ES2955958T3 - Monitorización de productos de contacto con el suelo para equipos de trabajo de tierras - Google Patents

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Karsten Zuendel
Noah Cowgill
Joshua Hoyt
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Abstract

Un sistema y una herramienta para monitorear productos de contacto con el suelo para equipos de trabajo de tierra que pueden monitorear características tales como identificación de piezas, presencia, condición, uso y/o rendimiento de los productos en equipos de trabajo de tierra utilizados, por ejemplo, en minería, construcción, y entornos de dragado. La herramienta de monitoreo incluye o está respaldada por un dispositivo móvil que está separado del equipo de trabajo de tierras. El soporte de la herramienta de monitoreo en un dispositivo móvil puede, por ejemplo, proporcionar puntos de vista únicos para monitorear los productos del equipo de trabajo de tierra, monitorear los productos sin inhibir el funcionamiento del equipo de trabajo de tierra o poner en peligro al personal, acercarse de cerca a áreas de interés para una recopilación segura y confiable. de información, monitorear múltiples equipos de trabajo de tierra y/o estar protegidos de las vibraciones y los impactos que pueden estar asociados con los equipos de trabajo de tierra. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Monitorización de productos de contacto con el suelo para equipos de trabajo de tierras
La presente invención se refiere a un sistema para monitorizar características tales como identificación de piezas, presencia, condición, uso y rendimiento de productos de contacto con el suelo utilizados en diversos tipos de equipos de trabajo de tierras.
En diversos tipos de actividades de trabajo de tierras (por ejemplo, minería, construcción, dragado, etc.), comúnmente se proporcionan productos de contacto con el suelo (por ejemplo, dientes, protectores y labios) en los equipos de trabajo de tierras para proteger el equipo subyacente del desgaste indebido y, en algunos casos, realizan otras funciones, tal como romper el suelo delante de un borde de excavación. Por ejemplo, los cazos de excavación suelen estar provistos de múltiples componentes de desgaste, tal como dientes de excavación y protectores que están unidos al borde del cazo. Es común que un diente incluya un adaptador fijado al borde de un cazo y un elemento de desgaste unido al adaptador para iniciar el contacto con el suelo y romper el suelo delante del borde de excavación.
Durante su uso, estos productos para contacto con el suelo pueden enfrentar cargas pesadas y condiciones altamente abrasivas. Estas condiciones pueden causar que los productos se separen del equipo de trabajo de tierras. Por ejemplo, cuando un cazo se acopla al suelo, una punta o adaptador puede separarse del borde de excavación. Es posible que los operadores de los equipos de trabajo de tierras no siempre puedan ver cuándo dichos productos se han separado del cazo. Continuar operando el equipo de trabajo de tierra con productos faltantes (tal como piezas de desgaste) puede provocar una disminución en la producción y un desgaste excesivo de otros componentes del equipo de trabajo de tierras. También es bien sabido que una pieza de desgaste perdida en un entorno minero puede causar daños a los equipos posteriores (por ejemplo, transportadores, cribas, bombas, trituradoras, etc.), lo que, a su vez, puede provocar, por ejemplo, un tiempo de inactividad no programado del equipo y pérdida de producción. Si una pieza de desgaste queda atrapada en una trituradora, la pieza de desgaste puede ser expulsada y causar un peligro a los trabajadores o puede atascarse y requerir que un operador desaloje la pieza, lo que a veces puede ser una tarea difícil, que requiere mucho tiempo y/o un proceso peligroso.
El ambiente abrasivo asociado con la excavación y otras actividades de trabajo de la tierra también hace que los productos que entran en contacto con el suelo se desgasten y eventualmente se rompan. Un desgaste excesivo puede provocar roturas y/o pérdidas de los productos durante su uso, así como disminución de la producción, mayores costes en el consumo de combustible, etc.
Se han utilizado sistemas con diversos grados de éxito para monitorizar cuándo los productos de contacto con el suelo se desgastan, dañan o separan y necesitan ser reemplazados. Por ejemplo, el sistema de monitorización del desgaste de los dientes y el sistema de detección de dientes faltantes vendidos por Motion Metrics utilizan una cámara óptica montada en el brazo del equipo de excavación. De manera similar, el documento US2010142759 divulga un sistema para detectar piezas de desgaste dañadas o faltantes usando una cámara de video montada en el brazo. Este documento forma la base para el preámbulo de la reivindicación independiente 1.
Se han utilizado otros sistemas con distintos grados de éxito para controlar si una pieza de desgaste está asegurada a una máquina excavadora. Por ejemplo, se han fijado sistemas mecánicos entre la pieza de desgaste y una base sobre la que se monta para detectar la ausencia de la pieza de desgaste. En la patente US 6.870.485, el sistema contiene un interruptor accionado por resorte entre la punta y el adaptador de un diente. Cuando se separan los componentes, un interruptor eléctrico activa un transmisor de radio que alerta al operador que la pieza de desgaste se ha perdido. En la patente US 5.743.031, el sistema comprende un actuador fijado entre el diente y la nariz. En un ejemplo, el actuador acciona un bote de humo para proporcionar una señal visual de que el diente se ha caído. Estos sistemas tienen la limitación de que solo controlan la pérdida de una pieza de desgaste. Además, estos sistemas mecánicos pueden ser costosos y engorrosos de instalar cuando un elemento de desgaste está desgastado y necesita reemplazo.
La presente invención se define en la reivindicación independiente 1, formando realizaciones preferidas el objeto de las reivindicaciones dependientes.
En una realización, la herramienta de monitorización incluye un dispositivo de caracterización de superficie (por ejemplo, una cámara, un dispositivo láser 3D, un dispositivo LiDAR y/o un dispositivo de fotogrametría) soportado por el dispositivo móvil para monitorizar las características de al menos un producto en el equipo de trabajo de tierras. El dispositivo móvil puede ser, por ejemplo, un vehículo móvil o un dispositivo portátil.
En otro aspecto de la invención, se usa lógica programable para procesar información obtenida por el dispositivo de monitorización para monitorizar remotamente al menos un producto de contacto con el suelo en equipos de trabajo de tierras para determinar una característica del producto. Como ejemplo, se puede determinar el perfil de desgaste actual del producto y, basándose en ese perfil de desgaste, la lógica programable puede determinar la vida útil restante del producto. En una realización, la lógica programable compara el perfil de desgaste actual con un perfil de desgaste registrado previamente y/o un perfil de desgaste mínimo para determinar la vida útil restante. Como ejemplo, la vida útil restante se puede dar como unidad de tiempo o como unidad de ciclos de excavación restantes. En otra realización, una herramienta de monitorización genera un conjunto de datos que permite que la lógica programable cree, por ejemplo, un perfil de desgaste bidimensional o tridimensional del producto. Monitorizar dichos productos y predecir la vida útil restante permite reemplazar los productos antes de alcanzar un perfil de desgaste que dañaría las piezas subyacentes y/o disminuiría la producción.
En otro aspecto de la invención, la herramienta de monitorización para monitorizar productos de contacto con el suelo para equipos de trabajo de tierra incluye un vehículo móvil que se puede mover independientemente del equipo de trabajo de tierras. Como ejemplos, el vehículo móvil puede ser un vehículo aéreo no tripulado (UAV), un vehículo operado remotamente (ROV), un vehículo robot móvil terrestre o un vehículo de servicio.
En otro aspecto de la invención, el sistema de monitorización incluye un dispositivo electrónico remoto a la herramienta de monitorización. En diversas realizaciones, los dispositivos remotos pueden ubicarse en una pieza de desgaste, el equipo de trabajo de tierras, otros equipos relacionados y/o un soporte independiente. La información del dispositivo remoto puede usarse, por ejemplo, para determinar las características del producto de contacto con el suelo o del equipo de trabajo de tierras, funcionar como parte de un sistema de evitación de obstáculos para la herramienta y/o evaluaciones de operaciones en tiempo real. Como ejemplos, el dispositivo remoto puede proporcionar información sobre el material a extraer, la ubicación de los productos a utilizar, etc.
En otro aspecto de la invención, un método para monitorizar productos de contacto con el suelo en equipos de trabajo de tierra comprende maniobrar una herramienta hacia el equipo de trabajo de tierras, generar un perfil de desgaste actual del producto que se monitoriza a partir de la información recopilada por una herramienta de monitorización y/o dispositivo de control remoto, y comparar el perfil de desgaste actual con una base de datos de perfiles de desgaste para determinar la cantidad de vida útil que le queda al producto. El perfil de desgaste actual puede ser, por ejemplo, un perfil bidimensional o tridimensional del producto, pero podría determinarse de otras maneras.
En otro aspecto de la invención, una herramienta de monitorización monitoriza el rendimiento tal como la cantidad de material en un producto de contacto con el suelo, por ejemplo, un cazo o una bandeja de camión. En una realización, la herramienta puede determinar la cantidad de material recogido generando, por ejemplo, un perfil bidimensional o tridimensional de la carga. Como ejemplo, el sistema puede proporcionar un peso aproximado de la carga basándose en aspectos tales como la geología de la mina, el grado de fragmentación del material y/o el volumen del material dentro del equipo de trabajo de tierras. En otros ejemplos, el sistema puede recibir información desde un dispositivo remoto en el equipo de trabajo de tierras, por ejemplo, para validar el peso de la carga dentro del equipo de trabajo de tierras.
En otro aspecto de la invención, la herramienta de monitorización y/o el dispositivo remoto pueden hacer referencia a información (por ejemplo, perfiles de desgaste) en una base de datos. Como ejemplos, la información del perfil de desgaste puede ser de un producto nuevo, de productos parcialmente desgastados y/o de un producto totalmente desgastado. La información del perfil de desgaste del producto puede ser una representación del producto. La representación del producto puede ser, por ejemplo, un archivo CAD bidimensional o tridimensional o una representación de nube de puntos bidimensional o tridimensional del producto. Dichas representaciones de los productos pueden cargarse previamente en una base de datos asociada con un dispositivo remoto o la herramienta de monitorización. La herramienta para monitorizar los productos también puede incluir datos almacenados para generar, por ejemplo, una representación bidimensional o tridimensional. La lógica programable puede agregar la representación generada del producto a una base de datos de perfil de desgaste. Una base de datos de perfiles de desgaste se puede completar con una variedad de condiciones de desgaste para una variedad de productos de corte utilizados en una variedad de equipos de trabajo de tierras, independientemente del fabricante.
En otro aspecto de la invención, un método para monitorizar un producto de contacto con el suelo en un equipo de trabajo de tierras comprende maniobrar una herramienta hasta el equipo de trabajo de tierras, generar un perfil de desgaste actual del producto que se está monitorizando, comparar el perfil de desgaste actual con una base de datos de perfiles de desgaste, y hacer referencia, por ejemplo, a información de un sistema de posicionamiento global (GPS) y/o una base de datos de otros datos, por ejemplo, geología de la mina, fragmentación, etc., para determinar la tasa de desgaste de los productos. En otro aspecto de la invención, un método para monitorizar las características de productos de contacto con el suelo (por ejemplo, carga, velocidad de excavación, etc.) comprende la monitorización con un vehículo aéreo tal como un UAV. En un ejemplo, la herramienta de monitorización de vehículos aéreos recopila información para determinar las características del producto. Como ejemplo, la herramienta puede generar, por ejemplo, un perfil bidimensional o tridimensional de una carga en, por ejemplo, un cazo o bandeja de camión, determinar la cantidad de material recogido, almacenar los resultados, repetir el proceso para rastrear históricamente las cargas, analizar los datos históricos para determinar cosas tales como la tasa de llenado de los productos de trabajo de tierras, el tiempo del ciclo entre cargas, el número de ciclos de llenado y/o la efectividad y/o producción del equipo de trabajo de tierras.
En otro aspecto de la invención, se utiliza una herramienta UAV para monitorizar productos que atacan el suelo para, por ejemplo, mejorar el punto de vista sin riesgos de seguridad adicionales para los operadores. Como ejemplos, la herramienta UAV puede monitorizar el desgaste de los productos de un cazo, una carga en el cazo y/o una carga en la carrocería de un camión que recibe material de tierra del cazo. Una herramienta UAV también puede monitorizar simultáneamente múltiples productos, incluidos productos en múltiples equipos de trabajo de tierras.
En otro aspecto de la invención, una herramienta de monitorización puede monitorizar las características de un producto(s) de contacto con el suelo para una operación de trabajo de tierras para determinar cosas tales como sugerir una trayectoria de excavación para aumentar la productividad. En otro ejemplo, la herramienta se puede usar para determinar la trayectoria de excavación óptima del cazo de modo que el equipo de trabajo de tierras y/o un operador use la información de la herramienta de monitorización para ajustar la trayectoria de excavación del cazo usando información recopilada históricamente y/o evaluar en tiempo real la información recopilada por la herramienta y/o los dispositivos remotos. En otro ejemplo, la herramienta proporciona al operador la trayectoria de excavación óptima del cazo para que el operador utilice la información de la herramienta de monitorización para ajustar la trayectoria de excavación del cazo.
En otro aspecto de la invención, las características de los productos de excavación en una pluralidad de equipos de trabajo de tierras se pueden monitorizar simultáneamente mediante una sola herramienta. En un ejemplo, la carga recogida en un cazo de excavación y la carga recogida en la carrocería de un camión que se llena con el cazo se pueden controlar simultáneamente mediante una única herramienta.
En otro aspecto de la invención, una herramienta de monitorización puede proporcionar una evaluación en tiempo real de las características de los productos de contacto con el suelo. Por ejemplo, la herramienta puede monitorizar la carga reunida en un cazo y en la bandeja del camión que se está llenando para brindar información al operador sobre cómo llenar la bandeja del camión de manera más eficiente.
En otro aspecto de la invención, se puede usar una herramienta de monitorización para generar datos utilizables para mapear un sitio de mina u otro sitio de trabajo de tierras para estimar las características de los productos de contacto con el suelo en los equipos de trabajo de tierras usados en el sitio. Por ejemplo, los datos recopilados podrían usarse para generar un mapeo de estilo de contorno de las tasas de desgaste para productos de contacto con el suelo para, por ejemplo, determinar mejor cosas tales como cronogramas de reemplazo de productos, costes, etc. Los datos podrían usarse para mapear otras características o procesar los datos del sitio de formas distintas al mapeo para generar información similar.
Se pueden obtener ventajas, características y aplicaciones potenciales adicionales de la presente invención a partir de la descripción que sigue, junto con las realizaciones ilustradas en los dibujos.
A lo largo de la descripción, las reivindicaciones y los dibujos, se utilizarán aquellos términos y signos de referencia asociados que se detallan en la lista adjunta de signos de referencia. En los dibujos, se muestra
La figura 1 es una vista lateral de un primer ejemplo de máquina para trabajar tierras;
La figura 2 es una vista en perspectiva de un labio de un cazo con dientes y protectores;
La figura 3 es una vista lateral de un segundo ejemplo de máquina para trabajar tierras;
La figura 4 es una vista en perspectiva de uno de los conjuntos de dientes mostrados en la figura 2;
La figura 5 es una vista en perspectiva del borde de excavación del cazo de la figura 2;
La figura 6 es una vista en perspectiva en despiece del conjunto de diente que se muestra en la figura 5; La figura 7 es un primer ejemplo de una herramienta y su uso de acuerdo con la presente invención, es decir, donde la herramienta es un dispositivo aéreo usado para monitorizar productos en equipos de trabajo de tierras; La figura 8 es un segundo ejemplo de una herramienta y su uso de acuerdo con la presente invención, es decir, donde la herramienta está montada en un vehículo y se usa para monitorizar productos en equipos de trabajo de tierras;
La figura 9 es un diagrama esquemático del sistema que ilustra un sistema según la presente invención; La figura 10 es una vista en alzado que ilustra una vista de ejemplo desde la cabina de un cargador frontal de acuerdo con la presente invención;
La figura 11 muestra la herramienta en un primer ejemplo de uso de acuerdo con la presente invención en el que la herramienta puede usarse en cooperación con una herramienta para retirar e instalar productos; La figura 12 muestra la herramienta en otro uso alternativo de acuerdo con la presente invención, es decir, donde la herramienta se usa para monitorizar una condición de carga de, por ejemplo, una tolva para una trituradora o la bandeja de camión para un baúl de transporte tal como se usa en operaciones de minería; La figura 13 muestra la herramienta en un segundo ejemplo de uso de acuerdo con la presente invención en el que la herramienta puede usarse en cooperación con una herramienta para retirar e instalar productos; La figura 14 muestra la herramienta en otro uso alternativo de acuerdo con la presente invención, es decir, en donde se usa una pantalla portátil con un sistema de monitorización de acuerdo con la presente invención, y La figura 15 es una vista frontal de una HMI móvil para usar con un sistema de monitorización de acuerdo con la presente invención.
La presente invención se refiere a un sistema y a una herramienta para monitorizar características de productos de contacto con el suelo en equipos de trabajo de tierras, tales como identificación de piezas, presencia, uso, condición y/o rendimiento de los productos. Los equipos de trabajo de tierras pueden ser, por ejemplo, equipos de excavación y/o equipos de transporte terrestre.
La información relacionada con la identificación de piezas puede incluir cosas como tipo de producto, número de producto, número de cliente, marca, marca comercial, lista de materiales, instrucciones de mantenimiento, instrucciones de uso, etc. La información relacionada con el uso puede incluir cosas como el tipo de equipo de trabajo de tierras asociado con el producto, número de ciclos de excavación, tiempo promedio de los ciclos de excavación, ubicación del producto en el equipo, etc. La información relacionada con la condición del producto puede incluir cosas como desgaste, daños, etc. La información relacionada con el rendimiento puede incluir cosas tales como la tasa de excavación, toneladas movidas por cada incremento de desgaste, tasas de llenado, etc. Estas características podrían determinarse utilizando datos generados por la herramienta de monitorización sola o en combinación con otra información en una base de datos de un dispositivo remoto y/o recopilada mediante un dispositivo remoto. Como ejemplos, la información adicional puede incluir geología de la mina, información de fragmentación, máquinas en uso, etc. El sistema se puede utilizar para determinar cosas tales como cronogramas para excavar cierto material, cronogramas de reemplazo de productos, etc. Las herramientas 25 también se pueden usar para detectar pérdida de producto (es decir, presencia). Estas características monitorizadas se dan solo como ejemplos y no pretenden ser limitantes.
Equipo de excavación pretende ser un término general para referirse a cualquiera de una variedad de máquinas excavadoras utilizadas en la minería, la construcción y otras actividades, y que, por ejemplo, incluyen topadoras, cargadoras, máquinas dragaminas, palas de cable, palas frontales, excavadoras hidráulicas, mineros continuos, cabezales de carreteras, tambores de cizalla y cortadores de draga. El equipo de excavación también se refiere a los productos de este equipo que atacan el suelo, como el cazo, la pala, el tambor o el cabezal de corte. Equipo de transporte terrestre también pretende ser un término general para referirse a una variedad de equipos que se utilizan para transportar material terrestre y que, por ejemplo, incluyen tolvas y camiones de acarreo. Equipo de transporte terrestre también se refiere a los productos de contacto con el suelo para este equipo, incluidos, por ejemplo, revestimientos y bandejas para camiones (también conocidos como carrocerías de camiones).
Se utilizan términos relativos como delante, detrás, arriba, abajo y similares para facilitar la discusión. Los términos frente o adelante se usan generalmente (a menos que se indique lo contrario) para indicar la dirección habitual de desplazamiento del material de tierra en relación con el producto durante el uso (por ejemplo, mientras se excava), y superior o parte superior generalmente se usan como referencia a la superficie por donde pasa el material cuando, por ejemplo, se recoge en el cazo. Sin embargo, se reconoce que, en el funcionamiento de diversas máquinas para trabajar la tierra, los productos de contacto con el suelo pueden orientarse de diversas maneras y moverse en todo tipo de direcciones durante su uso.
En una realización, el equipo de trabajo de tierras 1, tal como una excavadora de minería 1, puede estar equipado con un cazo 3 para recoger material de tierra mientras se excava (figura 1). El cazo 3 incluye un bastidor o carcasa 4 que define una cavidad 16 para recoger material durante la operación de excavación (figura 2). La carcasa 4 incluye una pared trasera 12 que tiene soportes de fijación 8 para sujetar el cazo 3 al equipo de trabajo de tierra 1, y un par de paredes laterales opuestas 14 ubicadas a cada lado de la pared trasera 12. Se conocen múltiples configuraciones de cazos y existen variaciones en la geometría de los cazos. Por ejemplo, el cazo puede tener una puerta inferior 10 con bisagras, tal como en una pala para cables (figura 3). Otros ejemplos incluyen un cazo sin pared superior como en un cazo de dragaminas, o un cazo en el que una parte de las paredes laterales pueden tener bisagras como en una pala frontal hidráulica. La geometría específica del cazo no pretende ser limitante, ya que la presente invención se puede utilizar con varios tipos de cazos y con varios tipos de piezas de desgaste, accesorios y componentes utilizados en equipos de trabajo de tierras.
El cazo 3 tiene un labio 5 que define un borde de excavación del cazo 3 (figuras 2, 3 y 5). El borde de excavación es la porción del equipo que lleva al contacto con el suelo. Los conjuntos de dientes y protectores a menudo se fijan al borde de excavación para proteger el borde, romper el suelo delante del labio 5 y recoger el material en el cazo. Conjuntos de múltiples dientes 7 y cubiertas 9, tales como los descritos en la patente US 9.222.243, pueden fijarse al labio 5 del cazo 3 (figuras 1 -5). El diente 7 ilustrado incluye un adaptador 11 soldado al labio 5, un adaptador intermedio 13 montado en el adaptador 11 y un punto (también llamada punta) 15 montado en la base 13. El punto 15 incluye una cavidad 18 que se abre hacia atrás para recibir la nariz 17 de la base 13 y un extremo frontal 19 para penetrar el suelo (figura 6). Se utilizan mecanismos de sujeción o cerraduras 21 para asegurar el elemento de desgaste 15 a la base 13 y la base 13 a la nariz 23 (figura 6). Son posibles otras disposiciones de dientes, tales como las que se describen en la patente US 7.882.649. Un aspecto de la presente invención se refiere a características de monitorización tales como la presencia, identificación de piezas, uso, rendimiento y/o condición de un producto de contacto con el suelo asociado con equipos de trabajo de tierras.
Para facilitar la discusión, la solicitud generalmente analiza la monitorización de una pieza de desgaste en una base asegurada a un cazo de excavación. Sin embargo, la herramienta o sistema podría usarse para monitorizar otros productos, características, operaciones y/o equipos de trabajo de tierras. Como ejemplos, la herramienta 25 puede monitorizar un punto en un adaptador, un punto 15 en un adaptador intermedio 13, un adaptador intermedio en un adaptador, un adaptador en un borde de excavación, una nariz 15 de un labio fundido, una cubierta en un labio 5, un labio en un cazo 3, una pala en una placa de molde, un patín o revestimiento de desgaste en un cazo, tolva o bandeja de camión, una bandeja de camión en un camión de transporte, dientes en un cabezal de corte, picos en un tambor de corte, desgaste placa fijada al cazo, un cazo en una pluma u otros productos de contacto con el suelo en otros tipos de equipos de trabajo de tierras.
Según un ejemplo de diente, el punto generalmente se desgastará y será necesario reemplazarlo varias veces. El adaptador intermedio puede denominarse base para esta pieza de desgaste. Sin embargo, el adaptador intermedio también puede denominarse pieza de desgaste o producto de contacto con el suelo a controlar. Cuando dicho producto de contacto con el suelo alcanza un perfil de desgaste mínimo recomendado (es decir, el elemento de desgaste se considera completamente desgastado), el producto 15 se reemplaza de modo que la producción no disminuya y la base, sobre la cual se monta el producto, no experimente un desgaste innecesario.
De acuerdo con la invención, se proporciona una herramienta de monitorización 25 para monitorizar productos de contacto con el suelo 15 en equipos de trabajo de tierras tales como el cazo 3. La herramienta 25 está separada del equipo de trabajo de tierras 1 y preferiblemente es móvil. Mantener la herramienta 25 separada del equipo de trabajo de tierras la protege de vibraciones y golpes de impacto asociados con el equipo de trabajo de tierras. La capacidad de mover la herramienta 25 permite que la herramienta, por ejemplo, mejore su capacidad para monitorizar los productos de contacto con el suelo y/o monitorizar más de un producto o equipo de trabajo de tierras (figuras 7 y 8).
El sistema de monitorización del desgaste de los dientes y el sistema de detección de dientes faltantes vendidos por Motion Metrics utilizan una cámara óptica montada en el brazo del equipo de excavación. De manera similar, la patente US 8.411.930 divulga un sistema para detectar piezas de desgaste dañadas o faltantes usando una cámara de video montada en el brazo. Debido a que las cámaras están ubicadas en la pluma, los sistemas solo tienen una vista clara de las piezas de desgaste durante una porción de la operación de excavación y descarga. Como resultado, existe la posibilidad de que los sistemas no registren inmediatamente que se ha perdido una pieza desgastada o que es necesario reemplazarla. Es posible que los sistemas tengan que esperar hasta el siguiente ciclo de excavación y descarga para confirmar que la pieza desgastada realmente se ha perdido y que ningún objeto está obstruyendo la visión del sistema y registrando una falsa alarma. El montaje en el brazo también puede someter la cámara a vibraciones y/o impactos, lo que puede provocar lecturas defectuosas y poco fiables (es decir, falsas alarmas y falta de una alerta necesaria) y daños o desgaste de la cámara, lo que reduce la vida útil del sistema. Montar una cámara en el brazo también limita la cercanía del punto de vista que se puede lograr y limita cuándo se puede realizar un mantenimiento rutinario o no programado en la cámara y/o el sistema.
La herramienta de monitorización 25 es o está soportada por un dispositivo móvil tal como un vehículo móvil 27 (por ejemplo, un UAV, ROV, robot, vehículo de servicio o similar) o un dispositivo portátil (por ejemplo, un teléfono móvil, tableta o similar). En una construcción, la herramienta 25 es un UAV en forma de, por ejemplo, un dron, un helicóptero, un dirigible, un avión u otro vehículo aéreo. El vehículo móvil 27 puede ser maniobrado directamente por un operador, de forma remota por un operador a través de un dispositivo de entrada del usuario o de forma autónoma. Como ejemplos, el vehículo móvil puede maniobrarse con una palanca de mando, de forma autónoma o una combinación de control por operador y por programación. Por ejemplo, un UAV puede requerir un operador para el despegue y el aterrizaje y puede flotar automáticamente sobre el equipo de trabajo de tierras. Hay una serie de vehículos aéreos no tripulados, robots móviles terrestres y ROV disponibles en el mercado que podrían modificarse para monitorizar productos que atacan el suelo. Por ejemplo, el UAV puede ser un dron flotante vendido por Adam Technology con el nombre de A.I. Tech, un dron flotante vendido por AIBOTIX con el nombre de Aibot X6 V2, un avión vendido por Trimble con el nombre UX5, un dron flotante vendido por Infinity Jib Inc. con el nombre The Surveyor y/o ORION, un dron flotante vendido por SwissDrones Operating AG con el nombre Dragon 50, un dron flotante vendido por 3D Robotics Inc. con el nombre 3DR RTF X8, un dron flotante vendido por DJI con el nombre Phantom , un avión flotante vendido por RIEGL con el nombre de RIEGL RiCOPTER, y/o cualquiera de los numerosos otros UAV, robots móviles terrestres y ROV actualmente conocidos. El vehículo móvil en forma de, por ejemplo, un UAV, un robot móvil terrestre o un ROV puede llevarse al equipo de trabajo de tierra 1 en un vehículo de transporte que puede moverse desde un almacén, estación o primer equipo de trabajo de tierra a un segundo equipo de trabajo de tierras (figuras 7 y 8). El vehículo de transporte puede tener ruedas y/u orugas. El vehículo de transporte generalmente es conducido hasta el equipo de trabajo de tierras 1 por un operador ubicado dentro del vehículo, pero podría ser conducido de forma remota o autónoma. Por ejemplo, el vehículo de transporte puede conducirse de forma remota con una palanca de mando (no mostrado) y cámaras (no mostradas) ubicadas en el vehículo de transporte. En otro ejemplo, el vehículo de transporte puede estar completamente automatizado y programado para conducir hasta el equipo de trabajo de tierras 1 que necesita elementos de desgaste monitorizados. El vehículo de transporte también podrá utilizarse para otras actividades de servicios. En una realización alternativa, el vehículo móvil con la herramienta de monitorización 25 puede volar o conducirse hasta el equipo de trabajo de tierras sin la necesidad de un vehículo de transporte separado para mover la herramienta de un lugar a otro (figuras 7 y 8).
La herramienta 25 puede incluir un dispositivo de maniobra 29 (por ejemplo, un brazo articulado controlado, junta universal accionada, etc.) para maniobrar al menos un dispositivo electrónico o sensor 31 (figuras 7 y 8). Alternativamente, el dispositivo móvil 27 que soporta la herramienta de monitorización 25 se puede maniobrar para apuntar el dispositivo electrónico 31 en la dirección deseada sin un dispositivo de maniobra adicional 29. En ciertas realizaciones, el dispositivo de maniobra 29 está montado en un vehículo móvil 27 capaz de maniobrar un dispositivo electrónico 31 de modo que tenga una línea de visión clara desplegada para monitorizar los productos 15. El dispositivo electrónico puede ser un dispositivo de caracterización de superficies, por ejemplo, una cámara 32 u otro dispositivo que crea, por ejemplo, una representación bidimensional o tridimensional de al menos una parte del producto, u otra representación del producto o de la superficie del producto que se está monitorizando (figuras 7 y 8).
En una realización alternativa, la herramienta 25a puede estar soportada por un dispositivo portátil 28 que se lleva o transporta de otro modo, por ejemplo, al cazo 3 del equipo de trabajo de tierras 1 (figura 14). Un operador 2 puede sostener físicamente la herramienta 25a mientras la herramienta monitoriza el producto 15. Alternativamente, el dispositivo portátil podría montarse sobre un soporte fijo o ajustable. La herramienta 25a puede ser, por ejemplo, un ordenador, un teléfono, una tableta u otro dispositivo pequeño que pueda ser sostenido y/o transportado por un operador 2.
En una realización, la herramienta 25 tiene un dispositivo de caracterización de superficie 31 para generar, por ejemplo, un perfil bidimensional o tridimensional de al menos una porción del producto 15 a monitorizar. Por ejemplo, el dispositivo 31 podría controlar solo la porción de broca de una punta en busca de desgaste y/o separación. El dispositivo electrónico 31 puede, por ejemplo, generar una nube de puntos bidimensional o tridimensional que representa la superficie exterior del producto 15 que se está monitorizando. La representación tridimensional también puede ser, por ejemplo, una imagen óptica capturada por una cámara 32. En una realización, el dispositivo electrónico 31 puede generar datos por sí solo o en combinación con datos de una base de datos o dispositivo remoto para determinar la carga dentro, por ejemplo, de un cazo o carrocería de camión. Por ejemplo, el sistema puede generar un perfil bidimensional o tridimensional de la carga 24 dentro de un cazo o bandeja de camión. En otro ejemplo, el sistema puede usar datos de densidad y/o volumen de la herramienta 25 y datos de carga de los cilindros hidráulicos del camión de transporte para determinar la carga transportada por el camión de transporte.
La información y/o los datos recibidos desde la herramienta de monitorización 25 se pueden enviar a un dispositivo remoto 38 en la cabina (o en otro lugar), se pueden proporcionar y/o combinar con datos de un dispositivo portátil, una base de datos en la nube 194, otras fuentes de datos, otro dispositivo remoto, etc. para proporcionar información y análisis. Se podrían usar múltiples antenas y/o dispositivos remotos para aumentar la fiabilidad de captar la señal si se desea o es necesario para la operación particular. El procesador 198, u otros elementos del sistema, pueden estar acoplados operativamente con una Unidad de Control de Equipo ECU 200. La ECU 200 puede proporcionar o recibir información desde el procesador 198 y/o directamente hacia o desde el(los) sensor(es) 31. La ECU 200 puede proporcionar datos relacionados, entre otros, con el par del motor, el consumo de combustible, la temperatura atmosférica, la temperatura del motor y similares. Los datos de la ECU pueden acoplarse con datos de sensores y/o datos de otras fuentes y ser procesados por el procesador para proporcionar diversas salidas.
El dispositivo de caracterización de superficies 31 puede ser, por ejemplo, una cámara 32, un dispositivo LiDAR, un dispositivo láser 3D, un dispositivo de fotogrametría o una combinación de los mismos. La herramienta 25 puede tener un dispositivo 29 para maniobrar el al menos un sensor electrónico 31. La movilidad de la herramienta 25 y/o el uso de un dispositivo de maniobra 29 pueden permitir que al menos un sensor electrónico 31 tenga una línea de visión clara hacia el producto 15 o la carga 24 a monitorizar. El dispositivo 29 podría ser, por ejemplo, un brazo articulado controlado, un dispositivo giratorio u otro instrumento de maniobra.
Ejemplos de dispositivos LiDAR que pueden usarse para generar una nube de puntos bidimensional o tridimensional u otra representación de un producto (por ejemplo, una superficie de producto) y/o carga es un dispositivo LiDAR vendido por Neptec Technologies Corporation bajo el nombre OPAL, y/o un dispositivo LiDAR vendido por Leica Geosystems con el nombre de Leica Pegasus: Dos. Los dispositivos LiDAR Zebedee y ZEB1 están diseñados para ser dispositivos portátiles, pero podrían integrarse con un UAV, un robot móvil terrestre o un ROV para generar la representación del producto y/o carga monitorizados. La información generada por el dispositivo LiDAR podría enviarse a una base de datos u ordenador en el dispositivo móvil (como un UAV, un robot móvil terrestre, un ROV, un camión de servicio o un dispositivo portátil) para su posterior procesamiento o puede enviarse a una base de datos de un dispositivo remoto u ordenador en un dispositivo remoto u otra herramienta de monitorización para su posterior procesamiento.
Ejemplos de un dispositivo láser 3D que se puede usar para generar, por ejemplo, una nube de puntos bidimensional o tridimensional (u otra representación) del producto, superficie(s) del producto y/o carga monitorizados es un dispositivo láser vendido por Creaform bajo el nombre GolSCAN y un dispositivo láser vendido por RIEGL con el nombre VUX-1. Al igual que los dispositivos LiDAR, el dispositivo láser GoISCAN 3D está diseñado como un dispositivo portátil, pero podría integrarse con un vehículo móvil, tal como un vehículo de servicio (por ejemplo, un vehículo de transporte 27 con ruedas y/u orugas), un UAV, un robot móvil terrestre, o ROV.
Se podrían usar numerosas cámaras digitales de consumo y/o cámaras DSLR para generar fotogramétricamente una representación tridimensional o de otro tipo del producto y/o carga monitorizados. Por ejemplo, Canon tiene una cámara digital vendida con el nombre EOS 5D, Nikon tiene una cámara digital vendida con el nombre D700, Leica Geosystems tiene una cámara digital vendida con el nombre RCD30, DOT Product LLC tiene una cámara de luz estructurada basada en tableta vendida con el nombre los nombres DPI-7, Structure Sensor e ISense tienen cámaras digitales basadas en tabletas, y Heuristic Lab tiene una cámara digital para teléfonos inteligentes con el nombre LazeeEye que podría usarse para generar fotogramétricamente, por ejemplo, un perfil de desgaste del producto monitorizado. Las diversas cámaras podrían integrarse con un dispositivo móvil, tal como un UAV, un robot móvil terrestre, un ROV, un camión de servicio o un dispositivo portátil para generar, por ejemplo, un perfil bidimensional o tridimensional y/u otra información generada por las cámaras podría, por ejemplo, enviarse a una base de datos o computadora en un dispositivo móvil o un dispositivo remoto para su posterior procesamiento. Un dispositivo remoto es un dispositivo que está alejado del dispositivo de monitorización y podría incluir dispositivos en una o más ubicaciones.
Se utiliza un procesador con lógica programable para procesar la información generada por el sensor electrónico 31 que, por ejemplo, captura el perfil bidimensional o tridimensional del producto 15 y/o la carga 24 que se está monitorizando. La lógica programable puede usarse en el dispositivo móvil como parte de la herramienta de monitorización y/o la lógica programable puede estar en un dispositivo remoto en forma de, por ejemplo, un ordenador que es remoto a la herramienta de monitorización 25. Dependiendo de qué tipo de dispositivo electrónico 31 se esté usando para generar, por ejemplo, el perfil, la lógica programable puede ser software vendido por Autodesk con el nombre RECAP, software vendido por PhotoModeler con el nombre PhotoModeler Scanner, software vendido por Acute 3D con el nombre Smart3DCapture, software vendido por Agisoft con el nombre PhotoScan, software vendido por Trimble con el nombre Business Center, software de CloudCompare, software de MeshLab, software de LAStools, software de itSeez3D y/o software diverso conocido para procesar datos de nubes de puntos tridimensionales.
La figura 9 es un diagrama esquemático del sistema que ilustra un ejemplo de sistema de monitorización 95 para monitorizar uno o más productos de contacto con el suelo. Un sensor 31 (por ejemplo, un dispositivo de caracterización de superficie) está físicamente acoplado o instalado en la herramienta 25 y puede configurarse para detectar una condición del producto 15 de contacto con el suelo. El sensor 31 y/o el hardware o software asociado pueden configurarse para generar, por ejemplo, un perfil 2D o 3D del producto y/o capturar y pasar datos a través de una señal inalámbrica 98 desde la antena 35 a un receptor 100 incluido con, o acoplado con una interfaz hombre-máquina (HMI) 71. La señal 98 puede ser recibida y/o procesada por un módulo de comunicación 102. La HMI 71 puede configurarse para recibir el perfil y/o para recibir los datos y generar el perfil. El perfil generado puede compararse, por ejemplo, con perfiles 2D o 3D existentes recuperados de una primera y/o segunda base de datos 118, 120. El resultado de la comparación puede desencadenar una notificación que puede materializarse como una alerta 100. El ejemplo ilustrado muestra la alerta 100 en la pantalla 73 visible para un operador en la cabina 104 de la máquina de trabajo de tierras 1. Como se indicó, se pueden utilizar otras alertas y/o adicionales.
La herramienta 25, que en un ejemplo utiliza un vehículo aéreo no tripulado (UAV) 25, puede, en algunas realizaciones de ejemplo, configurarse para mantener un patrón de vuelo determinado al menos en parte en una ubicación física del producto 15. El UAV 25 puede, por ejemplo, monitorizar un elemento reconocible en el producto 15, monitorizar la intensidad de la señal y similares, desde un transmisor/antena 36 acoplado con el sensor 38 que puede estar acoplado con el producto 15, o usar un sistema GPS. La HMI puede mantener un patrón de vuelo determinado, por ejemplo, por criterios predeterminados, según instrucciones programables presentes en el UAV 25, el dispositivo remoto 37 o la HMI de interfaz hombre-máquina. La HMI 71 también puede incluir una modificación de herramienta y/o una interfaz de navegación 110. La modificación de la herramienta y/o la interfaz de navegación 110 pueden proporcionar un ajuste manual de, por ejemplo, la posición del sensor 31, el ángulo de la cámara, la posición del UAV, la altura del UAV, la configuración de la cámara o del sensor, etc. El ajuste puede efectuarse mediante el dispositivo de maniobra 29.
Una cámara 106 puede ser el dispositivo de caracterización de superficies soportado en vuelo por la herramienta UAV 25 (o puede ser adicional a otro dispositivo de caracterización de superficies) y puede estar dirigida para capturar, por ejemplo, un perfil 2D o 3D y, en algunos casos, una imagen de al menos una porción del producto de contacto con el suelo de forma continua, en momentos establecidos o en función de eventos (por ejemplo, al recibir un activador o la emisión de la alerta). La información recopilada por la herramienta 25 se puede proporcionar a un dispositivo remoto, para su procesamiento o uso, de forma continua, periódica, según demanda o en lotes. Independientemente del modo de entrega, el sistema puede funcionar para proporcionar datos y/o evaluaciones históricos y/o en tiempo real. Se puede configurar una pantalla 73 para mostrar, por ejemplo, un perfil del producto monitorizado 79 y/o una imagen capturada por el sensor 31 o la cámara 106. La imagen puede ser una transmisión de vídeo en vivo. La pantalla se puede configurar para mostrar tanto imágenes fijas como imágenes de vídeo. El perfil 79, o imagen, puede capturarse desde un punto de vista determinado con respecto al producto que no depende principalmente de la manipulación del operador de los controles de la máquina excavadora. La pantalla 73 también puede mostrar una representación gráfica 108 indicativa de, por ejemplo, un nivel de desgaste. La representación gráfica puede ser o incluir texto y/o un valor numérico y/o una condición, es decir, "diente roto" y similares. De esta manera, un operador, u otro trabajador en el lugar de trabajo o asociado con el mismo, puede ser consciente de un problema potencial o característica del producto a través de la alerta 100 y puede confirmar o descartar la condición y/o proporcionar un juicio de valor sobre la gravedad de la condición. De esta manera, se pueden evitar tiempos de inactividad innecesarios.
El movimiento de la herramienta UAV 25 puede efectuarse según uno de: Coordenadas GPS; un dato establecido en la operación de movimiento de tierras; un dato establecido en el producto, un dato establecido en el equipo de trabajo de tierra; y un dato establecido en un punto calculado adyacente al equipo de movimiento de tierras. La HMI 71 puede incluir un módulo de navegación UAV 112 que puede incluir lógica para controlar el UAV. La lógica para controlar el UAV 25 también puede estar ubicada, o en su lugar, en el UAV 25. La HMI 71 también puede incluir un módulo de optimización de trayectoria de excavación 114. Lo que puede incluir lógica para sugerir al operador una trayectoria de excavación mejor optimizada. La trayectoria de excavación mejor optimizada se puede comunicar a través de una interfaz de trayectoria de excavación 116 incluida en la pantalla 73. La información para optimizar la trayectoria de excavación puede incluir datos del sensor 38 acoplado con el producto 15, el módulo de comunicación remota 37, la herramienta 25 y/o una o más bases de datos 118, 120. La primera base de datos 118 puede residir en la HMI 71, la segunda base de datos 120 puede estar acoplada a través de una conexión por cable o inalámbrica 122. La segunda base de datos 120 puede estar en un almacenamiento en la nube.
La HMI 71 puede incluir un procesador 124 para recibir, enviar y procesar los datos desde y hacia las diversas fuentes de datos y consumidores de datos en el sistema 95. Un módulo de visualización 126 puede incluir lógica para recibir datos y formatear datos que se mostrarán en la pantalla 73.
La figura 10 es una vista en alzado que ilustra una vista de ejemplo desde la cabina 104 de un cargador frontal 1 de acuerdo con la presente invención. Las piezas de desgaste 15, en forma de dientes, fijadas a un cazo pueden quedar parcial o completamente ocultas a la vista del operador desde la cabina 104. La HMI 71 puede colocarse cómodamente para el operador. El cazo 3 y los dientes 15 se muestran en la pantalla 73, por ejemplo, como un perfil 3D generado y/o una imagen gráfica fotográfica o de vídeo desde un punto de vista ventajoso. De esta manera, el operador puede tomar decisiones mejor informadas con respecto al producto(s) 15. La pantalla y/o una pantalla configurada de manera similar también pueden estar disponibles para otro personal en el lugar de trabajo, asociado o remoto al mismo.
Además de la lógica programable para procesar, por ejemplo, datos de nube de puntos tridimensionales, la herramienta 25 puede tener una lógica programable para determinar cosas tales como la identidad del producto, la presencia o ausencia del producto, el perfil de desgaste actual, la estimación desgaste restante, identificando el riesgo de pérdida y/o proporcionando alertas al operador. La lógica programable puede, por ejemplo, ser capaz de comparar el perfil de desgaste actual o los indicadores de riesgo actuales con un perfil de desgaste, indicadores de riesgo y/o longitudes de porción de broca previamente establecidos en una base de datos para determinar la vida útil restante estimada, si el producto se ha separado del equipo de trabajo de tierra, o para identificar el riesgo de que el producto pueda perderse o dañarse en un futuro próximo. El perfil de desgaste previamente establecido puede ser un modelo CAD u otro perfil de un nuevo producto o puede ser un perfil del producto previamente registrado. El perfil de desgaste previamente establecido podrá almacenarse en una base de datos en el dispositivo móvil o dispositivo remoto. La lógica programable también puede comparar el perfil de desgaste actual con una base de datos que contiene el perfil de desgaste mínimo para el producto. Con base en el perfil de desgaste mínimo conocido, el perfil de desgaste actual y/o los perfiles de desgaste del producto previamente establecidos, la lógica programable puede determinar la vida útil restante del producto.
La información sobre el perfil de desgaste de un producto se puede almacenar en una base de datos en el dispositivo móvil o en un dispositivo remoto. La información puede provenir de varias fuentes. Por ejemplo, los perfiles de desgaste pueden ser de un producto nuevo, un producto completamente desgastado o perfiles entre una condición nueva y una condición completamente desgastada. La condición del producto puede almacenarse, por ejemplo, como una representación bidimensional o tridimensional del producto. En otras realizaciones, la condición de desgaste puede ser una representación bidimensional o tridimensional u otra representación del producto. La representación del producto puede ser, por ejemplo, un archivo CAD tridimensional, una representación de nube de puntos tridimensional del producto, una combinación de los mismos, u otra representación del producto que proporcione a la base de datos datos relevantes relacionados con una condición de desgaste del producto. Se pueden precargar representaciones tridimensionales u otras representaciones de los productos en la base de datos o en el sensor de la herramienta para monitorizar los productos. La herramienta puede proporcionar datos para generar una representación y la lógica programable puede agregar la representación del producto a la base de datos del perfil de desgaste. En otras realizaciones, se puede usar una herramienta separada para agregar representaciones a la base de datos del perfil de desgaste. De esta manera, la base de datos de perfiles de desgaste puede completarse con una variedad de perfiles de desgaste para una variedad de productos utilizados en una variedad de equipos de trabajo de tierras, independientemente del fabricante.
Además de los datos relacionados con los perfiles de desgaste del producto, la lógica programable puede recibir información relacionada con, por ejemplo, cuánto tiempo ha estado en uso el producto, cuántos ciclos de excavación ha encontrado el producto y/o la geología de la mina para predecir la vida útil restante del producto. La lógica programable puede proporcionar al operador la vida útil restante estimada como unidad de tiempo, unidades restantes de material movido o como unidad de ciclos de excavación. La lógica programable se puede programar para producir una alerta de precaución de que un producto específico está a punto de necesitar reemplazo. La alerta puede ser, por ejemplo, una alerta visual, retroalimentación háptica y/o una alerta de audio. La herramienta 25 o el dispositivo remoto 37 puede proporcionar de forma inalámbrica alertas a los operadores de equipos u otros, y/o dispositivos inalámbricos para el acceso del operador u otros tales como personal de mantenimiento, administradores de sitios mineros o similares. Además, la lógica programable puede programarse para producir una alerta si el perfil indica que el producto se ha perdido o si el producto se ha usado de manera que sea igual o menor que el perfil de desgaste mínimo recomendado. Además, la lógica programable puede proporcionar al operador una indicación de fallos actuales o predicciones de fallos futuros que pueden provocar pérdida, daño o falla del producto que puede conducir a una reducción en la productividad y/o tiempo de inactividad del equipo.
Dependiendo del tipo de sensor electrónico 31 que se use para determinar el perfil del producto monitorizado y/o la carga, puede ser necesario que la herramienta de monitorización 25 se acerque mucho al equipo de trabajo de tierras. Si la herramienta 25 tiene un dispositivo electrónico 31 que requiere que la herramienta 25 esté muy cerca del equipo de trabajo de tierras 1, la herramienta 25 puede comunicarse con un dispositivo remoto 37 en el equipo de trabajo de tierras 1 para ayudar al sistema de evitación de obstáculos de la herramienta. Por ejemplo, si el dispositivo remoto 37 incluye un sensor GPS ubicado, por ejemplo, en el cubo 3, la herramienta 25 puede tener una lógica programable que calcule una zona protegida alrededor del dispositivo remoto 37 (basándose en la geometría conocida del cazo y la geometría conocida del equipo de excavación) de modo que la herramienta 25 no entre en la zona protegida incluso cuando se mueve el cazo. Recibir información de posición de un sensor ubicado en el equipo de trabajo de tierra también puede ayudar a que la herramienta se mueva (por ejemplo, vuele) cerca del cazo 3 cuando el equipo de trabajo de tierra no esté en uso (figura 11). Esto puede ser útil para determinar, por ejemplo, la condición y/o perfil de desgaste de los productos que se están monitorizando. El uso de un dispositivo móvil tal como un UAV, un robot móvil terrestre, un ROV, un vehículo de servicio o un dispositivo portátil para soportar una herramienta de monitorización 25 para determinar información sobre el producto es ventajoso porque el dispositivo móvil puede proporcionar puntos de vista únicos y/o tomar lecturas en prácticamente cualquier punto del ciclo de excavación sin inhibir la operación de excavación ni poner en peligro al personal. También, como se señaló anteriormente, permite que los sensores se acerquen más a las áreas de interés (como los productos) para una recopilación de información segura y fiable. También permite una monitorización coordinada y eficiente de los productos en más de un equipo de trabajo de tierras, tal como la monitorización simultánea de un cazo y una carrocería de camión, un cazo y las piezas de desgaste del cazo, etc. Un ejemplo incluye la monitorización simultánea de ambos carga en un cazo y la carga en una tolva o bandeja del camión que recibe el material del cazo. Además, una herramienta de monitorización en un dispositivo móvil puede capturar posiciones de la máquina, pluma, brazo, cazo y banco durante el ciclo de excavación con o sin capturar información adicional de los sensores 37, 38. Esta información se utilizaría para ayudar a optimizar/validar el diseño del producto y para optimizar/validar el rendimiento del producto para el cliente.
La herramienta 25 puede tener un dispositivo de comunicación para comunicarse con un dispositivo remoto 37 que está alejado de la herramienta. Por ejemplo, la herramienta 25 puede comunicarse con un dispositivo remoto 37 en forma de, por ejemplo, una antena, un ordenador, una base de datos y/o al menos un sensor electrónico 38 que está remoto a la herramienta. El sensor electrónico 38 puede estar fijado, por ejemplo, a productos monitorizados, al equipo de excavación de tierras 1 o al vehículo de transporte 27. El sensor electrónico puede estar ubicado en un producto que se acopla al suelo a excavar (tal como una punta) o puede estar ubicado en la máquina que maniobra el producto que contacta con el suelo. Por ejemplo, el sensor electrónico 38 puede estar ubicado en el equipo de trabajo de tierras 1 (figura 7) o el sensor electrónico 38 puede estar ubicado en un cazo 3 (figuras 7, 8, 11 y 14), una pala, una carrocería de camión (figuras 7, 8 y 11-13), una punta, un adaptador intermedio, un adaptador, una cubierta, una nariz, un labio, una guía de desgaste, un revestimiento de camión o similares. El sensor electrónico 38 puede comunicarse con sensores electrónicos adicionales en el equipo de trabajo de tierras 1 o con una base de datos u ordenador (por ejemplo, un ordenador a bordo). Sin embargo, en esta realización, al menos uno de los sensores electrónicos 38 y/o una base de datos u ordenador tiene un dispositivo 37 para comunicarse con la herramienta 25. El dispositivo 37, por ejemplo, puede incluir un dispositivo inalámbrico. Los sensores 38 pueden ser del tipo descrito en cualquiera de las solicitudes de patente US 62/198.552; 62/175.109; 62/234.463.
El dispositivo electrónico 37 (por ejemplo, sensores 38, una base de datos y/o un ordenador) puede proporcionar a la herramienta 25, por ejemplo, información relacionada con la ubicación, tipo de producto, ID, cuánto tiempo ha estado el producto en la máquina, cuántos ciclos de excavación que ha experimentado el producto, información relacionada con la geología de la mina y/u otra información útil para determinar la vida útil restante estimada y/o identificar el riesgo y predecir el potencial de dañar o perder el producto, accesorio, componente o equipo de trabajo de tierra, y/o determinar información relacionada con la carga dentro del equipo de trabajo de tierras. En algunos casos, la herramienta 25 puede hacer referencia a una base de datos u ordenador con información relacionada con la geología de la mina para determinar la vida útil estimada restante y/o determinar información relacionada con la carga dentro del equipo de trabajo de tierras.
El sensor electrónico 38 puede ser, por ejemplo, pasivo o activo y puede incluir un receptor, un transmisor y/o un sensor digital. El receptor y/o transmisor puede ser, por ejemplo, un receptor y/o transmisor de ondas electromagnéticas, un receptor y/o transmisor láser o un sistema de posicionamiento global (GPS). Las ondas electromagnéticas tienen preferiblemente una longitud de onda mayor que el espectro visible (por ejemplo, infrarrojo, microondas o radiofrecuencia [RF]), pero pueden estar en el espectro ultrasónico. Además, el sensor electrónico puede ser, por ejemplo, un acelerómetro, una cámara, una unidad de inclinómetro digital, una brújula digital y/o un RFID.
Además, la herramienta de monitorización (con o sin información complementaria de los sensores asociados a los productos o información contenida en una base de datos) puede proporcionar información sobre el suelo a excavar y la trayectoria de excavación del cazo. La lógica programable puede utilizar la información sobre el suelo a excavar y el camino de excavación para sugerir una trayectoria de excavación que aumentará la productividad. La información de los sensores y la lógica programable se puede comunicar al equipo de trabajo de tierras para que el equipo de trabajo de tierras utilice la información para ajustar la trayectoria de excavación del cazo para una productividad óptima. En una realización alternativa, la información de los sensores y la lógica programable se puede comunicar a un operador del equipo para que el operador pueda ajustar la trayectoria de excavación del cazo para una productividad óptima.
La herramienta 25 puede monitorizar la carga 24 dentro del equipo de trabajo de tierras 1 (por ejemplo, un cazo y/o una plataforma de camión) sin interrumpir el funcionamiento del equipo de trabajo de tierras 1. La monitorización de la carga del equipo de trabajo de tierras permite a los operadores del equipo de trabajo de tierras sepan, por ejemplo, cuándo han alcanzado la carga óptima para que el operador no sobrecargue el equipo de trabajo de tierras y potencialmente dañe los productos u otros componentes del equipo de trabajo de tierras. También es importante que el operador no cargue continuamente el equipo de movimiento de tierras de manera que la producción no sea óptima. La herramienta puede usar lógica programable para determinar la cantidad de material de tierra dentro del equipo de trabajo de tierra basándose, por ejemplo, en un perfil bidimensional o tridimensional de la carga 24. La herramienta 25 también puede determinar un peso estimado de la carga 24 dentro del equipo de trabajo de tierras 1 en función del volumen (determinado, por ejemplo, a partir del perfil), el grado de fragmentación del material y/o el tipo de material. El grado de fragmentación del material puede ser determinado por la herramienta 25 o puede ser determinado por un dispositivo 37 remoto a la herramienta 25. El dispositivo 37, por ejemplo, puede estar situado en el equipo de trabajo de tierras 1. El tipo de material que se está excavando puede ser determinado por la herramienta 25, determinado por un dispositivo 37, o la herramienta 25 puede hacer referencia a una base de datos con la información. La herramienta 25 también puede verificar el peso estimado de la carga 24 comparando el peso estimado con el peso declarado de una unidad de monitorización de carga instalada en el equipo de trabajo de tierras. La herramienta 25 también puede usar lógica programable para determinar el número de cargas, el tiempo de ciclo entre cargas, la tasa de llenado del equipo de trabajo de tierras y/o la efectividad de la carga del equipo de trabajo de tierras. La herramienta 25 también puede proporcionar datos que están sujetos a procesamiento en tiempo real para ayudar, por ejemplo, en la carga eficiente de una bandeja de camión. Por ejemplo, el sistema puede proporcionar información al operador sobre la carga que debe recoger (por ejemplo, medio cazo) para llenar completamente el camión de transporte en espera.
Los resultados y alertas del proceso pueden enviarse a al menos una Interfaz Hombre-Máquina (HMI) 71. La herramienta también puede comunicarse con otros sistemas informáticos de forma inalámbrica o mediante una conexión por cable cuyos productos específicos pueden necesitar mantenimiento, ya sea porque se perdió la pieza del producto o porque el producto se desgasta más allá del perfil de desgaste mínimo. Además, la herramienta puede almacenar todos los resultados del proceso. La HMI 71 puede ser un dispositivo inalámbrico 81 (figura 10), puede integrarse con un sistema de visualización actualmente en el equipo de excavación (por ejemplo, con la pantalla OEM), integrarse con un nuevo sistema de visualización dentro del equipo de excavación, y/o puede estar ubicado en un lugar remoto. La HMI 71 puede configurarse para proporcionar una visualización gráfica 73 del estado actual del producto (figura 10). La HMI 71 puede, por ejemplo, proporcionar alertas visuales (por ejemplo, texto y/o imágenes pictóricas), retroalimentación háptica (por ejemplo, vibraciones) y alertas de audio con respecto al estado de cada producto. La alerta visual puede ser, por ejemplo, una imagen gráfica 73 que muestra cada producto monitoreado y el estado de cada producto (es decir, ausente/presente, desgaste aceptable, daño, necesidad de mantenimiento y reducción de la productividad). La HMI 71 puede diseñarse para mostrar una imagen en vivo 79 del producto de modo que un operador pueda comprobar visualmente que una alerta es válida. La HMI puede diseñarse para mostrar un gráfico histórico 85 de modo que un operador pueda determinar cuándo ocurrió una alerta para que un operador pueda tomar las acciones necesarias si se pierde un producto.
En un uso de ejemplo, la herramienta 25 se lleva al equipo de trabajo de tierras 1 con el producto 15 a monitorizar. La herramienta 25 tiene un dispositivo de comunicación 35 para recibir y/o transmitir información desde o hacia un dispositivo remoto 37 tal como uno con un sensor electrónico 31, una base de datos y/o un ordenador. La herramienta 25 se coloca separada (por ejemplo, vuela por encima) del equipo de trabajo de tierras 1 y genera, por ejemplo, perfiles tridimensionales de las cargas 24 dentro de los productos que se acoplan al suelo (por ejemplo, un cazo) usando al menos un sensor electrónico 31. La lógica programable en la herramienta 25 y/o el dispositivo remoto 37 puede procesar la información del al menos un dispositivo electrónico 31 y puede usar adicionalmente la información del dispositivo remoto 38 y/o la base de datos para determinar, por ejemplo, el número de veces que se ha llenado el equipo de trabajo de tierras, el tiempo promedio que lleva llenar el equipo de trabajo de tierras, la tasa de llenado del equipo de trabajo de tierras, el volumen dentro del equipo de trabajo de tierras y/o la efectividad del proceso de carga. La herramienta 25 también puede, o en su lugar, generar, por ejemplo, perfiles bidimensionales o tridimensionales de los productos 15 en el equipo de trabajo de tierras 1. La lógica programable para la herramienta 25 procesa la información de al menos un dispositivo electrónico 31 y también puede usar la información del dispositivo electrónico remoto 38, la base de datos y/o el ordenador para determinar las características del producto 15. La lógica programable puede, por ejemplo, proporcionar una vida útil estimada restante para el producto 15 y proporciona una estimación de la probabilidad de que el producto 15 se pierda, se dañe o conduzca a una reducción de la productividad o daños al equipo de trabajo de tierras. La lógica programable también puede, por ejemplo, proporcionar una alerta de que el producto 15 es aceptable para uso continuado o que el producto 15 debe ser reemplazado. Cuando el equipo de trabajo de tierras no está en uso, la herramienta 25 puede moverse muy cerca del equipo de trabajo de tierra para analizar mejor el estado del producto 15.
En otro ejemplo, una herramienta de monitorización 25 puede proporcionar datos para una evaluación en tiempo real de las características de una operación. Por ejemplo, la herramienta puede monitorizar la carga reunida en un cazo y en la bandeja del camión que se está llenando para brindar información al operador sobre cómo llenar la bandeja del camión de manera más eficiente. Como ejemplo, el sistema puede indicar que el camión de transporte en espera estará completamente lleno y el cazo estará lleno sólo parcialmente (por ejemplo, hasta la mitad). De esta forma, el sistema puede aumentar la eficiencia y producción de la operación. Las evaluaciones en tiempo real se pueden utilizar de otras maneras, como para optimizar el camino de excavación, programar el mantenimiento, estimar la producción, etc.
En otro ejemplo, se puede usar una herramienta de monitorización 25 para generar datos utilizables para mapear un sitio de mina u otro sitio de trabajo de tierras para estimar las características de los productos de contacto con el suelo en los equipos de trabajo de tierras usados en el sitio. Por ejemplo, los datos recopilados podrían usarse para generar un mapeo de estilo de contorno de las tasas de desgaste para productos de contacto con el suelo para determinar mejor cosas tales como cronogramas de reemplazo de productos, costes, etc. En un ejemplo, los datos recopilados por la herramienta 25 podrían combinarse con otros datos como geología de la mina, datos de GPS, fragmentación, etc. Los datos podrían usarse para mapear otras características o procesar los datos del sitio de formas distintas al mapeo para generar información similar.
Aunque la discusión anterior ha discutido la invención principalmente en relación con una carga dentro de un cazo y dientes en un cazo, la herramienta se puede usar para crear, por ejemplo, un perfil bidimensional o tridimensional de otros productos o superficies de productos en un cazo como protectores, alas y/o patines o el cazo u otros accesorios y componentes del equipo de trabajo de tierras. Además, los sistemas de la presente invención también se pueden usar para monitorizar la presencia y/o condición de productos en otros tipos de equipos de trabajo de tierras tales como guías en rampas o bandejas de camiones, o cantoneras en palas.
Lista de signos de referencia
1 equipo de trabajo de tierras, excavadora de minería
2 operador
3 cazo
4 bastidor, carcasa
5 labio, borde de excavación
7 conjuntos de dientes múltiples, diente
8 soportes de fijación
9 protector
10 puerta inferior articulada
11 adaptador
12 pared trasera
13 base
14 paredes laterales opuestas
15 punto, punta, producto, pieza de desgaste
16 cavidad
17 nariz
18 cavidad que se abre hacia atrás
19 extremo delantero
21 mecanismos de seguridad, cerraduras
23 nariz
24 carga
25 herramienta, herramienta de monitorización, UAV
25a herramienta
27 dispositivo móvil, vehículo de transporte
28 dispositivo portátil
29 dispositivo de maniobra
31 dispositivo electrónico, sensor, sensor electrónico
32 cámara
35 antena
36 transmisor/antena
37 dispositivo remoto, módulo de comunicación, dispositivo electrónico
38 sensor, sensor electrónico
71 interfaz hombre-máquina, HMI
73 pantalla
79 producto monitorizado, perfil
95 sistema
98 señal
100 receptor
102 módulo de comunicación
104 cabina
106 cámara
108 representación gráfica
110 interfaz de navegación
112 módulo de navegación
114 módulo de optimización
116 interfaz
118 primera base de datos
120 segundas base de datos
122 conexión inalámbrica
124 procesador
126 módulo de pantalla
194 base de datos en la nube
200 unidad de control de equipo, ECU

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema monitorización, que comprende:
equipo de trabajo de tierras (1) que incluye un producto de contacto con el suelo (15;3); y
una herramienta de monitorización (25) que incluye un vehículo móvil (25) que se puede mover a diferentes posiciones independientemente del equipo de trabajo de tierras (1), caracterizado por que se proporciona un dispositivo electrónico (31) en el vehículo móvil (25) para capturar de forma remota una representación de al menos una porción del producto de contacto con el suelo (15;3) para detectar el desgaste y la separación del producto de contacto con el suelo (15;3) del equipo de trabajo de tierras (1), siendo el vehículo móvil (25) un vehículo aéreo no tripulado (UAV).
2. El sistema de monitorización según la reivindicación 1, en el que el vehículo aéreo no tripulado (25) se opera de forma remota o autónoma.
3. El sistema de monitorización según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo electrónico (31) es un dispositivo de caracterización de superficies.
4. El sistema de monitorización según la reivindicación 3, en el que el dispositivo de caracterización de superficies es una cámara óptica (31).
5. El sistema de monitorización según la reivindicación 3, en el que el dispositivo de caracterización de superficie (31) crea una representación de nube de puntos de al menos una porción del producto de contacto con el suelo (15;3).
6. El sistema de monitorización según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo electrónico (31) captura una representación bidimensional o tridimensional de al menos una porción del producto de contacto con el suelo (15;3) para determinar el desgaste y/o la separación del producto de contacto con el suelo (15;3) del equipo de trabajo de tierras (1).
7. El sistema de monitorización según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el producto de contacto con el suelo (15;3) está fijado a un borde de excavación (5) de un cazo (3).
8. El sistema de monitorización según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el producto de contacto con el suelo (15;3) es un cazo de excavación (3).
9. El sistema de vigilancia según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el producto de contacto con el suelo (15;3) es una bandeja para un camión de transporte.
10. El sistema de monitorización según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el producto de contacto con el suelo (15;3) define una cavidad (16) para contener una cantidad de material terrestre, y el dispositivo electrónico (31) captura una imagen bidimensional o tridimensional del material de tierra en la cavidad (16) para estimar la cantidad de material retenido por el producto de contacto con el suelo (15;3).
11. El sistema de monitorización según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el equipo de trabajo de tierras (1) incluye una pluralidad de productos de contacto con el suelo (15;3), y el dispositivo de monitorización (25) detecta características de la pluralidad de productos de contacto con el suelo (15;3).
12. El sistema de monitorización según la reivindicación 11, en el que uno de dichos productos de contacto con el suelo (15;3) es un cazo de excavación (3) con un borde de excavación (5), y otro de dichos productos de contacto con el suelo (15;3) está fijado al borde de excavación (5).
13. El sistema de monitorización según la reivindicación 11, en el que un producto es una bandeja de camión en un camión de transporte y otro de dichos productos de contacto con el suelo (15;3) está fijado a un borde de excavación (5) de un cazo de excavación (3).
14. El sistema de monitorización según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye un dispositivo remoto (37) alejado de la herramienta de monitorización (25) que proporciona información utilizada para determinar la característica del producto de contacto con el suelo (15 ;3).
15. El sistema de monitorización según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye un dispositivo lógico programable para procesar información obtenida por el dispositivo de monitorización.
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