WO2021207861A1 - Un sistema y método robótico para la unión de las partes de una estructura usando anclajes como tuercas, pernos, tornillos, tarugos o remaches en diversas estructuras y alturas, de forma autónoma, sin la presencia de personas en el frente de trabajo - Google Patents
Un sistema y método robótico para la unión de las partes de una estructura usando anclajes como tuercas, pernos, tornillos, tarugos o remaches en diversas estructuras y alturas, de forma autónoma, sin la presencia de personas en el frente de trabajo Download PDFInfo
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Definitions
- a robotic system and method for joining the parts of a structure using anchors such as nuts, bolts, screws, dowels or rivets in various structures and heights, autonomously, without the presence of people at the work front
- This invention refers to a robotic system and method for joining the parts of a structure using anchors such as nuts, bolts, screws, dowels or rivets in various structures and heights, autonomously, without the presence of people in front of job.
- anchors such as nuts, bolts, screws, dowels or rivets
- the main objectives of the present invention consist of a system and method of a robotic system that uses artificial intelligence and neural network techniques for the installation of anchors, for example the torque of bolts, for systematic, automatic, semi-automatic or tele-operated and controlled of the parts of a structure according to a predetermined design, of means of attachment such as - but not limited to - nuts, bolts, screws, rivets or dowels in various structures and heights autonomously for the assembly of structures such as - but not limited to - constructions, buildings or sheds, making a computerized record of the result of the entire joining process, for example, torque for tightening, without the presence of people at the work front, avoiding the exposure of people at risk from working at height and from handling tools, guaranteeing the precision of the joint characteristics in accordance with d icho default layout.
- means of attachment such as - but not limited to - nuts, bolts, screws, rivets or dowels in various structures and heights autonomously for the assembly of structures such as - but not limited to -
- the basis of the present patent application is constituted by a robotic system and method for joining the parts of a structure using anchors such as nuts, bolts, screws, dowels or rivets in different structures and heights, autonomously, without the presence of of people at the work front.
- the purpose of the system and method presented is to automatically perform a systematic, controlled tightening, strictly following a predetermined design, making a computerized record of the result of the process, even highlighting those bolts that could not be tightened.
- This method and system considerably reduces risk exposure, generates the bolt-by-bolt torque certification and allows an increase in productivity, since one person can direct the operation of several robotic systems simultaneously, also allowing operation in extended hours. .
- the robotic system In order to carry out the proposed objectives, the robotic system must have the ability to move and / or assert itself to the structure to work, find the plates, identify them, find the nuts and link them with the planes to be able to define which nut to start and what torque is specified for that nut.
- the robotic difficulty exceeds the design limits of conventional industrial robotic systems, essentially because it is an unstructured task.
- the reference system relative to the robot and the reference system of the geometry where the target nuts are located are not correlated with each other with the level of precision that a conventional robot requires to be able to carry out the described task.
- the tolerance between the tool that takes the nut and the latter is tenths of a millimeter, therefore, to insert the tool into the nut, the robotic system should know the location and direction of the axis of the bolt with a precision that exceeds achievable limits because the robot and structure are not linked to that level of precision.
- the system and method of the present invention uses artificial intelligence technologies to find the nuts, and then uses a sophisticated sensor and movement control system to work oriented to force, time and position, in terms Less technical, the robotic system of the present invention finds the solution to insert the tool with skills equivalent to the human sense of touch.
- This invention can be summarized in two sub-systems, one of them is a table on which the base of a robotic arm moves, said table, once housed near the area of interest, is attached to the structure maintaining a semi-rigid link with
- the robotic arm takes images of the structure that allow it to locate the area of interest, for this it uses neural network techniques to interpret the images, distinguish and discriminate the turks from the rest of the image, also measuring certain geometric parameters that They allow to establish in successive approximations, the location and orientation of each bolt and its nut.
- an approach strategy to insert the torque tool that is installed at the end of the robotic arm. Once the tool is inserted, the tool is activated and the torque reached confirmed.
- the second subsystem is composed of a bracket with arms and clamps specially designed to grip the steel beams of the structure being assembled.
- This system has two arms where each one is capable of supporting the entire weight of the complete system, in this way the arms can generate a displacement of the robotic system through the structure to travel from stage to stage.
- FIG 1 Shows the complete system and method of the present invention
- a clamp or other mechanical clamping means optional
- a force sensor to support the positioning of the tool in or on the structure
- a digital camera, stereoscopic camera or radar to guide and avoid collisions it can be 403 405: A tool operated by the system, which can be a torque wrench, pressure washer, paint gun, sander, emery board, attachment to put parts in or on the structure, drill or welder.
- Said system corresponds to a robotic system that uses artificial intelligence and neural network techniques for the installation of anchors - for example the tightening of bolts - for systematic, automatic, semi-automatic or tele-operated, controlled tightening of the parts of a structure.
- attachment means such as - but not limited to - nuts, bolts, screws, rivets, dowels or other similar fasteners, in various structures and heights autonomously for mounting structures such as - but not limited to - constructions, buildings or sheds making a computerized record of the result of the entire joining process - for example torque for tightening - without the presence of people at the work front, avoiding the exposure of people to risks from working in height and tool handling, guaranteeing the precision of the joint characteristics according to said predefined design. finished.
- this system comprises: a) computational means that include: i. a digital 3D model of the structure to be worked on;
- I. means for generating a 3D image of the physical structure; i ⁇ . a computer program to compare and align the original 3D digital model with the 3D image taken by the system; iv. a digital program of the works with the system's work points on the structure, type, parameters and record of the work to be carried out; b) means of movement and securing; c) a robotic arm with a tool comprising: i. a robotic arm; I. a force sensor to support the positioning of the tool in or on the structure; i ⁇ . means to guide the use of the tool; iv. means to guide and avoid collisions; v. a system-operated tool for joining components of a structure.
- the means for generating a 3D image of the physical structure have to be made from digital photographs or 3D scanning;
- the means of movement and attachment comprise: i. a generic autonomous or tele-operated vehicle for movement of the system within, around or on the structure; I. a radar, digital camera, stereoscopic camera and other means that support the approach of the articulated arm to the structure; i ⁇ . an articulated arm for fastening between the generic vehicle and the structure; iv. a mechanical clamping means, optional; and V. an electromagnet to hold the system to the structure.
- the mechanical means corresponds to a gripper; the means of movement and holding are electric, pneumatic or hydraulic; the robotic arm comprises 5 or more degrees of freedom; the means for guiding the use of the tool comprise a digital or stereoscopic camera; the means for guiding and avoiding collisions comprise a digital camera, a stereoscopic camera or a radar;
- the tool operated by the system to join components of a structure corresponds to, but is not limited to, a torque wrench, a bolt tensioner, an impact wrench, a screwdriver, a riveter or other tools or attachments for the application of joining elements; the tool operated to join components of a structure, comprises means for joining said components sequentially according to predetermined positions; and the tool operated to join components of a structure, comprises multiple speeds of rotation and / or tightening.
- the operator uploads to the system a "3D Digital Model of the Structure" 201 on which the system must perform one or more robotic tasks.
- the operator uses the "Task Assignment Software", 202 to define one or more:
- Stage II Bring the system closer to the work area, in several consecutive stages of greater precision
- the system is positioned automatically, or guided by the operator, to approach the working point 100 using its own means of locomotion 301 (for example: electric, pneumatic, hydraulic) or external equipment.
- locomotion 301 for example: electric, pneumatic, hydraulic
- obstacle detection equipment such as digital stereoscopic camera, 403, and / or radar 404 to alert the operator and / or stop the equipment automatically.
- the system takes one or more digital photographs of the structure 100 with a stereoscopic digital camera 403.
- the digital photograph (s) are used by the operator as support to bring a clamping arm 303, of one or more degrees of freedom, closer to the structure 100.
- the "Obstacle detection algorithm” processes one or more images taken with digital cameras, 305 and / or 403, which can be 2D or stereoscopic images, and / or distance sensors, 404, of one or more axes based radar, laser or other electromagnetic radiation, for the detection of obstacles.
- This system alerts, through digital, visual and / or auditory signals to the operator, or automatic movement system, of an obstacle in the travel path that could generate a collision between the system and the structure of interest.
- One or more photographs are taken with a digital camera, 403, these can be flat or stereoscopic images.
- an "Object Detection Algorithm” is trained to detect the parts of interest of the structure on which to operate (i.e. bolt, rivet, plate).
- the algorithm processes the image, delivering the following information on each part of interest detected in the image: a) individualization of the part (s), b) spatial location of the part (s), c) orientation of the part (s) , d) spatial reference points of the surface on which the parts of interest are.
- the "Path planning algorithm” takes the following inputs: a) the coordinates and orientations of the parts of interest on which action should be taken from in the "Digital Work Program” b) the positions of the same parts in real world coordinates according to the "3D Model Alignment Algorithm”, and c) the location of the parts of the system based on a physical mathematical model of it.
- the robotic arm 401 moves as indicated by the "Path Planning Algorithm”.
- the arm positions the tool on the part of interest as indicated by the "Path planning algorithm”.
- One or more force sensors, 402 feed the physical-mathematical model of the path defined by the "Path Planning Algorithm” with touch information to adjust the path until the tool is in the working position.
- the tool, 405 is activated by the operator or the system to execute the task described in the "Digital Task Program", 203, with the parameters indicated therein.
- the position or orientation of the tool, 405 may be corrected by the system using complementary information taken from its instruments such as digital cameras, 403, and / or distance sensors 404 and / or 305.
- Stage V Work registration
- Execution of the task a. date and time of execution, b. Photograph of the part of interest or equipment related to the execution of the task, before starting the task, c. coordinates and measured orientation of the part of interest, d. measurements made proper to the execution of the task, for example, to the tool, equipment or parts that supply it to the tool, or equipment or parts that are affected by the execution of the task. These measurements may include, but are not limited to, voltage, current, torque, pressure, flow, and temperature. and. Photograph of the part (s) of interest, or equipment related to the execution of the task, after executing the activity.
- the method of the present invention corresponds in short to: a method of operation of a robotic system that uses artificial intelligence and neural network techniques to perform tasks in structures, in particular the application of elements for the union between parts of a structure in the form systematic, automatic, semi-automatic or tele-operated, controlled and conforming to a predetermined design, using means of attachment such as - but not limited to - tightening nuts with a torque wrench, impact wrench or bolt tensioner, tool for applying rivets, dowels, screws or other similar fastening elements, in different structures and heights autonomously for the assembly of structures such as - but not limited to - constructions, buildings or sheds, making a computerized record of the result of the entire joining process between parts without the presence of people at the work front, avoiding exposing people to risks due to working at height and handling tools, guaranteeing the precision of the application process of the joining elements in accordance with said predetermined design.
- this method comprises: a) preparing the computational means with a digital work program, which comprises: loading a 3D digital model of the structure on which the robotic system must perform one or more tasks; b) bringing the robotic system closer to the work area by means of a plurality of consecutive stages by means of movement and clamping, said stage comprises: i. position the system automatically, or guided by the operator, to approach the work point using the means of displacement (electric, pneumatic or hydraulic) or external equipment;
- an obstacle detection algorithm by means of an obstacle detection algorithm, one or more images taken with radar, digital camera, stereoscopic camera and other means that support the approach of the articulated arm to the structure and / or camera digital or stereoscopic to guide the use of the tool, being able to be 2D or stereoscopic images, and / or distance sensors (digital camera, stereoscopic camera or radar to guide and avoid collisions), of one or more axes based on radars, laser or other electromagnetic radiation, for obstacle detection, once reviewing images of obstacle detection, radar, digital camera, stereoscopic camera and other means that support the approach of the structure, and digital or stereoscopic camera to guide the use of the tool and / or sensor of the digital camera, stereoscopic camera or radar to guide and avoid collisions, the operator, or automatic system, activates a clamp (clamp or other mechanical means of holding, optional) and / or an electromagnet to hold the system to the structure of interest; c) locate the parts of the structure on which to work, this stage includes: taking one or
- the stage of preparing the computational means comprises using a computer program for assigning tasks to define the work points of the robotic system on the structure, the type of work to be carried out, parameters of the work to be carried out. perform and record the work to be done;
- the stage of positioning the system automatically comprises maintaining a safe distance between the parts of the robotic system and the work structure using obstacle detection equipment, such as a stereoscopic digital camera and / or radar to alert the operator and / or stop the equipment in automatically; and the step of processing by means of an obstacle detection algorithm one or more images taken comprises generating an alert, by means of digital, visual and / or auditory signals to the operator, or automatic movement system, of an obstacle in the travel path that could generate a collision between the system and the structure of interest.
- obstacle detection equipment such as a stereoscopic digital camera and / or radar to alert the operator and / or stop the equipment in automatically
- the step of processing by means of an obstacle detection algorithm one or more images taken comprises generating an alert, by means of digital, visual and / or auditory
- the trajectory planning algorithm takes the following input data: the coordinates and orientations of the parts of interest on which it is necessary to act from in the digital work program, the positions of the same parts in real world coordinates according to the alignment algorithm of the digital 3D model, and the location of the parts of the system based on a mathematical physical model of the same, where the robotic arm with 5 or more degrees of freedom, moves as indicated by the path planning algorithm, the arm positions the tool on the part of interest as indicated by the path planning algorithm; one or more force sensors to support the positioning of the tool in or on the structure, feed the physical-mathematical model of the path defined by the path planning algorithm with touch information to adjust the path until the tool is in the work position, the tool operated by the system is activated by the operator or the robotic system to execute the task described in the digital task program with the parameters indicated therein, where the position or orientation of the tool operated by The system can be corrected by the system using complementary information taken from its instruments such as
- the stage of completing the assigned task comprises registering the request in a digital instrument called digital work record with: the name of the model, the description of the activity carried out, the parameters requested, the name and / or the ID of the part of interest, and coordinates and orientation of the part of interest, and the execution of the task with: date and time of execution, photograph of the part of interest or equipment related to the execution of the task, Before starting the task, coordinates and measured orientation of the part of interest, measurements made proper to the execution of the task, for example to the tool, equipment or parts that supply the tool, or equipment or parts that are affected by the task execution, where these measurements may include, but are not limited to, voltage, current, torque, pressure, flow and temperature, and the photograph of the part (s) of interest, or related equipment. nd to the execution of the task, after executing the task.
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Abstract
Se presenta sistema y método de un sistema robótico que emplea inteligencia artificial y técnicas de redes neuronales para la instalación de anclajes, por ejemplo, el torqueo de pernos, para apriete sistemático, automático, semi-automático o tele-operado y controlado de las partes de una estructura conforme a un diseño predeterminado, de medios de unión tales como pero no limitado a tuercas, pernos, tornillos, remaches o tarugos en diversas estructuras y alturas de forma autónoma para el montaje de estructuras tales como -pero no limitado a- construcciones, edificios o galpones, realizando un registro informatizado del resultado de todo el proceso de unión, por ejemplo torqueo para apriete, sin la presencia de personas en el frente de trabajo, evitando la exposición de personas a riesgos por trabajar en altura y por la manipulación de herramientas, garantizando la precisión de las características de la unión de acuerdo con dicho diseño predeterminado.
Description
TÍTULO
“Un sistema y método robótico para la unión de las partes de una estructura usando anclajes como tuercas, pernos, tornillos, tarugos o remaches en diversas estructuras y alturas, de forma autónoma, sin la presencia de personas en el frente de trabajo”
MEMORIA DESCRIPTIVA
Campo de aplicación de la invención
Esta invención se refiere a un sistema y método robótico para la unión de las partes de una estructura usando anclajes como tuercas, pernos, tornillos, tarugos o remaches en diversas estructuras y alturas, de forma autónoma, sin la presencia de personas en el frente de trabajo.
Antecedentes de la invención
Hoy en día, los sistemas y métodos utilizados en la edificación y construcción de diversas estructuras, no solo buscan facilitar y garantizar un óptimo diseño, construcción y ejecución de cada una de las estructuras y edificaciones, sino que además persigue conjugar dichos elementos con aspectos no menos relevantes como lo son la seguridad de las personas que se desempeñan en todas las faenas asociadas a la construcción y también a lograr una adecuada precisión en cada una de las etapas y operaciones de la misma.
En este contexto, en las estructuras relacionadas con la construcción, suelen existir cientos de miles de pernos que deben ser apretados a torques específicos definidos por un diseño predeterminado. Estos pernos, por lo general, están agrupados en platinas de acoplamiento entre vigas, en donde existen decenas de pernos por platina. Los pernos de cada platina deben ser apretados siguiendo un orden también predeterminado. Esta tarea, la realizan en la actualidad personas que además de estar expuestas a riesgos por trabajar i
en altura, no garantizan que la tarea se realice con precisión y acorde al diseño predeterminado previamente mencionado, no quedando más que evidencias físicas de la tarea cumplida, por ejemplo, se pintan los pernos ya apretados.
En general, existen herramientas de torqueo, relacionadas con equipos eléctricos o hidráulicos que realizan el apriete con asistencia motorizada, garantizando el torque solicitado. Sin embargo, estas herramientas deben ser operadas por personas. La operación manual implica que el operario debe trasportar y sostener la herramienta y debe colocar la herramienta en cada tuerca estando en un andamio en altura. Asimismo, como las herramientas existentes pesan del orden de 10 Kg, el operario está sometido al riesgo adicional de desarrollar enfermedades profesionales relacionadas con el manejo de dichas herramientas.
De acuerdo a lo anterior, existe la necesidad en el estado de la técnica de realizar en forma automática un apriete sistemático y controlado de tuercas, pernos, tornillos, remaches o tarugos, siguiendo estrictamente el diseño definido, realizando un registro informatizado del resultado del proceso, incluso destacando aquellos pernos que no han podido ser apretados.
En resumen, es deseable disminuir la exposición al riesgo, generar la certificación de torque perno por perno y permitir un incremento de la productividad, eficacia y eficiencia de todo el proceso.
Al revisar y analizar el estado de la técnica, entre los documentos más cercanos relacionados con la temática de la presente invención, podemos apreciar el documento CL201301909, el cual divulga un método para cambiar una rueda de un vehículo sujeta al vehículo por abrazaderas de retención y tuercas que comprende explorar por láser la rueda, accionar un robot móvil para extraer las abrazaderas de retención y tuercas de rueda, accionar un manipulador de rueda mecánico; y posteriormente accionar el robot móvil para
sustituir las tuercas y las abrazaderas de retención de las ruedas. Este documento no comprende los elementos técnicos de la presente invención y está enfocado en la solución de un problema técnico diferente a esta solicitud de patente, ya que se relaciona con cambiar la rueda de un vehículo, presentando en definitiva una aplicación técnica distinta a la invención en comento.
Por otro lado, el documento nacional CL200502642, revela un método robotizado para el procedimiento de retiro de pernos de molinos SAG y/o bolas en procesos de conminución de minerales que disminuye los tiempos de mantenimiento y brinda mayor seguridad a los operarios en faenas de mantención. Este documento presenta una solución técnica distinta a la presente invención, ya que se enfoca en disminuir los tiempos de mantenimiento mediante elementos técnicos también diferentes, lo que constituye una solución técnica distinta a la presente invención, tanto desde el punto de vista de la solución técnica planteada, como desde el campo de aplicación de la misma.
Finalmente, el estado del arte divulga en el documento US2019022873, un robot para apretar una serie de tuercas pre roscadas en pernos, que no aborda la solución como la hace la presente invención. Conforme a lo señalado, este documento, no presenta los medios técnicos de esta invención y no resuelve el problema técnico abordado por la misma.
En definitiva, como se puede apreciar en el estado del arte precedentemente citado y descrito, no existe una solución efectiva al problema técnico planteado, relacionado con evitar la exposición de personas a riesgos por trabajar en altura y por la manipulación de herramientas en dichas condiciones, garantizando la precisión de las características de la unión de acuerdo con un diseño predeterminado, solución técnica que sí logra alcanzar esta solicitud de patente, la que será descrita en detalle en los siguientes párrafos.
Objetivos y descripción resumida de la invención
Los principales objetivos de la presente invención consisten en un sistema y método de un sistema robótico que emplea inteligencia artificial y técnicas de redes neuronales para la instalación de anclajes, por ejemplo el torqueo de pernos, para apriete sistemático, automático, sem ¡-automático o tele-operado y controlado de las partes de una estructura conforme a un diseño predeterminado, de medios de unión tales como - pero no limitado a - tuercas, pernos, tornillos, remaches o tarugos en diversas estructuras y alturas de forma autónoma para el montaje de estructuras tales como - pero no limitado a - construcciones, edificios o galpones, realizando un registro informatizado del resultado de todo el proceso de unión, por ejemplo, torqueo para apriete, sin la presencia de personas en el frente de trabajo, evitando la exposición de personas a riesgos por trabajar en altura y por la manipulación de herramientas, garantizando la precisión de las características de la unión de acuerdo con dicho diseño predeterminado.
Descripción detallada de la invención
La base de la presente solicitud de patente, lo constituye un sistema y método robótico para la unión de las partes de una estructura usando anclajes como tuercas, pernos, tornillos, tarugos o remaches en diversas estructuras y alturas, de forma autónoma, sin la presencia de personas en el frente de trabajo.
Es decir, la finalidad del sistema y método presentado, es la de realizar en forma automática un apriete sistemático, controlado, siguiendo estrictamente un diseño predeterminado, realizando un registro informatizado del resultado del proceso, incluso destacando aquellos pernos que no han podido ser apretados. Este método y sistema disminuye considerablemente la exposición al riesgo, genera la certificación de torque perno por perno y permite un incremento de la productividad, ya que una persona puede dirigir la operación de varios sistemas robóticos en forma simultánea, permitiendo además una operación en horarios extendidos.
Para poder realizar los objetivos propuestos, el sistema robótico debe tener la capacidad de desplazarse y o afirmarse a la estructura a trabajar, encontrar las platinas, identificarlas, encontrar las tuercas y vincularlas con los planos para poder definir por que tuerca ha de comenzar y qué torque está especificado para dicha tuerca.
Por la naturaleza de las estructuras, la dificultad robótica excede los límites de diseño de los sistemas robóticos industriales convencionales, esencialmente por tratarse de una tarea no estructurada. Esto quiere decir que el sistema de referencia relativo al robot y el sistema de referencia de la geometría donde se encuentras las tuercas objetivo, no están correlacionados entre sí con el nivel de precisión que requiere un robot convencional para poder desempeñar la tarea descrita. Por ejemplo, se destaca que la tolerancia entre la herramienta que toma la tuerca y ésta es de décimas de milímetro, por lo tanto, para insertar la herramienta en la tuerca el sistema robótico debería conocer la ubicación y la dirección del eje del perno con una precisión que excede los límites alcanzables debido a que el robot y la estructura no están vinculados con ese nivel de precisión.
Una solución convencional requeriría de sistemas de detección de muy alta precisión, que, si bien existen, debido a la naturaleza móvil y hostil del trabajo, sería imposible mantenerlos calibrados durante un período de tiempo adecuado para la ejecución de estas tareas.
Para resolver esta limitación, el sistema y método de la presente invención, utiliza tecnologías de inteligencia artificial para encontrar las tuercas, y luego utiliza un sofisticado sistema de sensores y de control de movimientos para trabajar orientado a la fuerza, tiempo y posición, en términos menos técnicos, el sistema robótico de la presente invención, encuentra la solución para insertar la herramienta con habilidades equivalentes al sentido del tacto de los humanos.
Esta invención se puede resumir en dos sub sistemas, uno de ellos es una mesa sobre la que se desplaza la base de un brazo robótico, dicha mesa una vez alojada cerca de la zona de interés, se sujeta a la estructura manteniendo un vínculo semirígido con ésta, luego el brazo robótico toma imágenes de la estructura que le permiten ubicar la zona de interés, para ello utiliza técnicas de redes neuronales para interpretar las imágenes, distinguir y discriminar las turcas del resto de la imagen, midiendo además ciertos parámetros geométricos que le permiten establecer en sucesivas aproximaciones, la ubicación y orientación de cada perno y su tuerca. Comenzando luego, con una estrategia de aproximación para logar insertar la herramienta de torque que se encuentra instalada en el extremo del brazo robótico. Una vez insertada la herramienta se procede a accionar la herramienta y a confirmar el torque alcanzado.
El segundo subsistema, está compuesto de una ménsula con brazos y tenazas especialmente diseñadas para agarrase de las vigas de acero de la estructura que se está ensamblado. Ese sistema cuenta con dos brazos donde cada uno es capaz de soportar todo el peso del sistema completo, de esta forma los brazos pueden ir generando un desplazamiento del sistema robótico por la estructura para viajar de platina en platina.
Para facilitar la comprensión de las características estructurales y funcionales de la presente invención, a modo ilustrativo y no limitativo, se describe la siguiente figura:
Figura 1 : Muestra el sistema y método completo de la presente invención
Haciendo referencia a la Figura 1 , ésta presenta un esquema general de la invención, donde es posible apreciar, las diferentes partes del sistema y las diferentes etapas del método de la presente invención, en particular se revela:
En primer lugar, es posible apreciar en el sistema, un software, con las siguientes referencias numéricas:
201 : Un archivo con un modelo 3D de una estructura (100)
202: Un modelo 3D (de 100)
203: Un programa digital de los trabajos, y parámetros que lo describen, que se deben realizar sobre la estructura
204: Un registro del trabajo realizado
Es segundo término, es posible apreciar el medio de desplazamiento y sujeción, y sus respectivas referencias numéricas:
301: Un vehículo genérico para desplazamiento del sistema dentro, alrededor o sobre la estructura
303: Un brazo articulado para sujeción entre el vehículo y la estructura
304: Una pinza u otro medio mecánico de sujeción, opcional
305: Un radar, cámara digital, cámara estereoscópica y otro medio que apoya el acercamiento de 303 a la estructura
306: Un electroimán para sujetar el sistema a la estructura
Es tercer lugar, es posible apreciar un brazo robótico, y sus respectivas referencias numéricas:
401 : Un brazo robótico con 5 o más grados de libertad
402: Un sensor de fuerza para apoyar el posicionamiento de la herramienta en o sobre la estructura
403: Una cámara digital o estereoscópica para guiar el uso de la herramienta
404: Una cámara digital, cámara estereoscópica o radar para guiar y evitar colisiones, puede ser 403
405: Una herramienta operada por el sistema, pudiendo ser llave de torque, hidrolavadora, pistola de pintura, lijadora, esmeril, aditamento para poner partes en o sobre la estructura, taladro o soldadora.
Dicho sistema corresponde a un sistema robótico que emplea inteligencia artificial y técnicas de redes neuronales para la instalación de anclajes - por ejemplo el torqueo de pernos - para apriete sistemático, automático, semi- automático o tele-operado, controlado de las partes de una estructura conforme a un diseño predeterminado, de medios de unión tales como - pero no limitado a - tuercas, pernos, tornillos, remaches, tarugos u otros elementos de sujeción similares, en diversas estructuras y alturas de forma autónoma para el montaje de estructuras tales como - pero no limitado a - construcciones, edificios o galpones realizando un registro informatizado del resultado de todo el proceso de unión - por ejemplo torqueo para apriete - sin la presencia de personas en el frente de trabajo, evitando la exposición de personas a riesgos por trabajar en altura y por la manipulación de herramientas, garantizando la precisión de las características de la unión de acuerdo con dicho diseño predeterminado.
Como se ha señalado, este sistema comprende: a) medios computacionales que comprenden: i. un modelo 3D digital de la estructura a trabajar;
¡i. medios para generar una imagen 3D de la estructura física; i¡¡. un programa computacional para comparar y alinear el modelo digital 3D original con la imagen 3D tomada por el sistema; iv. un programa digital de los trabajos con los puntos de trabajo del sistema sobre la estructura, el tipo, parámetros y registro del trabajo a realizar; b) medios de desplazamiento y sujeción; c) un brazo robótico con herramienta que comprende: i. un brazo robótico;
¡i. un sensor de fuerza para apoyar el posicionamiento de la herramienta en o sobre la estructura; i¡¡. medios para guiar el uso de la herramienta; iv. medios para guiar y evitar colisiones; v. una herramienta operada por el sistema para unir componentes de una estructura.
En modalidades preferidas de este sistema, se tiene que los medios para generar una imagen 3D de la estructura física se realizan a partir de fotografías digitales o escaneo 3D; los medios de desplazamiento y sujeción comprenden: i. un vehículo genérico autónomo o tele-operado para desplazamiento del sistema dentro, alrededor o sobre la estructura; ¡i. un radar, cámara digital, cámara estereoscópica y otro medio que apoya el acercamiento del brazo articulado a la estructura; i¡¡. un brazo articulado para sujeción entre el vehículo genérico y la estructura; iv. un medio mecánico de sujeción, opcional; y v. un electroimán para sujetar el sistema a la estructura.
En otras modalidades preferidas, el medio mecánico corresponde a una pinza; los medios de desplazamiento y sujeción son eléctricos, neumáticos o hidráulicos; el brazo robótico comprende 5 o más grados de libertad; los medios para guiar el uso de la herramienta comprenden una cámara digital o estereoscópica; los medios para guiar y evitar colisiones comprenden una cámara digital, una cámara estereoscópica o un radar; la herramienta operada por el sistema para unir componentes de una estructura, corresponde a, pero no está limitada a una llave de torque, un tensionador de pernos, una llave de impacto, un atornillador, una remachadora u otras herramientas o aditamentos para la aplicación de elementos de unión; la herramienta operada para unir componentes de una estructura, comprende medios para unir dichos componentes de forma secuencial de acuerdo a posiciones predeterminadas; y
la herramienta operada para unir componentes de una estructura, comprende múltiples velocidades de giro y/o apriete.
En lo que respecta al método de la presente invención, es posible dividir el mismo en diversas etapas generales, con sus respectivas referencias numéricas a saber a saber:
Etapa I: Preparación del “Programa Digital de Trabajo”
[0010] El operador carga al sistema un “Modelo 3D Digital de la Estructura” 201 sobre la cual sistema debe ejercer una o más tarea robotizadas.
[0020] El operador usa el “Software para Asignación de Tareas”, 202 para definir uno o más:
(a) puntos de trabajo del sistema sobre la estructura,
(b) el tipo de trabajo a realizar, y
(c) parámetros del trabajo a realizar.
[0021] Se registra la actividad definida en el punto anterior en un
“Programa de Trabajo Digital”, 203.
Etapa II: Acercar el sistema a la zona de trabajo, en vahas etapas consecutivas de mayor precisión
[0030] El sistema se posiciona automáticamente, o guiado por el operador, para acercarse al punto de trabajo 100 usando medios de locomoción propios 301 (por ejemplo: eléctricos, neumáticos, hidráulicos) o equipos externos. Sin embargo, manteniendo una distancia de seguridad entre sí mismo (302,303,304,401 ,402,403,404,405) y la estructura de trabajo 100 usando equipos de detección de obstáculos, como cámara digital estereoscópica, 403, y/o radar 404 para alertar al operador y/o detener el equipo en forma automática.
[0040] El sistema toma una o más fotografías digitales de la estructura 100 con cámara digital estereoscópica 403.
[0041] La o las fotografía(s) digitales son usadas por el operador como apoyo para acercar un brazo de sujeción 303, de uno o más grados de libertad, a la estructura 100.
[0042] El “Algoritmo de detección de obstáculos” procesa una o más imágenes tomadas con cámaras digitales, 305 y/o 403, pudiendo ser imágenes 2D o estereoscópicas, y/o sensores de distancia, 404, de uno o más ejes a base de radares, láser u otra radiación electromagnética, para la detección de obstáculos.
[0043] Este sistema alerta, mediante señales digitales, visuales y/o auditivas al operador, o sistema automático de movimiento, de un obstáculo en la trayectoria de viaje que podría generar una colisión entre el sistema y la estructura de interés.
[0044] Después de revisar imágenes de detección de obstáculos, 305, y cámara digital 403 y/o sensor de 404, el operador, o sistema automático, activa los siguientes equipos para sujetar el sistema a la estructura de interés: a) mordaza 304 y/o b) electroimán 306.
Etapa III: Localización de partes de la estructura sobre las cuales se debe trabajar
[0050] Se toma una o más fotografías con una cámara digital, 403, pudiendo estas ser imágenes planas o estereoscópicas.
[0051] Previo al inicio de los trabajos, un “Algoritmo de detección de objetos” es entrenado para detectar las partes de interés de la estructura sobre cual se debe operar (i.e. perno, remache, pletina).
[0052] El algoritmo procesa la imagen, entregando la siguiente información de cada parte de interés detectada en la imagen: a) individualización de la o las partes, b) ubicación espacial de la o las partes, c) orientación de la o las partes, d) puntos espaciales de referencia, de la superficie sobre cual están las partes de interés.
[0053] La información anterior es usada por un “Algoritmo de Alineamiento del Modelo 3D” que encuentra la contraparte digital cada parte anterior en el “Modelo 3D de la estructura”, 201.
[0054] Según el “Programa Digital de Trabajo”, 203, se define para cada parte identificada e individualizada: a) tarea a realizar b) secuencia de operación c) parámetros de operación
Etapa IV: Posicionamiento de la herramienta
[0060] Para definir una trayectoria de acercamiento a la parte de interés con la herramienta definida en el “Programa Digital de Trabajo”, el “Algoritmo de planificación de trayectoria” toma las siguientes entradas: a) las coordenadas y orientaciones de las partes de interés sobre las cual se debe actuar desde en el “Programa Digital de Trabajo” b) las posiciones de las mismas partes en coordenadas del mundo real según “Algoritmo de Alineamiento del Modelo 3D”, y c) la ubicación de las partes del sistema basado en un modelo fisico matemático del mismo.
[0061] El brazo robótico 401, de 5 o más grados de libertad, se mueve según indicado por el “Algoritmo de planificación de trayectoria”.
[0062] El brazo posiciona la herramienta sobre la parte de interés según indicado por el “Algoritmo de planificación de trayectoria”.
[0063] Uno o más sensores de fuerza, 402, alimentan el modelo fisico matemático de la trayectoria definida por el “Algoritmo de planificación de trayectoria” con información de tacto para ajustar la trayectoria hasta que la herramienta esté en la posición de trabajo.
[0064] La herramienta, 405, es activada por el operador o el sistema para ejecutar la tarea descrita en el “Programa Digital de Tareas”, 203, con los parámetros indicados en la misma.
[0065] La posición u orientación de la herramienta, 405, podrá ser corregida por el sistema usando información complementaria tomada de sus instrumentos como cámaras digitales, 403, y/o sensores de distancia 404 y/o 305.
Etapa V: Registro de trabajo
[0070] Una vez terminada la tarea asignada en el “Programa Digital de Tareas”, 203, sobre la parte de la estructura, 100, según los parámetros del mismo programa, 203, se registra, en un documento digital, “Registro Digital de Trabajo”, 204:
1. Solicitud a. nombre del modelo, b. descripción de la actividad realizada, c. parámetros solicitados, d. nombre y/o ID de la parte de interés, e. coordenadas y orientación de la parte de interés,
2. Ejecución de la tarea a. fecha y hora de ejecución, b. fotografía de la parte de interés o equipos relacionada a la ejecución de la tarea, antes de iniciar la tarea, c. coordenadas y orientación medida de la parte de interés, d. mediciones realizadas propios de la ejecución de la tarea, por ejemplo, a la herramienta, equipos o partes que lo suministran a la herramienta, o equipos o partes que son afectados por la ejecución de la tarea. Estas mediciones pueden incluir, pero no son limitadas a voltaje, corriente, torque, presión, flujo y temperatura. e. fotografía de la(s) parte(s) de interés, o equipos relacionados a la ejecución de la tarea, después de ejecutar la actividad.
El método de la presente invención corresponde en definitiva a: un método de operación de un sistema robótico que emplea inteligencia artificial y técnicas de redes neuronales para realizar tareas en estructuras, en particular la aplicación de elementos para la unión entre partes de una estructura en forma sistemática, automática, sem ¡-automática o tele-operada, controlada y conforme a un diseño predeterminado, usando medios de unión tales como - pero no limitado a - apriete de tuercas con una llave de torque, llave de impacto o tensionador de pernos, herramienta para aplicación de remaches, tarugos,
tornillos u otros elementos de sujeción similares, en diversas estructuras y alturas de forma autónoma para el montaje de estructuras tales como - pero no limitado a - construcciones, edificios o galpones realizando un registro informatizado del resultado de todo el proceso de unión entre partes sin la presencia de personas en el frente de trabajo, evitando la exposición de personas a riesgos por trabajar en altura y por la manipulación de herramientas, garantizando la precisión del proceso de aplicación de los elementos de unión de acuerdo con dicho diseño predeterminado.
Como se ha señalado, este método comprende: a) preparar los medios computacionales con un programa digital de trabajo, que comprende: cargar un modelo 3D digital de la estructura sobre el cual el sistema robótico deberá realizar una o más tareas; b) acercar mediante una pluralidad de etapas consecutivas el sistema robotizado a la zona de trabajo mediante los medios de desplazamiento y sujeción, dicha etapa comprende: i. posicionar el sistema automáticamente, o guiado por el operador, para acercarse al punto de trabajo usando los medios de desplazamiento (eléctricos, neumáticos o hidráulicos) o equipos externos;
¡i. tomar una o más fotografías digitales de la estructura con una cámara digital o estereoscópica para guiar el uso de la herramienta; i¡¡. usar la o las fotografía(s) digitales por el operador como apoyo para acercar un brazo articulado de uno o más grados de libertad para sujeción entre el vehículo genérico y la estructura; iv. procesar mediante un algoritmo de detección de obstáculos una o más imágenes tomadas con radar, cámara digital, cámara estereoscópica y otro medio que apoya el acercamiento del brazo articulado a la estructura y/o cámara
digital o estereoscópica para guiar el uso de la herramienta, pudiendo ser imágenes 2D o estereoscópicas, y/o sensores de distancia (cámara digital, cámara estereoscópica o radar para guiar y evitar colisiones), de uno o más ejes a base de radares, láser u otra radiación electromagnética, para la detección de obstáculos, una vez de revisar imágenes de detección de obstáculos, radar, cámara digital, cámara estereoscópica y otro medio que apoya el acercamiento de a la estructura, y cámara digital o estereoscópica para guiar el uso de la herramienta y/o sensor de la cámara digital, cámara estereoscópica o radar para guiar y evitar colisiones, el operador, o sistema automático, activa una mordaza (pinza u otro medio mecánico de sujeción, opcional) y/o un electroimán para sujetar el sistema a la estructura de interés; c) localizar las partes de la estructura sobre las cuales se debe trabajar, esta etapa comprende: tomar una o más fotografías con una cámara digital o estereoscópica para guiar el uso de la herramienta, pudiendo estas ser imágenes planas o estereoscópicas; detectar, previo al inicio de los trabajos, mediante un algoritmo de detección de objetos basado en inteligencia artificial y redes neuronales las partes de interés de la estructura sobre cual se debe operar (tuerca, perno, remache, tarugo, perforación o pletina), en donde dicho algoritmo procesa la imagen, entregando la individualización de las partes, la ubicación espacial de las partes, la orientación de las partes y los puntos espaciales, de referencia y de la superficie sobre la cual están las partes de interés; luego un algoritmo de alineamiento del modelo 3D digital encuentra la contraparte digital de cada parte en el modelo 3D digital de la estructura; finalmente se define para cada parte identificada e individualizada la tarea a realizar, la secuencia de operación y los parámetros de operación;
d) posicionar la herramienta para definir una trayectoria de acercamiento a la parte de interés con la herramienta definida en el programa digital de trabajo; e) terminar la tarea asignada en el programa digital de tareas, sobre la parte de la estructura según los parámetros del programa digital de los trabajos, y parámetros que lo describen, que se deben realizar sobre la estructura.
En modalidades preferidas de este método se tiene que la etapa de preparar los medios computacionales comprende utilizar un programa computacional para la asignación de tareas para definir los puntos de trabajo del sistema robotizado sobre la estructura, el tipo de trabajo a realizar, parámetros del trabajo a realizar y registro del trabajo a realizar; la etapa de posicionar el sistema automáticamente comprende mantener una distancia de seguridad entre las partes del sistema robotizado y la estructura de trabajo usando equipos de detección de obstáculos, como cámara digital estereoscópica y/o radar para alertar al operador y/o detener el equipo en forma automática; y la etapa de procesar mediante un algoritmo de detección de obstáculos una o más imágenes tomadas comprende generar una alerta, mediante señales digitales, visuales y/o auditivas al operador, o sistema automático de movimiento, de un obstáculo en la trayectoria de viaje que podría generar una colisión entre el sistema y la estructura de interés.
En otras modalidades preferidas del método de la presente invención se tiene que la etapa de posicionar la herramienta, el algoritmo de planificación de trayectoria toma los siguientes datos de entrada: las coordenadas y orientaciones de las partes de interés sobre las cuales se debe actuar desde en el programa digital de trabajo, las posiciones de las mismas partes en coordenadas del mundo real según el algoritmo de alineamiento del modelo 3D digital, y la ubicación de las partes del sistema basado en un modelo fisico matemático del mismo, en donde el brazo robótico con 5 o más grados de libertad, se mueve según indicado por el algoritmo de planificación de trayectoria,
el brazo posiciona la herramienta sobre la parte de interés según indicado por el algoritmo de planificación de trayectoria; uno o más sensores de fuerza para apoyar el posicionamiento de la herramienta en o sobre la estructura, alimentan el modelo físico-matemático de la trayectoria definida por el algoritmo de planificación de trayectoria con información de tacto para ajustar la trayectoria hasta que la herramienta esté en la posición de trabajo, la herramienta operada por el sistema es activada por el operador o el sistema robótico para ejecutar la tarea descrita en el programa digital de tareas con los parámetros indicados en la misma, en donde la posición u orientación de la herramienta operada por el sistema podrá ser corregida por el sistema usando información complementaria tomada de sus instrumentos como cámara digital o estereoscópica para guiar el uso de la herramienta y/o sensores de distancia: cámara digital, cámara estereoscópica o radar para guiar y evitar colisiones.
En otras modalidades de este método se tiene que la etapa de terminar la tarea asignada comprende registrar en un instrumento digital denominado registro digital de trabajo la solicitud con: el nombre del modelo, la descripción de la actividad realizada, los parámetros solicitados, el nombre y/o la ID de la parte de interés, y coordenadas y orientación de la parte de interés, y la ejecución de la tarea con: fecha y hora de ejecución, fotografía de la parte de interés o equipos relacionada a la ejecución de la tarea, antes de iniciar la tarea, coordenadas y orientación medida de la parte de interés, mediciones realizadas propios de la ejecución de la tarea, por ejemplo a la herramienta, equipos o partes que suministran a la herramienta, o equipos o partes que son afectados por la ejecución de la tarea, en donde estas mediciones pueden incluir, pero no son limitadas a voltaje, corriente, torque, presión, flujo y temperatura, y la fotografía de la(s) parte(s) de interés, o equipos relacionados a la ejecución de la tarea, después de ejecutar la tarea.
Luego de la descripción detallada de la presente invención en sus diversas modalidades, en el próximo apartado se presenta el pliego de reivindicaciones, con el detalle técnico asociado al sistema y método descrito.
Claims
1 . Un sistema robótico que emplea inteligencia artificial y técnicas de redes neuronales para la instalación de anclajes - por ejemplo el torqueo de pernos - para apriete sistemático, automático, sem ¡-automático o tele-operado, controlado de las partes de una estructura conforme a un diseño predeterminado, de medios de unión tales como - pero no limitado a - tuercas, pernos, tornillos, remaches, tarugos u otros elementos de sujeción similares, en diversas estructuras y alturas de forma autónoma para el montaje de estructuras tales como - pero no limitado a - construcciones, edificios o galpones realizando un registro informatizado del resultado de todo el proceso de unión, por ejemplo torqueo para apriete, sin la presencia de personas en el frente de trabajo, evitando la exposición de personas a riesgos por trabajar en altura y por la manipulación de herramientas, garantizando la precisión de las características de la unión de acuerdo con dicho diseño predeterminado, CARACTERIZADO porque el sistema comprende: a) medios computacionales que comprenden: i. un modelo 3D digital de la estructura a trabajar;
¡i. medios para generar una imagen 3D de la estructura física; i¡¡. un programa computacional para comparar y alinear el modelo digital 3D original con la imagen 3D tomada por el sistema; iv. un programa digital de los trabajos con los puntos de trabajo del sistema sobre la estructura, el tipo, parámetros y registro del trabajo a realizar; b) medios de desplazamiento y sujeción; c) un brazo robótico con herramienta que comprende: i. un brazo robótico;
¡i. un sensor de fuerza para apoyar el posicionamiento de la herramienta en o sobre la estructura; i¡¡. medios para guiar el uso de la herramienta; iv. medios para guiar y evitar colisiones;
v. una herramienta operada por el sistema para unir componentes de una estructura.
2. Un sistema robótico de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque los medios para generar una imagen 3D de la estructura física se realizan a partir de fotografías digitales o escaneo 3D.
3. Un sistema robótico de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque los medios de desplazamiento y sujeción comprenden: i. un vehículo genérico autónomo o tele-operado para desplazamiento del sistema dentro, alrededor o sobre la estructura; ¡i. un radar, cámara digital, cámara estereoscópica y otro medio que apoya el acercamiento del brazo articulado a la estructura; i¡¡. un brazo articulado para sujeción entre el vehículo genérico y la estructura; iv. un medio mecánico de sujeción, opcional; y v. un electroimán para sujetar el sistema a la estructura.
4. Un sistema robótico de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el medio mecánico de la reivindicación anterior corresponde a una pinza.
5. Un sistema robótico de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque los medios de desplazamiento y sujeción son eléctricos, neumáticos o hidráulicos.
6. Un sistema robótico de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el brazo robótico comprende 5 o más grados de libertad.
7. Un sistema robótico de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque los medios para guiar el uso de la herramienta comprenden una cámara digital o estereoscópica.
8.- Un sistema robótico de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque los medios para guiar y evitar colisiones comprenden una cámara digital, una cámara estereoscópica o un radar.
9.- Un sistema robótico de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la herramienta operada por el sistema para unir componentes de una estructura, corresponde, pero no está limitada a, una llave de torque, un tensionador de pernos, una llave de impacto, un atornillador, una remachadora u otras herramientas o aditamentos para la aplicación de elementos de unión.
10.- Un sistema robótico de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la herramienta operada para unir componentes de una estructura, comprende medios para unir dichos componentes de forma secuencial de acuerdo a posiciones predeterminadas.
11 .- Un sistema robótico de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque la herramienta operada para unir componentes de una estructura, comprende múltiples velocidades de giro y/o apriete.
12.- Un método de operación de un sistema robótico que emplea inteligencia artificial y técnicas de redes neuronales para realizar tareas en estructuras, en particular la aplicación de elementos para la unión entre partes de una estructura en forma sistemática, automática, sem ¡-automática o tele-operada, controlada y conforme a un diseño predeterminado, usando medios de unión tales como - pero no limitado a - apriete de tuercas con una llave de torque, llave de impacto o tensionador de pernos, herramienta para aplicación de remaches, tarugos, tornillos u otros elementos de sujeción similares, en diversas estructuras y alturas de forma autónoma para el montaje de estructuras tales como - pero no limitado a - construcciones, edificios o galpones realizando un registro informatizado del resultado de todo el proceso de unión entre partes sin la presencia de personas en el frente de trabajo, evitando la exposición de personas a riesgos por trabajar en altura y por la manipulación de herramientas, garantizando la precisión del
proceso de aplicación de los elementos de unión de acuerdo con dicho diseño predeterminado, CARACTERIZADO porque el método comprende: a) preparar los medios computacionales con un programa digital de trabajo, que comprende: cargar un modelo 3D digital de la estructura sobre el cual el sistema robótico deberá realizar una o más tareas; b) acercar mediante una pluralidad de etapas consecutivas el sistema robotizado a la zona de trabajo mediante los medios de desplazamiento y sujeción, dicha etapa comprende: i. posicionar el sistema automáticamente, o guiado por el operador, para acercarse al punto de trabajo usando los medios de desplazamiento (eléctricos, neumáticos o hidráulicos) o equipos externos;
¡i. tomar una o más fotografías digitales de la estructura con una cámara digital o estereoscópica para guiar el uso de la herramienta; i¡¡. usar la o las fotografía(s) digitales por el operador como apoyo para acercar un brazo articulado de uno o más grados de libertad para sujeción entre el vehículo genérico y la estructura; iv. procesar mediante un algoritmo de detección de obstáculos una o más imágenes tomadas con radar, cámara digital, cámara estereoscópica y otro medio que apoya el acercamiento del brazo articulado a la estructura y/o cámara digital o estereoscópica para guiar el uso de la herramienta, pudiendo ser imágenes 2D o estereoscópicas, y/o sensores de distancia (cámara digital, cámara estereoscópica o radar para guiar y evitar colisiones), de uno o más ejes a base de radares, láser u otra radiación electromagnética, para la detección de obstáculos, una vez de revisar imágenes de detección de obstáculos, radar, cámara digital, cámara estereoscópica y otro medio que apoye el acercamiento de
a la estructura, y cámara digital o estereoscópica para guiar el uso de la herramienta y/o sensor de la cámara digital, cámara estereoscópica o radar para guiar y evitar colisiones, el operador, o sistema automático, activa una mordaza (pinza u otro medio mecánico de sujeción, opcional) y/o un electroimán para sujetar el sistema a la estructura de interés; c) localizar las partes de la estructura sobre las cuales se debe trabajar, esta etapa comprende: tomar una o más fotografías con una cámara digital o estereoscópica para guiar el uso de la herramienta, pudiendo estas ser imágenes planas o estereoscópicas; detectar, previo al inicio de los trabajos, mediante un algoritmo de detección de objetos basado en inteligencia artificial y redes neuronales las partes de interés de la estructura sobre cual se debe operar (tuerca, perno, remache, tarugo, perforación o pletina), en donde dicho algoritmo procesa la imagen, entregando la individualización de las partes, la ubicación espacial de las partes, la orientación de las partes y los puntos espaciales, de referencia y de la superficie sobre la cual están las partes de interés; luego un algoritmo de alineamiento del modelo 3D digital encuentra la contraparte digital de cada parte en el modelo 3D digital de la estructura; finalmente se define para cada parte identificada e individualizada la tarea a realizar, la secuencia de operación y los parámetros de operación; d) posicionar la herramienta para definir una trayectoria de acercamiento a la parte de interés con la herramienta definida en el programa digital de trabajo; e) terminar la tarea asignada en el programa digital de tareas, sobre la parte de la estructura según los parámetros del programa digital de los trabajos, y parámetros que lo describen, que se deben realizar sobre la estructura.
13.- Método de acuerdo con la reivindicación 12, CARACTERIZADO porque la etapa de preparar los medios computacionales comprende utilizar un programa computacional para la asignación de tareas para definir los puntos de trabajo del sistema robotizado sobre la estructura, el tipo de trabajo a realizar, parámetros del trabajo a realizar y registro del trabajo a realizar.
14.- Método de acuerdo con la reivindicación 12, CARACTERIZADO porque la etapa de posicionar el sistema automáticamente comprende mantener una distancia de seguridad entre las partes del sistema robotizado y la estructura de trabajo usando equipos de detección de obstáculos, como cámara digital estereoscópica y/o radar para alertar al operador y/o detener el equipo en forma automática.
15.- Método de acuerdo con la reivindicación 12, CARACTERIZADO porque la etapa de procesar mediante un algoritmo de detección de obstáculos una o más imágenes tomadas comprende generar una alerta, mediante señales digitales, visuales y/o auditivas al operador, o sistema automático de movimiento, de un obstáculo en la trayectoria de viaje que podría generar una colisión entre el sistema y la estructura de interés.
16. Método de acuerdo con la reivindicación 12, CARACTERIZADO porque en la etapa de posicionar la herramienta, el algoritmo de planificación de trayectoria toma los siguientes datos de entrada: las coordenadas y orientaciones de las partes de interés sobre las cuales se debe actuar desde en el programa digital de trabajo, las posiciones de las mismas partes en coordenadas del mundo real según el algoritmo de alineamiento del modelo 3D digital, y la ubicación de las partes del sistema basado en un modelo físico-matemático del mismo, en donde el brazo robótico con 5 o más grados de libertad, se mueve según indicado por el algoritmo de planificación de trayectoria, el brazo posiciona la herramienta sobre la parte de interés según indicado por el algoritmo de planificación de trayectoria; uno o más sensores de fuerza para apoyar el posicionamiento de la herramienta en o sobre la estructura, alimentan el modelo físico-matemático de
la trayectoria definida por el algoritmo de planificación de trayectoria con información de tacto para ajustar la trayectoria hasta que la herramienta esté en la posición de trabajo, la herramienta operada por el sistema es activada por el operador o el sistema robótico para ejecutar la tarea descrita en el programa digital de tareas con los parámetros indicados en la misma, en donde la posición u orientación de la herramienta operada por el sistema podrá ser corregida por el sistema usando información complementaria tomada de sus instrumentos como cámara digital o estereoscópica para guiar el uso de la herramienta y/o sensores de distancia: cámara digital, cámara estereoscópica o radar para guiar y evitar colisiones.
17. Método de acuerdo con la reivindicación 12, CARACTERIZADO porque la etapa de terminar la tarea asignada comprende registrar en un instrumento digital denominado registro digital de trabajo la solicitud con: el nombre del modelo, la descripción de la actividad realizada, los parámetros solicitados, el nombre y/o la ID de la parte de interés, y coordenadas y orientación de la parte de interés, y la ejecución de la tarea con: fecha y hora de ejecución, fotografía de la parte de interés o equipos relacionada a la ejecución de la tarea, antes de iniciar la tarea, coordenadas y orientación medida de la parte de interés, mediciones realizadas propios de la ejecución de la tarea, por ejemplo a la herramienta, equipos o partes que suministran a la herramienta, o equipos o partes que son afectados por la ejecución de la tarea, en donde estas mediciones pueden incluir, pero no son limitadas a voltaje, corriente, torque, presión, flujo y temperatura, y la fotografía de la(s) parte(s) de interés, o equipos relacionados a la ejecución de la tarea, después de ejecutar la tarea.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/CL2020/050039 WO2021207861A1 (es) | 2020-04-14 | 2020-04-14 | Un sistema y método robótico para la unión de las partes de una estructura usando anclajes como tuercas, pernos, tornillos, tarugos o remaches en diversas estructuras y alturas, de forma autónoma, sin la presencia de personas en el frente de trabajo |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/CL2020/050039 WO2021207861A1 (es) | 2020-04-14 | 2020-04-14 | Un sistema y método robótico para la unión de las partes de una estructura usando anclajes como tuercas, pernos, tornillos, tarugos o remaches en diversas estructuras y alturas, de forma autónoma, sin la presencia de personas en el frente de trabajo |
Publications (1)
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|---|---|
| WO2021207861A1 true WO2021207861A1 (es) | 2021-10-21 |
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ID=78083568
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| PCT/CL2020/050039 WO2021207861A1 (es) | 2020-04-14 | 2020-04-14 | Un sistema y método robótico para la unión de las partes de una estructura usando anclajes como tuercas, pernos, tornillos, tarugos o remaches en diversas estructuras y alturas, de forma autónoma, sin la presencia de personas en el frente de trabajo |
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| WO (1) | WO2021207861A1 (es) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210387342A1 (en) * | 2020-06-11 | 2021-12-16 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Robot control system, robot control method, and computer-readable storage medium |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180272535A1 (en) * | 2017-03-22 | 2018-09-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Object handling device and calibration method thereof |
| EP2973074B1 (en) * | 2013-03-15 | 2019-04-24 | Carnegie Mellon University | A supervised autonomous robotic system for complex surface inspection and processing |
| US10272573B2 (en) * | 2015-12-18 | 2019-04-30 | Ge Global Sourcing Llc | Control system and method for applying force to grasp a brake lever |
| US20200046169A1 (en) * | 2019-09-10 | 2020-02-13 | Lg Electronics Inc. | Robot system and control method of the same |
-
2020
- 2020-04-14 WO PCT/CL2020/050039 patent/WO2021207861A1/es active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2973074B1 (en) * | 2013-03-15 | 2019-04-24 | Carnegie Mellon University | A supervised autonomous robotic system for complex surface inspection and processing |
| US10272573B2 (en) * | 2015-12-18 | 2019-04-30 | Ge Global Sourcing Llc | Control system and method for applying force to grasp a brake lever |
| US20180272535A1 (en) * | 2017-03-22 | 2018-09-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Object handling device and calibration method thereof |
| US20200046169A1 (en) * | 2019-09-10 | 2020-02-13 | Lg Electronics Inc. | Robot system and control method of the same |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210387342A1 (en) * | 2020-06-11 | 2021-12-16 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Robot control system, robot control method, and computer-readable storage medium |
| US11731275B2 (en) * | 2020-06-11 | 2023-08-22 | Toyota Jidosha Kabichiki Kaisha | Robot control system, robot control method, and computer-readable storage medium |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 20930696 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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| DPE1 | Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101) | ||
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 20930696 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |