BR112020018086A2 - Robô com rodas magnéticas para limpeza de cascos de navio - Google Patents

Abstract

o pedido descreve um dispositivo na forma de um robô (1) para realizar operações em cascos de navios (25). o robô (1) compreende rodas magnéticas (4) que permitem ao robô (1) aderir a cascos ferrosos (25) por meio de forças magnéticas e um arranjo de suspensão (5, 10, 11, 12, 24) para sustentar as rodas (4) em um corpo (2, 3) do robô (1) e para permitir que o robô (1) se desloque sobre superfícies irregulares. as rodas (4) incluem um primeiro par de rodas e um segundo par de rodas, com os pares de rodas espaçados um do outro ao longo de um comprimento do robô (1). o arranjo de suspensão compreende um mecanismo de pivô de suspensão (5, 24) que permite que uma linha que se estende entre os centros do primeiro par de rodas rotacione em relação a uma linha que se estende entre os centros do segundo par de rodas, juntamente com um mecanismo de pivô de curvatura (10, 11, 12) para cada roda (4), com o mecanismo de pivô de curvatura (10, 11, 12) permitindo que o eixo geométrico de rotação da roda (4) rotacione em relação aos eixos de rotação das outras rodas (4), a fim de que a roda (4) possa alinhar seu eixo geométrico de rotação com a superfície do casco (25). as forças magnéticas para prender a roda (4) ao casco (25) agem para rotacionar o mecanismo de pivô de suspensão (5, 24) e os mecanismos de pivô de curvatura (10, 11, 12). o robô (1) pode, portanto, manter um contato seguro com o casco (25) à medida que se desloca sobre o casco (25).

Description

“ROBÔ COM RODAS MAGNÉTICAS PARA LIMPEZA DE CASCOS DE NAVIO”

[0001] A presente invenção refere-se a um dispositivo na forma de um robô para realizar operações em cascos de navios, tal como um robô para limpeza de cascos de navios.

[0002] Há uma necessidade de limpeza e/ou inspeção de cascos de navios, uma vez que a condição do casco pode variar com o tempo. A velocidade de degradação dos revestimentos no casco e a velocidade de acúmulo de incrustações podem variar dependendo das condições enfrentadas pelo navio que, por sua vez, dependem da atividade do navio em termos da quantidade de tempo gasta no mar e em porto e dos locais em que o navio viaja. É desejável permitir que operações sejam realizadas no casco do navio, tais como limpeza para remover incrustações e/ou inspeção para determinar o estado do casco.

[0003] Robôs rastreados - às vezes chamados de “rastejadores", são conhecidos pelo uso em cascos de navios para esses tipos de operações. Esses robôs têm trilhas contínuas que contêm ímãs para que o robô possa aderir a cascos ferrosos. Esses robôs podem conduzir operações durante a travessia submarina de cascos de embarcações. O documento US 2010/126403 mostra um exemplo de um robô rastejador. Robôs semelhantes também foram propostos com rodas magnéticas. Por exemplo, o documento US 6000484 divulga um robô com quatro rodas magnéticas em um arranjo diagonal (retangular). Além disso, projetos alternativos usam sistemas de sucção ou propulsores para pressionar o robô contra a superfície do casco. Os últimos projetos têm a desvantagem de que só podem ser usados de forma submarina e não podem ser usados acima da linha d’água. Um sistema magnético pode ser usado tanto acima quanto abaixo da linha d'água.

[0004] O conceito de ter três rodas foi proposto para garantir que todas as rodas entrem em contato com uma superfície curva sem ter que usar meios resilientes para conectar as rodas ao chassi do robô. O arranjo das rodas, no entanto, resulta em uma curta distância do centro de gravidade do robô até a "inclinação sobre o eixo geométrico" que está entre os contatos entre as duas rodas e a superfície na direção relevante. Robôs de três rodas são, portanto, menos estáveis do que robôs de quatro rodas. Em particular, com um arranjo de três rodas, a distância entre a força aderente, que mantém o robô contra tombamento, e o "eixo geométrico de inclinação" é pequena quando o robô está atravessando a lateral do casco, isto é, quando o peso do robô pende para baixo lateralmente em comparação com as forças magnéticas entre as rodas e a superfície do casco.

[0005] Como observado acima, o documento US 6000484 divulga um robô de limpeza que usa quatro rodas em um arranjo diagonal. As rodas são fixadas em eixos, com um eixo pivotado no meio para permitir sua inclinação. Isso ajuda a garantir que todas as quatro rodas entrem em contato com a superfície do casco com a mesma força. O robô é direcionado tendo um chassi dividido entre os eixos dos dois pares de rodas, e conectado um ao outro por uma junta articulada, como em uma carroça direcionada. Este método de direção fornece um raio de direção relativamente grande, prejudicando a manobrabilidade do robô. Além disso, se as rodas magnéticas forem largas, o que pode ser necessário para garantir força adesiva suficiente, então este arranjo torna impossível para que as rodas, em todos os momentos, tenham superfícies de contato alinhadas com a superfície do casco ao longo da largura das rodas magnéticas, especialmente em superfícies curvas ou irregulares. A lacuna não magnética resultante entre o ímã e a superfície ferrosa diminui a força adesiva entre a roda e o casco. Isso novamente prejudica a operação do robô, reduzindo a tração ou tornando o robô suscetível a tombar ou simplesmente cair do casco, ou deslizar ao atravessar a lateral do casco. Há, portanto, a necessidade de um robô que possa realizar operações em cascos de navios com uma ampla faixa de características da superfície do casco, tais como superfícies irregulares.

[0006] Visto a partir de um primeiro aspecto, a invenção fornece um robô para realizar operações em cascos de navios, o robô que compreende: rodas magnéticas que permitem ao robô aderir a cascos ferrosos por meio de forças magnéticas; e um arranjo de suspensão para sustentar as rodas em um corpo do robô e para permitir que o robô se desloque sobre superfícies irregulares; em que o robô compreende um primeiro par de rodas e um segundo par de rodas, com os pares de rodas espaçados um do outro ao longo de um comprimento do robô; em que o arranjo de suspensão compreende um mecanismo de pivô de suspensão que permite que uma linha que se estende entre os centros do primeiro par de rodas rotacione em relação a uma linha que se estende entre os centros do segundo par de rodas; em que o arranjo de suspensão também compreende um mecanismo de pivô de curvatura para cada roda, com o mecanismo de pivô de curvatura que permite que o eixo geométrico de rotação da roda gire em relação aos eixos geométricos de rotação das outras rodas, a fim de que a roda possa alinhar seu eixo geométrico de rotação com a superfície do casco; e em que as forças magnéticas para prender a roda ao casco agem para rotacionar o mecanismo de pivô de suspensão e os mecanismos de pivô de curvatura.

[0007] Assim, com este arranjo, os dois pares de rodas do robô podem se deslocar um em relação ao outro de acordo com as forças magnéticas, a fim de ajustar a altura relativa das rodas, e a curvatura de cada roda também é ajustada individualmente de acordo com a força magnética entre a roda e o casco do navio. As rodas, portanto, se deslocam tanto na posição quanto na curvatura a fim de manter um contato magnético seguro com o casco, mesmo se houver uma superfície do casco irregular e/ou curva. Além disso, existe uma distribuição igual de forças entre as rodas. A superfície da roda pode vantajosamente ser rotacionada devido à rotação da roda pelo mecanismo de pivô de curvatura para maximizar o contato da roda com o casco. O efeito de compensação da curvatura disso pode garantir a adesão eficaz do robô ao casco em superfícies irregulares e/ou curvas do casco.

[0008] Nota-se que o arranjo de suspensão proposto é contraintuitivo em muitos aspectos, em comparação com arranjos de suspensão de veículos comumente conhecidos, uma vez que as principais forças no sistema não são devido ao peso do robô, mas em vez disso, surgem das forças magnéticas que são usadas para prender o robô ao casco. Assim, a função do arranjo de suspensão não é análoga a um sistema de suspensão de veículo que é usado para suportar cargas do peso do veículo. Tal sistema de suspensão de veículo tem recursos particulares conforme necessário para transferir tais forças de forma eficiente enquanto ajusta a posição das rodas para garantir uma boa aderência entre as rodas e a estrada. Em contrapartida, o sistema de suspensão proposto para o robô com rodas magnéticas é adaptado para forças decorrentes principalmente da atração dos ímãs com o casco. Essas forças não existem para rodas de veículos convencionais. Tendo em vista os requisitos particulares do robô proposto, os inventores realizaram a etapa incomum de incluir um mecanismo de pivô de curvatura para cada roda.

[0009] Em alguns exemplos, pode não haver envergadura em um pivô de curvatura do mecanismo de pivô de curvatura, tal como uma ausência de componente resiliente que aplica uma força de restauração no pivô durante o movimento da roda em torno do pivô. Assim, em contraste com os arranjos de suspensão para outros fins, pode não haver mola ou outro mecanismo de restauração que afete a curvatura da roda. Em vez disso, o mecanismo de pivô de curvatura pode permitir a rotação livre do eixo geométrico de rotação da roda em reação à atração magnética da roda ao casco. Entende-se que a ausência de quaisquer meios de envergadura - juntamente com o uso de meios de compensação cinemática conforme descrito - facilita uma distribuição igual das forças de contato sobre as rodas do robô, bem como sobre a trajetória de contato entre cada roda e o casco. No entanto, não é essencial omitir toda a resiliência do arranjo de suspensão e ainda é possível produzir um sistema eficaz no qual haja alguma resiliência, uma vez que a compensação de curvatura através do mecanismo de pivô de curvatura pode equalizar forças mesmo quando outros elementos resilientes do arranjo de suspensão são deformados sob carga.

[0010] Cada roda pode ter um mecanismo de pivô de curvatura de projeto semelhante. O uso de peças semelhantes ou idênticas contribui para uma construção modular do arranjo de suspensão, o que é um recurso vantajoso das modalidades exemplificativas. O mecanismo de pivô de curvatura pode formar uma parte de um módulo de roda que une a roda ao robô. Este módulo de roda pode compreender um eixo para a roda, com cada roda tendo um eixo individual e o eixo podendo rotacionar através do mecanismo de pivô de curvatura.

[0011] O mecanismo de pivô de curvatura pode compreender um suporte e um membro de estribo que sustenta o suporte. Nesse caso, a roda pode ter um eixo que está suspenso de um suporte do mecanismo de pivô de curvatura, com o suporte se estendendo do eixo da roda a um pivô de curvatura do mecanismo de pivô de curvatura, em que o pivô de curvatura une o suporte ao membro de estribo. O pivô de curvatura permite a rotação do suporte e, portanto, a rotação do eixo da roda em relação ao membro do estribo. O pivô de curvatura pode ter um eixo geométrico de rotação que é perpendicular ao eixo geométrico de rotação da roda, tal como um eixo geométrico que é arranjado para ficar paralelo à superfície do casco quando o robô está em uso. O membro do estribo pode se conectar ao robô, tal como por meio de outras partes de um módulo de roda que acopla a roda ao robô.

[0012] O eixo geométrico de rotação do pivô de curvatura é vantajosamente colocado relativamente próximo à superfície do casco, isto é, relativamente próximo ao local onde a roda entra em contato com o casco quando em uso. Por exemplo, o eixo geométrico de pivô de curvatura pode estar localizado de modo a estar mais próximo da superfície do casco do que o eixo geométrico de rotação da roda, isto é, de modo que com o robô em uma orientação "vertical" conforme descrito abaixo, o eixo geométrico de pivô de curvatura esteja abaixo do eixo de rotação das rodas. Por exemplo, o eixo geométrico de pivô de curvatura pode estar mais próximo da superfície do casco do que o eixo geométrico de rotação da roda em pelo menos 10% do diâmetro da roda, ou pelo menos 15% do diâmetro da roda. A colocação do eixo geométrico de pivô de curvatura pode ser localizada de modo a ficar mais perto da superfície do casco do que o eixo geométrico de rotação das rodas melhora o comportamento do arranjo de suspensão, especialmente em contato de uma configuração "passiva" em que não há envergadura específica no mecanismo e nenhuma resiliência, ou resiliência limitada, em termos de forças agindo para retornar a suspensão para uma configuração “em repouso”.

[0013] O mecanismo de pivô de suspensão pode incluir um pivô fornecido como parte de qualquer tipo de mecanismo para permitir que um dos pares de rodas se mova em relação ao outro par de rodas com uma rotação relativa de uma linha teórica entre os centros dos pares de rodas. Por exemplo, um dos pares de rodas pode ser montado em uma viga pivotada que pode rotacionar em relação ao outro par de rodas. Desta forma, o arranjo de suspensão pode ter algumas características semelhantes a uma suspensão de eixo de viga como usada em veículos rodoviários, com a adição de curvatura adaptativa devido aos pivôs de curvatura em cada roda. Assim, um par de rodas pode ser sustentado em qualquer extremidade de uma viga e o mecanismo de pivô da suspensão pode incluir um pivô para permitir que a viga rotacione em relação a uma linha que se estende entre os centros do outro par de rodas. O outro par de rodas pode então estar em uma viga semelhante que forma a sustentação para o pivô e pode ser denominada viga fixa. Em alguns exemplos, a viga pivotante também pode pivotar em relação a um corpo do robô, enquanto a viga fixa pode ser rigidamente presa ao corpo do robô.

[0014] O uso de tal sistema de viga pivotante para o mecanismo de pivô de suspensão é visto como uma solução simples e eficaz,

embora deva ser observado que outros mecanismos de pivô de suspensão podem ser possíveis para permitir o movimento necessário das rodas. Tal viga pivotante com duas rodas pode estar em um arranjo transversal ou longitudinal em relação ao robô. Neste documento, a discussão mais detalhada abaixo trata do layout transversal, mas será entendido que qualquer tipo de arranjo pode ser usado em variações do primeiro aspecto.

[0015] Pode não haver envergadura em um pivô de suspensão do mecanismo de pivô de suspensão, tal como uma ausência de um componente resiliente que aplica uma força de restauração durante o movimento do mecanismo. Assim, pode não haver mola ou outro mecanismo de restauração afetando a rotação do par de rodas em torno do pivô de suspensão. Em vez disso, o mecanismo de pivô da suspensão pode permitir a rotação livre de um par de rodas em relação ao outro em reação à atração magnética da roda ao casco. Tal como com a ausência de envergadura no mecanismo de pivô de curvatura, a ausência de envergadura no mecanismo de pivô de suspensão permite o movimento ideal do arranjo de suspensão para garantir o contato eficaz das rodas com o casco.

[0016] Em alguns exemplos, isso pode ser emparelhado com uma ausência de envergadura no pivô de curvatura, conforme discutido acima. Em algumas modalidades exemplificativas, a suspensão, o arranjo de suspensão não tem componentes resilientes agindo durante o carregamento estático do arranjo de suspensão e, portanto, nenhuma envergadura para qualquer posicionamento particular das rodas enquanto estáticas, ou pelo menos nenhuma envergadura em relação à rotação dos pivôs de curvatura e pivô de suspensão. O resultado disso é que as forças são mais prontamente equalizadas entre as rodas e que o robô pode assumir uma posição ideal para aderir o casco do navio por meio das rodas magnéticas. Em alguns casos, a única resiliência no sistema surge de uma camada resiliente na superfície da roda, conforme discutido abaixo. No entanto, em outros casos, pode haver alguma resiliência adicional para amortecer o robô, sem afetar a compensação da curvatura e equalização do carregamento por meio da operação do pivô de suspensão. Nesta discussão, uma ausência de envergadura significa que não há resiliência deliberadamente introduzida por meio de componentes, incluindo molas ou materiais resilientes, tais como borracha. Pode haver alguma resiliência ajustada para absorver cargas de impacto dinâmico a fim de evitar danos ao robô.

[0017] Em um exemplo, os dois pares de rodas formam um formato geralmente retangular, com uma roda em cada canto do retângulo. As rodas podem estar em uma parte externa do robô e vantajosamente podem repousar nos extremos do corpo do robô, isto é, as rodas podem estar fora do volume principal do robô e espaçadas do centro de gravidade do robô. Isso resulta em um arranjo estável. Embora sejam necessárias quatro rodas, o robô não precisa ter apenas quatro rodas e é previsto que, em algumas formas modificadas, o robô possa ter rodas adicionais, tais como um par adicional de rodas sustentado por meio de um mecanismo de pivô de suspensão adicional que permite que uma linha que se estende entre os centros do outro par de rodas rotacione em relação ao primeiro e segundo pares de rodas, isto é, a rotação em relação às respectivas linhas através dos centros das rodas de cada par. As rodas adicionais podem ter, cada uma, um mecanismo de pivô de curvatura conforme discutido acima.

[0018] O robô pode ser direcionável e a direção do robô pode ser alcançada por meio de mudanças no ângulo das rodas e/ou controle da quantidade de rotação de cada roda. É preferencial que o robô inclua rodas direcionáveis em que um mecanismo de direção permite que as rodas de pelo menos um par de rodas rotacionem em torno de um eixo geométrico que se estende normal à superfície de contato da roda. Será observado que o grau de manobrabilidade varia dependendo do mecanismo de direção que é usado. Vantajosamente, o robô pode ter um mecanismo de direção que permite que as rodas do primeiro par e do segundo par de rodas rotacionem, cada uma, em torno de um eixo geométrico que se estende normal à superfície de contato da roda. Nos casos em que um mecanismo de pivô de curvatura é usado conforme descrito acima, o mecanismo de direção pode rotacionar o suporte do mecanismo de pivô de curvatura. Ter a capacidade de direção nas quatro rodas juntamente com tal mecanismo de pivô de curvatura permite a máxima manobrabilidade, com um pequeno círculo de viragem, enquanto garante que as rodas mantenham contato ideal com o casco para manter o robô firmemente aderido ao casco.

[0019] Em alguns exemplos, o mecanismo de direção inclui um braço de direção e um garfo para cada roda direcionável, em que o garfo é posicionado a fim de permitir a rotação das rodas sem um deslocamento na posição das rodas. Assim, a roda pode vantajosamente ser capaz de girar "no local" sem nenhum movimento do robô.

[0020] O robô pode incluir motores de cubo para impulsionar a rotação das rodas, de preferência com motores de cubo para todas as rodas. O arranjo do motor de cubo pode, opcionalmente, incluir engrenagens ou semelhantes localizados dentro da roda. O uso de motores de cubo evita a necessidade de transmissão de rotação para as rodas a partir de um sistema de acionamento em algum outro local, e isso torna mais simples implementar o arranjo de suspensão necessário, bem como usar um arranjo de direção conforme discutido acima. Os motores de cubo podem ser acoplados à roda de modo que se movam com a roda conforme a roda muda de curvatura e, assim, os motores de cubo podem ser montados nos suportes dos respectivos mecanismos de pivô de curvatura no caso do sistema de suporte e estribo descrito acima. Motores de cubo podem ser usados, vantajosamente, para melhorar a direção do robô, permitindo a rotação oposta das rodas em lados opostos do robô e assim por diante. Com tal sistema, todo o robô pode ser capaz de rotacionar sem nenhum outro movimento, e isso permite a manobrabilidade máxima do robô.

[0021] O robô pode incluir rodas do mesmo projeto para as duas rodas em cada par de rodas ou para todas as rodas. Isso melhora ainda mais a natureza modular do projeto do robô e reduz o número de peças diferentes que são usadas, o que resulta em vantagens particulares no caso das rodas, onde há um grau relativamente alto de desgaste durante o uso, levando a uma substituição mais regular do que para outras partes do robô.

[0022] Conforme observado acima, as rodas podem incluir uma camada resiliente na superfície da roda. Cada uma das rodas pode ter uma camada externa do mesmo material. O uso de uma camada resiliente pode aumentar as forças de atrito entre as rodas e o casco. Quando as rodas magnéticas forem o mecanismo principal para manter o robô no casco, então, as forças magnéticas devem suportar as forças decorrentes da gravidade, conforme discutido abaixo, mas também devem suportar as forças de carregamento das ondas e forças dinâmicas de fluido no robô. Quando essas forças ocorrem paralelamente à superfície do casco, ou têm componentes significativos em paralelo à superfície do casco, então, a resistência ao movimento do robô devido a essas forças se dá através do atrito superficial entre o casco e a roda, que atua para prevenir o deslizamento. Incluir uma camada resiliente permite um coeficiente de atrito aumentado.

[0023] A camada resiliente pode ser relativamente fina em comparação com o diâmetro da roda, por exemplo, pode ser menor que 2% do diâmetro da roda, opcionalmente menor que 1,7%. Em termos diretos, isso pode implicar uma espessura de cerca de 3 mm. Normalmente, isso se aplica a diâmetros de roda na faixa entre 150 e 220 mm. Conforme observado acima, não é necessário, com o projeto proposto, permitir qualquer resiliência significativa para fins de um arranjo de suspensão, embora alguma resiliência possa ser usada para amortecer o robô de impactos e assim por diante. Portanto, a espessura da camada resiliente pode ser relativamente fina, uma vez que não precisa fornecer nenhum efeito de amortecimento significativo. Na verdade, é uma vantagem evitar elasticidade significativa em termos da posição da roda, e é uma vantagem evitar aumento indevido do espaçamento entre os elementos magnéticos da roda e a superfície do casco do navio, pois isso reduziria a força magnética que mantém o robô no casco. No entanto, pode ser uma vantagem permitir uma camada externa fina deformável, a fim de maximizar a área de contato e, portanto, o atrito entre a superfície da roda e o casco do navio, mesmo se houver pequenas imperfeições na superfície ou incrustação que resulta em áreas ásperas no casco. Também pode ser uma vantagem permitir um tipo de material diferente para a área de contato da roda em comparação com a estrutura principal da roda, que seria um material relativamente rígido, tal como os ímãs da roda ou um invólucro de metal em torno dos ímãs, e isso não teria o mesmo coeficiente de atrito com o casco do navio que a camada resiliente. A camada resiliente pode ser um material elástico com propriedades semelhantes à borracha, tal como compostos de borracha ou compostos de polímero resilientes, tais como PUR.

[0024] Vantajosamente, a camada resiliente pode ter uma geometria selecionada para uma aderência eficaz da roda no casco do navio, tal como um padrão de superfície tridimensional formando uma banda de rodagem da roda de uma maneira semelhante às bandas de rodagem conhecidas para pneus de estrada. A roda precisa ser capaz de remover a água da superfície do casco e colocar a superfície da roda em contato direto com o casco sem qualquer película de água intermediária, ou pelo menos com uma película de água mínima, mesmo quando o robô está atravessando partes totalmente submersas do casco. Um padrão de superfície tridimensional permite que a película de água seja minimizada ou evitada completamente.

[0025] Tendo em vista o fato de que as forças magnéticas com as rodas podem ser o mecanismo primário para prender o robô ao casco, e quando ímãs permanentes são usados, pode ser útil permitir que algum sistema separe o robô do casco. Por exemplo, se o robô sofrer danos ou falhar por outros motivos que o impeçam de retornar de alguma parte remota do casco, então, pode ser útil que o mesmo seja capaz de se desprender do casco para permitir a recuperação da água. Um exemplo é uma unidade ejetora que usa um mecanismo adequado para empurrar contra o casco e/ou inclinar as rodas com força suficiente para desprender as rodas do casco. Essa unidade ejetora pode ser colocada adjacente a cada roda.

[0026] Será notado que alguns dos recursos acima permitem um arranjo modular para o robô, com peças semelhantes sendo usadas em vários locais diferentes no robô. É uma vantagem minimizar o número de peças sobressalentes diferentes que são necessárias em situações em que o robô será instalado a bordo de um navio para uso em viagens longas. Ao permitir um projeto modular, uma única peça sobressalente pode estar disponível para uso em vários pontos do robô. Assim, os elementos do arranjo de suspensão, as rodas e assim por diante podem usar peças idênticas em vários locais no robô. Além disso, várias peças ou módulos do robô podem ser removíveis para substituição, sem a necessidade de desmontagem completa do robô. Isso permite um reparo ou substituição rápida e eficiente quando há uma restrição de tempo, com o módulo que é removido do robô sendo reparado e testado enquanto está fora do robô, por exemplo, em uma oficina separada no navio ou em terra. Assim, as rodas com o mecanismo de pivô de curvatura podem ser removíveis como um módulo. O mecanismo de direção das modalidades exemplificativas também pode ser removível como um módulo e, opcionalmente, o mecanismo de direção pode ser removível junto com a roda e o mecanismo de pivô de curvatura.

[0027] O motor de cubo das modalidades exemplificativas, junto com sua engrenagem associada, é removível do robô junto com a roda, bem como pode se desprender da roda conforme necessário para inspeção e/ou manutenção. Cada motor de cubo pode ter o mesmo projeto, permitindo a intercambialidade dos motores de cubo entre todas as rodas.

[0028] Pode não ser possível que todas as rodas e mecanismos de pivô de curvatura usem componentes idênticos, uma vez que, para operar efetivamente, pode ser melhor que algumas partes das rodas em um par sejam o inverso uma da outra. No entanto, em modalidades exemplificativas, então as rodas diagonalmente opostas e seus mecanismos de pivô de curvatura podem usar um ou mais componentes idênticos, opcionalmente, podem ser totalmente idênticos. Assim, uma roda dianteira esquerda e um mecanismo de pivô de curvatura podem ser iguais a uma roda traseira direita e um mecanismo de pivô de curvatura e, da mesma forma, a roda dianteira direita pode corresponder em projeto à roda traseira esquerda. Essa simetria permite um número reduzido de peças como sobressalentes, bem como simplifica a fabricação do robô.

[0029] Nas modalidades exemplificativas, o mecanismo de direção também pode ser idêntico para as rodas diagonalmente opostas, o que melhora ainda mais o robô em termos de fabricação e manutenção.

[0030] O uso de componentes idênticos para rodas diagonalmente opostas para formar um arranjo modular é considerado inovador e inventivo por si só e, portanto, em um aspecto alternativo ao primeiro aspecto, a invenção fornece um robô para realizar operações em cascos de navios, o robô que compreende: rodas magnéticas que permitem ao robô aderir a cascos ferrosos por meio de forças magnéticas; em que o robô compreende um primeiro par de rodas e um segundo par de rodas, com os pares de rodas espaçados um do outro ao longo de um comprimento do robô; em que cada roda é fornecida dentro de um módulo de roda que é removível do robô, o módulo de roda que compreende um ou mais componentes de suspensão e um ou mais componentes de direção; e em que os módulos de roda diagonalmente opostos são idênticos um ao outro.

[0031] Assim, para módulos de rodas diagonalmente opostos, as rodas, bem como pelo menos alguns de seus componentes de suspensão e direção, são idênticos. Em alguns exemplos, também há identidade entre alguns componentes dos módulos nos dois pares diagonalmente opostos, isto é, em alguns casos, o mesmo componente pode ser usado para cada roda. No entanto, é típico que a simetria completa seja evitada, de modo que as partes da roda sejam otimizadas para movimento em um determinado ”canto” do robô, portanto, com a frente esquerda tendo o mesmo módulo de roda que a traseira direita e a frente direita tendo o mesmo módulo de roda que a traseira esquerda.

[0032] Como será observado a partir do conteúdo acima, para este aspecto, os módulos de roda podem incluir um mecanismo de pivô de curvatura para as rodas e os componentes idênticos em módulos de roda opostos podem compreender pelo menos algumas partes do mecanismo de pivô de curvatura e, opcionalmente, todas as partes dos mecanismos de pivô de curvatura. Assim, o robô pode incluir mecanismos de pivô de curvatura que são totalmente idênticos em módulos de roda diagonalmente opostos.

[0033] Nas modalidades exemplificativas, a direção do robô pode ser alcançada por meio de mudanças no ângulo das rodas e/ou controle da quantidade de rotação de cada roda conforme discutido acima. Assim, as rodas podem ser rodas direcionáveis, em que um mecanismo de direção permite a rotação da roda em torno de um eixo geométrico que se estende normal à superfície de contato da roda, com módulos de roda diagonalmente opostos incluindo mecanismos de direção idênticos. Nos casos em que um mecanismo de pivô de curvatura é usado conforme descrito acima, o mecanismo de direção pode rotacionar o suporte do mecanismo de pivô de curvatura. Em alguns exemplos, os mecanismos de direção incluem um braço de direção e um garfo para cada roda direcionável, em que o garfo é posicionado a fim de permitir a rotação das rodas sem um deslocamento na posição das rodas, e em que o garfo e o braço de direção são idênticos para módulos de roda diagonalmente opostos.

[0034] Como observado acima para o primeiro aspecto, os motores de cubo podem ser idênticos para os módulos de roda correspondentes e, assim, os motores de cubo e suas engrenagens associadas podem ser idênticos para os módulos de roda diagonalmente opostos.

[0035] Será ainda observado que o robô deste aspecto alternativo pode ser combinado com os recursos do primeiro aspecto e/ou com qualquer um dos outros recursos discutidos acima como recursos opcionais relacionados ao primeiro aspecto. Assim, o robô deste aspecto pode incluir um arranjo de suspensão conforme discutido acima para o primeiro aspecto e/ou pode incluir outros recursos conforme estabelecido neste documento. Portanto, o robô pode incluir uma viga articulada com um pivô de suspensão, conforme discutido acima, e essa viga pode se estender em uma direção transversal ou longitudinal do robô.

[0036] Deve ser entendido que o agrupamento de componentes em um módulo idealmente requer principalmente que o módulo possa ser removido e substituído como uma única peça combinada. Isso não exclui que o módulo possa conter outros módulos menores, tais como um módulo de mecanismo de pivô de curvatura ou um módulo de direção, por exemplo. Isso também não exclui que o módulo possa fazer parte de um módulo maior, tal como os módulos de roda sendo montados em um módulo de viga, por exemplo.

[0037] Para que o robô possa se deslocar nas superfícies verticais do casco, bem como parcialmente ou totalmente invertido nas superfícies do casco voltadas para baixo na base do casco, então, as forças magnéticas em modalidades exemplificativas devem exceder a força de peso do robô, por exemplo, por um pelo menos um fator de 4 para 1 ou um fator de 6 para 1. Assim, as rodas magnéticas podem ser o mecanismo principal para prender o robô ao casco e, em modalidades exemplificativas, as rodas magnéticas são o único mecanismo usado para prender o robô ao casco. O robô pode não ter, portanto, outros sistemas magnéticos para se aderir ao casco e/ou nenhum outro mecanismo diferente, tal como propulsores ou sucção a vácuo.

[0038] O robô é para realizar operações em cascos de navios enquanto preso aos cascos pelas rodas magnéticas. As operações podem incluir limpeza e/ou inspeção do casco do navio. Em modalidades exemplificativas, o objetivo principal do robô é limpar a superfície do casco do navio, por exemplo, para remover incrustações e/ou para manter um acabamento de pintura do casco. A inspeção do casco pode ser realizada ao mesmo tempo.

[0039] Para realizar operações de limpeza, o robô pode incluir um mecanismo de limpeza, que pode ser uma escova. Uma forma preferencial para a escova é uma escova cilíndrica com o eixo geométrico do cilindro geralmente paralelo à superfície do casco e a escova sendo arranjada para rotacionar em torno de seu eixo geométrico para aplicar uma ação de limpeza à superfície quando está em contato com a superfície. Esta escova pode incluir um número de elementos de escova flexíveis em torno de sua circunferência, tais como cerdas ou pás flexíveis. Uma escova cilíndrica rotativa pode ser montada à frente das rodas de modo que, durante movimento de avanço, a escova possa atuar no casco do navio antes que qualquer par de rodas entre em contato com o casco. O comprimento da escova cilíndrica pode se estender por toda a largura do robô e, opcionalmente, pode se estender além da extensão externa das rodas. Isso permite que a escova abra um caminho para as rodas durante o movimento de avanço do robô e aumenta a largura de cada passagem de limpeza sem que a escova se torne uma obstrução que diminui indevidamente a manobrabilidade do robô.

[0040] A invenção se estende, em um aspecto adicional, ao uso do robô descrito acima para realizar operações no casco de um navio, tal como um método de limpeza do casco de um navio que compreende o uso de um robô conforme descrito acima, que pode incluir qualquer um dos recursos opcionais ou exemplificativos descritos acima.

[0041] A invenção também se estende à fabricação de um robô conforme descrito acima, incluindo opcionalmente recursos do mesmo. Assim, um método de fabricação de um robô pode incluir o fornecimento de recursos conforme descrito acima em relação a qualquer aspecto e o acoplamento desses recursos juntos de maneira apropriada para montar o robô. Vantajosamente, isso pode incluir uma construção do tipo modular com uso de elementos modulares e/ou peças idênticas conforme descrito acima.

[0042] Determinadas modalidades preferenciais serão agora descritas apenas a título de exemplo, com referência aos desenhos anexos nos quais

[0043] A Figura 1 mostra um robô de limpeza de casco em vista em perspectiva;

[0044] A Figura 2 mostra o robô da Figura 1 em vista explodida ilustrando a natureza modular do arranjo de suspensão;

[0045] A Figura 3 é uma vista aproximada do arranjo de suspensão e mecanismo de direção para um par de rodas que é rigidamente fixado ao robô da Figura 1;

[0046] A Figura 4 é uma vista aproximada do arranjo de suspensão e mecanismo de direção para um par de rodas que é fixado de forma pivotante ao robô da Figura 1;

[0047] A Figura 5 ilustra a ação do mecanismo de pivô de suspensão;

[0048] As Figuras 6a e 6b mostram o efeito da orientação do robô nas forças de inclinação que precisam ser resistidas pelas rodas magnéticas e pelo arranjo de suspensão;

[0049] A Figura 7 mostra um exemplo de outro robô de limpeza de casco com um par adicional de rodas em comparação com o robô da Figura 1; e

[0050] A Figura 8 mostra uma vista em corte de uma roda magnética.

[0051] Conforme mostrado nas Figuras, um robô subaquático com rodas 1 é proposto para fins, tais como limpeza (retoque) dos cascos pintados de embarcações marítimas. As rodas 4 do robô são magnéticas, a fim de aderir a cascos ferrosos. O robô 1 é acionado pelas rodas 4, e as rodas 4 são acionadas por motores elétricos 9 por meio de engrenagens de redução, ambas as quais são montadas nas rodas 4 com alguns componentes dentro das rodas 4. A expressão “acionamento de cubo de roda” é comumente usada para este tipo de sistema de propulsão.

[0052] As rodas 4 são direcionadas em torno de eixos perpendiculares ao chassi do robô 2, isto é, geralmente perpendiculares à superfície do casco, uma vez que o chassi do robô 2 frequentemente repousará de modo perpendicular à superfície do casco.

[0053] Durante uma operação de limpeza, o robô 1 atravessa a superfície do casco 25 sob o casco e nas laterais, bem como o porão entre as laterais e o fundo do casco. O mesmo se adere à superfície do casco com uso apenas das rodas magnéticas 4, isto é, não há outros mecanismos para aderir o robô 1 ao casco nestas modalidades exemplificativas.

[0054] O robô 1 ficará parado em uma estação de robô (não mostrada nas Figuras). A estação de robô será posicionada na embarcação acima do nível do mar. A estação permite o estacionamento do robô 1 entre as operações. Em outras palavras, o robô 1 atravessará a lateral do casco antes e depois das operações exigidas e retornará para ser estacionado na estação do robô uma vez que a operação for concluída.

[0055] Visto que as rodas magnéticas 4 são o mecanismo usado para aderir o robô 1 ao casco, as mesmas são configuradas para atender aos seguintes requisitos:

[0056] • Segurar o robô 1 contra as forças da gravidade em todas as posições, tal como quando estiver na lateral do casco ou embaixo.

[0057] • Segurar o robô contra as forças do fluido, tais como ondas, correntes, movimento do navio, etc.

[0058] • Fornecer força adesiva suficiente à roda 4 para gerar atrito suficiente entre a roda 4 e o casco para permitir que a força de propulsão necessária (momento, torque) seja transmitida.

[0059] • Permanecer em contato com o casco durante condições geométricas adversas, tais como ao atravessar a área do porão em um ângulo ou ao passar por irregularidades geométricas do casco, tais como amolgaduras e protuberâncias, tais como soldas, saídas de tubos e assim por diante.

[0060] As rodas magnéticas 4 incluem ímãs permanentes arranjados em torno da circunferência da roda e mantidos em um alojamento de metal, por exemplo, como mostrado na Figura 8 e como discutido abaixo. O alojamento de metal pode incluir um invólucro em torno de uma circunferência externa dos ímãs e/ou uma sustentação em uma circunferência interna dos ímãs. Uma fina camada (cobertura, forro) de um material resiliente, tal como borracha ou polímero, é formada ao redor da parte externa da roda para distribuir o contato com o casco. Um composto otimizado tem boas características de atrito em muitas condições. No entanto, sabe-se que um casco pintado, particularmente um com crescimento marinho inicial sobre o mesmo, pode ter um coeficiente de atrito relativamente baixo para uma cobertura de roda de acordo com o conteúdo acima. É também conhecido que a força adesiva entre uma roda magnética 4 e uma superfície ferrosa é governada pela distância entre os corpos magnéticos da roda e a superfície. Em outras palavras, a folga não magnética “parasita” - conforme ditada pela espessura da cobertura da roda (forro), não deve aumentar acima da folga já ditada. Assim, a cobertura da roda é relativamente fina, a fim de garantir uma adesão magnética segura ao casco, e nas modalidades preferenciais, a espessura do material resiliente da cobertura da roda é de 1,7% ou menor que o diâmetro da roda, ou menor que 3 mm.

[0061] O robô 1 proposto inclui, ainda, um arranjo de suspensão de roda, conforme descrito em mais detalhes abaixo, com a suspensão arranjada para garantir que as forças sejam equalizadas entre as rodas, bem como sendo mantidas relativamente constantes ao longo da largura da roda. A modalidade das Figuras 1 a 6 usa quatro rodas em um arranjo diagonal (isto é, dois pares de rodas 4). Os dois pares de rodas 4 são montados em vigas 5 com uma dessas vigas podendo ser inclinada em torno de um pivô 24. Há direção individual para todas as rodas 4 em torno de um eixo geométrico de direção que é mais ou menos perpendicular ao chassi do robô 2, conectado a um membro do tipo estribo (também pode ser de um único lado) 12 que se conecta à roda 4 por meio de um pivô de curvatura 11 que permite que a roda 4 se curve (se incline) de modo que tenha contato mais ou menos igual (pressão) com a superfície do casco, ao longo da largura (tangente) da roda 4.

[0062] Este arranjo pode ser expandido para ter um ou mais pares adicionais de rodas, com o outro par (ou outros pares) de rodas, cada um montado em vigas pivotantes semelhantes à viga pivotante das Figuras 1 a 6. As rodas adicionais têm um mecanismo de pivô de curvatura semelhante às rodas do robô de quatro rodas. Um exemplo com três pares de rodas é mostrado na Figura 7. O par adicional de rodas pode ser direcionado ou não direcionado e pode ser com ou sem acionamento por motor. No caso de um outro par de rodas sem acionamento por motor, então será observado que as rodas fornecem estabilidade adicional e atração magnética aumentada com o casco.

[0063] No caso de ambos os exemplos de quatro e seis rodas (e de fato se outros pares de rodas forem adicionados), a combinação de suspensão de viga pivotante e um mecanismo de pivô de curvatura para cada roda significa que todas as rodas do robô entram em contato com uma superfície irregular do casco com um força igual, em um arranjo de “compensação de curvatura” para cada roda de acordo com o conteúdo acima.

[0064] Os recursos do robô serão agora descritos em mais detalhes com referência às Figuras. Deve-se notar que as referências a “vertical” na descrição do robô são em relação a uma vertical do robô, isto é, perpendicular à superfície em que o robô está e independente da direção da força da gravidade.

[0065] Na Figura 1, o robô 1 é mostrado totalmente montado em uma vista em perspectiva. O chassi 2 do robô 1 é uma moldura de perímetro que contém um recipiente vedado 3 que inclui um sistema de controle eletrônico para o robô, bem como outros componentes elétricos, tais como uma fonte de alimentação (por exemplo, baterias), sistemas de comunicação, sistemas de registro de dados e assim por diante. O recipiente 3 é à prova d'água e vedado para evitar a entrada de água. Arranjos adequados de anéis isolantes ou semelhantes podem ser usados para permitir que cabos e semelhantes passem através do invólucro do recipiente vedado 3. O chassi 2 e o recipiente 3 juntos formarão um corpo para o robô 1, junto com uma cobertura protetora (não mostrada). Dois "eixos" de viga 5 são fixados ao chassi 2 e essas vigas 5 sustentam as rodas 4, bem como elementos associados do arranjo de suspensão e mecanismos de direção para as rodas

4. Será obervado que as vigas 5 não formam eixos em relação à rotação das rodas 4, mas em vez disso, cada roda 4 tem seu próprio eixo individual, conforme discutido em mais detalhes abaixo em relação à Figura 3. O robô 1 inclui um mecanismo de limpeza 6, que assume a forma de uma escova cilíndrica rotativa, e também é fixado ao chassi 2. Será visto que as quatro rodas são espaçadas uma da outra o máximo possível permitido pelas dimensões gerais do robô.

[0066] A Figura 2 é uma vista explodida do robô 1, que mostra a natureza modular da construção do robô. As montagens de “eixo” de viga 7 formam “módulos” removíveis que contêm as rodas 4 junto com seus meios de acionamento, suspensão e direção. O recipiente 3 e a moldura 2 também são módulos de efeitos. A escova 6 em sua sustentação também forma um módulo como uma montagem de limpeza (retoque) 8. A divisão em módulos permite uma operação de montagem de acabamento rápida e eficiente durante a construção do robô 1 e facilita muito o reparo e a manutenção quando o robô 1 é implantado no serviço de campo. As montagens de viga 7 são ainda subdivididas em módulos menores, conforme discutido abaixo, tais como módulos para componentes das rodas 4 e as peças de direção e suspensão associadas.

[0067] O robô 1 inclui um arranjo de suspensão do qual uma parte é fornecida pela capacidade das duas vigas 5 (e todos os elementos das montagens de viga 7) para pivotar uma em relação à outra. Assim, uma viga 5 é rigidamente fixada ao chassi 2, enquanto a outra é montada de forma pivotante no chassi 2. Neste exemplo, as rodas dianteiras 4 são rigidamente fixadas ao chassi 2 por meio da viga associada 5. Isso permite que as mesmas repousem mais perto da escova 6 sem risco de a escova 6 obstruir a ação do arranjo de suspensão. As rodas traseiras 4 são fixadas de forma pivotante ao chassi 2, com a viga associada 5 sendo acoplada ao chassi 2 por meio de um pivô 24, conforme mostrado na Figura 4. Os dois pares de rodas podem, portanto, deslocar a posição para seguir seções curvas ou irregulares da superfície do casco.

[0068] A Figura 3 fornece uma vista detalhada da montagem de viga frontal 7. Conforme observado acima, essa é rigidamente fixada à moldura e isso é feito por meio dos parafusos 18 (moldura não mostrada neste desenho). As peças relacionadas às rodas 4, motores 9, mecanismo de direção e mecanismos de pivô de curvatura são semelhantes àqueles para a montagem de viga traseira 7, que é mostrada na Figura 4. Na verdade, há um projeto modular para as rodas 4 e sua suspensão associada e peças de direção em que os componentes diagonalmente opostos são idênticos. Assim, a roda dianteira esquerda é mantida com um módulo que é idêntico ao módulo equivalente na roda traseira direita, com componentes idênticos do mecanismo de pivô de curvatura e do mecanismo de direção e, de forma equivalente, há similaridade para a roda dianteira direita e a roda traseira esquerda. O motor elétrico 9 está dentro de um alojamento que também inclui qualquer engrenagem necessária e algumas dessas peças são mantidas dentro do cubo da roda 4. Este arranjo de motor de cubo permite que cada roda 4 seja acionada independentemente conforme necessário, com um "eixo" para cada roda 4 formado pela conexão ao alojamento do motor 9. A roda 4 é, portanto, fixada rotativamente ao alojamento do motor 9.

[0069] O mecanismo de pivô de curvatura, que forma outra parte do arranjo de suspensão para o robô, inclui (para cada roda) um suporte 10 que é fixado ao alojamento do motor 9 e um estribo 12 (uma estrutura semelhante a um berço neste exemplo) que se conecta ao suporte 10 por meio de um pivô de curvatura 11, formado por parafusos de pivô na parte anterior e posterior da roda 4. Não há molas ou outro mecanismo de envergadura resiliente que afeta a liberdade da roda 4 para girar sob a ação do pivô de curvatura 11. O estribo 12 é unido à viga 5 por meio de um mecanismo de direção. A roda 4 está livre para girar em relação à viga 5 dentro de um ângulo definido em torno de um eixo geométrico de pivô de curvatura definido por uma linha através dos parafusos de pivô na parte anterior e posterior. Este eixo geométrico de pivô de curvatura é perpendicular ao eixo geométrico de rotação da roda 4 e geralmente se estende na horizontal em relação a um eixo geométrico vertical do robô 1. O mesmo também normalmente repousa paralelo à superfície do casco em que o robô 1 está colocado. O mecanismo de pivô de curvatura permite que a roda se adapte de forma que fique sempre “de pé” na superfície do casco a que se conecta, com alinhamento máximo da superfície de contato da roda com a superfície do casco, mesmo quando esta superfície é irregular ou está em ângulo para a orientação básica do chassi do robô 2. Este ângulo de “compensação de curvatura da roda” é limitado ao ângulo especificado em ambas as direções rotativas pelos meios de interrupção de movimento 19 no estribo 12.

[0070] O estribo 12 é rotativamente fixado à viga 5 através do alojamento 13, que é rigidamente fixado com a viga 5 e forma um elemento de um mecanismo de direção para a roda 4. O estribo 12 pode ser produzido sendo formado a partir de uma barra plana. O mesmo pode ser laminado no sentido de que pode ter duas ou mais dessas barras, e as barras podem ter comprimentos diferentes. Isso torna o berço um pouco flexível nas direções para frente e para trás, bem como na direção vertical, embora relativamente rígido, e permite uma suspensão de roda que é rigidamente suspensa em algumas direções, no entanto, é suficientemente rígida em relação ao "eixo geométrico de direção vertical" para que a direção da roda possa ser controlada. A resiliência desta suspensão pode ser ajustada de modo que não tenha influência negativa significativa nas características de acionamento, tração, aderência e direção do robô, e de forma que não acrescente qualquer envergadura ou resiliência em termos das forças estáticas no arranjo de suspensão. No entanto, pode ser benéfico permitir alguma absorção de carga de impacto dinâmico, a fim de amortecer o robô, particularmente os componentes eletrônicos e elétricos do sistema de controle e energia, contra golpes da roda 4.

[0071] Para cada roda, um mecanismo de direção é fornecido e, conforme observado acima, usa peças idênticas para rodas diagonalmente opostas. O mecanismo de direção permite a rotação do estribo 12 em torno do alojamento 13 e, portanto, a rotação da roda em torno de uma direção geralmente vertical com referência à orientação do robô 1 (mais corretamente com referência à orientação da viga 5). Um braço de direção 14 no topo do alojamento 13 é acoplado a um tirante que passa através do alojamento 13 e fixado no topo do estribo 12. Isso se estende nos rolamentos 22 no alojamento 13. O braço de direção 14 está conectado a um braço de entrada de direção 16 através de uma ligação de arrasto 15, tal como por meio de pivôs ou juntas esféricas 23. Este arranjo pode ser configurado geometricamente como um "mecanismo de paralelogramo", ou os braços 14 e

16 podem ser configurados "não paralelos" para criar o efeito denominado "Ackermann" entre um par de rodas direcionadas 4 no mesmo eixo geométrico, como visto em uma vista superior do mecanismo. O efeito Ackermann, que, entre outras coisas, trata de garantir que os centros do arco de movimento de quaisquer rodas 4 se interceptem um ao outro no centro do raio da curva que é direcionada, pode ser criado, alternativamente, através do sistema de controle para os atuadores de direção 17. O objetivo deste efeito é minimizar o contato deslizante das rodas 4 com o casco durante os movimentos de direção. Os atuadores de direção 17 são fixados à viga 5, em outras palavras, podem ser montados em sustentações que formam uma parte integrante da montagem de viga 7 e se movem junto com a viga 5. Em um projeto alternativo, um único atuador de direção pode se conectar às duas rodas 4 da montagem de viga 17. O atuador de direção 17 tipicamente tem um motor elétrico que aciona o braço de direção de saída 16 através de uma engrenagem de redução. Além disso, o atuador 17 pode ter batentes de extremidade integrais 21 que limitam o ângulo de direção do braço 16, em ambas as direções.

[0072] Conforme observado acima, a Figura 4 mostra a montagem de viga traseira 7 e esta é amplamente semelhante à montagem de viga dianteira 7 (e inclui peças idênticas para rodas diagonalmente opostas 4). A diferença é que a viga 5 está presa de forma rotativa ao chassi 2 do robô para permitir o movimento interno das rodas. Isto é alcançado por meio de um pivô de suspensão 24, que é fixado ao eixo 5 do módulo. A liberdade da viga pivotante 5 para girar em torno do eixo geométrico do pivô de suspensão 24 é limitada a um ângulo definido em qualquer direção por batentes de extremidade de movimento (não mostrados). Entende-se que os batentes de extremidade para o maior ângulo de direção permitido podem, alternativamente, ser colocados mais perto da roda, tal como no estribo. Não há molas ou mecanismos resilientes semelhantes que afetam o movimento da viga pivotante 5 em torno do pivô de suspensão 24.

[0073] Deve ser notado que os componentes usados para as rodas 4, motores 9, mecanismos de pivô de curvatura 10, 11, 12 e os mecanismos de direção incluindo o braço de direção 14, rolamentos 22, alojamento 13, haste de direção (ligação de arrasto) 15 são formados em um módulo que pode se desprender da viga 5. Esses módulos são idênticos para módulos de roda diagonalmente opostos para permitir a intercambialidade de componentes durante a fabricação e manutenção do robô. O atuador de direção 17 e o braço de direção do atuador 16 também podem ser idênticos para módulos de roda diagonalmente opostos e podem ser semelhantes para todas as quatro rodas, em alguns casos. Para rodas diretamente opostas (e, portanto, também rodas no mesmo lado do robô), pode haver uma simetria de espelho para algumas partes, tal como para os mecanismos de pivô de curvatura.

[0074] A Figura 5 ilustra a ação da viga pivotante 5 e mostra o robô atravessando - em um ângulo - uma saliência irregular em uma superfície do casco 25 entre um lado e o fundo de um casco. A viga dianteira 5b é fixada ao chassi 2 do robô e, portanto, se alinha com o chassi 2. A viga traseira 5a está presa ao chassi 2 com o pivô 24 e, portanto, pode oscilar em relação ao chassi 2 e à viga dianteira 5b. A Figura 5 mostra como a viga 5b pivota de modo que suas rodas sigam a superfície do casco 25. A Figura também mostra como as rodas 4 giram em torno dos pivôs de curvatura 11 para se alinhar à superfície do casco 25, de modo que as rodas estejam “de pé” na superfície local. Entende-se que as forças que garantem esses alinhamentos angulares são as forças adesivas magnéticas das rodas 4, uma vez que não há molas ou outra envergadura no pivô de suspensão 24 ou nos pivôs de curvatura 11.

[0075] Isso ocorre independentemente da posição do robô 1 na superfície do casco 25, seja em que o robô está "invertido" sob o fundo do casco, está na lateral do casco ou na parte do porão entre essas áreas. Entende-se ainda que a força adesiva magnética de cada roda é dimensionada para, em todas as posições, negociar a força da gravidade no robô, bem como as forças da água do mar, tais como ondas, corrente, ou como induzidas pela resistência da “dinâmica de fluidos” quando o robô está se movendo na água. Além disso, a adesão é dimensionada para lidar com quaisquer forças de reação provenientes das ferramentas que o robô possa estar operando.

[0076] As Figuras 6a e 6b mostram o robô posicionado na lateral do casco, caso em que o robô pode estar sujeito a “tombar” de duas maneiras diferentes. Na Figura 6a, se a roda superior na Figura perde contato com a superfície do casco, então o robô pode virar sobre um ponto de contato 28 entre as rodas inferiores e a superfície do casco. Na Figura 6b, o mesmo pode se aplicar em torno do pivô 11 das rodas no lado inferior do robô 1. Um outro modo de falha seria que cada uma das rodas magnéticas inclinaria em torno de suas bordas 29 em paralelo. Pode ser mostrado que por ter largura suficiente "b" das rodas, em combinação com uma força adesiva magnética suficientemente forte 26, juntamente com um centro de gravidade "baixo" 27 e uma altura “c” de pivô "baixa" em relação à altura “a” do centro de gravidade 27, o robô não irá tombar (virar) em nenhuma das orientações. Assim, como pode ser visto nas Figuras, a altura do pivô “c”, isto é, a altura do eixo geométrico do pivô da curvatura, está mais próxima da superfície do casco do que do eixo geométrico de rotação da roda. Nesta discussão, “baixo” é em relação à extensão do robô longe do casco, isto é, no sentido do eixo geométrico vertical do robô. Desta forma, o uso de um robô com quatro (ou mais) rodas tem vantagens em relação a um robô de três rodas, uma vez que o ponto de inflexão potencial está mais afastado do centro de gravidade.

[0077] Conforme observado acima, é possível adicionar mais rodas. A Figura 7 mostra um robô com três vigas 5 e seis rodas em três pares. Este robô é capaz de manter um contato com um casco curvo de maneira semelhante à versão com quatro rodas, uma vez que a viga adicionada 5d é acoplada a outra viga pivotante 5c por meio de um pivô adicional 31, que permite o movimento das duas vigas uma em relação a outra, bem como em relação ao chassi 2 e à viga fixa 5 do conjunto de rodas restante. Um estabilizador 30 é fixado ao chassi 2 e o pivô 31, com um eixo geométrico na direção lateral (transversal) do robô, conecta um membro longitudinal 32 ao estabilizador 31. Os eixos 5c e 5d se conectam ao membro 32 por meio de pivôs de suspensão 24, que atuam de maneira semelhante ao pivô de suspensão 24 do robô de quatro rodas. Este mecanismo garante que todas as seis rodas 4 entrem em contato com a superfície irregular ou curva de um casco igualmente, no sentido de que as rodas magnéticas 4 não são restringidas por forças que de outra forma ocorrem em uma suspensão da roda para compensar a geometria de tal casco. Cada roda tem um mecanismo de pivô de curvatura, que pode ter uma construção semelhante ao mecanismo de pivô de curvatura discutido acima. Todas as seis rodas podem ser direcionadas ou, alternativamente, pode ser possível permitir a direção por menos de todas as seis rodas. Outros eixos com outras rodas podem ser adicionados de maneira semelhante, com uso de pivôs em diferentes níveis na suspensão.

[0078] A Figura 8 mostra a seção transversal de uma roda magnética 4 que pode ser usada com o robô discutido acima. Isso inclui as peças do motor 9 que estão dentro da roda 4. Nesta Figura, um alojamento de motor 37 contém o motor (não mostrado nesta Figura) e a engrenagem de redução entre o motor 9 e a roda 4. Um tirante de saída 36 do motor é conectado ao cubo da roda. Este tirante 36 e seu flange são sustentados em rolamentos (não mostrados). O aro da roda 35 é fixado ao tirante de saída 36 por meio do cubo da roda, e isso mantém um pacote de núcleos de ímã de anel 34. Entende-se que uma série desses núcleos 34 podem ser mantidos juntos e fixos ao aro. Finalmente, uma cobertura resiliente 33 é fixada na periferia dos núcleos de ímã 34, opcionalmente com um invólucro intermediário que envolve os ímãs.

Claims (29)

REIVINDICAÇÕES

1. Robô para realizar operações em cascos de navios, o robô caracterizado pelo fato de que compreende: rodas magnéticas que permitem ao robô aderir a cascos ferrosos por meio de forças magnéticas; e um arranjo de suspensão para sustentar as rodas em um corpo do robô e para permitir que o robô se desloque sobre superfícies irregulares; em que o robô compreende um primeiro par de rodas e um segundo par de rodas, com os pares de rodas espaçados um do outro ao longo de um comprimento do robô; em que o arranjo de suspensão compreende um mecanismo de pivô de suspensão que permite que uma linha que se estende entre os centros do primeiro par de rodas rotacione em relação a uma linha que se estende entre os centros do segundo par de rodas; em que o arranjo de suspensão também compreende um mecanismo de pivô de curvatura para cada roda, com o mecanismo de pivô de curvatura permitindo que o eixo geométrico de rotação da roda rotacione em relação aos eixos de rotação das outras rodas, a fim de que a roda possa alinhar seu eixo geométrico de rotação com a superfície do casco; e em que as forças magnéticas para prender a roda ao casco agem para rotacionar o mecanismo de pivô de suspensão e os mecanismos de pivô de curvatura.

2. Robô, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que não há envergadura em um pivô dos mecanismos de pivô de curvatura.

3. Robô, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os mecanismos de pivô de curvatura formam, cada um, uma parte de um módulo de roda que une a respectiva roda ao robô, em que o módulo de roda compreende um eixo para a roda, com cada roda tendo um eixo individual e cada eixo sendo capaz de rotacionar através do mecanismo de pivô de curvatura a fim de alterar a orientação do eixo em relação aos eixos das outras rodas.

4. Robô, de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de pivô de curvatura compreende um suporte e um membro de estribo que sustenta o suporte, em que o pivô de curvatura une o suporte ao membro de estribo.

5. Robô, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o membro de estribo é acoplado ao robô.

6. Robô, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o pivô de curvatura tem um eixo geométrico de rotação que é perpendicular ao eixo geométrico de rotação da roda, tal como um eixo geométrico que está arranjado para repousar de modo paralelo à superfície do casco quando o robô está em uso.

7. Robô, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o eixo geométrico de rotação do pivô de curvatura é posicionado para estar mais próximo da superfície do casco do que o eixo geométrico de rotação da roda quando o robô está em uso.

8. Robô, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de pivô de suspensão inclui um pivô fornecido em uma viga pivotada com um dos pares de rodas montado na viga pivotada, em que a viga pode rotacionar em relação ao outro par de rodas.

9. Robô, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que não há envergadura no pivô do mecanismo de pivô de suspensão.

10. Robô, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o robô inclui rodas direcionáveis em que um mecanismo de direção permite que as rodas de pelo menos um par de rodas rotacionem em torno de um eixo geométrico que se estende normal à superfície de contato da roda.

11. Robô, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende um mecanismo de direção que permite que as rodas do primeiro par e do segundo par de rodas rotacionem, cada uma, em torno de um eixo geométrico que se estende normal à superfície de contato da roda, em que os mecanismos de pivô de curvatura rotacionam junto com as rodas.

12. Robô, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de direção inclui um braço de direção e um garfo para cada roda direcionável, em que o garfo é posicionado a fim de permitir a rotação das rodas sem um deslocamento na posição das rodas.

13. Robô, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende motores de cubo para impulsionar a rotação das rodas, em que os motores de cubo são acoplados à roda de modo que se movam com a roda à medida que a roda muda de curvatura.

14. Robô, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as rodas incluem uma camada resiliente na superfície da roda.

15. Robô, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a camada resiliente tem uma espessura menor que 2% do diâmetro da roda.

16. Robô, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as rodas com o mecanismo de pivô de curvatura são removíveis do robô como um módulo.

17. Robô, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as rodas diagonalmente opostas e seus mecanismos de pivô de curvatura incluem componentes idênticos e intercambiáveis.

18. Robô, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as rodas magnéticas são o único mecanismo usado para fixar o robô ao casco.

19. Robô, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o robô é para limpar a superfície do casco do navio e o robô inclui um mecanismo de limpeza.

20. Robô, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de limpeza é uma escova cilíndrica com o eixo geométrico do cilindro geralmente paralelo à superfície do casco e a escova sendo arranjada para rotacionar em torno de seu eixo geométrico para aplicar uma ação de limpeza à superfície quando está em contato com a superfície.

21. Robô, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a escova cilíndrica é montada à frente das rodas de modo que, durante o movimento para a frente, a escova atue no casco do navio antes de qualquer par de rodas entrar em contato com o casco.

22. Robô, de acordo com a reivindicação 20 ou 21, caracterizado pelo fato de que o comprimento da escova cilíndrica se estende ao longo de toda a largura do robô ou mais.

23. Robô para realizar operações em cascos de navios, o robô caracterizado pelo fato de que compreende: rodas magnéticas que permitem ao robô aderir a cascos ferrosos por meio de forças magnéticas; em que o robô compreende um primeiro par de rodas e um segundo par de rodas, com os pares de rodas espaçados um do outro ao longo de um comprimento do robô;

em que cada roda é fornecida dentro de um módulo de roda que é removível do robô, o módulo de roda compreendendo um ou mais componentes de suspensão e um ou mais componentes de direção; e em que os módulos de roda diagonalmente opostos são idênticos um ao outro.

24. Robô, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o robô inclui recursos conforme descrito em qualquer uma das reivindicações 1 a 22.

25. Robô, de acordo com a reivindicação 23 ou 24, caracterizado pelo fato de que os módulos de roda incluem um mecanismo de pivô de curvatura para cada roda e os componentes idênticos em módulos de roda opostos compreendem pelo menos algumas partes do mecanismo de pivô de curvatura.

26. Robô, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que compreende mecanismos de pivô de curvatura que são totalmente idênticos em módulos de roda diagonalmente opostos.

27. Robô, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 26, caracterizado pelo fato de que as rodas são rodas direcionáveis com um mecanismo de direção que permite a rotação da roda em torno de um eixo geométrico que se estende normal à superfície de contato da roda e em que módulos de roda diagonalmente opostos incluem mecanismos de direção idênticos.

28. Método para realizar operações no casco de um navio, o método caracterizado pelo fato de que compreende o uso de um robô, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores.

29. Método de fabricação de um robô para realizar operações no casco de um navio, o método caracterizado pelo fato de que compreende o fornecimento de recursos, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 27, e o acoplamento desses recursos juntos de maneira apropriada para montar o robô.