ES2908357A1 - Procedimiento de carga optimizada de un aparato auto-desplazable - Google Patents
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Abstract
La invención propuesta consiste en un método de cálculo de la energía necesaria para llevar a cabo una determinada operación de carga de los medios de almacenamiento de energía de un aparato auto-desplazable con medios de suministro de energía de manera optimizada, adecuándose a las necesidades reales del entorno de limpieza, pues tendría en cuenta la morfología del espacio de trabajo, así como la presencia de obstáculos que afectan negativamente a la navegación del aparato.
Description
PROCEDIMIENTO DE CARGA OPTIMIZADA DE UN APARATO AUTO-
DESPLAZABLE
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se encuadra dentro de los aparatos de limpieza y/o desinfección y más concretamente en sus procedimientos de carga de las baterías.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Actualmente, son conocidos en el estado de la técnica los aparatos auto-desplazables de limpieza que tienen la función de aspirar la suciedad presente en el suelo para realizar las operaciones de limpieza de manera autónoma haciendo uso de un motor de aspiración y uno o varios cepillos motorizados para ayudar a dicha tarea. Con el desarrollo tecnológico que ha sufrido este tipo de pequeño electrodoméstico, han aparecido modelos que son capaces de realizar el mapa de la superficie en la que operan con mecanismos como LÁSER, cámaras y sensores giroscópicos, entre otros.
Estos aparatos son capaces de realizar las tareas de limpieza de manera autónoma gracias a que cuentan con sistemas de almacenamiento de energía. Estos medios de suministro energético han ido evolucionando, contando cada vez con mayor densidad energética y, por tanto, facilitando una mayor duración de las actividades de trabajo de dichos aparatos. Con todo, ciertas tareas con alta demanda de potencia y/o de larga duración implican una necesidad de energía mayor de la que pueden suministrar las baterías presentes en estos dispositivos. Esto causa una paralización de la tarea de limpieza, la cual se retoma cuando estas baterías se han cargado por completo. Este procedimiento implica una paralización prolongada de la actividad de limpieza hasta alcanzar la carga completa, sin tener en cuenta la tarea restante, siendo, por tanto, un procedimiento altamente ineficiente.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención propuesta comprende un método de optimización de la energía necesaria para llevar a cabo una determinada operación por parte de un aparato de limpieza
auto-desplazable con medios de suministro de energía, adecuándose a las necesidades reales del entorno de limpieza, pues tendría en cuenta la morfología del espacio de trabajo, así como la presencia de obstáculos que afectan negativamente a la navegación del aparato.
La limitación que supone el hecho de que los robots auto-desplazables de limpieza operen con batería recargables, implica el hecho de que, en ciertas operaciones con alta demanda energética, bien sean tareas de alta potencia de trabajo, bien sean tareas de largo tiempo de desarrollo, el robot no sea capaz de terminarlas con la energía almacenada en sus medios de suministro. Esto conlleva que el robot debe cargarse y retomar la operación cuando sus baterías están cargadas de nuevo. Los robots presentes en el estado de la técnica cargan sus baterías de manera completa antes de retomar la limpieza en el lugar donde detuvieron su operación, sin tener en cuenta el trabajo restante; causando así un retraso innecesario en la ejecución completa de la actividad de limpieza.
El procedimiento propuesto toma como herramienta la función de mapeado incluida en ciertos aparatos auto-desplazables de limpieza presentes en el estado de la técnica. Así, una vez el dispositivo ha construido el mapa de su entorno de trabajo, es capaz de conocer en cada momento el área recorrida ya limpiada y el área restante por ser limpiada. Uniendo este dato con el tiempo de trabajo, se puede extraer un parámetro c que relacione el tiempo dedicado a limpiar cada unidad de superficie durante la primera parte de la sesión de limpieza hasta que el aparato se quedó sin batería. Esta variable c contiene en sí misma información acerca del entorno de trabajo del robot, pues en espacios despejados y libres de obstáculos, tendrá un valor menor que en espacios complejos para la navegación del robot. De esta manera, este parámetro es un elemento caracterizador del entorno de operación, y será distinto en cada entorno de trabajo. Así, dicha variable resultaría de la siguiente operación:
Donde las variables hacen referencia a los siguientes parámetros:
• c: tiempo dedicado a recorrer una unidad de superficie
• t1 : tiempo dedicado a la sesión de limpieza hasta agotarse la batería
• A 1 : área recorrida durante la sesión de limpieza hasta agotarse la batería Dado que la máquina es conocedora del área restante de limpieza (Ar), el algoritmo
del robot puede estimar de manera sencilla el tiempo restante de trabajo (tr) aplicando la variable caracterizadora c. Así, el tiempo restante tendría en cuenta las características del entorno que pudiesen afectar al desplazamiento del aparato, y sería el siguiente:
La invención contempla la corrección de este tiempo restante de trabajo (t’r) aplicando un factor de seguridad (k), que otorgue robustez al procedimiento propuesto en caso de que existan ciertas diferencias en el entorno de trabajo antes y después de la carga de batería, es decir, en el caso de que el primer entorno de trabajo fuese más despejado que el segundo. Este tiempo corregido sería el siguiente:
Posteriormente, el procedimiento propuesto estima la energía necesaria para llevar a cabo la operación de limpieza restante. Esta estimación se realiza teniendo en cuenta los parámetros de limpieza de la primera parte de la sesión como la potencia de trabajo del motor de aspiración, la potencia de los motores que hacen auto desplazarse al dispositivo y demás consumos energéticos que pudiesen producirse como motores de cepillos que ayudasen en la tarea de recogida de suciedad, consumo eléctrico de la unidad de control y almacenamiento de memoria, etc. De esta forma, la energía necesaria sería la siguiente:
Donde las variables hacen referencia a los siguientes parámetros:
• E: energía necesaria para llevar a cabo la operación de limpieza restante. • t’r: tiempo corregido de ejecución de la tarea de limpieza restante.
• IP : sumatorio de potencias eléctricas necesarias para llevar a cabo la operación de limpieza restante.
Una vez obtenida la energía necesaria para terminar el ciclo de limpieza, se comprueba a qué porcentaje de batería teórico corresponde de la siguiente manera:
n/ E
°/°batería ~~
i7 _
r<
vbatería ' '-•batería
En el supuesto de que la energía necesaria para terminar el trabajo excediera del 80%, el robot cargaría los medios de suministro de energía de manera completa, pues el
proceso de carga entraría en una fase no lineal donde podrían producirse imprecisiones en la energía cargada según el tiempo de carga estimado.
Finalmente, el sistema calcula el tiempo de carga necesario de acuerdo a la siguiente ecuación, aplicable al tramo lineal de carga de la batería.
Donde las variables hacen referencia a los siguientes parámetros:
• E: energía necesaria para llevar a cabo la operación de limpieza restante • V: voltaje de salida del cargador
• I: intensidad de salida del cargador
• tc: tiempo de carga
• t’r: tiempo corregido de ejecución de la tarea de limpieza restante
• IP : sumatorio de potencias eléctricas necesarias para llevar a cabo la operación de limpieza restante
Una eventual aplicación más avanzada de este procedimiento incluiría una actualización periódica de anteriormente presentado parámetro c. De esta manera el robot aprendería en base a todas sus anteriores experiencias de limpieza para poder realizar una aproximación del tiempo restante de trabajo cada vez más precisa. Esto implicaría que el tiempo de carga de la batería estaría cada vez más afinado y sería más cercano a la necesidad energética real. Este método de actualización en base al historial de limpieza se expresaría matemáticamente de la siguiente manera:
_ zr-i
*
£ ZT-i ^í
Donde la variable c se actualiza tras cada sesión de limpieza i, teniendo en cuenta el tiempo de ejecución de la misma y el área limpiada durante ella. De esta forma el robot ejecuta esta tarea de “machine leaming”, que le otorga la habilidad de hacer estimaciones de los tiempos de carga cada vez más precisas. Esta estimación teniendo en cuenta toda la experiencia previa del robot quedaría de la siguiente manera:
La invención propuesta presenta como ventaja el hecho de que, ante una falta de energía para completar la tarea de limpieza demandada por el usuario, el aparato cargará sus baterías de manera precisa, optimizando el tiempo de carga de manera que la actividad pueda ser retomada en el menor tiempo posible.
Asimismo, la aplicación del procedimiento propuesto implicaría una racionalización del consumo eléctrico, pues la batería del robot no se cargaría por completo, sino que se cargaría la cantidad justa, consumiendo una menor energía de la red eléctrica y optimizando la vida útil de las baterías.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra un diagrama de flujo del procedimiento propuesto.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
En la siguiente descripción detallada de las realizaciones preferentes, se hace referencia a los dibujos adjuntos que forman parte de esta memoria, y en los que se muestran, a modo de ilustración, realizaciones preferentes específicas en las que la invención puede llevarse a cabo. Estas realizaciones se describen con el suficiente detalle como para permitir que los expertos en la técnica lleven a cabo la invención, y se entiende que pueden utilizarse otras realizaciones y que pueden realizarse cambios lógicos estructurales, mecánicos, eléctricos y/o químicos sin apartarse del alcance de la invención. Para evitar detalles no necesarios para permitir a los expertos en la técnica llevar a cabo la descripción detallada no debe, por tanto, tomarse en un sentido limitativo.
En una realización preferente, se propone un robot aspirador operativo en un entorno de trabajo conocido de 200 m2. Dicho robot cuenta con dos ruedas motorizadas para su desplazamiento, un cepillo central y dos cepillos laterales para mejorar las funciones de recogida de limpieza, un motor de aspiración para llevar a cabo la función de aspirado y un dispositivo LIDAR para realizar las funciones de navegación, así como una MCU y una unidad de almacenamiento que gobiernan el algoritmo general del robot. En este dispositivo concreto, el consumo de potencia vendría dado por el siguiente sumatorio:
EP = ?m + 2 • Pcl + 2 • PR Pee + Pg
Donde las variables hacen referencia a los siguientes parámetros:
• Pm: potencia del motor de aspiración
• Pcl: potencia del motor del cepillo lateral
• Pr: potencia del motor de la rueda
• Pcc: potencia del motor del cepillo central
• Pg: potencia general consumida por el resto de los componentes utilizados en el procesamiento de datos, navegación, sensores, almacenamiento, etc.
En esta aplicación concreta, la fórmula general para conocer el tiempo de carga de manera precisa sería la siguiente:
Para este caso en concreto, los valores de potencia serían los siguientes:
• Pm : 20 W
• Pcl: 5 W
• Pr : 3 W
• Pcc: 5 W
• Pg : 5 W
• IP : 46 W
El robot detiene su operación tras 50’ de trabajo habiendo recorrido 100 m2. De acuerdo a estos parámetros durante la primera parte de la sesión de limpieza, los cálculos serían los siguientes:
50
100
50
t r 77^7 ‘ 100 50 minr 100
El algoritmo aplica un factor de seguridad del 20%, de manera que el tiempo de trabajo corregido sería el siguiente:
t'r = 1,2 • 50 = 60 min -* 1 h
Por lo tanto, la energía necesaria para finalizar la tarea de limpieza es la siguiente:
E = l ■ 46 = 46 W ■ h
Seguidamente se comprueba que el porcentaje de batería necesario es menor del 80%. Dado que el aparato ejemplificado cuenta con una batería de ión-litio de 14,8 V y 6,4 A de capacidad, el resultado es el siguiente:
Al tratarse de un resultado inferior al 80%, se procede al cálculo del tiempo de carga necesario, el cual tiene en cuenta la variable de salida del cargador, que es de 20 V y 1,8 A.
Tras aplicar el procedimiento propuesto por la presente invención modifica el tiempo de carga de 4 horas aproximadamente, el cual sería la duración de un ciclo de carga completo, reduciéndolo a 1,27 horas.
Claims (2)
1. Procedimiento de carga optimizada de un aparato auto-desplazable que comprende, al menos, un robot de limpieza y/o desinfección, que a su vez comprende, al menos,
- una unidad operativa de procesamiento de información;
- medios de medición de superficies;
- una unidad de memoria; y
- medios de almacenamiento de energía;
Caracterizado porque comprende, al menos, la siguiente lógica de funcionamiento, implementada por ordenador:
- Al inicio de una operación de limpieza, el aparato auto-desplazable activa sus medios de medición de superficies, mide la superficie del área de trabajo en curso, confecciona un plano y accede a su memoria para comprobar si dispone de un plano igual o sustancialmente similar, del área de trabajo en curso;
- En caso de no conocer el área de trabajo en curso, el aparato autodesplazable realizará una medición de la superficie, elaborará un plano de la estancia o conjunto de ellas, y la registrará en su memoria;
- Una vez conocida y registrada el área de trabajo en curso, el aparato autodesplazable realiza una medición, al menos cada segundo, del área total, recorrida y restante, hasta completar, suspender o cancelar, la operación de limpieza;
- El aparato auto-desplazable comprobará el programa de limpieza seleccionado en la operación de limpieza en curso;
- En base al programa de limpieza seleccionado y a la distancia efectiva recorrida del total del área de trabajo, el aparato auto-desplazable calculará la superficie efectiva restante del área de trabajo hasta completar la operación de limpieza;
- Ante una necesidad energética del aparato auto-desplazable, éste calcula la estimación del tiempo de carga suficiente para que el aparato termine efectivamente su operación de limpieza en la totalidad del área de trabajo en curso;
- El aparato auto-desplazable se dirige a su base y/o estación a realizar una
carga parcial o total, resultado del cálculo y estimación previas;
- Una vez recargada la energía necesaria en los medios de almacenamiento de energía, el aparato auto-desplazable continua y/o termina la operación de limpieza y/o desinfección hasta completar el área efectiva de trabajo.
2. Procedimiento de carga optimizada de un aparato auto-desplazable que comprende, al menos, un método de optimización de la carga de la batería, el cual incluye los siguientes pasos:
- proporcionar un voltaje determinado de carga para realizar un procedimiento de carga en la batería, dotándola de energía suficiente para cubrir el área de trabajo;
- determinar si una variable en el área de trabajo alcanza un valor de corrección del tiempo restante hasta agotarse la energía de los medios de almacenamiento de energía;
- si la variable de control de carga alcanza el valor de corrección, entonces, el voltaje de carga se ajusta a una cantidad suficiente de voltaje para continuar y/o finalizar la operación de limpieza;
- se repiten los pasos anteriores ante cualquier necesidad energética por parte del aparato auto-desplazable;
- si el valor del estado del voltaje de la batería, es menor o igual que el valor necesario para el valor de corrección, el aparato auto-desplazable se dirige a su base/estación de carga y/o mantenimiento para realizar el correspondiente proceso de carga hasta disponer de energía suficiente para terminar la operación de limpieza.
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