DESCRIPCIÓN:

SEMÁFORO SOLAR GRADUABLE CON IOT.

Sector Tecnológico:

Los semáforos son dispositivos de señalización mediante los cuales se regula la circulación de vehículos, bicicletas y peatones en vías, asignando el derecho de paso o prelación de vehículos y peatones secuencialmente, por las indicaciones de luces de color rojo, amarillo y verde, operadas por una unidad electrónica de control.

El semáforo es un dispositivo útil para el control y la seguridad, tanto de vehículos como de peatones. Debido a la asignación, prefijada o determinada por el tránsito, del derecho de vía para los diferentes movimientos en intersecciones y otros sitios de las vías, el semáforo ejerce una profunda influencia sobre el flujo del tránsito. Por lo tanto, es de vital importancia que la selección y uso de tan importante artefacto de regulación sea precedido de un estudio exhaustivo del sitio y de las condiciones del tránsito.

Los semáforos se usarán para desempeñar, entre otras, las siguientes funciones:

-Interrumpir periódicamente el tránsito de una corriente vehicular o peatonal para permitir el paso de otra corriente vehicular.

-Regular la velocidad de los vehículos para mantener la circulación continua a una velocidad constante.

-Controlar la circulación por carriles.

-Eliminar o reducir el número y gravedad de algunos tipos de accidentes, principalmente los que implican colisiones perpendiculares.

-Proporcionar un ordenamiento del tránsito

Según el Ministerio de Transporte de Colombia en el manual de señalización vial de acuerdo con el mecanismo de operación de sus unidades de control, los semáforos se clasifican en:

1 . Semáforos para el control del tránsito de vehículos (los criterios utilizados para esta clase de semáforos son igualmente aplicables en ciclorrutas).

2. Semáforos para pasos peatonales 3. Semáforos especiales.

Los adelantos tecnológicos en los semáforos se han enfocado en controlar el tráfico y hacerlos más efectivos en control de movilidad, pero poco se ha hecho frente innovaciones respecto a hacer más fácil su mantenimiento, reparaciones e instalación que es en lo que se enfoca esta invención.

Tecnología Anterior:

Para instalar un semáforo nuevo de manera permanente con brazos sobre la vía se necesitan varias personas, una para operar la máquina elevadora con canasta, otra que está en la canasta de elevación sosteniendo el poste que se va instalar sobre la vía, otra en el poste vertical del semáforo para guiar la otra punta soldarla al poste vertical y/o asegurarla con tornillos y al menos otras 2 señalizando y controlando el transito mientras se asegura el poste sobre la calzada, mientras se hacen las conexiones eléctricas y se le instala y asegura al poste el semáforo superior que debe quedar a más de 4.5 metros del suelo según la norma.

Para instalar un semáforo nuevo de manera permanente, los brazos de semáforo que proyectan los semáforos sobre la mitad de las vías en la parte superior a alturas superiores a los 4.5 metros sobre la calzada, se requiere de máquinas elevadoras y cerrar las vías mientras se realiza el acople con soldadura o tornillos entre el poste que está en la acera, también para instalar el semáforo, luces superiores y demás elementos en el brazo que va a quedar suspendido sobre la vía.

Cada semáforo que se instala viene con medidas de sus postes previamente tomadas y con esta medida se fabrica uno a uno, para según el sitio donde se va instalar y las distancias al piso según altura de la acera, el tamaño de la via etc. Por lo que ningún semáforo se puede fabricar de manera estándar para que sirva para todos los casos, no hay un tipo de semáforo universal que se adapte cualquier vía cumpliendo con las normas de altura, distancia y demás requeridas.

Si las medidas de altura al piso llegan a ser menores a 4.5 metros al momento de instalar el poste sobre la vía y el semáforo sujeto a él, debe retirarse y fabricar otro juego de postes que garantice la medida mínima que pide la norma. Para esto deben estar haciendo mediciones continuas de manera manual durante la instalación para verificar que quede bien. Cuando los semáforos ya están instalados y requieren mantenimiento, pintura, cambio de luces dañadas etc. Se requiere nuevamente cerrar las vías, usar un vehículo con canasta elevadora y al menos 5 personas para lo logística necesaria. Las vías permanecen cerradas mientras dura la reparación o el mantenimiento generando congestión y contaminación ambiental asociada.

Los semáforos tiene más de 100 años de haber sido inventados con el enfoque principal de regular el transito tal como está descrito en el manual de señalización vial del Ministerio de Transporte de Colombia, autoridad competente en la materia donde se describen todos los tipos de semáforos y las tecnologías para mejorar el control del tránsito.

Semáforos portátiles, semáforos vehiculares, semáforos peatonales y semáforos preventivos dotados de tecnología para mejorar el transito son una constante, pero no han hecho muchas innovaciones en la forma de instalar, reparar, operar y mantenimiento de los semáforos.

En los últimos años la visión del mundo ha cambiado, ahora se pregonan practicas más eficientes y sostenibles para las ciudades, la ONU para más de 170 países ha establecido metas comunes en los Objetivos de desarrollo sostenible entre ellas orientadas a mitigar los efectos del cambio climático que afectarían la energía y por ende la movilidad y los accidentes por semáforos apagados, también están los efectos sobre la seguridad energética y la contaminación que se produce en trancones, congestiones fallas de los semáforos que para su reparación requieren de una logística que genera problemas de movilidad y debe tener una planeación previa importante y contar con energía eléctrica para las reparaciones e instalación.

Descripción de la Invención.

Esta máquina de semáforo solar con loT opera como lo hace un compás, ya que cuenta con un par de brazos articulados, los cuales están vinculados entre sí mediante un eje, lo que le permite al brazo que va sobre la vía cerrarse contra el poste que está en la acera o abrirse los grados que se requiera para que la punta donde está el semáforo que esta sobre la vía se pueda colocar a una altura reglamentaria superior a los 4.5 metros y ajustar la longitud con una punta retráctil, con la ayuda de sensores que de manera automática y con energía solar le indica al instalador cuando está a la altura adecuada e informan a un supervisor de manera remota mediante loT a su Smartphone si el semáforo quedo instalado correctamente.

La invención propuesta es una maquina que se centra en la instalación, el mantenim iento, la operación y la reparación de los semáforos de manera que se cause el mínimo impacto ambiental y se tenga la seguridad energética para poder instalar los semáforos, repararlos y hacerles mantenimiento de manera rápida y menos costosa que la tecnología anterior, sin utilizar grúas, ni requerir de más de 2 personas, ni cerrar las vías o obstaculizarlas con los carros dotados de canasta elevadora, pudiendo repararlos sin necesidad de usar energía eléctrica convencional que puede NO estar disponible por diferentes factores como el cambio climático o cualquier otra falla del suministro eléctrico y disminuyendo mayores impactos ambientales respecto a los que causa el mantenimiento de la tecnología anterior que requiere cerrar las vías para acceder en la altura a semáforos sobre el centro de las vías.

Esta invención utiliza, tecnologías economía naranja que integran ^" loT ^" internet de las cosas, Inteligencia "\ " y machinelearning operando autónomamente con energía solar en una máquina tipo semáforo con sensores para facilitar la instalación de los semáforos, el mantenimiento, la operación y las reparaciones con mínimo impacto ambiental y disminuyendo los costos y logística.

La estructura metálica para instalación y mantenimiento se fusiona en el mismo semáforo y hace parte de este de manera integral generando amplias ventajas de disminución de costos, tiempo, materiales, permitiendo de manera universal adaptarse a las vías, su altura, longitud y con sensores que durante la instalación indican si la altura y configuración son adecuadas las cuales se pueden ir graduando en sitio con unos tornillos y remotamente mediante internet de las cosas loT, un supervisor o interventor sin estar en el sitio de instalación puede recibir los datos de si el semáforos está siendo instalado de manera correcta y a la altura correcta, datos que puede ver en una aplicación móvil en su celular o con cualquier dispositivo o computador conectado a internet.

La energía para la instalación del semáforo, las herramientas, los sensores, internet de las cosas, operación autónoma, energía para reparaciones y configuración la suministra un panel solar ubicado sobre el lado superior del poste de semáforo que va sobre la vía, no necesitando este semáforo de energía convencional de la red eléctrica para su mantenimiento, operación, instalación y reparaciones, la cual se puede almacenar en baterías, tampoco necesitando vehículos, motores o máquinas para izar los postes e instalarlos en la vía. Esta invención tiene la ventaja de usar elementos muy livianos de muy bajo consumo y con un diseño especial para su eficiencia, de manera que puedan sus piezas universales ser armadas en sitio y ajustadas las variables de longitud y altura con asistencia de sensores y monitoreo remoto que indican los parámetros adecuados de instalación y la supervisión de la misma, esta misma tecnología y estructuras una vez instalado se convierten en partes de operación del semáforo.

Para instalar de manera permanente esta invención en una vía, no se requiere cerrar la vía, ni vehículos con canasta elevadora, tampoco trabajar en altura. En la acera se ensamblan las partes y en menos de 30 segundos se iza el poste vertical que va sobre la vía con su respectivo semáforo y panel solar previamente ensamblados, se ajusta la longitud y gracias a su diseño tipo compás se empuja con una perdiga la punta del semáforo que va quedar sobre la vía y los sensores instalados en el poste indican al instalador cuando está a la altura correcta superior a 4.5 metros, cuando una señal sonora indica que está a la altura correcta en momento se coloca un pasador que asegura la altura quedando instalado el semáforo y en operación con energía solar, las herramientas eléctricas como destornilladores y taladros usados para ensamble e instalación se alimentan de la energía solar generada y almacenada en batería, no requiere de energía convencional ni para operar ni para instalarlo o repararlo.

En los casos de mantenimiento del semáforo, pintura y reparaciones, en menos de 30 segundos se puede tener acceso en la acera tanto del poste vertical sobre la vía como del semáforo que estaba a una altura de más de 4.5 metros para poder cambiarle las luces, reparar o pintar sin requerir más de 2 personas, ni maquinas, ni trabajo peligroso en altura y sin bloquear la vía. Solo se coloca la perdiga para bajar suavemente el brazo que tiene semáforos muy livianos menos de 1 Kg de peso y se le quita un perno de manera que la estructura en forma de compás permite bajar el brazo fácilmente y el sistema cuenta con memoria e indicador para dejarlo nuevamente en el punto correcto e indicar al supervisor de manera remota que el mantenimiento fue efectuado y el semáforo quedo operando correctamente.

Este semáforo solar graduable con loT está conformado por un brazo (1 ) retráctil que entra dentro de sí mismo, vinculado con un poste (2) mediante un eje (3) que le permite moverse al brazo (1 ) como lo hace el brazo de un compás. Unas platinas (4) con tornillos soportan el eje (3) y los pernos (5) con los que se fija la altura deseada del brazo (1 ). El brazo (1 ) incorpora sobre parte superior un panel solar (6) y hacia el extremo más lejano al andén un semáforo (7) muy delgado y liviano que queda sobre el centro de las vías en que se instale. También incorpora en la parte inferior del brazo (1 ) al lado del semáforo (7) un sensor (8) láser que mide varias variables y está constantemente monitoreando la distancia al suelo durante la instalación o mantenimiento, cuando el semáforo está instalado el sensor (8) toma datos de la vía.

El poste (2) en su parte inferior tiene una platina que se asegura al piso, en uno de sus lados incorpora un semáforo (7) y en uno de sus lados por encima del semáforo (7) incorpora un gabinete (9) que aloja batería y circuitos electrónicos, del sistema de internet de las cosas ^" loT ^" para conectar remotamente las variables de instalación y mantenimiento del semáforo con internet, con otros semáforos y/o con otros usuarios. En el gabinete (9) también están los procesadores encargados de procesar los datos del sistema y el sensor (8) de manera que aplicando machinelearning e inteligencia artificial el sistema puede aprender la configuración del semáforo, la altura correcta, los promedios de fallas medir otras variables, garantizar la operación de cambios de las luces y otros datos como los usuarios autorizados y con quien o con que comunicarse según una situación específica datos que comunica mediante loT a internet. También cuenta con una antena (10) que se puede ubicar en cualquier parte del semáforo en caso de que la señal de acceso a Internet de las cosas sea débil en la zona de instalación.

Problema planteado para el desarrollo de esta invención:

El problema planteado se refiere a la dificultad que existe a la hora de la instalación mantenimiento, operación y reparación de semáforos para lo cual se requiere vehículos equipados con canastas, bloquear el tráfico y cerrar vías además de requerir varias personas y acceso a energía eléctrica convencional para poder soldar postes, hacer perforación en tubería pesada y desarrollar los trabajos de instalación, soldaduras y unión de postes, además de requerir muchas personas para esta labor que deben hacer trabajo en alturas y repetir el proceso cada que se requiere reparar semáforos sobre las vías, el problema es aún mayor en zonas donde no hay energía eléctrica disponible cerca del sitio donde se pretende instalar el semáforo teniendo que llevar toda la estructura a un sitio donde se puedan hacer las reparaciones o ensamble. Para que se pueda usar la energía del sol hay que tener en cuenta que los andes y aceras es difícil de recibir rayos solares directos por la sombra de tajados y edificaciones, factor a tener en cuenta en diseñar la solución. Otro problema es que las estructuras para el semáforo deben ser fabricadas a la medida de cada sitio a instalar, no pudiendo producir en serie sistemas universales que se adecúen a la altura y longitud del sitio y que de manera automática puedan indicar a los operarios y supervisores que la instalación esta correcta de acuerdo a la norma y condiciones de seguridad.

Reto técnico a solucionar: El tamaño, el peso, la rapidez de la instalación, la facilidad de ubicación, facilidad de fabricación, la eficiencia energética para poder ser autónomo con energía solar, la forma del sistema, el diseño para la facilidad de instalación y mantenimiento, poder enviar los datos en tiempo real y verificar la instalación, no tener que usar energía convencional, no tener que usar vehículos equipados con canasta ni cerrar vías y no requerir más de 2 personas en el proceso de instalación y mantenimiento.

Disminuir los costos de producción, de instalación, de mantenimiento, de personal y el impacto ambiental y en la movilidad que se tiene actualmente si no se tiene acceso a energía eléctrica y elementos de alto costo como vehículos con canasta para trabajo en altura. Poder producir en masa sistemas universales fáciles de instalar y mantener conectados a internet y sin ningún costo de energía.

Para resolver el problema planteado:

Se propone una invención que utiliza unos tubos muy livianos articulados sobre un eje que los une y le permite a uno de ellos un movimiento similar a un compás dándole la ventaja de poder izar el brazo de semáforo que va sobre una vía en unos pocos segundos, de manera fácil sin requerir, vehículos con canastas ni cerrar las vías afectando el tránsito, esta ventaja se da también para las reparaciones pudiendo en pocos segundos bajar el brazo y reparar en tierra el semáforo o cambiar luces sin cerrar las vías. Este brazo de semáforo permite entonces graduar el ángulo de apertura frente al poste fijo y ajustar la distancia al piso y la longitud con la quedara el semáforo sobre la vía, esta invención incorpora en el brazo un panel solar, semáforos muy livianos, delgados y de alta eficiencia con bajo consumo para funcionar autónomamente con energía solar, no requiere energía convencional para su armado e instalación en sitio, ensamble, operación, reparaciones y mantenimiento. Utiliza además sensor láser y tecnología loT para indicar a los operarios en instalación cuando esta correcta la instalación y la altura frente al piso según la norma técnica y envía también esos datos por loT a los supervisores a sus teléfonos, además de otros datos que recoge con la energía del sol y comparte a internet. Ejemplo de aplicación:

El procedimiento es el siguiente: En una vía que requiere instalar semáforos, 2 personas ensamblan sobre la acera los componentes del semáforo para lo cual se requiere solo de destornilladores eléctricos que se alimentan de la energía del panel solar que se va almacenando en la batería, colocan las platinas y el eje que une los dos postes, adhieren el panel solar, los semáforos y el sensor, posteriormente izan verticalmente brazo y postes con compás cerrado los cuales pesan menos de 10 kilos y son fáciles de manipular y aseguran al piso con pernos el poste que va vertical. Instalan el gabinete sobre el poste vertical y luego con una perdiga o tubo plástico extensible se empuja la punta del brazo y empieza a abrir el compás hasta la altura correcta cuando el sensor sobre el brazo emite la señal sonora de que ya está en la apertura, altura y longitud correctas para ser asegurado mediante un perno pasador que bloquea en esa altura el brazo. Después de 5 minutos de estabilidad de la señal del sensor en la misma altura, envía los datos a internet mediante dispositivo de loT datos que le llegan al supervisor indicando que la instalación es estable satisfactoria y dando los datos de los parámetros con los que quedo instalado el semáforo. A partir de ese momento el semáforo de manera automática después de confirmada su correcta instalación, empieza a operar de manera autónoma con energía solar y transmitir por loT datos.

En el momento de requerir mantenimiento, reparaciones, cambio de luces etc, el proceso de izado se hace al contrario. Se extiende la perdiga debajo del semáforo ubicado en el brazo con un peso menor de 5 Kilogramos, se desasegura el perno que bloquea el brazo en esa altura y se procede a retroceder cerrando el compás hasta que le brazo queda pagado al poste vertical, proceso que tarda medos de 30 segundos, se hacen las reparaciones o cambios de luces en el piso y se iza nuevamente en pocos segundos. El mismo semáforo con la energía del sol almacenada en batería, provee la energía para los destornilladores eléctricos, soldador de estaño y otras herramientas requeridas para reparaciones sin necesidad de usar energía convencional.

En el momento que el brazo cambia de altura para bajarlo a hacerle mantenimiento el sensor detecta el cambio y avisa por internet de las cosas a la persona asignada para supervisar estos eventos, indicándole cual semáforo es su dirección y si tiene asignado mantenimiento o se trata de vandalismo o caída del poste por colisión de un vehículo. Igual cuando están nuevamente dejando el semáforo reparado reporta esos datos igual que cuando se instaló. La máquina aprende y guarda información de los mantenimientos las causas y demás datos además de otras variables que captura el sensor láser cuando el semáforo ya está en operación normal las cuales mediante loT se pueden ver. Esta invención también puede ser usada para hacer auditoría y control a las personas encargadas de mantenimiento de los semáforos y organismos que deben hacer control en las vías pudiendo registrar en tiempo real si estas están cumpliendo su deber legal de hacer control, dejar el registro y orden de servicio del requerimiento para hacer control sobre variables de seguridad vial y actividades con calidad en la operación.

Descripción de las figuras.

Figura 1 :

Se muestra en la figura numero 1 la invención en vista frontal donde se puede ver el semáforo donde el brazo (1 ) está en apertura sobre su posición de longitud y altura requerida.

También se puede ver en la figura 1 Este semáforo solar graduable con loT conformado por un brazo (1 ) que puede modificar su longitud retrayéndose dentro de sí mismo, vinculado con un poste (2) mediante un eje (3) centrado entre unas platinas (4) que tienen unos tornillos que soportan el eje (3) y los pernos (5) con los que se fija la altura deseada del brazo (1 ).

Sobre la parte superior brazo (1 ) se puede ver el panel solar (6) y hacia el extremo de este brazo (1 ) se ve un semáforo (7). Se ve en la parte inferior del brazo (1 ) al lado del semáforo (7) un sensor (8) láser que mide varias variables y está constantemente monitoreando la distancia al suelo durante la instalación o mantenimiento variables que mide y transmite también después de ser instalado.

Se puede ver en la figura 1 un poste (2) que en su parte inferior tiene una platina que se asegura al piso, en uno de sus lados se ve un semáforo (7) y en uno de sus lados por encima del semáforo (7) se ve el gabinete (9), también se ve la antena (10) que esta figura esta sobre el gabinete (9) pero que puede ubicarse en cualquier parte.

Mejor manera de realizar la invención.

El semáforo solar graduable con loT. Se consigue de la siguiente manera:

Dos estructuras huecas en su interior de alta resistencia y poco peso una de ellas el poste vertical se le hacen perforaciones para ubicar gabinete, semáforo y la platina que la une con pernos y un eje de rotación al brazo. La otra estructura se usa de brazo se perforan orificios para instalar panel solar, semáforo y sensor, además de las perforaciones del eje de rotación. Se ensamblan las partes electrónicas y se conectan los cables entre gabinete, semáforos y sensor.

El proceso de instalación es el siguiente: En una vía que requiere instalar semáforos, 2 personas ensamblan sobre la acera los componentes del semáforo Para lo cual se requiere solo de destornilladores eléctricos que se alimentan de la energía del panel solar que se va almacenando en la batería, colocan las platinas y el eje que une los dos postes, adhieren el panel solar, los semáforos y el sensor, posteriormente izan verticalmente brazo y postes con compás cerrado los cuales pesan menos de 8 kilos y son fáciles de manipular y aseguran al piso con pernos el poste que va vertical. Instalan el gabinete sobre el poste vertical y luego con una perdiga o tubo plástico extensible se empuja la punta del brazo y empieza a abrir el compás hasta la altura correcta cuando el sensor sobre el brazo emite la señal sonora de que ya está en la apertura, altura y longitud correctas para ser asegurado mediante un perno pasador que bloquea en esa altura el brazo. Después de 5 minutos de estabilidad de la señal del sensor en la misma altura, envía los datos a internet mediante dispositivo de loT datos que le llegan al supervisor indicando que la instalación es estable satisfactoria y dando los datos de los parámetros con los que quedo instalado el semáforo. A partir de ese momento el semáforo de manera automática después de confirmada su correcta instalación, empieza a operar de manera autónoma con energía solar y transmitir por loT datos.

Para lograr los semáforos en cuanto a los livianos y delgados que son para que la invención en conjunto pueda ser viable con poco peso en la punta del brazo, se requiere usar 2 moldes con la forma característica del semáforo y luego calentar una lámina de policarbonato o el material seleccionado y calentarlo a una temperatura constante e uniforme durante 5 minutos para luego proceder a bajarlo sobre cada molde con succión para darle mejor presentación, luego se retira del calor y se espera 5 minutos para sacar los moldes recortar los excesos de material y colocar al interior las luces de alta eficiencia, luego las tapas frontal y posterior del semáforo se encajan se cierran se les pone silicona industrial para dejarlas herméticas y se le colocan las lentes transparentes a las luces y se le hacen las perforaciones donde van los tornillos para sujetarlos a los postes y brazos de semáforo. Esto asegura un peso menor a 2Kg en la punta del brazo para viabilidad de la invención.

En resumen la Invención que contempla un semáforo universal que se puede instalar de manera permanente en cualquier lugar sin importar las características y medidas de sitio de instalación, la NO disponibilidad de energía eléctrica convencional y la NO disponibilidad de maquinaria especializada con canasta para alturas y sin cerrar vías ni afectar el tránsito para instalación o reparaciones posteriores además de indicadores automáticos y remotos de correcta instalación y mantenimiento notificados mediante loT. El brazo de semáforo puede ser desmontado o elevado en pocos segundos sea para reparación, la instalación inicial o mantenimiento sin que requiera trabajar en alturas sobre la vía.