

Abstract

Una pinza para encontrar, sujetar y liberar un carrete con una parte de agarre circular que comprende (a) una abrazadera accionable para sujetar y liberar la parte de agarre a pedido, la abrazadera que tiene un eje de referencia, el eje de referencia que coincide con el eje del carrete cuando se sujeta, la abrazadera que tiene un tamaño de abrazadera configurado al diámetro de la parte de agarre circular del carrete a fin de acoplarse con, agarrarse, o sujetarse a la parte de agarre circular del carrete; (b) un sistema de escaneo para identificar el eje del carrete en donde el sistema de escaneo comprende dos o más sensores todos organizados equidistantes a lo largo de una línea recta, los dos o más sensores para detectar, en una dirección paralela al eje de referencia, la presencia del carrete, el eje de referencia que define un plano de referencia perpendicular al eje de referencia, en donde la distancia entre cualquiera de dos sensores adyacentes es menor que el tamaño de abrazadera, caracterizado porque la distancia perpendicular en el plano de referencia entre el eje de referencia y la línea es menor que el tamaño de abrazadera.

Description

DESCRIPCIÓN

Pinza para carretes

Campo técnico

La invención se refiere a una pinza para encontrar, sujetar y liberar carretes. La pinza permite la manipulación automatizada de carretes en un entorno industrial.

Técnica antecedente

En la producción de artículos alargados tal como hilos, hilos, cuerdas, cordones, cables de acero y productos finales e intermedios similares se portan en carretes. El número de veces que se recoge un carrete para hacer, por ejemplo, un carrete final de una construcción de cable de acero simple como 7x7 se eleva fácilmente por encima de cien, puesto que no sólo se deben recoger los carretes completos, sino que también se tienen que remover los vacíos. Por consiguiente, la producción de los artículos mencionados se reduce en gran medida a la actividad de recoger, mover y colocar carretes vacíos y completos. Por consiguiente, existe un deseo constante de reducir este número de manipulaciones, por ejemplo, al incrementar la capacidad de aquellos carretes o de automatizar la manipulación a fin de eliminar esta tarea tediosa y trabajosa.

Cuando se automatiza la tarea de recoger un carrete completo o vacío, los ingenieros se enfrentan con un entorno de producción complejo y dinámico. De hecho, un verdadero entorno de producción difiere enormemente del entorno virtual como se define en una computadora. En la vida real, no todos los pisos de una sala de producción son planos, no todas las máquinas se alinean como uno desearía que estuvieran, no todas las mesas de recogida están a la misma altura precisa de milímetros. Los operadores humanos no tienen la menor dificultad para actuar dentro de este entorno irregular y a veces aleatorio, pero en entornos automatizados sí.

A fin de descomponer la complejidad, usualmente se recurre a capas de inteligencia en donde un controlador global tiene la imagen general aproximada de una sala de máquinas, en tanto que los controladores locales superan las desviaciones finales al final. Estos controladores locales entonces tienen que "encontrar su camino" con base en entradas que se recolectan localmente y por medio de algoritmos locales encuentran, por ejemplo, la posición exacta de un carrete. Como último paso, el carrete se debe agarrar o liberar mecánicamente.

Se conocen pinzas de carrete mecánicas colocadas por interacción humana y accionadas por ya sea fuerza humana o potencia mecánica. Estas pinzas de carrete pueden, por ejemplo, agarrar la pestaña circular de un carrete. Un ejemplo de esta abrazadera de pestaña se describe en US2009057479. Alternativamente, las pinzas de carrete se pueden insertar en el agujero de perforación del carrete y sujetar el carrete por medio de espeques que se acoplan a un surco dentro del agujero de perforación. Un ejemplo de esto se puede encontrar en US 6082796. Los algoritmos, para encontrar la posición de un agujero por preferencia un agujero redondo, son con base principalmente en la visión de cámara como se describe, por ejemplo, en US 5771309. Estos métodos requieren el uso de cámaras de CCD que son relativamente costosas.

EP 1900665 B1 describe una pinza para una bobina que tiene componentes para agarrar una bobina y un dispositivo de sensor que comprende sensores de búsqueda de intervalo. Los sensores se arreglan en dos módulos tal que cuando se transgreda una bobina al menos uno de los módulos detecte cuatro puntos de transición. Las coordenadas de aquellos cuatro puntos de transición se utilizan para calcular el centro del círculo que contiene aquellas coordenadas. Una manera alternativa de encontrar el centro de un agujero en una placa se describe en US2016/0158884. Allí, un cabezal de láser sigue una ruta serpenteante para encontrar el centro de un agujero de calibración. Esto hace que la ubicación del centro necesite mucho tiempo puesto que se debe seguir una ruta serpenteante.

Se describe un algoritmo adicional en DE10 2007 013 623 A1 en donde se realizan dos escaneos de línea ortogonal mutuos. El primer escaneo detecta un primer par de puntos de límite en el límite del agujero y se calcula un primer punto medio de aquellos puntos de límite. Un segundo escaneo, ortogonal al primer escaneo, va a través de este primer punto medio y determina el cruce de esa línea en el borde de agujero que conduce al segundo par de puntos de límite de los cuales se calcula el segundo punto medio. El segundo punto medio ya está cerca del centro del agujero. Un tercer escaneo, ortogonal al segundo escaneo, va a través del segundo punto medio y se determina un tercer par de puntos de límite. Con base en aquellos puntos, se calcula el punto central final. El procedimiento requiere una cantidad de escaneos mutuamente ortogonales.

A fin de encontrar maneras más rápidas que requieran hardware menos costoso, los inventores inventan la solución que se describirá a continuación:

Divulgación de invención

El objeto principal de la invención es eliminar los inconvenientes descritos de la técnica anterior: equipo demasiado costoso y/o determinaciones demasiado lentas del centro de un agujero. Un segundo objeto es proporcionar algoritmos, métodos que permitan una determinación rápida y fiable del agujero de perforación de un carrete. Los métodos se utilizan para guiar localmente una pinza de carrete hacia un carrete y sujetarlo de una manera rápida y fiable. Un tercer objeto es proporcionar una pinza que sea particularmente adecuada para encontrar y agarrar carretes en un entorno industrial.

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se reivindica una pinza para encontrar, sujetar y liberar carretes en la reivindicación de producto independiente. Los carretes que se van a agarrar se tienen que proporcionar con una "parte de agarre circular". La parte de agarre circular puede ser, por ejemplo, la pestaña del carrete o puede ser el agujero de perforación. Alternativamente, la parte de agarre puede ser una pestaña concéntrica especialmente proporcionada que la pinza detecta y utiliza para sujetar el carrete. No hay limitación en la parte de agarre, aparte de que debe ser circular y debe permitir el agarre con la "abrazadera accionable".

De hecho, la pinza comprende “una abrazadera accionable” para sujetar y liberar la parte de agarre a pedido. “Accionable” significa que la abrazadera se puede accionar por medio de una fuente de potencia mecánica, eléctrica, magnética, neumática, hidráulica o cualquier otra fuente de potencia. La abrazadera se puede mover en la orden en una dirección prescrita en el plano de referencia o paralela al eje de referencia. Con "a pedido" se entiende que la abrazadera se abrirá o cerrará con base en una señal de entrada a la abrazadera. La abrazadera tiene un eje de referencia que se mueve y gira con la abrazadera. Cuando la abrazadera retiene un carrete por la parte de agarre, el eje del carrete coincide con el eje de referencia de la abrazadera accionable. El eje de referencia define un plano de referencia que se orienta perpendicularmente al eje de referencia. La abrazadera tiene un tamaño de abrazadera configurado de acuerdo con el diámetro de la parte de agarre circular del carrete a fin de acoplarse con, agarrar, o sujetar la parte de agarre circular del carrete.

La pinza comprende además un sistema de escaneo. El sistema de escaneo se diseña para identificar y encontrar la parte de agarre en el carrete que se va a agarrar. El sistema de escaneo comprende dos o más sensores organizados equidistantes a lo largo de una línea. La línea es recta, puesto que esto da por resultado los cálculos más fáciles. Todos los sensores están en la misma línea.

Los sensores sólo detectan la presencia o ausencia de un cuerpo, tal como un carrete, en la dirección paralela al eje de referencia. Durante el movimiento de la pinza, los sensores pueden conmutar de un estado en donde no se detecta ningún cuerpo a un estado en donde se detecta un cuerpo dentro del intervalo del sensor. Se puede presentar lo contrario también, en donde primero se detecta un cuerpo dentro del intervalo y después del movimiento no se detecta ningún cuerpo. Ambos cambios de estado de detección se llamarán 'cambio'. El intervalo de detección del sensor no necesita estar por encima de un metro, por ejemplo, se puede utilizar medio metro. Preferentemente, los sensores tienen una resolución lateral de por debajo de un centímetro, por ejemplo, por debajo de 3 o 2 mm.

Los sensores son “detectores de presencia-ausencia” y, por ejemplo, pueden ser con base en el reflejo de la luz. El sensor emite un haz de luz colimado y también detecta la luz reflejada por un cuerpo que obstruye el haz de luz. Habitualmente, la luz de láser o LED colimada se puede utilizar con este fin, posiblemente modulada en frecuencia para incrementar el límite de detección. Posiblemente, el sensor puede ser capaz de detectar la distancia desde el sensor hasta el cuerpo reflectante, pero esto hace al sensor más costoso. La longitud de onda utilizada puede ser en el espectro infrarrojo, visible o ultravioleta. La luz visible tiene la ventaja de que los puntos de haz llegan a ser visibles para el ojo humano en el carrete conforme la pinza se mueve.

Los sensores direccionales alternativos, tal como sensores acústicos, también se podrían considerar, aunque estos pueden no ser más baratos y no darán mejores resultados.

La distancia entre cualquiera de dos sensores vecinos adyacentes (llamados en lo sucesivo 'A') es menor que el tamaño de abrazadera. La distancia entre los sensores adyacentes determina la “resolución” del sistema de escaneo. Obviamente, es mejor si la distancia entre los sensores adyacentes es menor que el tamaño de abrazadera para no perder ninguna pieza de agarre cuando pasan por el arreglo de sensor. Se prefiere aún más si la distancia entre dos sensores adyacentes está entre un cuarto y tres cuartos del tamaño de abrazadera. Lo mejor es si la distancia entre sensores adyacentes está entre un cuarto y la mitad del tamaño de abrazadera por razones que llegarán a ser evidentes más adelante.

El número de sensores es dos o más. Si dos, tres o cuatro sensores están presentes en el sistema de escaneo, la colocación global de la pinza debe ser bastante buena antes de que inicie el proceso de detección para impedir la necesidad de barridos múltiples. Por el contrario, de cinco a diez sensores incrementarán el ancho de detección del sistema de escaneo, pero por supuesto, esto implicará un precio. La pinza también se puede ampliar de manera difícil de manejar, obstruyendo de esta manera el movimiento de la pinza en un brazo robótico. Se prefiere más si dos sensores están presentes, puesto que esto es menos costoso.

Cuando el eje de referencia de la abrazadera está en la bisectriz perpendicular de dos sensores adyacentes, el movimiento de la abrazadera accionable se reduce puesto que los dos sensores adyacentes están más cerca del eje de referencia. Esta es la ubicación preferida si el número de sensores es par. Alternativamente, si el número de sensores es impar, es mejor que el eje de referencia se ubique en un montante, perpendicular a la línea de sensores con el sensor medio en el punto de pie de ese montante. La distancia perpendicular 'd' en el plano de referencia entre el eje de referencia y la línea formada por estos dos o más sensores es, preferentemente, menor que el tamaño de abrazadera. De esta manera se reduce al mínimo el movimiento de la pinza, una vez que se identifica la posición central de la pieza de agarre. Esto tiene la ventaja de que el centro del carrete se ubica fácilmente y se pierde menos tiempo en el movimiento de abrazadera. Alternativamente, esta distancia perpendicular debe ser más grande que la mitad del diámetro de la parte de agarre a fin de impedir que la pinza se mueva hacia atrás después de haber identificado la posición central de la parte de agarre.

Cuando la parte de agarre circular del carrete es el agujero de perforación del carrete, la abrazadera puede estar en la forma de un eje que, con suficiente holgura, se ajusta al agujero de perforación y retiene el carrete por el agujero de perforación. El tamaño de abrazadera es entonces igual al diámetro del árbol. El árbol se puede proporcionar con una cantidad de espeques equiangularmente organizados, montados con muelles. El agujero de perforación está previsto con un surco circunferencial interno en el que los espeques se ajustan después de la inserción del árbol y, por consiguiente, retienen el carrete a la abrazadera. Para liberar la abrazadera, los espeques se retraen radialmente, permitiendo de esta manera que el árbol se mueva fuera del agujero de perforación.

Cuando la parte de agarre circular del carrete es la pestaña de carrete, la abrazadera se puede proporcionar con segmentos circulares, con surcos, montados con muelle que retienen la pestaña cuando se desliza sobre la pestaña. El tamaño de abrazadera es entonces igual al diámetro del círculo formado por los segmentos circulares con surcos cuando se cierran, es decir, igual al diámetro de pestaña. Para la remoción de la abrazadera, los segmentos circulares se mueven radialmente liberando de esta manera la pestaña.

De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se reivindica un método para operar la pinza como se describe anteriormente. Básicamente, hay dos modos de operación para la pinza: uno en donde se conoce el diámetro de la parte de agarre circular, y uno en donde no se conoce este diámetro. En la descripción del método, los pasos iguales se denominarán por las mismas letras ((a), (b),...). Si los pasos se repiten o se alteran, las letras se proporcionarán con un apóstrofo ((e), (e'),...). Por conveniencia, se asumirá que los dos o más sensores se ubican a lo largo del eje X con un valor X creciente de izquierda a derecha cuando se ve en la dirección de emisión de los sensores. La posición de los dos o más sensores se conoce y es un múltiplo de la distancia entre sensores adyacentes. La perpendicular a la línea de sensores a través del eje de referencia define x=0. El número de sensores se nombrará con ‘N’ y N=2,3,4 o cualquier número entero positivo. Por consiguiente, el ancho total del sistema de escaneo es (N-1)|XA. El eje Y se orienta en la dirección perpendicular al eje X e incrementa a lo largo de la dirección de movimiento de la pinza.

El primer modo de operación es como sigue:

En el paso (a), la pinza se coloca en la vecindad del carrete tal que el eje de referencia de la pinza esté aproximadamente paralelo, dentro de /- 5°, al carrete que se va a agarrar. Por “en la vecindad” se entiende que el eje de referencia está a menos de dos o tres diámetros de la parte de agarre circular removida del eje de carrete. La pinza se puede fijar, por ejemplo, en un brazo mecánico que se monta en un vehículo automáticamente guiado. Alternativamente, la pinza se puede montar en un brazo de robot que se mueve en los rieles elevados en la fábrica. Aún de manera alternativa, la pinza se puede unir a la máquina que está sirviendo.

La colocación inicial de la pinza se realiza con base en la entrada de un controlador global que tiene una visión general de dónde se ubican los carretes (en el espacio tridimensional (x,y,z)), cómo se orientan (dos ángulos) y cuáles son sus tamaños (longitud y diámetro aproximados, posiblemente complementados con el tamaño de agujero de perforación). El controlador global, por ejemplo, controla el brazo en el que se ubica la pinza. Para simplicidad, la orientación del carrete se mantendrá ya sea vertical, es decir, con el agujero de perforación orientado a lo largo de la dirección de la gravedad, u horizontal, es decir, con el agujero de perforación en un plano perpendicular a la vertical. Sin embargo, el método es igualmente adecuado para otras orientaciones de desviación.

En el paso (b), se toma el control del movimiento de la pinza por un controlador local. Por ejemplo, ahora se toma el control del movimiento del brazo en el que se monta la pinza que está en el paso (a) aún bajo control del controlador global por el controlador local. El controlador local controla los accionadores que pueden mover la pinza en el plano de referencia y a lo largo del eje de referencia. Posiblemente el controlador local puede controlar la orientación local de la pinza, pero esto no es un prerrequisito del método inventivo.

En el paso (c) el controlador local se informa por el controlador global del diámetro de la parte de agarre circular. El valor del diámetro es una entrada al controlador local.

En el paso (d), la pinza se mueve en el plano de referencia. El movimiento siempre está en una dirección en donde los dos o más sensores están por delante del eje de referencia, es decir, los sensores detectan el campo en frente de la abrazadera. Por preferencia, el movimiento está en la dirección perpendicular a la línea formada por los dos o más sensores. El movimiento es relativamente lento (entre 1 y 10 cm/s) a fin de permitir que el controlador local registre la distancia recorrida desde un valor cero. El recorrido total de la pinza está dentro de una longitud de recorrido limitada. Por ejemplo, limitado por el hardware, la pinza se monta en o por algún valor preestablecido de dos veces el diámetro de pestaña del carrete o cualquier otra longitud de recorrido razonable. Esto es para interceptar la posible colocación defectuosa de carretes, por ejemplo, carretes que no están presentes en contraste con lo que asume el controlador global. La posición de inicio de la pinza en la toma por el controlador local se utiliza como su punto de referencia en la dirección de movimiento (y=0)

En el paso (e) se mueve la pinza y se detecta un primer cambio de la parte de agarre circular por cualquiera de los sensores que llega a ser de esta manera el "primer sensor". Se conoce la posición del primer sensor y se registra la distancia recorrida, por consiguiente, se puede registrar un primer punto (xi,yi).

El paso (e) se continúa como el paso (e') hasta que se detecta un segundo cambio de la parte de agarre circular por cualquiera de los sensores que entonces es el "segundo sensor". De manera similar, se conoce la posición del segundo sensor y la distancia recorrida y se puede registrar un segundo punto (x2,y2).

En el paso (f): con base en la primera y segunda coordenadas de punto y el conocimiento del diámetro de la parte de agarre, el controlador local calcula la posición central de la parte de agarre circular en el plano de referencia. En general, habrá dos soluciones a este problema, pero una de ellas se puede eliminar fácilmente.

En el paso (g), el eje de referencia de la pinza se mueve a esta posición central calculada.

El procedimiento se finaliza por el paso (h) en donde la pinza sujeta y retiene el carrete por la parte de agarre circular. Por ejemplo, esto se puede hacer por la inserción del árbol en el agujero de perforación del carrete o por la sujeción de la pestaña del carrete.

Dos casos diferentes se pueden presentar en el método. En el primer caso, el primer y segundo sensores son sensores diferentes que son necesariamente sensores adyacentes. En ese caso, la solución que se va a elegir en el paso (f) es la que tiene la mayor coordenada y. Si se eligiera la solución con la coordenada y menor, esto daría por resultado una contradicción con la dirección de movimiento de los sensores, es decir, esta configuración se habría detectado más temprano en el movimiento de recorrido de la pinza, por consiguiente, el primer y segundo puntos no serían el primer y segundo puntos detectados.

En el segundo caso, el primer y segundo sensores son un único sensor, es decir, este sensor, que es un sensor externo, detecta un primer y segundo puntos, pero los sensores adyacentes no detectan ningún cambio. En ese caso, la solución que se va a elegir en (f) es la solución con la coordenada x del centro al lado opuesto del sensor o sensores que no detectan. Sin embargo, esto requiere que la distancia entre los sensores debe ser más pequeña que la mitad del diámetro de la parte circular, de otra manera, se pueden escanear regiones donde no es seguro qué solución se va a elegir.

El ancho total en donde el centro de la parte de agarre se puede identificar y calcular por la pinza se llamará el “ancho de escaneo W”. En el primer modo de operación, se detectará cualquier cambio dentro de un intervalo de un poco menos que (N-1)XA+2XR. 'R' corresponde a la mitad del diámetro de la parte de agarre circular. Pero sólo cuando A<R el centro se puede identificar de manera única. Por consiguiente W es ligeramente menor que (N+1)XR.

En el segundo modo de operación, el diámetro de la parte circular del carrete no se utiliza en el cálculo de la posición central de la parte de agarre circular por el controlador local. Los pasos (a) y (b) son idénticos a los del primer modo de operación. Sin embargo, puesto que no se utiliza el diámetro de la parte circular del carrete, el paso (c) es opcional y se puede omitir.

Los pasos (e) y (e') permanecen como en el primer modo de operación, pero ahora el procedimiento se continúa con el paso (e") en donde se detecta un tercer cambio en la presencia de la parte de agarre circular en un tercer sensor y la distancia recorrida en ese tercer cambio se registra como un tercer punto (X3,y3).

Por consiguiente, se conocen tres puntos (xi,yi), (X2,y2) y (X3,y3). Con base en tres puntos en el círculo, la posición de su centro (xo,yo) se puede determinar de manera única lo que se hace en el paso (f'). Los pasos restantes (g) y (h) siguen siendo los mismos que en el primer modo de operación.

En el segundo modo de operación, se presenta un primer caso cuando los tres puntos se detectan por tres sensores diferentes. Esto sólo se puede presentar si la distancia entre sensores adyacentes es menor que la mitad del diámetro de la parte circular. Se pueden presentar otros dos casos equivalentes cuando el tercer sensor es igual al primer sensor o cuando el tercer sensor es igual al segundo sensor. En ese caso, el cálculo del punto central de la parte circular es algo más simple. También aquí la distancia 'A' entre los sensores debe ser un poco menor que R a fin de siempre “atrapar” al menos 3 puntos. Por otra parte, en este modo de operación, cuando los sensores de borde sólo detectan dos cambios, no se puede calcular ningún centro. Por consiguiente, el ancho máximo de escaneo es solo menor que (N1)XR.

Cuando se conocen tres puntos en el círculo y se ha calculado su centro, el radio 'R' se puede derivar fácilmente como la distancia del centro a cualquiera de los tres puntos. Por consiguiente, el diámetro de la parte de agarre circular es dos veces este radio, es decir, 2R. En principio, está es una información superflua, pero puede ser útil si también el diámetro de la parte de agarre circular también se conoce de otras fuentes, por ejemplo, del controlador global.

Por consiguiente, en una realización preferida adicional del segundo modo de operación, se introduce el paso (c) donde el diámetro de la parte de agarre circular es una entrada suministrada al controlador local por el controlador global. Al calcular ahora el diámetro de la pieza de agarre circular y al compararlo con el valor de entrada, se puede establecer si el carrete como se esperaba está listo para recogerse. Si, por ejemplo, la diferencia relativa entre los valores es más grande que 1% o 2% o incluso 5%, se puede emitir una alarma a fin de activar una acción correctiva. Esto es lo que sucede en el paso (f'').

Por supuesto, se puede presentar que la colocación de la pinza esté lejos por más del ancho de escaneo W. En ese caso, el paso (d) termina en la longitud de recorrido limitada. Esto significa que en el primer o segundo modo de operación no se ha detectado ningún cambio. Cuando esto se presenta, la pinza se vuelve a colocar a su posición original, se desplaza a lo largo de la línea de sensores sobre un desplazamiento que es igual a la distancia entre los sensores adyacentes 'A' por el número de sensores 'N' y se reinicia el escaneo, es decir, se repite el paso (d).

Un límite razonable para la longitud de recorrido es cuando la pinza ha recorrido el diámetro de la parte de agarre circular después de la detección del primer cambio. Alternativamente, la longitud de recorrido limitada se alcanza cuando se alcanza la mitad del diámetro de la parte de agarre circular.

Una ventaja de la pinza es que los sensores van antes de la abrazadera. Por consiguiente, no se necesita ningún movimiento hacia atrás de la pinza (salvo que se alcance la longitud de recorrido limitada). Esto impide movimientos de avance y retroceso que pueden confundir el seguimiento de ubicación del controlador debido a las fuerzas de aceleración.

Breve descripción de las figuras en los dibujos

La figura 1 muestra una vista general de la pinza de acuerdo con la invención en su forma más general;

Las figuras 2a y 2b ilustran el primer y segundo caso del primer modo de operación;

Las figuras 3a y 3b ilustran el primer y segundo caso del segundo modo de operación

La figura 4 muestra una realización real de la pinza;

La figura 5 muestra cómo la pinza se alinea con el carrete.

Las partes similares sobre figuras diferentes tienen la misma unidad y número de decenas, en tanto que el número de cien se refiere al número de figura.

Modo(s) para llevar a cabo la invención

La figura 1 muestra una vista desde arriba de una realización general de la pinza 100. La pinza comprende una abrazadera accionable 102 que se monta en un brazo de un robot o vehículo guiado automáticamente o dispositivo similar (no mostrado). La abrazadera 102 tiene un eje de referencia indicado con 104 que en este caso está perpendicular al plano de la lámina. El carrete que se va a agarrar se muestra como 120 y tiene una parte de agarre circular 122 que es en este caso el agujero de perforación del carrete 120. La parte de agarre circular 122 tiene un diámetro indicado con 'D'. Por consiguiente, el tamaño de abrazadera, que corresponde al diámetro de la abrazadera 102, es ligeramente menor que D a fin de permitir la inserción de la abrazadera en el agujero de perforación. La pinza tiene un sistema de escaneo 106 que comprende cuatro sensores indicados con 108, 108', 108'', 108''', en una línea 110. Los sensores se separan entre sí por una distancia 'A'. La distancia A es apenas menor que D/2, por ejemplo, 0.45xD. Los sensores detectan la presencia o ausencia del cuerpo de carrete 120 en una dirección paralela al eje de referencia 104. Los sensores son, por ejemplo, sensores fotoeléctricos de presencia-ausencia con base en la reflexión de la luz, tal como la serie LR-W de Keyence.

El eje de referencia 104 se ubica en la bisectriz perpendicular 112 entre los dos sensores adyacentes 108' y 108”. La distancia perpendicular entre el eje de referencia 104 y la línea de sensores 110 se indica con “d”. “d” es menor que el diámetro D pero más grande que D/2. Durante el uso, la pinza escanea la presencia de la parte de agarre circular en la dirección v en paralelo con la bisectriz perpendicular 112.

El primer modo de operación de la pinza se ilustra en las figuras 2a y 2b. Aquí se utiliza el caso de dos sensores (N=2) para ilustrar el funcionamiento. Se construye un marco de referencia fijo con el eje X a lo largo de la línea de sensores 210 y el eje Y a lo largo de la bisectriz perpendicular 212. Las coordenadas “y” incrementan con el movimiento de la pinza v. Por consiguiente, el primer sensor 208 se ubica inicialmente en las coordenadas (-A/2, 0) y el segundo sensor en (+A/2, 0). El eje de referencia 204 se ubica inicialmente en (0, -d). Conforme la pinza se mueve, las coordenadas X permanecen invariantes, pero las coordenadas Y incrementan. Cuando el controlador local toma el control, la coordenada Y se pone a cero.

Primero, la pinza se coloca en la vecindad del carrete y el eje de referencia 204 se pone en alineación con el eje del carrete bajo el control del controlador global. El controlador global también indicará una dirección de movimiento v al controlador local. El diámetro D de la parte de agarre circular se transmite al controlador local por el controlador global. Entonces, el control del movimiento se entrega al controlador local. El radio de la parte de agarre circular se indica con ‘R’ en la figura 2 y es igual a D/2.

Entonces, el controlador local mueve la pinza en la dirección v a velocidad lenta en el plano de referencia con los dos sensores 208 y 208’ por delante del eje de referencia 204. En (x1,y1) se detecta un primer cambio, de la pestaña de carrete al agujero de perforación, por el sensor 208 que define un primer punto en (-A/2,yi) en donde “y i” es la distancia recorrida a lo largo de la dirección v . El escaneo continúa hasta que el segundo sensor 208’ detecta un segundo cambio, nuevamente de la pestaña de carrete al agujero, en el punto (x2,y2). Por consiguiente, el segundo punto tiene coordenadas (+A/2,y2).

Ahora el controlador local calcula la posición del centro ‘C’ de la parte de agarre circular como sigue:

Primero se calcula la distancia “a” entre el primer y segundo puntos:

Entonces se calcula la cantidad ’A’

Ahora las dos posibles soluciones para el centro ‘C’ tienen coordenadas (x0,/0):

En este caso, la solución con la /0 más alta se debe elegir como la otra solución, indicada con 222’ en la figura

2a, no sería proporcional con el orden del primer y segundo puntos detectados, lo que da por resultado:

*0 = - \ ÍM y2 ~ yi)] y y0 = j [fe yi) ¿a]

Se debe observar que si 208’ detectaría el primer cambio, el signo de X0 se debe invertir.

En el segundo caso del primer modo de operación, uno de los sensores 208 detecta un primer cambio, de pestaña de carrete a agujero de perforación, pero el mismo detector 208 también detecta un segundo cambio, de agujero de perforación a pestaña, en tanto que el otro sensor 208’ no detecta ningún cambio. En ese caso, las coordenadas de (x1,y1) llega a ser (-A/2, y1) y de (x2,y2) son (-A/2, y2).

Por consiguiente, las fórmulas se simplifican a:

a = V 02 - x i ) 2 (y2 - y D 2 = ly2 - y i l

y

x0 =± [ -A -A (y2- y 1)\

y

en donde la solución más a la izquierda se debe elegir como la solución alternativa, indicada con 222’ en la figura 2b, se habría detectado por el sensor 208’. Mutatis mutandis el razonamiento y las fórmulas también se retienen cuando 208’ sólo detecta dos cambios cuando se pasa a la izquierda del punto central ‘C’, pero entonces se debe elegir la otra solución que da por resultado:

y

y0 = \ [(y2 + y±)\

La posición del centro de la parte de agarre circular se conoce, por consiguiente, en el marco de referencia fijo. Ahora el eje de referencia 204 de la abrazadera 202 aún se tiene que mover a la posición correcta. Como en el momento de la detección del segundo cambio, el eje de referencia se ubica en (0, y2-d) sólo se debe completar una traslación desde allí a (x0, yü) o una traslación final de (x0, y0-y2+d).

Se debe observar que en este procedimiento el ancho total de escaneo W es igual a A+2R con la condición de que A sea más pequeño que R.

Las figuras 3a y 3b ilustran el segundo modo de operación en donde se desconoce inicialmente el diámetro de la parte de agarre circular. El método se ilustra con tres sensores (N=3) aunque funciona igualmente bien con dos sensores. El eje X del marco de referencia fijo se toma a lo largo de la línea de los sensores. El cero del eje X se toma en la perpendicular a través del eje de referencia 304. Por consiguiente, el eje de referencia se ubica en (0,-d). El eje Y está paralelo a la dirección de movimiento v y se pone a cero al inicio del escaneo.

Cuando se escanea se puede presentar que primero el sensor 308’ se percata de un cambio registrando de esta manera el punto (xi,yi) seguido por el sensor 308 que registra el punto (x2,y2) y finalmente por el sensor 308’’ que registra el punto (X3,y3). Tan pronto como se hayan detectado tres cambios, la posición del centro ‘C’ (X0,y0) de la parte circular se calcula con las fórmulas:

r ' 1 X 1 rT12 1

rr 2 *2 rr 22 1

r ~ 2

‘ 3
*3 '3 1

₂ Det yo = ² Det

En este caso sólo hay una solución posible para ‘C’.

Alternativamente, se puede presentar la situación como se representa en la figura 3b. Allí el primer cambio se detecta por el sensor 308’’, definiendo de esta manera el primer punto (xi,yi). Posteriormente, el sensor 308’ detecta los dos cambios en (x2,y2) y en (X3,y3). Tan pronto como se conozcan estos tres puntos, la posición del punto central ‘C’ con coordenadas (X0J0) se puede calcular con las mismas fórmulas como anteriormente. Nuevamente, sólo hay una solución posible para ‘C’.

En el momento en que se han detectado tres cambios, el eje de referencia 304 está en la posición (0, y3-d). La pinza sólo tiene que trasladarse sobre el vector (X0,y0-y3+d) para colocar el eje de referencia 304 en línea con el punto central ‘C’. Cuando se coloca, el árbol de pinza se puede introducir en el agujero por traslación a lo largo del eje de referencia. Como ahora se conoce el punto central ‘C’ de la parte de agarre circular, el radio y el diámetro D se pueden calcular fácilmente como la distancia entre cualquiera de los puntos registrados y ‘C’. El resultado se puede comparar al diámetro de la parte de agarre circular obtenida del controlador global a fin de verificar si el carrete correcto está presente.

Si no se ha detectado ninguno o si se han detectado sólo dos cambios cuando se alcanza la longitud de recorrido limitada, el procedimiento se repite después de haber vuelto a colocar la pinza a su posición inicial y haberla desplazado en la dirección lejos de los sensores que no han detectado ningún cambio sobre una longitud que es igual a la NxA. Se alcanza una longitud de límite de recorrido razonable cuando después de una primera detección de cambio, el escaneo se continúa durante una longitud igual al diámetro de la parte de agarre circular. Si no se conoce ese diámetro, entonces se puede utilizar como un límite un diámetro máximo de todas las partes de agarre circulares utilizadas dentro de la fractura.

La figura 4 muestra una implementación real de la pinza 400 con todos los diversos componentes: el eje de referencia 404 se indica con la abrazadera accionable 402. La abrazadera se proporciona con pinzas 420 que se acoplan con un surco interno en el agujero de perforación del carrete. Los espeques 420 se pueden retraer a fin de liberar el carrete después de la orden. Se indican dos detectores de presencia-ausencia de láser 408 y 408' que, durante el movimiento de la abrazadera, preceden a la abrazadera 402. La figura 5 muestra la alineación de la abrazadera 500 con el carrete 520 cuando el eje de referencia está en línea con el eje del carrete antes del agarre del carrete.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una pinza para encontrar, sujetar y liberar un carrete con una parte de agarre circular que comprende

(a) una abrazadera accionable para sujetar y liberar la parte de agarre a pedido, la abrazadera que tiene un eje de referencia, el eje de referencia que coincide con el eje del carrete cuando se sujeta, la abrazadera que tiene un tamaño de abrazadera configurado al diámetro de la parte de agarre circular del carrete a fin de acoplarse con, agarrarse, o sujetarse a la parte de agarre circular del carrete;

(b) un sistema de escaneo para identificar el eje del carrete

en donde el sistema de escaneo comprende dos o más sensores todos organizados equidistantes a lo largo de una línea recta, los dos o más sensores para detectar, en una dirección paralela al eje de referencia, la presencia del carrete, el eje de referencia que define un plano de referencia perpendicular al eje de referencia, en donde la distancia entre cualquiera de dos sensores adyacentes es menor que el tamaño de abrazadera, caracterizado porque la distancia perpendicular en el plano de referencia entre el eje de referencia y la línea es menor que el tamaño de abrazadera.

2. La pinza de la reivindicación 1, en donde la distancia entre cualquiera de dos sensores adyacentes es de entre un cuarto y la mitad del tamaño de abrazadera.

3. La pinza de la reivindicación 1 o 2, en donde el eje de referencia se ubica en la bisectriz perpendicular entre dos sensores adyacentes en el plano de referencia, los dos sensores adyacentes que están más cerca del eje de referencia.

4. La pinza de la reivindicación 1 o 2, en donde el eje de referencia se ubica en la perpendicular a la línea en un sensor.

5. La pinza de la reivindicación 1, en donde la distancia perpendicular en el plano de referencia entre el eje de referencia y la línea es más de la mitad del tamaño de abrazadera.

6. La pinza de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde la parte de agarre circular es el agujero de perforación de un carrete, y la abrazadera es un árbol para inserción y retención en el agujero de perforación, el tamaño de abrazadera que corresponde al diámetro del árbol

7. La pinza de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde la parte de agarre circular es la pestaña del carrete y la abrazadera es una abrazadera de pestaña para sujetar y retener la pestaña, el tamaño de abrazadera que corresponde al diámetro de la pestaña.

8. Un método para manipular un carrete por medio de una pinza para encontrar, sujetar y liberar un carrete con una parte de agarre circular que comprende

• una abrazadera accionable para sujetar y liberar la parte de agarre a pedido, la abrazadera que tiene un eje de referencia, el eje de referencia que coincide con el eje del carrete cuando se sujeta, la abrazadera que tiene un tamaño de abrazadera configurado al diámetro de la parte de agarre circular del carrete a fin de acoplarse con, agarrarse, o sujetarse a la parte de agarre circular del carrete;

• un sistema de escaneo para identificar el eje del carrete

en donde el sistema de escaneo comprende dos o más sensores organizados equidistantes a lo largo de una línea, los dos o más sensores para detectar, en una dirección paralela al eje de referencia, la presencia del carrete, el eje de referencia que define un plano de referencia perpendicular al eje de referencia, en donde la distancia entre cualquiera de dos sensores adyacentes es menor que el tamaño de abrazadera del método que comprende los pasos de:

(a) Colocar la pinza en la vecindad del carrete, tal que el eje de referencia esté paralelo al eje del carrete que se va a agarrar;

(b) Proporcionar un controlador local para controlar el movimiento de la pinza;

(c) Ingresar el diámetro de la parte de agarre circular al controlador local desde un controlador global;

(d) Mover la pinza en el plano de referencia con los dos o más sensores por delante del eje de referencia en tanto que se registra la distancia recorrida sobre una longitud de recorrido limitada;

(e) Detectar un primer cambio en la presencia de la parte de agarre circular en un primer sensor y registrar la distancia recorrida en ese cambio como un primer punto;

(e') Detectar un segundo cambio en la presencia de la parte de agarre circular en un segundo sensor y registrar la distancia recorrida en ese cambio como un segundo punto;

(f) Con base en el primer y segundo puntos y el diámetro: calcular la posición central de la parte de agarre circular en el plano de referencia;

(g) Mover el eje de referencia a la posición central calculada;

(h) Sujetar y retener el carrete por la parte de agarre circular.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 8, en donde el primer y segundo sensores son sensores adyacentes.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 8, en donde el primer y segundo sensores un único sensor.

11. Un método para manipular un carrete por medio de una pinza para encontrar, sujetar y liberar un carrete con una parte de agarre circular que comprende

• un sistema de escaneo para identificar el eje del carrete

en donde el sistema de escaneo comprende dos o más sensores organizados equidistantes a lo largo de una línea, los dos o más sensores para detectar, en una dirección paralela al eje de referencia, la presencia del carrete, el eje de referencia que define un plano de referencia perpendicular al eje de referencia, en donde la distancia (A) entre cualquiera de dos sensores adyacentes es menor que el tamaño de abrazadera del método que comprende los pasos de:

(b) Proporcionar un controlador local para controlar el movimiento de la pinza;

(e') Detectar un segundo cambio en la presencia de la parte de agarre circular en un segundo sensor y registrar la distancia recorrida en el segundo cambio como un segundo punto;

(e") Detectar un tercer cambio en la presencia de la parte de agarre circular en un tercer sensor y registrar la distancia recorrida en el tercer cambio como un tercer punto;

(f') Con base en el primer, segundo y tercer puntos: calcular la posición central de la parte de agarre circular en el plano de referencia;

(g) Mover el eje de referencia a la posición central calculada;

(h) Sujetar y retener el carrete por la parte de agarre circular.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en donde el tercer sensor es el primer o segundo sensores.

13. El método de la reivindicación 11 o 12, en donde después del paso (b) se introduce el paso (c):

y después del paso (f') se introduce el paso (f"):

(f") calcular el diámetro de la pieza de agarre circular y emitir una alarma cuando los valores calculados y de entrada difieran por más de 5%;

14. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13, en donde en el caso de que el paso (d) termine en la longitud de recorrido limitada, la pinza se vuelve a colocar a su posición original y se desplaza a lo largo de la línea de los sensores sobre un desplazamiento que es igual a la distancia entre sensores adyacentes por el número de sensores y se repite el paso de (d).

15. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 14, en donde la longitud de recorrido limitada termina cuando la pinza ha recorrido el diámetro de la parte de agarre circular después de la detección del primer cambio.