Tecnología de posicionamiento y navegación de alta precisión para carretillas elevadoras: solución de posicionamiento híbrida que combina lidar, cintas de códigos de barras, encoders y UWB

El telémetro láser instala un reflector en el extremo del carril; el punto de medición debe estar alineado con el centro del reflector (desviación ≤ ±5 mm). En el caso de los carros, se utilizan dos reflectores para eliminar el efecto de la desviación lateral. La limpieza de la superficie del reflector influye directamente en la estabilidad de la medición: se debe inspeccionar una vez por turno; cuando la capa de polvo supera el 30 % de la superficie, la desviación puede alcanzar los ±5 mm. El diseño del soporte de montaje debe tener en cuenta el efecto que tienen las variaciones de la curvatura de la viga principal del pórtico sobre la trayectoria óptica, dejando un margen de ajuste de ±20 mm.

III. Algoritmo de localización mediante fusión multisensor

El sistema de posicionamiento de alta fiabilidad del carro puente utiliza una estrategia de fusión multisensor: el codificador incremental proporciona una señal de posición de alta frecuencia (periodo de muestreo de 10 ms), la telemetría láser proporciona una corrección absoluta de baja frecuencia (periodo de muestreo de 50 ms) y la banda de códigos de barras proporciona una referencia de posición absoluta (se lee una vez cada vez que pasa por la banda). El algoritmo de fusión utiliza el filtro de Kalman, con el vector de estado formado por la posición p y la velocidad v, y el vector de medición compuesto por la posición de los impulsos del encoder y la posición absoluta del láser. Cuando la señal láser se ve obstruida (por ejemplo, al pasar una carga por la trayectoria del haz), el sistema vuelve automáticamente al modo de cálculo basado exclusivamente en el encoder, y vuelve a converger una vez que se elimina la obstrucción. Lógica de diagnóstico de fallos de los sensores de posición y del carroSistema de gestión de vigilancia y seguridad(Para más información, véaseSolución para sistemas de videovigilancia) En caso de que la sincronización falle y el error de posicionamiento se prolongue durante más de 500 ms, se activará una alarma de reducción de velocidad.

En la práctica, es habitual que la pérdida de impulsos del encoder (debido a interferencias en la señal o a una rotura de cable) provoque una deriva de posición. La solución redundante consiste en utilizar dos encoders (uno en el extremo mecánico y otro en el extremo del motor) para realizar una verificación comparativa; cuando la desviación supera el umbral establecido, se sustituye automáticamente por el valor de la medición láser de distancia. El deslizamiento de la rueda del codificador en el lado del carro es otra fuente de error habitual: cuando la aceleración es superior a 0,3 m/s², la probabilidad de deslizamiento es de aproximadamente 51 TP3T. La solución consiste en instalar una rueda de presión o cambiar a una transmisión por cremallera y piñón. Datos de pruebas reales del sistema de posicionamiento fusionado en una grúa con una luz de 28,5 m: tras 8 horas de funcionamiento continuo, la desviación máxima de posición fue de 1,8 mm (filtro de Kalman) frente a los 28 mm de desviación del sistema basado únicamente en encoders.

IV. Puntos clave para la implementación del sistema de cintas de códigos de barras

El sistema de posicionamiento mediante cinta de códigos de barras consiste en la colocación de códigos de alta precisión en los laterales de los raíles de la grúa (serie PSA, con 1000 bloques de código por metro; codificación de posición absoluta sin error acumulativo). El lector de códigos se instala en el lateral de la viga del extremo de la grúa, a una distancia de entre 15 y 25 mm de la cinta de códigos de barras, con una velocidad de lectura ≥ 50 m/s. La ventaja de la cinta de códigos de barras es que no se ve afectada en absoluto por el polvo, la grasa ni la luz, por lo que su fiabilidad es superior a la de la telemetría láser en entornos con mucho polvo (talleres de fundición y metalurgia). La desventaja es que requiere una alta precisión en la instalación inicial: la desviación de la rectitud de la cinta de códigos de barras afecta directamente a la precisión de la lectura; se recomienda una tolerancia de instalación de ±0,5 mm/10 m.

V. Ventajas del sistema de posicionamiento de grúas de Krud Heavy Industry

Krud Heavy Industry ofrece soluciones de posicionamiento adaptadas al nivel de automatización de las grúas: L1 (grúa manual, encoder incremental, ±50 mm, coste de 3000 RMB por eje), L2 semiautomático (telemetría láser, ±5 mm, coste de 15 000 RMB por eje), L3 totalmente automático (fusión de láser y encoder, ±1 mm, coste de 28 000 RMB por eje), L4 sin personal (fusión triple de láser, cinta de códigos de barras y UWB, ±0,5 mm, coste de 50 000 RMB por eje). Todas las soluciones admiten la conexión directa de Profinet/EtherCAT a PLC de Siemens/Beckhoff, con funcionamiento «plug and play». Krud Heavy Industry ofrece pruebas de precisión in situ y diseño de soluciones gratuitos para la modernización de sistemas de posicionamiento de grúas.