SISTEMA DE GUIADO DE UN VEHÍCULO ESCLAVO DE CARGA Y VEHÍCULO

ESCLAVO DE CARGA QUE LO COMPRENDE técnico de la invención

La invención pertenece a los asistentes de guiado adaptados para dirigir un vehículo y controlar su movimiento. La invención se refiere a un sistema para guiar un vehículo, preferentemente industrial. Concretamente, para guiar un vehículo motorizado de carga mediante un mecanismo que, acoplado en el vehículo, traduce un movimiento relativo de una pieza alrededor de otra pieza en un movimiento del vehículo. Así permite fijar dirección y velocidad con las que debe moverse el vehículo. La fuerza que sirve para guiar el vehículo de carga puede ser aplicada de forma manual o por otro vehículo maestro.

Estado de la Técnica

Los mecanismos conocidos para dirigir un vehículo tienen algunas limitaciones y problemas. Por ejemplo, para diferentes tipos de carga las empresas deben contar con diferentes tipos de vehículos que condicionan mucho la versatilidad y escalabilidad. Es habitual que estos vehículos sean de tipo esclavo, es decir, vehículos diseñados para ser dirigidos o guiados externamente, bien mediante un dispositivo electrónico de control remoto, bien manualmente mediante un mando mecánico o electro-mecánico.

Se observa que tales mecanismos son generalmente complejos y específicos de cada fabricante e incompatibles entre sí. Se advierte que ello repercute en una escasa capacidad en la actualización y adaptación de los vehículos industriales.

Un caso particular, donde el problema anterior se acentúa, es con vehículos robotizados de carga, por ejemplo, de tipo AMR (Automated Mobile Robot). Una planta industrial que use un AMR concreto, está condicionada a trabajar con dispositivos del mismo fabricante y en las condiciones configuradas inicialmente de carga y/o elevación. Para cargas especiales, los AMR de mercado son caros ya que precisan ser fabricados específicamente. Por ejemplo, cargas que son de gran peso, de longitud superior a pallet o que deban elevarse a diferentes alturas. Además, cualquier redimensión de las cargas con las que trabaja el AMR y para las que está diseñado, supone a menudo la necesidad de cambiar completamente el vehículo.

Breve descripción de la invención

Sería deseable un sistema que resuelva o al menos mitigue las limitaciones y problemas observados en el estado de la técnica.

La presente invención propone en su forma más general un sistema de guiado de un vehículo esclavo motorizado de carga, o simplemente vehículo esclavo, según la reivindicación independiente. Realizaciones particulares se definen en las reivindicaciones dependientes.

También es objeto de la invención un vehículo esclavo que comprende el sistema de guiado y que se combina con un diseño modular capaz de montar diversos equipos auxiliares para operar en el entorno industrial. Se mejora la versatilidad gracias a la capacidad de transformar de manera sencilla, según un esquema estandarizadle de acoplamiento, un vehículo esclavo según las necesidades de cada empresa.

El vehículo esclavo con el sistema de guiado puede ser conducido mediante un vehículo maestro o con un elemento de guiado manual que denominamos tirador.

Breve descripción de las figuras

FIG. 1 es un diagrama simplificado de bloques del sistema de guiado.

FIG. 2A es un ejemplo de realización del sistema de guiado visto desde abajo.

FIG. 2B es un ejemplo de realización del sistema de guiado según un despiece.

FIG. 3A es un ejemplo de realización de un vehículo compuesto por un maestro más un esclavo, acoplados ambos mediante el sistema de guiado con un accesorio elevador. FIG. 3B es un ejemplo de funcionamiento del sistema de guiado en un vehículo compuesto con un accesorio elevador.

FIG. 4A es un ejemplo de realización de un vehículo compuesto con un bulón acoplado con el sistema de guiado ubicado en su parte superior.

FIG. 4B es un ejemplo de realización de un vehículo compuesto con una plataforma que monta un accesorio elevador y que es conducido gracias al sistema de guiado.

FIG. 4C es una ampliación de la unión del sistema de guiado entre el vehículo esclavo y el vehículo maestro del ejemplo de realización de la FIG. 4B.

FIG. 4D es un corte del ejemplo de realización de la FIG. 4B.

FIG. 5A es un ejemplo de realización, visto desde abajo, del sistema de guiado de una plataforma con sistema de elevación en un vehículo esclavo.

FIG. 5B es un ejemplo de realización del sistema de guiado de una plataforma con sistema de elevación controlado manualmente por un tirador.

LISTADO DE REFERENCIAS NUMÉRICAS

1 Orificio para bulón.

2 Disco anular.

3 Carcasa.

4 Agujeros para fijación.

5 Resorte.

6 Cuerpo fijo.

7 Sensores.

8 Arandela de fricción.

9 Vehículo esclavo.

10 Ruedas directrices del vehículo esclavo.

11 Ruedas motrices del vehículo esclavo.

12 Elemento elevador (equipo auxiliar del vehículo esclavo). 13 Vehículo maestro.

14 Bulón del vehículo maestro.

15 Tirador.

16 Alojamiento (con holgura de recorrido).

17 Botones del tirador.

19 Vehículo compuesto.

20 Sistema de guiado.

21 Elemento de guiado.

22 Primer miembro.

23 Segundo miembro.

25 Elemento elástico.

28 Interfaz.

29 Motor detallada de la invención

Con referencia a las figuras anteriores, se describen, con fines ilustrativos sin carácter limitante, vahos ejemplos de realización y diversos aspectos de la invención.

La FIG. 1 representa esquemáticamente mediante bloques un sistema de guiado 20 de un vehículo esclavo 9. A través de un elemento de guiado 21 , por ejemplo, un bulón o un perno o algún otro mecanismo similar, se puede aplicar una fuerza externa sobre el propio sistema 20. Puede hacerse de forma manual por un usuario, generalmente un operario industrial. También puede hacerse a través de un vehículo maestro 13 acoplado con sistema 20 (y por tanto con el vehículo esclavo 9). Ambas posibilidades están contempladas.

El sistema de guiado 20 incluye dos miembros que cooperan entre sí. Un primer miembro 22 está formado por una pieza adaptada para recibir el elemento de guiado 21 , por ejemplo, uniéndose mecánicamente a él. El sistema 20 incluye un segundo miembro 23 que está formado por una pieza con un alojamiento practicado en su interior. Dicho alojamiento está destinado a contener, al menos parcialmente, el primer miembro 22 (véanse realizaciones del alojamiento en figuras posteriores bajo referencia numérica 16). De esta forma, las dimensiones del alojamiento deben asegurar cierto margen para el desplazamiento interno del primer miembro 22 en vahas direcciones en un plano. Tales direcciones son las que debe replicar en su movimiento el vehículo esclavo 9. Para ello, la dirección en la que se mueve el primer miembro 22 debe ser traducida a una instrucción para controlar uno o más motores 29 del vehículo esclavo 9 reproduciendo un movimiento como el que se desea realizar mediante la aplicación de la fuerza externa. Una interfaz 28 realiza la traducción.

Como se ha indicado, el primer miembro 22 debe ser movible respecto del segundo miembro 23, que lo alberga al menos en parte. También, debe ser capaz de volver a una posición original de referencia en ausencia de fuerza externa. A tal efecto, se necesita un mecanismo autocentrante, instalado entre ambos miembros. Este mecanismo autocentrante contrarresta un desplazamiento relativo entre miembros causado por una fuerza externa, de forma que, al cesar ésta, regrese a su posición de referencia.

Hay varias formas de realizar este mecanismo centrador. Por ejemplo, están previstos una serie de elementos autocentrantes distribuidos por el alojamiento. De manera que, si finaliza la fuerza externa, el primer miembro 22 recupera su posición de referencia en el alojamiento.

Una opción para los elementos autocentrantes es emplear elementos elásticos 25 (véanse figuras posteriores bajo referencia numérica 5) que sujetan elásticamente el primer miembro 22 al segundo miembro 23.

Otra opción equivalente es a través de elementos magnéticos (¡manes permanentes o dispositivos electro-magnéticos) que sustentan el primer miembro 22 dentro del segundo miembro 23. Un elemento autocentrante magnético tiene un polo en el primer miembro 22 enfrentado (en línea) a otro polo en el segundo miembro 23, ambos polos proximales con igual polaridad (N-N o S-S) para que se repelan. Se distribuyen de forma que unos elementos magnéticos compensen a otros. Resultando así, que el primer miembro 22 flota o levita dentro del alojamiento del segundo miembro 23.

Lo principal de ambas opciones es que permiten identificar la presencia de una fuerza externa, puesto que el primer miembro 22 cambia de posición, de una posición de referencia a una posición indicativa de las características de la fuerza externa. También, que puede regresar a dicha posición de referencia, cuando termina la fuerza externa.

Los cambios de posición del primer miembro 22 respecto del segundo miembro 23 son detectados por unos sensores 7 que comunican esta información a una interfaz 28. La interfaz 28 establece las características de la fuerza externa aplicada, esencialmente, su dirección y su sentido. Por ejemplo, mediante un procesamiento de las distancias interpoladas que recogen los sensores 7. De acuerdo con estas características, se genera una instrucción para accionar uno o más motores del vehículo esclavo 9 para dirigir su movimiento. La interfaz 28 se realiza preferentemente con componentes electrónicos y puede incluir un procesador o computador, un controlador, una memoria, un autómata programable (PLC), etc.

Adicionalmente, en una realización, el vehículo esclavo 9 dotado del sistema de guiado 20 permite que un equipo auxiliar esté debidamente controlado. Por ejemplo, un elemento elevador con sus movimientos de subida, bajada, apertura, extensión de uñas, desplazamiento lateral, etc. También puede incorporar otros equipos auxiliares logísticos igualmente conectados de acuerdo con las necesidades de cada empresa. Todo ello acoplado en el vehículo esclavo 9, sea comandado también a través de la interfaz 28. Las instrucciones recibidas por la interfaz 28 se comunican selectivamente, bien al vehículo esclavo 9, bien al equipo auxiliar. La ventaja de que todas las instrucciones pasen por la interfaz 28 es que se pueden gestionar conjuntamente. Esto permite una coordinación más completa. Por ejemplo, se puede aprovechar si el equipo auxiliar instala sus propios sensores para que esta información sea integrada con la información del movimiento del vehículo esclavo. Lo cual, puede en algunas circunstancias evitar colisiones o movimientos incompatibles.

La FIG. 2A muestra vahos elementos del sistema de guiado 20 según una realización particular. Se aprecia un disco anular 2 unido un cuerpo fijo 6, con un mecanismo autocentrante elástico basado en resortes 5 (análogamente, podría ser magnético). El cuerpo fijo 6 alberga en un alojamiento al disco anular 2. Los resortes 5 pueden ser, por ejemplo, de material elastómero. Estos resortes 5, en situación de reposo, (sin fuerzas externas aplicadas) mantienen flotante y centrado interiormente al disco anular 2 respecto del cuerpo fijo 6 que hace de tapa que lo rodea. El disco anular 2 se descentra cuando es aplicada una fuerza, en cualquier dirección. Para la transmisión de la fuerza externa sobre el disco anular flotante 2 se incluye un bulón 14 introducido en un orificio 1 practicado en el disco anular 2. El bulón 14 encaja en el disco anular 2. El bulón 14 y el disco anular 2 se mueven solidariamente respecto a un alojamiento 16 con holgura que permite cierto margen o recorrido en diferentes direcciones. El disco anular 2 vuelve a la posición de reposo en el momento en que cesa la fuerza gracias al mencionado conjunto de resortes 5.

La FIG. 2B muestra un despiece de la realización de la FIG. 2A. El funcionamiento del sistema de guiado emplea los desplazamientos individuales de cada resorte 5 medidos por un conjunto de sensores 7, para medir la dirección, sentido y además magnitud del vector que representa la fuerza externa. En total, se han empleado seis resortes 5 que conectan el cuerpo fijo 6 con el disco anular flotante 2. Se aprecia que el disco anular 2 dispone un orificio central 1 y lleva incorporado cuatro sensores 7 distribuidos en cuadrantes para medir el desplazamiento en cualquier dirección del disco anular flotante 2. Así, se obtiene la orientación de la fuerza ejercida externamente gracias a la medición de distancias para transmitir velocidades en la tracción e interpolación entre los cuatro sensores 7 para su orientación. En una realización, por ejemplo, estos sensores 7 pueden implementarse mediante detectores inductivos. Los sensores 7 están instalados dentro de la carcasa 3 que se ensambla al cuerpo fijo 6.

La información captada por los sensores 7 se comunica a una interfaz (no mostrada en esta figura) que la convierte en instrucciones de movimiento para uno o más motores asociados (no mostrados) con las ruedas directrices y/o ruedas motrices. La instrucción puede incluir una parte con información para mover las ruedas motrices y otra parte con información para girar las ruedas directrices un ángulo según la dirección de esa fuerza. En una realización concreta, la interfaz puede además gestionar y procesar instrucciones para controlar uno o más motores del equipo auxiliar que monte el vehículo esclavo.

La FIG. 3A y la FIG. 3B son un ejemplo de funcionamiento según una realización de un vehículo compuesto 19 por un vehículo maestro 13 y un vehículo esclavo 9 acoplados entre sí gracias al sistema de guiado 20. De forma clara, en esta realización se aprecia la medularidad y versatilidad lograda.

De un lado, un mismo vehículo esclavo 9 puede diseñarse para acoplarse con diferentes equipos auxiliares con sus propios mecanismos y accionamientos para realizar tareas concretas. En este caso, el vehículo esclavo 9 se acopla con un elemento elevador 12 que sirve para tareas de carga y/o descarga de mercancías. Así se puede dotar de nuevas características dimensionales, de capacidad de carga, capacidad de elevación y manejo de volúmenes diferentes. Para ello, el vehículo esclavo 9 puede diseñarse con una plataforma acopladle con variedad de equipos auxiliares.

De otro lado, el vehículo maestro 13 puede dirigir al vehículo esclavo 9 sin necesidad de mecanismos adicionales mediante el sistema de guiado 20. El sistema de guiado 20 puede ser controlado remotamente, ya sea automáticamente o de forma manual. Ejemplo de esto último es un mando de control remoto que manejado por un operario permite conducir el vehículo maestro 13. Las maniobras del vehículo maestro 13 son replicadas por el vehículo esclavo 9 conformando un vehículo compuesto 19 que se mueve de manera conjunta, como si fuera un vehículo único gracias al sistema de guiado 20.

El funcionamiento del sistema de guiado 20 se aprecia en mayor detalle en la FIG. 3B, el vehículo compuesto 19 incorpora un vehículo maestro 13 que guía al vehículo esclavo 9 gracias, por una parte, al acoplamiento entre ambos y, por otra, mediante el acoplamiento del propio vehículo esclavo 9 con el equipo auxiliar, concretamente con el elemento elevador 12.

Por ejemplo, cuando es aplicada una fuerza de tracción, ese disco anular flotante 2 es descentrado en la dirección del esfuerzo aplicado con una tensión controlada (p.e. aproximadamente 10 N) y un desplazamiento “D” de la concentricidad (p.e. hasta 15 mm) según un ángulo de orientación “O”.

Cuando el eje 1 , que puede ser empujado por un bulón 14 existente en el vehículo maestro 13, se acopla a este sistema de guiado 20, o a un tirador 15, toda la fuerza ejercida es replicada al vehículo esclavo 9. En lugar de un bulón 14, puede existir otro componente de acoplamiento análogo entre el vehículo maestro 13 y el sistema de guiado 20.

Este desplazamiento “D” de la concentricidad puede traducirse en un movimiento con un efecto multiplicador en el vehículo esclavo 9 que se pretende mover. Así una fuerza externa de guiado de 10 N puede servir para pilotar vehículos esclavos 9 de vahas toneladas. Se replica la dirección de tracción y según se descentre más o menos el bulón 14. También, puede replicar la velocidad del vehículo maestro 13 o del tirador manual 15. La interpretación y replication se realiza mediante la interfaz.

Con referencia a las FIGs. 4A-4D se explica un ejemplo de realización de un vehículo compuesto 19 con la unión de vehículo maestro 13 más vehículo esclavo 9 gracias a la introducción del bulón 14 de acople en el vehículo maestro 13. El vehículo esclavo 9 monta en una plataforma el elemento de elevación 12.

La FIG. 4A muestra una imagen del bulón 14 que sobresale de la base superior del vehículo maestro 13 que está destinado a acoplarse (p.e. engancharse) con el sistema de guiado del vehículo esclavo. Esto permite una amplia variedad de combinaciones de transformación en otros vehículos más complejos y específicos consiguiendo versatilidad y medularidad escalable.

La FIG. 4B muestra una imagen del vehículo compuesto 20 resultante, donde el vehículo maestro 13 se encuentra ya acoplado el vehículo esclavo 19 (ubicado encima) mediante la conexión del bulón con el sistema de guiado 20 del vehículo esclavo 19.

La FIG. 4C muestra una imagen de vahos componentes del sistema de guiado 20. El acoplamiento se realiza a través del bulón 14 accionado por un vehículo maestro 13 o por un simple tirador manual. Un mecanismo autocentrante con resortes 5, ya descrito, permite recoger la información del empuje mediante unos sensores 7, así como la dirección (y sentido) por el vehículo maestro 13 o el tirador 15. Esta información es procesada por la parte electrónica de la interfaz (no mostrada).

En una realización, la información angular del vector asociada a la dirección de la fuerza externa sirve para gobernar el giro de las ruedas directrices 10 del vehículo esclavo 9 y la información del desplazamiento (mm de desplazamiento “D” respecto de la posición concéntrica del disco anular flotante respecto del cuerpo) del sistema de guiado 20 sirve para fraccionar las ruedas motrices 11 consiguiendo así un efecto multiplicador. Esto es, una mínima carga ejercida por el vehículo maestro 13, o por el tirador manual 15 ordena un movimiento en el vehículo esclavo 9 y, si esa fuerza deja de actuar, el vehículo esclavo 9 también se detiene). Así tanto fuerza, velocidad como dirección es dirigida por el vehículo maestro 13 o el tirador manual 15 y el vehículo esclavo 9 simplemente replica o copia el movimiento siguiendo esas acciones. Con la motorización del vehículo esclavo 9 se multiplica una fuerza externa aplicada. Gracias al sistema de guiado 20 se logra controlar esta fuerza multiplicada de un modo preciso y a la vez sencillo.

El vehículo maestro 13 puede ser un AMR muy básico con elementos motores de mínima fuerza al que se acopla con el bulón 14. También puede ser manejado por un operario mediante un simple tirador manual 15 con su propio bulón. En ambos casos, se permite dirigir manualmente vehículos industriales de alto tonelaje y complejidad por un efecto copiador y multiplicador. Dirigirlo manualmente es intuitivo y los operadores logran el dominar su uso con precisión y sin apenas necesidad de aprendizaje.

La FIG. 4D muestra un corte del vehículo compuesto 19, donde se aprecia mejor la unión de las diferentes partes. En concreto, el bulón 14 se encarga de unir mecánicamente el sistema de guiado 20 con el vehículo maestro 13. Para ello, existe un actuador lineal en el vehículo maestro 13 que eleva el bulón 14 para acoplarse en la unidad de guiado montada en el vehículo esclavo 9. Unos motores 29 ubicados en la parte trasera del vehículo esclavo 9 se encargan del accionar las ruedas motrices. Análogamente, otros motores 29 ubicados en la parte delantera del vehículo esclavo 9 se encargan del accionar las ruedas directrices.

La FIG. 5A muestra una realización del vehículo esclavo 9 con el sistema de guiado 20 visto desde abajo. El vehículo esclavo 9 monta un elemento elevador 12. Se aprecian también los motores 29 asociados al movimiento directriz de las ruedas delanteras 10, y motriz de las traseras 11.

La FIG. 5B muestra una realización donde el elemento de guiado es un tirador manual 15 acoplada con este sistema de guiado 20 permite empujar o tirar de diversa maquinaria, es decir, de vehículos esclavos 9. Con esta opción, son dirigidos de modo manual, actuando sobre su/s motor/es a través de la interfaz, aunque pesen vahas toneladas. Simplemente, en el caso de motor motriz y motor directriz, por un lado, se detecta y se copia la dirección de empuje. Por otro, se detecta la fuerza externa ejercida para producir, una equivalente que actúa sobre el vehículo esclavo. Así, se pueden dirigir, sin apenas esfuerzo, para operaciones determinadas o simplemente para cambiarlas de ubicación.

Cuando el vehículo esclavo 9 es conducido manualmente con el tirador 15, se prevé en algunas realizaciones que disponga de capacidad de control. Para ello, el tirador 15 está también comunicado, a través de la interfaz 28, con las partes a controlar del equipo auxiliar del vehículo esclavo 9. Por ejemplo, el tirador 15 puede disponer de sencillos botones 17 con pulsado progresivo (a más recorrido, más velocidad, por ejemplo, definiendo dos o más niveles de velocidad). Con los botones 17 se puede actuar, pasando por la interfaz 28, sobre este equipo auxiliar (por ejemplo, un dispositivo elevador para subir o bajar mercancía). Puede ser adecuado establecer algunas comprobaciones por seguridad. Primero, que el bulón para el tirador esté correctamente acoplado con el vehículo esclavo 9 a través de la interfaz del sistema de guiado (adicionalmente puede dotarlo de energía). Segundo, que el sistema de guiado 20 esté en una posición concéntrica de referencia (indicativa de ausencia de fuerza externa) para impedir actuar sobre el equipo auxiliar cuando exista desplazamiento.

Un caso práctico en la Industria donde se aprecian vahas bondades de la presente propuesta es el acoplamiento entre un AMR eléctrico, como vehículo maestro, y un vehículo esclavo también eléctrico. Como se ha indicado, aunque un AMR básico tenga una capacidad tractora y de carga mínima, puede gobernar estaciones de elevación u otros vehículos esclavos similares como cualesquiera plataformas de transporte mucho más pesadas con su propia motorización y dirección que será guiada por este AMR básico. Esto permite integrar, escalar y multiplicar funcionalidades.

Hay un acoplamiento de sensores que implica que toda la sensóhca de ambos se pueda compartir a través de la interfaz del sistema de guiado. Por ejemplo, tanto los sensores de navegación como los de posicionamiento (Bluetooth, ultrasonidos, láser, NFC, etc.) como los sensores de recogida datos (peso, temperatura, humedad, etc.).

Adicionalmente, también, a través de la interfaz, se puede gestionar la correcta conexión y el suministro de fuentes de energía eléctrica (baterías) de manera balanceada. Por ejemplo, las plataformas esclavas (mucho más pesadas) pueden estar permanentemente recargando las baterías del vehículo maestro (AMR), pero también a la inversa. La interfaz puede monitohzar el nivel de carga de cada batería, y dar instrucción en consecuencia. Se permite recargar una batería eléctrica de carga menor con la otra batería de carga mayor, si la carga mayor supera un umbral que permita trasvasar parte de la carga sobrante.

Si bien la invención se ha descrito, sin carácter limitativo, a través de vahas realizaciones específicas. Se debe entender que es posible realizar diversos cambios para adaptarse a circunstancias concretas dentro del alcance definido por las reivindicaciones adjuntas.