ES2944659T3

ES2944659T3 - Sistema y método para colocación de máquina de construcción

Info

Publication number: ES2944659T3
Application number: ES15765962T
Authority: ES
Inventors: Visa Hokkanen; Mikko Vesanen; Tomi Vittinki; Jarkko Leppänen
Original assignee: Novatron Oy
Current assignee: Novatron Oy
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2023-06-23
Anticipated expiration: 2035-03-18
Also published as: WO2015140406A1; US10794037B2; FI125464B; EP3119660A1; EP3119660B1; DK3119660T3; EP3119660A4; US20170089032A1; FI20145249A

Abstract

La invención se refiere a un sistema de posicionamiento ya un método de posicionamiento de una máquina de construcción en un lugar de trabajo. El sistema de posicionamiento comprende al menos un punto de referencia (RP) en el lugar de trabajo (WS). Los datos de posición del punto de referencia se determinan en un sistema de coordenadas del sitio de trabajo (WC) y se ingresan a una unidad de control (8) de la máquina de construcción. Se calibra una herramienta (6) posicionada de acuerdo con el punto de referencia para conectar un sistema de coordenadas de máquina (MC) al sistema de coordenadas de trabajo (WC). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y método para colocación de máquina de construcción

Antecedentes de la invención

La invención se refiere a un sistema de colocación de una máquina de construcción. El sistema de colocación comprende dispositivos de medición para determinar la posición y el rumbo de una pluma y herramienta de la máquina. La máquina de construcción está provista de una unidad de control para realizar los cálculos de colocación necesarios como respuesta a la recepción de datos de medición. La posición de la pluma y la herramienta se puede determinar en un sistema de coordenadas de la máquina de la excavadora.

La invención se refiere además a un método para colocar una máquina de construcción en un sitio de trabajo.

El campo de la invención se define más específicamente en los preámbulos de las reivindicaciones independientes.

Se pueden utilizar diferentes tipos de máquinas de construcción en los sitios de trabajo. Las máquinas de construcción se usan, por ejemplo, en trabajos de excavación, trabajos de movimiento de tierras, construcción de carreteras y construcción de edificios. Por lo general, la máquina de construcción debe colocarse con bastante precisión en el sitio de trabajo para ejecutar las operaciones diseñadas. La posición actual de la máquina se puede determinar mediante un sistema de colocación basado en satélite GNSS (sistemas globales de navegación por satélite), como GPS (EE. UU.), GLONASS (RU), Galileo (UE) o Compass (CN). Alternativamente, la posición de la máquina puede determinarse por medio de una estación total. Sin embargo, los sistemas de colocación conocidos requieren el uso de extensos equipos de medición, que son complicados, difíciles de usar y costosos.

La publicación JP 2012 233353 A divulga un sistema y método de calibración para una pala hidráulica, y la publicación estadounidense 6076029 A divulga un sistema de control de excavación en pendiente para una excavadora hidráulica.

La patente estadounidense US 6418364 B1 divulga un método para determinar una posición y rumbo de una máquina de trabajo en un sitio de trabajo.

Breve descripción de la invención

Un objeto de la invención es proporcionar un sistema de colocación novedoso y mejorado para una máquina de construcción. Otro objeto es proporcionar un método novedoso y mejorado para colocar una máquina de construcción.

El sistema de colocación de acuerdo con la invención se caracteriza por las características de la reivindicación independiente 1.

El método de acuerdo con la invención se caracteriza por las características de la reivindicación independiente 15.

Una idea de la solución divulgada es que se determinan uno o más puntos de referencia en el sitio de trabajo. Se determinan los datos de posición del punto de referencia en un sistema de coordenadas del sitio de trabajo y se ofrecen para una unidad de control de la máquina de construcción. Una herramienta de la máquina de construcción se calibra colocada de acuerdo con uno o más puntos de referencia determinados para conectar un sistema de coordenadas de la máquina de la máquina de construcción al sistema de coordenadas del sitio de trabajo.

Una ventaja de la solución divulgada es que no es necesario que la máquina de construcción esté provista de ningún dispositivo de colocación a bordo, ya que la colocación se basa en uno o más puntos de referencia provistos de datos de coordenadas. Por lo tanto, el sistema de colocación a bordo de la máquina puede ser bastante simple y económico. Una ventaja adicional es que el funcionamiento de la máquina de construcción no depende de la capacidad de recibir continuamente señales de satélite u otras señales de medición externas, por lo que el sistema de colocación puede implementarse en lugares de trabajo y situaciones en las que la recepción de señales externas es deficiente o está totalmente impedida. Por lo tanto, el sistema de colocación divulgado también se puede usar cuando se realiza el ciclo de trabajo bajo estructuras u obstáculos elevados y protectores, por ejemplo.

De acuerdo con una realización, la posición de la pluma y la herramienta se puede determinar en un sistema de coordenadas de la máquina de la excavadora en el espacio 3D. Todas las mediciones y determinaciones de colocación pueden hacerse entonces en el espacio 3D.

De acuerdo con una realización, el sistema de colocación implementa uno o más puntos de referencia, que se encuentran en un sitio de trabajo dentro de un área de alcance de la herramienta. A continuación, la herramienta se puede colocar en el punto de referencia, en contacto con el punto de referencia o adyacente al punto de referencia. Un solo punto de referencia es un requisito mínimo para la colocación.

De acuerdo con una realización, el sistema de colocación implementa uno o más puntos de referencia, que se marcan en un sitio de trabajo. La marca puede ser una marca de pintura hecha en la superficie del suelo, superficie rocosa o cualquier otra superficie ubicada en el sitio de trabajo. Alternativamente, la marca puede ser un hoyo, una ranura o cualquier otra irregularidad realizada en cualquier superficie ubicada en el sitio de trabajo. Cuando la máquina de construcción es una excavadora, la marca se puede realizar mediante una cuchara. La unidad de control de la máquina de construcción está configurada para conectar el sistema de coordenadas de la máquina al sistema de coordenadas del sitio de trabajo como respuesta a una colocación de calibración en la que la herramienta se coloca en el punto de referencia marcado o de acuerdo con la marca de referencia.

De acuerdo con una realización, el sistema de colocación implementa uno o más objetos físicos como puntos de referencia. El punto de referencia físico puede ser un objeto hecho por el hombre, que puede ser dispuesto en el sitio de trabajo por un operador o un equipo de topografía. El objeto físico puede ser una estaca, un perno colocado en el suelo o un simple cono, por ejemplo. La unidad de control de la máquina de construcción está configurada para conectar el sistema de coordenadas de la máquina al sistema de coordenadas del sitio de trabajo como respuesta a una colocación de calibración en la que la herramienta se coloca de acuerdo con el punto de referencia definido. La herramienta puede colocarse sobre el objeto de referencia, en contacto con él o cerca de él.

De acuerdo con una realización, el sistema de colocación implementa uno o más objetos físicos como puntos de referencia. El punto de referencia puede ser un objeto natural ubicado en un sitio de trabajo dentro de un área de alcance de la herramienta. El objeto natural puede ser una piedra, un tocón, un árbol, un hoyo en el suelo, el borde de una superficie rocosa o cualquier otro objeto correspondiente que exista dentro del área de trabajo y pueda ser detectado. Cuando el objeto de referencia móvil tal como la piedra se usa como marcador de referencia, la máquina de construcción puede mover el marcador de referencia a un lugar adecuado si es necesario. La unidad de control de la máquina de construcción está configurada para conectar el sistema de coordenadas de la máquina al sistema de coordenadas del sitio de trabajo como respuesta a una colocación de calibración en la que la herramienta se coloca sobre la base del punto de referencia seleccionado. La herramienta puede colocarse en posición de calibración sobre el objeto natural o puede tener un contacto lateral con él.

De acuerdo con una realización, la posición del punto de referencia se determina por medio de un dispositivo topográfico externo. El dispositivo topográfico externo puede comprender al menos un dispositivo topográfico móvil, como una estación total o un dispositivo de colocación. Alternativamente, la determinación de la posición puede basarse en la navegación por satélite. El punto de referencia definido puede ser una marca u objeto hecho por el hombre, o es un objeto natural.

De acuerdo con una realización, el sistema de colocación implementa uno o más puntos de referencia. La herramienta se coloca a una distancia del punto de referencia y la distancia tridimensional entre la herramienta y el punto de referencia se mide y se introduce en la unidad de control para conectar el sistema de coordenadas de la máquina al sistema de coordenadas del sitio de trabajo. La diferencia de coordenadas de la posición de la herramienta con respecto a la posición del punto de referencia puede determinarse por medio de las mediciones. Así, se pueden definir las coordenadas dx, dy y dz de la posición de la herramienta.

De acuerdo con una realización, el sistema de colocación puede utilizar datos de posición conocidos de otra máquina móvil. Por lo tanto, una segunda máquina de construcción provista de un dispositivo topográfico a bordo puede servir como punto de referencia en el sitio de trabajo. La segunda máquina de construcción puede estar provista de una estación total o un sistema de navegación por satélite para determinar su posición. En el sitio de trabajo puede haber una o más primeras máquinas de construcción, las cuales no necesitan estar provistas de ningún sistema de colocación a bordo, sino que su posición puede ser determinada por medio de la segunda máquina de construcción. Una herramienta de la primera máquina de construcción se puede colocar en una posición de referencia definida en la segunda máquina de construcción. Las herramientas de la primera y la segunda máquina de construcción pueden colocarse una contra otra, por ejemplo. Alternativamente, se puede determinar un punto de colocación en el portador de la segunda máquina. Una unidad de control de la primera máquina de construcción puede recibir entonces datos de colocación de la segunda máquina de construcción desde una unidad de control de la segunda máquina de construcción. Posteriormente, la unidad de control de la primera máquina de construcción puede determinar y calcular la posición de la primera máquina de construcción. Gracias a esta realización, es suficiente utilizar el sistema de colocación a bordo de la segunda máquina de construcción para determinar las posiciones de una o más máquinas que operan en el mismo sitio de trabajo. Por lo tanto, se mejora la utilización de costosos sistemas de colocación a bordo.

De acuerdo con una realización, el sistema de colocación puede utilizar datos de posición conocidos de otra máquina móvil. La posición de una segunda máquina de construcción puede determinarse por medio de un dispositivo topográfico externo. La segunda máquina de construcción puede entonces servir como punto de referencia para una o más primeras máquinas de construcción que operan en el mismo sitio de trabajo. Una herramienta de la primera máquina de construcción puede colocarse en una posición de referencia definida para la segunda máquina de construcción. Las herramientas de la primera y la segunda máquina de construcción pueden colocarse una contra otra, por ejemplo. A continuación, una unidad de control de la primera máquina de construcción puede recibir datos de colocación de la segunda máquina de construcción. Posteriormente, la unidad de control de la primera máquina de construcción puede determinar y calcular la posición de la primera máquina de construcción. Gracias a esta realización, es suficiente determinar la posición de la segunda máquina de construcción y utilizar esos datos de posición inicial para determinar las posiciones de otras máquinas que operan en el mismo sitio de trabajo. No es necesario determinar ninguna otra marca de referencia de los objetos en el sitio de trabajo.

De acuerdo con una realización, el punto de referencia es una marca física realizada por la herramienta en el sitio de trabajo. Es posible hacer un hoyo o punto en una superficie de tierra por medio de la herramienta, por ejemplo. La posición de la marca realizada se determina por medio de la unidad de control cuando se conoce la posición actual de la herramienta en el sistema de coordenadas del sitio de trabajo. El punto de referencia puede ser creado y utilizado por la misma máquina de construcción. La máquina de construcción puede entonces hacer una marca de referencia por sí misma antes de un accionamiento de transferencia en el sitio de trabajo, y después del accionamiento puede calibrar su posición por medio de la marca de referencia realizada. Alternativamente, el punto de referencia en el sitio de trabajo es creado por una segunda máquina de construcción y es utilizado por una primera máquina de construcción.

De acuerdo con una realización, la unidad de control de la máquina de construcción está configurada para indicar datos de posición de la herramienta en coordenadas del sitio de trabajo. Esta característica facilita la operación del operador de la máquina de construcción, porque los planes de trabajo y las instrucciones suelen estar vinculados a las coordenadas del sitio de trabajo. La máquina de construcción puede comprender uno o más dispositivos de visualización para mostrar los datos de posición determinados y las instrucciones de trabajo en las coordenadas del sitio de trabajo.

De acuerdo con una realización, el sistema de colocación a bordo de la máquina de construcción no tiene un dispositivo de colocación dedicado configurado para determinar la posición del portador en el sitio de trabajo.

De acuerdo con una realización, el sistema de colocación no tiene ningún sistema de navegación basado en satélite. Cuando el sistema de colocación no tiene ningún sistema GNSS, el sistema puede entonces ser simple y económico.

De acuerdo con una realización, el sistema de colocación no tiene estación total. Una ventaja es que se puede omitir un costoso dispositivo de medición y el sistema también puede ser más seguro contra fallas cuando los dispositivos de medición sensibles no están a bordo.

De acuerdo con una realización, el sistema de colocación también está provisto de un sistema de navegación basado en satélite. Cuando la máquina de construcción está en una posición con buena conexión de satélite, se puede usar el sistema de colocación de satélite a bordo. Si se pierde la conexión con los satélites, es posible que el sistema de colocación funcione sin la navegación por satélite. El sistema de colocación puede usar datos de colocación determinados antes de que se perdiera la conexión, o antes de que fallara la colocación de cualquier otra forma. El sistema de colocación utiliza el sistema de coordenadas de la máquina cuando opera en el área de alcance de la pluma. En esta realización, el sistema de colocación comprende uno o más receptores para recibir señales de satélite y, además, el procesador está provisto de un algoritmo para ejecutar los cálculos necesarios.

De acuerdo con una realización, el sistema de colocación también está provisto de una estación total. Cuando la máquina de construcción está en una posición con buena conexión de señal a la estación total, se puede usar el sistema de colocación basado en la estación total. Si se pierde la conexión con la estación total, es posible que el sistema de colocación funcione sin la navegación de la estación total. El sistema de colocación puede usar datos de colocación determinados antes de que se perdiera la conexión. Luego, el sistema de colocación utiliza el sistema de coordenadas de la máquina cuando opera en el área de alcance de la pluma. En esta realización, el sistema de colocación comprende uno o más receptores para recibir señales de la estación total y, además, el procesador está provisto de un algoritmo para ejecutar los cálculos necesarios.

De acuerdo con una realización, el sistema de colocación, la máquina de construcción, o ambos, pueden comprender uno o más dispositivos de visualización para mostrar los datos de posición determinados para el operador. En el dispositivo de visualización se pueden mostrar datos numéricos, planes e instrucciones de trabajo, mapas y datos de posición relativa.

De acuerdo con una realización, la máquina de construcción es una excavadora. La excavadora comprende una pluma que puede estar provista de diferentes herramientas intercambiables, que sirven como equipo auxiliar de la excavadora. La pluma de la excavadora puede estar equipada con cualquier tipo de dispositivo de trabajo que sirva como herramienta. La posición de la herramienta puede determinarse por medio del sistema de colocación divulgado.

De acuerdo con una realización, la máquina de construcción es una grúa móvil. La grúa móvil puede estar provista de una jaula para personas o de un elemento de elevación que sirva como herramienta.

De acuerdo con una realización, la máquina de construcción es una máquina de hincado de pilotes. Un hincador de pilotes es un dispositivo mecánico que se usa para clavar pilotes en el suelo para proporcionar soporte de cimentación para edificios u otras estructuras. La máquina de hincado de pilotes puede comprender un portador, una pluma y una herramienta de hincado de pilotes soportada en la pluma.

De acuerdo con una realización, la herramienta de la máquina de construcción es una cuchara. La máquina de construcción puede ser una excavadora. Las excavadoras y otras máquinas de excavación se usan para mover, dar forma y nivelar el suelo.

De acuerdo con una realización, la herramienta comprende al menos un punto de medición. El punto de medición puede estar predeterminado. Alternativamente, el operador puede establecer el punto de medición.

De acuerdo con una realización, la herramienta es una cuchara y el punto de medición está ubicado en una esquina de una placa de borde de la cuchara. La placa de borde puede ser un elemento en forma de placa y puede comprender o no varios dientes articulados.

De acuerdo con una realización, la herramienta es una cuchara y el punto de medición está ubicado en el centro de una placa de borde de la cuchara.

De acuerdo con una realización, el sistema de colocación utiliza dos o más puntos de referencia conocidos. Los datos de posición de los puntos de referencia en el sistema de coordenadas del sitio de trabajo se introducen en la unidad de control. Además, el dispositivo de medición de rumbo comprende al menos un sensor para determinar las direcciones relativas entre la herramienta y el portador. Entonces, la unidad de control es capaz de calcular la posición y el rumbo absoluto de la herramienta como respuesta a la colocación de la herramienta de acuerdo con los dos o más puntos de referencia conocidos.

De acuerdo con una realización, al menos dicho dispositivo de medición del rumbo comprende uno o más dispositivos de medición del rumbo relativo.

De acuerdo con una realización, al menos dicho dispositivo de medición del rumbo comprende uno o más dispositivos de medición del rumbo absoluto.

De acuerdo con una realización, el dispositivo de medición de rumbo absoluto comprende una o más brújulas magnéticas.

De acuerdo con una realización, el dispositivo de medición de rumbo absoluto comprende una o más brújulas basadas en satélite.

De acuerdo con una realización, la máquina de construcción comprende un centro de rotación entre un carro inferior y un carro superior de la máquina de construcción. El centro de rotación permite que el carro superior gire con respecto al carro inferior alrededor del eje geométrico de rotación del centro de rotación. Una unidad de control de la máquina de construcción puede determinar la posición de un centro de rotación de la máquina de construcción en el sistema de coordenadas del sitio de trabajo. Además, la unidad de control está configurada para determinar la posición y dirección de la herramienta con respecto al eje geométrico de rotación del centro de rotación.

De acuerdo con una realización, la unidad de control de la máquina de construcción está provista de uno o más modelos de producción. El modelo de producción puede comprender datos de diseño tridimensionales (3D) para el sitio de trabajo en el sistema de coordenadas del sitio de trabajo. La unidad de control puede determinar la posición actual de la herramienta en relación con el modelo de producción de entrada y puede indicar la posición relativa determinada de la herramienta al operador de la máquina de construcción. Esta realización facilita y asegura el trabajo del operador. El modelo de producción puede ser un plan de excavación, por ejemplo. El modelo de producción puede ser un modelo de producción prediseñado, que puede recuperarse o introducirse en la unidad de control. El material y los datos necesarios se pueden cargar en la unidad de control a través de Internet o cualquier otra red de datos, por ejemplo. El modelo de producción se puede prediseñar mediante programas de diseño asistido por ordenador como un trabajo de oficina. Alternativamente, el modelo de producción puede ser producido e introducido manualmente por el operador en la unidad de control.

De acuerdo con una realización, la unidad de control de la máquina de construcción está provista de uno o más modelos de producción. La unidad de control puede mostrar en un dispositivo de visualización la posición actual de la herramienta con respecto al modelo de producción. Gracias a esta realización, el operador dispone de datos visuales, que son fáciles y rápidos de adoptar.

De acuerdo con una realización, el sistema de colocación comprende uno o más dispositivos de medición de la posición de la pluma para determinar la posición de la herramienta de la máquina de construcción con respecto a un portador en un sistema de coordenadas de la máquina. El dispositivo de medición de la posición de la pluma puede comprender sensores de inclinación dispuestos en una pluma, un portador superior y la herramienta. Los datos de detección pueden transmitirse a la unidad de control, que puede determinar la posición de la herramienta con respecto a un centro giratorio de la máquina, o con respecto a cualquier otro punto en el portador.

De acuerdo con una realización, los datos cinemáticos de la máquina de construcción se introducen en una unidad de control de la máquina. Las dimensiones y formas de las partes de la pluma, así como las articulaciones de una pluma y las trayectorias de los movimientos pueden almacenarse e introducirse en la unidad de control. Gracias a los datos de medición y los datos cinemáticos, la unidad de control puede determinar la posición de la herramienta con respecto a un portador.

De acuerdo con una realización, solo se usa un único punto de referencia. Por lo tanto, se necesita como mínimo un punto de referencia en un sitio de trabajo. Gracias a esta realización, puede conseguirse una disposición de colocación rápida, sencilla, barata y conveniente.

De acuerdo con una realización, uno o más puntos de referencia están ubicados en el suelo. Colocar los puntos de referencia en el suelo es simple y rápido.

De acuerdo con una realización, uno o más puntos de referencia están dispuestos de forma inamovible en el sitio de trabajo. Al menos los puntos de referencia no están provistos de ningún elemento móvil o no están conectados a ningún elemento móvil.

De acuerdo con una realización, uno o más puntos de referencia son objetos independientes autónomos que no están dispuestos en conexión con ningún tipo de máquina o dispositivo auxiliar. Así, el punto de referencia puede estar sin ninguna funcionalidad mecánica.

De acuerdo con una realización, los medios para determinar la inclinación del portador comprenden uno o más sensores de inclinación, que pueden estar dispuestos en un carro superior del portador. Alternativamente, se puede utilizar cualquier otro dispositivo, sensor o sistema de medición adecuado para medir la inclinación. Los resultados de la medición se pueden recuperar, cargar o introducir en un dispositivo de control, que puede calcular las transformaciones de coordenadas necesarias para que se pueda tener en cuenta la posible posición inclinada de la máquina de construcción.

De acuerdo con una realización, al menos un punto de referencia en un sitio de trabajo está provisto de al menos un identificador legible a distancia o un dispositivo o medio de almacenamiento de datos que comprende datos de posición del punto de referencia en un sistema de coordenadas del sitio de trabajo. La máquina de construcción puede entonces estar provista de un escáner o dispositivo de lectura para leer a distancia los datos de coordenadas almacenados. El identificador o etiqueta legible a distancia puede leerse de forma inalámbrica usando señales de radio, por ejemplo. El proceso de lectura puede automatizarse para que el dispositivo de lectura de la máquina de construcción detecte automáticamente el identificador legible a distancia ubicado dentro de un área de cobertura del dispositivo de lectura e introduzca automáticamente los datos de coordenadas almacenados en la unidad de control. El identificador legible a distancia puede ser una etiqueta RFID. La identificación por radiofrecuencia (RFID) es el uso inalámbrico de campos electromagnéticos para transferir datos, con el fin de identificar y rastrear automáticamente las etiquetas adheridas a los objetos. Las etiquetas contienen información de coordenadas almacenada electrónicamente.

Debe mencionarse que en esta solicitud de patente el término "entrada" significa alimentación o carga manual, así como automática, de datos y parámetros a la unidad de control. Por lo tanto, los datos se pueden introducir manualmente usando una interfaz de usuario o se pueden leer de forma inalámbrica o por medio de comunicación por cable, por ejemplo.

Las realizaciones divulgadas anteriormente pueden combinarse para formar soluciones adecuadas provistas de las características necesarias divulgadas.

Breve descripción de las figuras

Algunas realizaciones se describen con más detalle en los dibujos adjuntos, en los que

la figura 1 es una vista lateral esquemática de una máquina de excavación provista de un sistema de colocación, la figura 2 muestra esquemáticamente y vista desde arriba el principio de utilizar un punto de referencia provisto de datos de coordenadas para determinar la posición de la excavadora;

la figura 3 es una vista lateral esquemática que muestra la colocación de una herramienta en un punto de referencia provisto de datos de coordenadas predeterminados.

la figura 4 muestra esquemáticamente y vista desde arriba que la construcción puede generar nuevas marcas de referencia para permitir que la máquina se mueva a una nueva posición de trabajo o sitio de trabajo.

las figuras 5a y 5b muestran esquemáticamente y desde un lado que la cuchara se puede usar para generar una marca de referencia en una superficie del suelo y la marca generada se puede usar para determinar una nueva posición después del movimiento de la excavadora.

la figura 6 muestra esquemáticamente algunos componentes del sistema de colocación divulgado,

la figura 7 es una vista superior esquemática de varias máquinas de construcción en funcionamiento en el mismo sitio de trabajo y que utiliza una máquina de construcción como punto de referencia; y

las figuras 8 y 9 son vistas laterales esquemáticas de formas alternativas de usar otra máquina de construcción como punto de referencia.

En aras de la claridad, las figuras muestran algunas realizaciones de la solución divulgada de manera simplificada. En las figuras, números de referencia similares identifican elementos similares.

Descripción detallada de algunas realizaciones

La figura 1 muestra una excavadora E que comprende un portador móvil 1 sobre el que está dispuesta una pluma 2. La excavadora es un ejemplo de una máquina de construcción. El portador 1 puede comprender un portador inferior 1a y un portador superior 1b. El portador superior 1b puede estar conectado al portador inferior 1a por medio de un eje giratorio 3. El portador superior 1 b se puede girar R alrededor de un eje geométrico giratorio 4 del eje giratorio 3. La pluma 2 está dispuesto para girar junto con el portador superior 1b. La dirección de la pluma 2, es decir, un rumbo H se muestra por medio de una flecha en la figura 1. La pluma 2 puede comprender una primera parte 2a de pluma y una segunda parte 2b de pluma. La primera parte de la pluma se puede conectar al carro 1 por medio de la primera articulación, que no se muestra. La segunda parte 2b de pluma se puede conectar a la primera parte 2a de pluma por medio de una segunda articulación 5. En un extremo distal de la segunda parte 2b de pluma hay una herramienta, en este caso una cuchara 6, y entre la cuchara 6 y la segunda parte 2b de pluma puede haber una tercera articulación 7. En conexión con la tercera articulación 7 también pueden existir articulaciones o mecanismos que permitan inclinar la cuchara en una dirección lateral.

La excavadora E está provista de un sistema de colocación que comprende una o más unidades 8 de control y varios dispositivos 9a - 9c de medición de pluma para determinar la posición de la cuchara 6 con respecto al portador 1 en un sistema de coordenadas de la máquina MC de la excavadora. Los dispositivos 9a - 9c de medición de la pluma pueden ser sensores de inclinación, por ejemplo. Además, el portador 1 puede estar provisto de uno o más dispositivos 10 de medición de rumbo para determinar la dirección de la pluma 2 y la cuchara 6. El dispositivo 10 de medición de rumbo comprende, de acuerdo con la invención, una brújula magnética o giroscopio. El dispositivo 10 de medición de rumbo también puede ser una brújula basada en satélite, pero esa realización no forma parte de la invención como se reivindica. Alternativamente, el rumbo puede determinarse determinando el giro del carro superior 1b en relación con el carro inferior 1a por medio de uno o más sensores dispuestos en conexión con el eje giratorio 3. Además de la posición relativa del carro superior 1b y el carro inferior 1a, el norte magnético se puede definir por medio de una brújula. La inclinación del portador 1 también se puede determinar por medio de uno o más sensores 11 de inclinación dispuestos en el carro superior 1b.

Los datos de medición recopilados de los sensores pueden transmitirse a la unidad 8 de control que puede procesar los datos y calcular la posición de una punta 12 de la herramienta 6.

La máquina de construcción E también puede estar provista de un sistema de colocación por satélite GNSS, que comprende uno o más dispositivos de recepción de satélite SN para recibir señales de los satélites S. El dispositivo de recepción SN puede colocarse en el portador 1 y la unidad de control puede calcular la posición del herramienta sobre la base de los datos de posición basados en satélite recibidos. Alternativamente, la máquina de construcción puede estar equipada con otro dispositivo de medición de posición a bordo, como una estación total TS.

La figura 2 divulga un sitio de trabajo WS de una máquina de construcción E. El sitio de trabajo WS comprende un punto de referencia RP. De acuerdo con la invención, los datos de posición del punto de referencia se determinan por medio de un dispositivo topográfico externo. Los datos de posición del punto de referencia RP pueden utilizarse para conectar el sistema de coordenadas de la máquina MC de la máquina de construcción con un sistema de coordenadas WC del sitio de trabajo. Esto se divulga anteriormente en esta solicitud. El punto de referencia RP puede ubicarse dentro de un área de alcance A de la herramienta 6 de manera que la herramienta 6 pueda colocarse junto al punto de referencia RP durante la colocación de calibración.

En la figura 3, una herramienta 6 de una máquina de construcción está calibrada colocada en un punto de referencia RP. El punto de referencia RP puede ser un objeto artificial como una estaca 13, una marca o puede ser un objeto natural como una piedra 14. Una punta 12 de la herramienta 6 puede colocarse con precisión de acuerdo con el punto de referencia RP y el sistema de medición y una unidad de control pueden determinar la posición de la herramienta 6.

La figura 4 divulga un procedimiento que permite transferir la conducción de la máquina de construcción a una nueva posición de trabajo o sitio de trabajo. El procedimiento es el siguiente. Un punto de referencia inicial predeterminado RP1 de un primer sitio de trabajo WS1 se detecta y utiliza para crear datos de colocación de referencia para al menos un segundo sitio de trabajo WS2. Entonces se genera por medio de la herramienta 6 al menos un nuevo punto de referencia RP2 en el suelo G del primer sitio de trabajo WS1. Las coordenadas del nuevo punto de referencia RP2 se determinan sobre la base de los datos de posición del punto de referencia inicial RP1 y los datos de medición de los sensores y el dispositivo de medición de la máquina de construcción E. El portador 1 de la máquina de construcción E puede ser accionado desde el primer sitio de trabajo WS1 al segundo sitio de trabajo WS2, cuyo segundo sitio de trabajo WS2 se ubica de manera que el nuevo punto de referencia RP2 definido en el primer sitio de trabajo WS1 se encuentra dentro del área de alcance de la herramienta 6. Cuando el portador 1 se detiene, la herramienta 6 se coloca en el nuevo punto de referencia RP2. Luego, la unidad de control recupera determinadas coordenadas del nuevo punto de referencia RP2 y también determina el rumbo de la herramienta 6. Finalmente, la unidad de control puede conectar el sistema de coordenadas de la máquina MC de la máquina de construcción E en el segundo sitio de trabajo WS2 con el sistema de coordenadas de sitio de trabajo WC por medio de los datos de colocación del nuevo punto de referencia RP2.

Las figuras 5a y 5b divulgan que se puede usar una herramienta 6 de una máquina de construcción para generar una marca de referencia artificial, como un hoyo 15 en una superficie del suelo G. La marca 15 generada se puede usar para determinar una nueva posición después de un accionamiento de transferencia D de la máquina de construcción. De esta forma, la máquina de construcción puede generar nuevos puntos de referencia RP en el sitio de trabajo WS para permitir el movimiento del portador. Además, las marcas de posición pueden generarse para ser utilizadas por otras máquinas de construcción en el sitio de trabajo WS.

La figura 6 divulga algunos componentes y características del sistema de colocación divulgado. Estos problemas ya se han divulgado anteriormente en esta solicitud.

La figura 7 muestra que en el mismo sitio de trabajo WS puede operar varias máquinas de construcción E1, E2. Una o más primeras máquinas de construcción E1 pueden utilizar una segunda máquina de construcción E2 como punto de referencia. La segunda máquina E2 puede estar provista de al menos un dispositivo de detección de posición, como una estación total TS.

Las figuras 8 y 9 son vistas laterales esquemáticas de formas alternativas de usar otra máquina de construcción como punto de referencia. En la figura 8, las herramientas 6 de una primera máquina de construcción E1 y una segunda máquina de construcción E2 pueden colocarse una contra otra para proporcionar a la primera máquina E1 los datos de colocación necesarios. Las puntas 12 de la herramienta 6 pueden colocarse una contra otra, por ejemplo. En la figura 9, la herramienta 6 de una primera máquina de construcción E1 está colocada en un punto de calibración determinado 16 que se ubica en un portador 1 de una segunda máquina de construcción E2.

Los dibujos y la descripción relacionada sólo pretenden ilustrar la idea de la invención. En sus detalles, la invención puede variar dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. - Un sistema de colocación de una máquina de construcción (E) para conectar un sistema de coordenadas de la máquina (MC) de la máquina de construcción (E) a un sistema de coordenadas del sitio de trabajo (WC), comprendiendo el sistema de colocación:

el sistema de coordenadas de la máquina de la máquina de construcción (E);

al menos un dispositivo de medición de pluma (9a - 9c) para determinar la posición de una herramienta (6) de la máquina de construcción (E) con respecto a un portador (1) en el sistema de coordenadas de la máquina (MC); al menos un dispositivo (10) de medición de rumbo para determinar un rumbo (H) de la herramienta (6); medios para determinar una inclinación del portador (1); y

al menos una unidad (8) de control que comprende al menos un procesador para determinar la posición y el rumbo de la herramienta (6) en el sistema de coordenadas de la máquina (MC) sobre la base de la entrada de datos de medición a la unidad (8) de control;

el sistema de colocación comprende al menos un punto de referencia (RP) en un sitio de trabajo (WS); caracterizado porque el dispositivo (10) de medición de rumbo comprende una brújula magnética o un giroscopio; los datos de posición del punto de referencia (RP) estando determinados en el sistema de coordenadas del sitio de trabajo (WC) por un dispositivo topográfico externo a la máquina de construcción (E);

introduciéndose los datos de posición del punto de referencia (RP) en el sistema de coordenadas (WC) del sitio de trabajo en la unidad (8) de control leyendo automáticamente una etiqueta RFID legible a distancia o manualmente a través de una interfaz de usuario o lectura mecánica; y

estando configurada la unidad (8) de control para conectar el sistema de coordenadas de la máquina (MC) al sistema de coordenadas del sitio de trabajo (WC) como respuesta a una colocación de calibración en la que la herramienta (6) se coloca de acuerdo con el punto de referencia (RP).

2. - El sistema de colocación según la reivindicación 1, caracterizado porque

la máquina de construcción (E) es una excavadora.

3. - El sistema de colocación según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque

la herramienta (6) es una cuchara.

4. - El sistema de colocación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 3, caracterizado porque al menos dicho punto de referencia (RP) está marcado en el sitio de trabajo (WS) dentro de un área de alcance (A) de la herramienta (6); y

la herramienta (6) se coloca en el punto de referencia (RP).

5. - El sistema de colocación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 4, caracterizado porque la herramienta comprende al menos un punto de medición.

6. - El sistema de colocación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 5, caracterizado porque la unidad (8) de control está configurada para indicar datos de posición de la herramienta (6) en coordenadas del sitio de trabajo.

7. - El sistema de colocación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 6, caracterizado porque el sistema de colocación a bordo de la máquina de construcción (E) no tiene un dispositivo de colocación dedicado configurado para determinar la posición del portador en el sitio de trabajo (WS).

8. - El sistema de colocación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 7, caracterizado porque el sistema de colocación comprende al menos dos puntos de referencia (RP), y los datos de posición de los puntos de referencia (RP) en el sistema de coordenadas del sitio de trabajo (WC) se ingresan en la unidad (8) de control; el dispositivo (10) de medición de rumbo comprende al menos un sensor para determinar los rumbos relativos entre la herramienta (6) y el portador (1); y

la unidad (8) de control está configurada para calcular la posición y un rumbo absoluto de la herramienta (6) como respuesta a la colocación de la herramienta (6) de acuerdo con al menos dos puntos de referencia (RP).

9. - El sistema de colocación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 7, caracterizado porque al menos dicho dispositivo de medición de rumbo comprende al menos un dispositivo de medición de rumbo absoluto.

10. - El sistema de colocación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 9, caracterizado porque la unidad (8) de control está configurada para determinar una posición de un centro (3) de rotación de la máquina de construcción (E) en el sistema de coordenadas del sitio de trabajo (WC), estando ubicado el centro (3) de rotación entre un carro inferior (1a) y un carro superior (1b) de la máquina de construcción (E), y que permite girar el carro superior (1b) (R) con respecto al carro inferior (1a) alrededor de un eje geométrico (4) de rotación del centro (3) de rotación; y

la unidad (8) de control está configurada para determinar la posición y rumbo de la herramienta (6) con respecto al eje geométrico (4) de rotación del centro (3) de rotación.

11. - El sistema de colocación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 10, caracterizado porque se introduce al menos un modelo de producción en la unidad (8) de control, comprendiendo el modelo de producción datos de diseño tridimensionales (3D) para el sitio de trabajo (WS) en el sistema de coordenadas del sitio de trabajo (WC);

la unidad (8) de control está configurada para determinar una posición actual de la herramienta (6) en relación con el modelo de producción de entrada; y

la unidad (8) de control está configurada para indicar la posición relativa determinada de la herramienta (6) a un operador.

12. - El sistema de colocación según la reivindicación 11, caracterizado porque

la unidad (8) de control está configurada para mostrar en un dispositivo de visualización la posición actual de la herramienta (6) con respecto al modelo de producción de entrada.

13. - El sistema de colocación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 12, caracterizado porque el punto de referencia (RP) es un objeto físico en el sitio de trabajo (WS); y

la posición del punto de referencia (RP) se determina por medio del dispositivo topográfico externo.

14. - El sistema de colocación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 13, caracterizado porque el punto de referencia (RP) es una marca física realizada por la herramienta (6) en el sitio de trabajo (WS); y la posición del punto de referencia (RP) se determina mediante la unidad (8) de control cuando se conoce la posición actual de la herramienta (6) en el sistema de coordenadas del sitio de trabajo (WC).

15. - Un método para colocar una máquina de construcción (E) en un sitio de trabajo (WS) conectando un sistema de coordenadas de la máquina (MC) de la máquina de construcción (E) a un sistema de coordenadas de sitio de trabajo (WC), comprendiendo el método:

determinar una posición de una herramienta (6) de la máquina de construcción (E) en el sistema de coordenadas de la máquina (MC) de la máquina de construcción (E) con respecto a un portador (1) por medio de al menos un dispositivo (9a - 9c) de medición de pluma;

determinar un rumbo (H) de una herramienta (6) por medio de al menos un dispositivo (10) de medición de rumbo, donde el dispositivo (10) de medición de rumbo comprende una brújula magnética o un giroscopio; determinar una inclinación del portador (1); e

introducir datos de medición producidos en al menos una unidad (8) de control y determinar una posición actual de la herramienta (6) en el sistema de coordenadas de la máquina (MC);

definir al menos un punto de referencia (RP) en el sitio de trabajo (WS);

caracterizado por

determinar datos de posición del punto de referencia (RP) en el sistema de coordenadas del sitio de trabajo (WC) por medio de al menos un dispositivo topográfico externo a la máquina de construcción (E);

introducir los datos de posición del punto de referencia (RP) en la unidad (8) de control que lee automáticamente una etiqueta RFID legible a distancia o manualmente a través de una interfaz de usuario o lectura mecánica; colocar la herramienta (6) de acuerdo con el punto de referencia (RP);

determinar la posición de la herramienta (6) en el sistema de coordenadas de la máquina (MC) cuando la herramienta (6) está colocada de acuerdo con el punto de referencia (RP); y

conectar el sistema de coordenadas de la máquina (MC) de la máquina de construcción (E) con el sistema de coordenadas del sitio de trabajo (WC) sobre la base de los datos de posición del punto de referencia (RP) y el rumbo determinado de la herramienta (6).

16. - El método según la reivindicación 15, caracterizado por

utilizar un punto de referencia inicial predeterminado (RP1) de un primer sitio de trabajo (WS1) para crear datos de colocación de referencia para al menos un segundo sitio de trabajo (WS2);

definir al menos un nuevo punto de referencia (RP2) en el primer sitio de trabajo (WS1) por medio de la herramienta (6);

determinar las coordenadas del nuevo punto de referencia (RP2);

mover el portador (1) de la máquina de construcción (E) desde el primer sitio de trabajo (WS1) al segundo sitio de trabajo (WS2), cuyo segundo sitio de trabajo (WS2) se ubica de manera que el nuevo punto de referencia (RP2) definido en el primer sitio de trabajo (WS1) está ubicado dentro de un área de alcance (A) de la herramienta (6); colocar la herramienta (6) en el nuevo punto de referencia (RP2) después del movimiento de transferencia del portador (1);

recuperar las coordenadas determinadas del nuevo punto de referencia (RP2);

determinar el rumbo de la herramienta (6); y

conectar el sistema de coordenadas de la máquina (MC) de la máquina de construcción (E) en el segundo sitio de trabajo (WS2) con el sistema de coordenadas del sitio de trabajo (WC) por medio de los datos de colocación del nuevo punto de referencia (RP2).

17. - El método según la reivindicación 15 o 16, caracterizado por utilizar el sistema de coordenadas del sitio de trabajo (WC) para presentar la posición actual de la herramienta (6).

18. - El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 15 a 17, caracterizado por

introducir al menos un modelo de producción en la unidad (8) de control, en el que el modelo de producción comprende datos de diseño tridimensional prediseñados para el sitio de trabajo (WS) en el sistema de coordenadas del sitio de trabajo (WC);

mostrar los datos de diseño tridimensional en al menos un dispositivo de visualización para un operador de la máquina de construcción (E); y

mostrar la posición actual de la herramienta (6) en el dispositivo de visualización en relación con los datos de diseño.