ES1218802U - ROBOTIZED BOAT (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
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Embarcación robotizada.Robotic boat.
OBJETO DE LA INVENCIÓNOBJECT OF THE INVENTION
La presente invención se refiere a una embarcación autónoma de superficie, que también es controlable remotamente, de propulsión híbrida (energía solar, gasolina y baterías), ideal para la toma de muestras y medida de calidad de agua en aguas dulces y saladas, vigilancia en el mar, ríos o pantanos, salvamento y otras prestaciones que se irán describiendo a lo largo de la presente memoria.The present invention relates to an autonomous surface vessel, which is also remotely controllable, with hybrid propulsion (solar energy, gasoline and batteries), ideal for sampling and measurement of water quality in fresh and salt water, surveillance in the sea, rivers or swamps, rescue and other benefits that will be described throughout this report.
El objeto de la invención es proporcionar una embarcación de reducidas dimensiones, concretamente de menos de 2,5 metros de longitud, en orden a que en ésta no sean aplicables normativa de permisos y homologaciones, es decir que no tenga restricciones de navegación, precisando únicamente un seguro de responsabilidad civil.The object of the invention is to provide a small vessel, specifically less than 2.5 meters in length, in order that it does not apply permit and approval regulations, that is to say that it does not have navigation restrictions, specifying only Civil liability insurance.
Es por tanto objeto de la invención proporcionar una embarcación robotizada que pueda navegar libremente y sin restricciones, con una alta autonomía de varios días, y a unas velocidades que pueden llegar a superar los 30 nudos, todo ello sin necesidad de una estación base próxima para su manejo, al poder ser controlada vía Internet, lo que la hace ideal su control cuando ésta participa en una flota de múltiples embarcaciones de este tipo.It is therefore an object of the invention to provide a robotic vessel that can navigate freely and without restrictions, with a high autonomy of several days, and at speeds that can exceed 30 knots, all without the need for a nearby base station for its management, being able to be controlled via the Internet, which makes its control ideal when it participates in a fleet of multiple vessels of this type.
A mayor abundamiento, por su reducido tamaño la embarcación de la invención resulta fácil de transportar por vía terrestre, de manera que para introducirla en el agua solo es preciso un carrito de varada desde un camino o la playa, que puede ser transportado por gran variedad de vehículos.To a greater extent, due to its small size, the vessel of the invention is easy to transport by land, so that to introduce it into the water, only a cart stranded from a road or the beach is necessary, which can be transported by a great variety vehicular.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
En el ámbito de aplicación práctica de la invención, se conocen embarcaciones no tripuladas para la toma de mediciones o vigilancia, propulsadas por energía solar o por gasolina/gasóleo, que presentan una serie de problemas o limitaciones, entre las que cabeIn the practical scope of the invention, unmanned vessels are known for taking measurements or monitoring, propelled by solar energy or by gasoline / diesel, which present a series of problems or limitations, among which
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citar las siguientes:cite the following:
• Se trata de embarcaciones de más de 2.5 m, y por tanto se ven afectadas de• These are vessels of more than 2.5 m, and therefore are affected by
normativas de permisos y homologaciones, que suponen restricciones de navegación ya sea en agua dulce o salada.regulations for permits and approvals, which involve navigation restrictions in either fresh or salt water.
• Si bien existen embarcaciones de menor tamaño, tienen una autonomía• Although there are smaller vessels, they have autonomy
excesivamente baja, inferior a 10 horas, con unas velocidades de navegación igualmente bajas y funcionamiento solamente eléctrico.excessively low, less than 10 hours, with equally low navigation speeds and only electric operation.
• Se limitan a la realización de mediciones, sin permitir otras funciones adicionales• They are limited to measurements, without allowing other additional functions
como pueden ser la toma de muestras, batimetría, vigilancia en el mar o salvamento.such as sampling, bathymetry, surveillance at sea or rescue.
• No incluyen medios de visión térmica o estereoscópica.• Do not include thermal or stereoscopic vision means.
• Necesitan de una estación base próxima para su control, el cual suele realizarse vía• They need a nearby base station for their control, which is usually done via
WIFI u otros medios radio, con un alcance máximo de 8-10 millas desde dicha estación.WIFI or other radio means, with a maximum range of 8-10 miles from that station.
• Su integración en flotas resultaría complejo y costoso desde el punto de vista de• Its integration into fleets would be complex and costly from the point of view of
control de dicha flota.control of said fleet.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION
La embarcación autónoma que se preconiza resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, en todos y cada uno de los aspectos anteriormente comentados.The autonomous vessel that is recommended resolves in a fully satisfactory way the problem previously stated, in each and every one of the aspects mentioned above.
Para ello, y de forma más concreta, la embarcación de la invención se constituye a partir de un casco obtenido a base de fibra de vidrio, fibra de carbono, Kevlar o similar, con una eslora de menos de 2,5 metros, preferentemente del orden de 2,4 metros, una manga del orden de 80 centímetros, dimensiones que permiten llevar a una persona tumbada a bordo en caso de tratarse de maniobras de salvamento, presentando una estructura de fondo plano que permite el planeo de la embarcación.For this purpose, and more specifically, the vessel of the invention is constituted from a hull obtained based on fiberglass, carbon fiber, Kevlar or similar, with a length of less than 2.5 meters, preferably of order of 2.4 meters, a sleeve of the order of 80 centimeters, dimensions that allow a person lying on board in case of rescue maneuvers, presenting a flat bottom structure that allows the planning of the boat.
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La estructura plana tiene la ventaja de que es mucho más fácil de fabricar que una estructura con formas, que exige un molde más complejo y un proceso de laminado del casco más largo.The flat structure has the advantage that it is much easier to manufacture than a shaped structure, which requires a more complex mold and a longer hull rolling process.
De igual manera esta estructura hace que la embarcación tenga un calado muy pequeño, del orden de 10 centímetros, de forma que pueda flotar en zonas de fondo bajo, permitiendo a la embarcación navegar por aguas no accesibles a la mayoría de las embarcaciones.In the same way, this structure means that the vessel has a very small draft, of the order of 10 centimeters, so that it can float in low-lying areas, allowing the vessel to navigate through waters that are not accessible to most vessels.
La embarcación estará dotada de una o varias turbinas de agua o “waterjets”, de forma que no haya hélices expuestas y por lo tanto poder utilizarse la embarcación con personas en sus proximidades sin riesgo para las mismas.The boat will be equipped with one or several water turbines or “waterjets”, so that there are no exposed propellers and therefore the boat can be used with people in its vicinity without risk to them.
El motor de accionamiento de las turbinas será eléctrico en la versión básica, o bien híbrido eléctrico-gasolina en la versión más potente, de manera que el motor de gasolina podría accionar directamente y de forma paralela al motor eléctrico las citadas turbinas, o bien accionar un generador eléctrico a través del que alimentar los motores eléctricos de accionamiento de las turbinas.The turbine drive motor will be electric in the basic version, or electric-gasoline hybrid in the most powerful version, so that the gasoline engine could drive the turbines directly and parallel to the electric motor, or drive an electric generator through which to power the turbine drive electric motors.
Las turbinas de agua se complementan con turbinas de aire con motor eléctrico, ubicadas en el mástil, lo que permite que la embarcación se pueda desplazar por zonas pantanosas o con abundancia de vegetación.Water turbines are complemented by air turbines with electric motor, located on the mast, which allows the boat to move through swampy areas or with abundance of vegetation.
La embarcación contará con baterías eléctricas distribuidas en módulos independientes, alimentadas por paneles solares distribuidos sobre la cubierta de la embarcación.The boat will have electric batteries distributed in independent modules, powered by solar panels distributed on the deck of the boat.
La versión básica dispone de un generador eléctrico, que funciona movido por un motor de gasolina. Para ello dispone a bordo de depósito de combustible debidamente integrado en el seno de la embarcación. El generador permite cargar las baterías, así como aportar energía eléctrica para la propulsión y el consumo general de la embarcación.The basic version has an electric generator, which is driven by a gasoline engine. For this purpose, it has on board a fuel tank properly integrated within the vessel. The generator allows the batteries to be charged, as well as providing electric power for the propulsion and general consumption of the boat.
Para misiones de autonomía extendida, a la embarcación pueden acoplársele un depósito extra de gasolina de acuerdo con las necesidades específicas de cada caso.For extended autonomy missions, an extra fuel tank can be attached to the boat according to the specific needs of each case.
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Existe también una versión de la embarcación en el que las turbinas de agua se accionan con uno o varios motores híbridos (más potentes). Este motor híbrido puede actuar como propulsor combinado de gasolina y eléctrico, como motor eléctrico sólo, como motor de gasolina sólo, o como generador (desconectando mecánicamente las turbinas).There is also a version of the boat in which the water turbines are operated with one or more hybrid engines (more powerful). This hybrid engine can act as a combined gasoline and electric propeller, as an electric motor only, as a gasoline engine only, or as a generator (mechanically disconnecting the turbines).
La operación o el control de la operación autónoma se lleva a cabo de manera remota, mediante comunicaciones vía radio (varias opciones: VHF, UHF, telefonía móvil 3G/4G, Wi- Fi, SATCOM), por la que un patrón guía y dirige a la embarcación hacia los puntos de interés. De manera simultánea, un operador maneja el equipo a bordo de forma que se puedan llevar a cabo las operaciones previstas (mediciones, vigilancia, detección, observación). Tanto el guiado como las acciones a llevar a cabo en los puntos de interés se pueden ejecutar de manera manual o automática. En este último caso, patrón y operador no tienen por qué estar pendientes de una única embarcación. Esto permite el manejo eficiente de una flota de este tipo de embarcaciones, pudiendo manejar cada patrón y operador más de una embarcación de manera simultánea.The operation or control of the autonomous operation is carried out remotely, via radio communications (several options: VHF, UHF, 3G / 4G mobile telephony, Wi-Fi, SATCOM), by which a guide and directs pattern to the boat to the points of interest. Simultaneously, an operator manages the equipment on board so that the planned operations can be carried out (measurements, monitoring, detection, observation). Both the guidance and the actions to be carried out at the points of interest can be executed manually or automatically. In the latter case, skipper and operator do not have to be aware of a single vessel. This allows the efficient management of a fleet of this type of vessels, each patron and operator being able to handle more than one vessel simultaneously.
De forma más concreta, la embarcación robotizada incorpora sistemas electrónicos y software para gestionar y controlar todos los sistemas de a bordo por parte de uno o varios operadores que pueden estar o no en las proximidades de la embarcación.More specifically, the robotic vessel incorporates electronic systems and software to manage and control all on-board systems by one or more operators that may or may not be in the vicinity of the vessel.
El control del sistema por parte de operador(es) se lleva a cabo accediendo por Internet a la web a bordo (web Principal), que integra la información de todos los subsistemas y presenta una interfaz única. El acceso a esa web (con usuario y clave) se hace utilizando alguno de los medios de comunicación de que dispone la embarcación.The control of the system by the operator (s) is carried out by accessing the web on board (Main web), which integrates the information of all the subsystems and presents a unique interface. Access to this website (with username and password) is done using one of the means of communication available to the vessel.
Cada subsistema a bordo tiene su propia electrónica y software de control, adaptada a funcionalidad que ese subsistema en concreto realiza.Each on-board subsystem has its own electronics and control software, adapted to the functionality that that particular subsystem performs.
Todos los subsistemas disponen de una web local que permite manejarlos de forma individual y autónoma en operaciones de mantenimiento, medición y pruebas.All subsystems have a local website that allows them to be managed individually and autonomously in maintenance, measurement and testing operations.
Todos los sistemas se conectan a una red local de comunicaciones en el interior del barco. Esta red de comunicaciones es redundante (por fiabilidad) y está formada por dos medios separados e independientes, ambos cableados por el interior del vehículo. Toda laAll systems are connected to a local communications network inside the ship. This communications network is redundant (for reliability) and is formed by two separate and independent means, both wired inside the vehicle. All the
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mensajería de control se envía simultáneamente por las dos redes, de forma que un fallo en una de ellas no interfiera el normal funcionamiento de todo el conjunto.Control messaging is sent simultaneously by the two networks, so that a failure in one of them does not interfere with the normal operation of the whole set.
Para la navegación, se dispone a bordo de un GPS, que da la posición absoluta y el rumbo geográfico mediante la utilización de la constelación de satélites del sistema de posicionamiento global.For navigation, a GPS is available on board, which gives the absolute position and geographical direction by using the satellite constellation of the global positioning system.
Adicionalmente se dispone de un sistema de navegación inercial / compás, que da información de aceleración en los tres ejes de la embarcación, de cabeceo, balanceo, guiñada, rumbo magnético y presión barométrica. Por integraciones sucesivas de la información de aceleración, se obtiene la velocidad y posición de la embarcación.Additionally, there is an inertial / compass navigation system, which provides acceleration information on the three axes of the boat, pitching, rocking, yaw, magnetic heading and barometric pressure. By successive integrations of the acceleration information, the speed and position of the vessel is obtained.
Se puede obtener posicionamiento adicional en caso de utilización de la red de telefonía móvil, por cuanto que esa red proporciona la información de localización, si bien no resulta tan precisa como la que proporciona el sistema de navegación a bordo.Additional positioning can be obtained in case of use of the mobile telephone network, since that network provides the location information, although it is not as accurate as that provided by the on-board navigation system.
La embarcación dispone además de cámaras de navegación, en espectro visible e IR, materializadas en dos cámaras del tipo ojo de pez mirando hacia proa y dos cámaras mirando hacia popa, de forma que proporcionen visión estereoscópica 360° alrededor del vehículo.The vessel also has navigation cameras, in visible and IR spectrum, materialized in two fisheye-like cameras facing forward and two cameras facing aft, so that they provide 360 ° stereoscopic vision around the vehicle.
El procesado de imagen de dichas cámaras permite tener una estimación de distancia para objetos situados a menos de 100 m de la embarcación, de forma que el sistema de navegación pueda evitar colisiones con objetos cercanos y sea capaz también de localizar la línea de costa/orilla.The image processing of these cameras allows an estimation of distance for objects located less than 100 m from the boat, so that the navigation system can avoid collisions with nearby objects and is also able to locate the shore / shore line .
Para navegación nocturna, se puede usar la versión de cámara que no lleva filtro IR de imagen, con lo que es capaz de formar imagen en el infrarrojo próximo. La visión se hace iluminando la escena con uno o varios focos IR.For night navigation, the camera version that does not have an IR image filter can be used, which is capable of forming near infrared image. The vision is made by illuminating the scene with one or several IR spotlights.
La instalación de dos pedestales térmicos en el mástil permite su utilización no sólo como carga de pago, sino también para la navegación con imagen térmica estereoscópica (nocturna o en caso de mala visibilidad por niebla o humo).The installation of two thermal pedestals on the mast allows its use not only as a payload, but also for navigation with stereoscopic thermal image (night or in case of poor visibility due to fog or smoke).
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La embarcación robotizada incluye un receptor AIS (opera en la banda de VHF), que permite conocer la posición de embarcaciones en las proximidades a fin de evitar colisiones con ellas.The robotic vessel includes an AIS receiver (operates in the VHF band), which allows to know the position of vessels in the vicinity in order to avoid collisions with them.
Tal y como se ha dicho con anterioridad, el sistema principal de comunicaciones es a través de la telefonía móvil (ya sea con interfaz 3G ó 4G), que se complementa con una red de área local inalámbrica (Wi-Fi). Para navegación en áreas alejadas de la costa en la que no hay cobertura de los medios anteriores, se dispone opcionalmente de un sistema de comunicaciones via satélite (SATCOM).As stated before, the main communications system is through mobile telephony (either with 3G or 4G interface), which is complemented by a wireless local area network (Wi-Fi). For navigation in remote areas of the coast where there is no coverage of the previous means, a satellite communications system (SATCOM) is optionally available.
De igual manera, incluye una interfaz de voz-audio por VHF e interfaz de datos VHF/UHF. El interfaz VHF permite la comunicación directa en voz con otras embarcaciones en las proximidades, trabajando en la banda naval que es de uso obligado para todas las embarcacionesSimilarly, it includes a VHF voice-audio interface and VHF / UHF data interface. The VHF interface allows direct voice communication with other vessels in the vicinity, working in the naval band that is mandatory for all vessels
Dadas las limitaciones de ancho de banda de datos en VHF y UHF, la información que se proporciona por estos canales es solamente de instrumentación y órdenes al barco.Given the limitations of data bandwidth in VHF and UHF, the information provided by these channels is only instrumentation and orders to the ship.
Se ha previsto que la embarcación sea susceptible de modificar su "carga de pago”, de manera que ésta no tenga por qué ser una parte fija de los equipos a bordo, sino que puede o no estar presente dependiendo de los trabajos a llevar a cabo.It is envisaged that the vessel will be able to modify its "payload", so that it does not have to be a fixed part of the equipment on board, but may or may not be present depending on the work to be carried out .
Entre tales equipos instalables de forma selectiva y opcional, caben destacar los siguientes:Among such equipment that can be installed selectively and optionally, the following should be noted:
• Medios de adquisición de muestras líquidas de agua (dulce o salada) tanto en superficie como en profundidad (variable hasta 25 m), con almacenamiento y conservación de las mismas a bordo en condiciones de refrigeración.• Means for acquiring liquid samples of water (fresh or salt) both surface and depth (variable up to 25 m), with storage and conservation of them on board under refrigeration conditions.
• Instrumentación para medición de parámetros de control de calidad de agua (dulce o salada): temperatura, pH, nivel de oxígeno (DO), conductividad potencial de oxidación-reducción (ORP), turbidez, contenido de iones o medidas específicas mediante reactivos.• Instrumentation for measuring water quality control parameters (fresh or salt): temperature, pH, oxygen level (OD), potential oxidation-reduction conductivity (ORP), turbidity, ion content or specific measurements by reagents.
• Instrumentación específica para el conteo de peces en ríos o lagos mediante antenas que detectan los chips instalados en los peces.• Specific instrumentation for the count of fish in rivers or lakes by means of antennas that detect the chips installed in the fish.
• Sonda batimétrica/sónar para levantamiento de perfiles de fondo y ecolocalización.• Bathymetric / sonar probe for background profiles and echolocation.
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Uno o varios pedestales optrónicos, con cámara térmica, cámara visible y telémetro láser para observación detallada de puntos de interés.One or more optronic pedestals, with thermal camera, visible camera and laser rangefinder for detailed observation of points of interest.
• Cámaras bajo la línea de flotación de la embarcación de forma que puedan recoger imágenes del fondo y del entorno acuático por el que navega.• Cameras under the waterline of the boat so that they can collect images of the bottom and the aquatic environment through which it navigates.
Todos los datos generados internamente en el barco se almacenan localmente en un disco duro removible, conectado a una CPU independiente a bordo, quedando registrados para posteriores auditorías y análisis.All data generated internally on the ship is stored locally on a removable hard disk, connected to an independent CPU on board, being recorded for further audits and analysis.
En cuanto a la distribución del equipo, para evitar el volcado completo de la embarcación y ayudar a que pueda recuperar la verticalidad rápidamente en caso de vuelco en condiciones fuertes de mar, el mástil incorpora en su parte superior compartimentos estancos a babor y otro a estribor.As for the distribution of the equipment, to avoid the complete dump of the boat and help it to recover the verticality quickly in case of overturning in strong sea conditions, the mast incorporates in its upper part port-tight compartments and another to starboard .
Así mismo, para garantizar el no hundimiento de la embarcación en caso de vía de agua, el casco dispone de compartimentos estancos situados bajo cubierta.Likewise, to guarantee the non-sinking of the boat in case of waterway, the hull has watertight compartments located under cover.
En cuanto al mástil, su interior está hueco para permitir la entrada y salida de aire en el interior del casco, a fin de permitir tanto el funcionamiento del motor/motores de gasolina a bordo, como facilitar la refrigeración de los equipos bajo cubierta. Este último punto es menos crítico por cuanto la refrigeración de los equipos de mayor disipación es por agua.As for the mast, its interior is hollow to allow the entry and exit of air inside the hull, in order to allow both the operation of the petrol engine / engines on board, and to facilitate the cooling of the equipment under cover. This last point is less critical because the cooling of the equipment with greater dissipation is by water.
En la parte superior del mástil dispone de dos tomas orientadas hacia abajo, para minimizar la entrada de agua, por las que van los cables y el aire. Las tomas de aire pueden llevar ventilación forzada mediante turbinas de aire. Uno de los laterales del mástil actúa como entrada de aire al interior del casco y el otro actúa como salida. Eso permite una mejor circulación del aire, ya que entrada y salida están situadas en bandas distintas (babor y estribor).In the upper part of the mast it has two downwardly oriented sockets, to minimize the entry of water, through which the cables and the air go. The air intakes can carry forced ventilation by means of air turbines. One of the sides of the mast acts as an air inlet inside the hull and the other acts as an outlet. This allows for better air circulation, since inlet and outlet are located in different bands (port and starboard).
En el caso de uso de la embarcación para tareas de salvamento con mar gruesa, las tomas de aire se dotan de mecanismos de cierre (actuados por servos que detectan la inclinación del barco), de forma que la embarcación pueda hacerse estanca y funcionar puntualmente sólo con navegación eléctrica.In the case of use of the boat for heavy sea rescue tasks, the air intakes are equipped with closing mechanisms (operated by servos that detect the inclination of the ship), so that the boat can be sealed and operate only on time. with electric navigation.
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La embarcación contará además con los siguientes elementos:The boat will also have the following elements:
• Bombas de achique, necesarias para vaciar de agua el interior del casco y la sentina, en caso de que se haya producido una entrada de líquido dentro a través de los orificios de ventilación o bien porque se haya producido una grieta en el casco.• Bilge pumps, necessary to empty the inside of the hull and bilge of water, in case there was a liquid inlet through the ventilation holes or because there was a crack in the hull.
• Luces de navegación: por normativa, y teniendo en cuenta el tamaño de la embarcación, solamente sería necesaria una luz blanca de tope de mástil. Por motivos operativos y para facilitar la operación en un entorno cooperativo, deben considerarse las luces de posición (babor-estribor).• Navigation lights: by regulation, and taking into account the size of the boat, only a white mast stop light would be necessary. For operational reasons and to facilitate operation in a cooperative environment, position lights (port-starboard) should be considered.
• Altavoz y micrófono: en caso de labores de vigilancia, rescate o, en general en aquellas en las que pueda haber personal alrededor del robot, se dispone de un altavoz para oír las comunicaciones de audio que pueda generar el operador de la embarcación, así como un micrófono que recoja las conversaciones del entorno.• Speaker and microphone: in the case of surveillance, rescue or, in general, those in which there may be personnel around the robot, a loudspeaker is available to hear the audio communications generated by the boat operator, as well like a microphone that picks up the conversations of the environment.
• Focos de iluminación: colocados a media altura en el mástil y de forma que cubren un área de 360° en acimut alrededor de la embarcación, permiten iluminar de forma efectiva las proximidades de la embarcación.• Lighting spotlights: placed halfway up the mast and in such a way that they cover an area of 360 ° in azimuth around the boat, they can effectively illuminate the vicinity of the boat.
• Salvavidas: por tamaño y dimensiones, la embarcación puede llevar dos salvavidas de tipo herradura, en los laterales del mástil, y unidos a la embarcación mediante un cabo, para labores de salvamento y rescate de personas en situación de riesgo. La embarcación puede remolcar hasta dos personas sujetas a los salvavidas.• Lifeguard: by size and dimensions, the boat can carry two horseshoe-type lifeguards, on the sides of the mast, and attached to the boat by means of a cape, for rescue and rescue work of people at risk. The boat can tow up to two people subject to lifeguards.
A partir de esta estructuración se derivan las siguientes ventajas:The following advantages derive from this structuring:
• Utilizamos una plataforma de menos de 2.5 m de eslora que, de acuerdo a la legislación no es una embarcación y no le serían de aplicación la normativa de permisos y homologaciones (sin restricciones de navegación), siendo solo preciso un seguro de responsabilidad civil.• We use a platform of less than 2.5 m in length, which, according to the legislation, is not a vessel and the permitting and homologation regulations (without navigation restrictions) would not apply, being only a civil liability insurance.
• Puede navegar libremente por debajo de las 12 millas.• You can freely navigate below 12 miles.
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• Fácilmente transportable.• Easily transportable.
• Apto tanto para toma de muestras de agua, múltiples tipos de mediciones, vigilancia en el mar/parques naturales/lagos o salvamento.• Suitable for both water sampling, multiple types of measurements, surveillance at sea / natural parks / lakes or rescue.
• Tiene autonomía para navegar libremente en el mar durante días: 150 millas de navegación y a velocidades que pueden exceder los 30 nudos en caso de la versión con motor híbrido. La autonomía puede extenderse con depósitos adicionales a más de 300 millas.• It has autonomy to navigate freely in the sea for days: 150 miles of navigation and at speeds that can exceed 30 knots in the case of the hybrid engine version. Autonomy can be extended with additional deposits over 300 miles.
• No necesita una estación base próxima para manejarlo.• You do not need a nearby base station to handle it.
• Manejo por Internet, lo que lo hace ideal para la formación de flotas controladas centralmente.• Internet management, which makes it ideal for the formation of centrally controlled fleets.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSDESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that will then be made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred example of practical implementation thereof, a set of drawings is attached as an integral part of said description. where, for illustrative and non-limiting purposes, the following has been represented:
La figura 1.- Muestra una vista en perspectiva de una embarcación híbrida (eléctrica- gasolina) no tripulada realizada de acuerdo con el objeto de la invención.Figure 1 shows a perspective view of an unmanned hybrid (electric-gasoline) vessel made in accordance with the object of the invention.
La figura 2.- Muestra una vista en perfil de la embarcación.Figure 2.- Shows a profile view of the boat.
La figura 3.- Muestra una vista en planta inferior de la embarcación.Figure 3.- Shows a bottom plan view of the boat.
La figura 4.- Muestra una vista en alzado frontal de la embarcación.Figure 4.- Shows a front elevation view of the boat.
La figura 5.- Muestra una vista en planta superior de la embarcación.Figure 5.- Shows a top plan view of the boat.
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La figura 6.- Muestra una vista en alzado posterior de la embarcación.Figure 6.- Shows a rear elevation view of the boat.
La figura 7.- Muestra una representación esquemática en planta de la distribución de los elementos principales que participan en la embarcación.Figure 7.- Shows a schematic representation in plan of the distribution of the main elements that participate in the boat.
La figura 8.- Muestra, finalmente, una vista en sección longitudinal de los medios de propulsión previstos para la embarcación.Figure 8 shows, finally, a longitudinal section view of the propulsion means provided for the vessel.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓNPREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
A la vista de las figuras reseñadas, puede observarse como la embarcación de la invención está constituida a partir de un casco (1) obtenido a base de fibra de vidrio, fibra de carbono, Kevlar o similar, que en el ejemplo de realización preferente presenta una eslora de 2,4 metros y una manga de 80 centímetros, con una estructura de fondo plano con un calado del orden de 10 centímetros, lo que hace que pueda navegar por aguas no accesibles a la mayoría de las embarcaciones.In view of the figures outlined, it can be seen how the vessel of the invention is constituted from a hull (1) obtained based on glass fiber, carbon fiber, Kevlar or similar, which in the preferred embodiment presents a length of 2.4 meters and a sleeve of 80 centimeters, with a flat bottom structure with a draft of the order of 10 centimeters, which makes it possible to navigate through waters that are not accessible to most vessels.
En correspondencia con la popa de la embarcación se establecen una pareja de turbinas de agua (2) accionadas por respectivos motores eléctricos (3), alimentados por un generador eléctrico y por baterías (4) distribuidas en módulos independientes, tal y como muestra la figura 7, alimentadas por paneles solares fotovoltaicos (5) establecidos sobre la cubierta de la embarcación, sobre la que se define una zona de carga (6) para equipos o rescate de personas.In correspondence with the stern of the boat, a pair of water turbines (2) are operated by respective electric motors (3), powered by an electric generator and batteries (4) distributed in independent modules, as shown in the figure 7, powered by photovoltaic solar panels (5) established on the deck of the boat, on which a loading area (6) for equipment or rescue of people is defined.
Los motores eléctricos (3) se complementen con un motor de gasolina (7), que en la versión más potente está asociado a una transmisión (8) para accionamiento de las turbinas de agua (2), mientras que en la versión menos potente está asociado a un generador eléctrico, que alimenta a los motores eléctricos (3).The electric motors (3) are complemented with a gasoline engine (7), which in the most powerful version is associated with a transmission (8) for driving the water turbines (2), while in the less powerful version it is associated with an electric generator, which feeds the electric motors (3).
En la zona media del casco se establece un depósito (9) principal de combustible, pudiendo acoplarse a la embarcación depósitos internos adicionales si fuera necesario.In the middle area of the hull a main fuel tank (9) is established, and additional internal tanks can be attached to the vessel if necessary.
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Por su parte, el sistema de propulsión podría complementarse con turbinas de aire con motor eléctrico, ubicadas en el mástil (10) situadas a una separación de cubierta de aproximadamente 1/3 de la altura del mástil, no representadas en las figuras, lo que permite que la embarcación se pueda desplazar por zonas pantanosas o con abundancia de vegetación.For its part, the propulsion system could be complemented with air turbines with electric motor, located in the mast (10) located at a deck separation of approximately 1/3 of the height of the mast, not shown in the figures, which It allows the boat to move through swampy areas or with an abundance of vegetation.
El motor de gasolina (7) se conecta a un motor eléctrico trifásico permanente, que permite obtener energía eléctrica funcionando como alternador.The gasoline engine (7) is connected to a permanent three-phase electric motor, which allows to obtain electric power by operating as an alternator.
El mismo motor eléctrico o generador también actúa como motor de arranque para poner en marcha el motor de gasolina.The same electric motor or generator also acts as a starter to start the gasoline engine.
La electrónica del generador es el elemento que controla el funcionamiento del mismo y lleva a cabo las siguientes operaciones, bajo control del software que corre en la tarjeta:The electronics of the generator is the element that controls its operation and carries out the following operations, under the control of the software that runs on the card:
• Control del arranque del motor de gasolina con el motor eléctrico trifásico. La electrónica del generador detecta que el motor de gasolina ha arrancado cuando una reducción de la potencia eléctrica aplicada al motor eléctrico no hace que bajen las revoluciones del conjunto.• Start control of the gasoline engine with the three-phase electric motor. The generator electronics detect that the gasoline engine has started when a reduction in the electrical power applied to the electric motor does not cause the set revolutions to drop.
• La orden de arranque se genera de manera automática cuando el generador detecta que el nivel de carga de las baterías es inferior al 50%. También se produce el arranque automático cuando el empuje solicitado a los motores es superior al 50%, a fin de limitar el nivel de descarga de las baterías.• The start order is generated automatically when the generator detects that the battery charge level is less than 50%. Automatic starting also occurs when the requested thrust to the motors is greater than 50%, in order to limit the level of discharge of the batteries.
• Medida y control de la tensión generada y de la corriente suministrada por el generador. La tensión obtenida sube o baja según la velocidad de giro del motor de gasolina. El control de la apertura de la mariposa de aire del carburador mediante un servo hace que el motor de gasolina se acelere, obligando al motor eléctrico a girar más rápido. Eso, a su vez, aumenta la tensión producida.• Measurement and control of the voltage generated and the current supplied by the generator. The tension obtained rises or falls depending on the speed of rotation of the gasoline engine. The control of the opening of the carburetor air butterfly by means of a servo causes the gasoline engine to accelerate, forcing the electric motor to turn faster. That, in turn, increases the tension produced.
• Para carga de los Módulos de la Batería, el generador opera a una tensión inferior a la nominal de la Batería, a fin de hacer funcionar al motor de gasolina en la zona de revoluciones en la que es más eficiente. En caso de que se exija a los motores de• For charging the Battery Modules, the generator operates at a voltage lower than the nominal Battery, in order to run the gasoline engine in the speed zone where it is most efficient. In case the engines are required to
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propulsión un funcionamiento con empujes mayores del 50%, el generador funciona en modo corriente, proporcionando toda la corriente que es capaz. La tensión de alimentación es la que la Batería entregue mientras se descarga.propulsion operation with thrusts greater than 50%, the generator operates in current mode, providing all the current that is capable. The supply voltage is what the Battery delivers while it is discharging.
• Transformación de la tensión trifásica alterna de salida del motor eléctrico en tensión continua de 24 V, apta para su utilización en la embarcación. Para ello se utiliza un rectificador electrónico de alta eficiencia.• Transformation of the three-phase alternating voltage of the output of the electric motor into 24 V DC voltage, suitable for use on the boat. For this, a high efficiency electronic rectifier is used.
• Control de la temperatura del sistema de refrigeración, para mantener al motor de gasolina funcionando en la zona eficiente y evitar el sobrecalentamiento, tanto del motor de gasolina como del eléctrico.• Temperature control of the cooling system, to keep the gasoline engine running in the efficient area and avoid overheating, both the gasoline engine and the electric motor.
• Control de consumo y nivel restante de combustible, para estimaciones de autonomía.• Control of consumption and remaining fuel level, for estimates of autonomy.
La embarcación incorpora sistemas electrónicos para gestionar y controlar todos los sistemas de a bordo por parte de uno o varios operadores que pueden estar o no en las proximidades de la embarcación.The vessel incorporates electronic systems to manage and control all on-board systems by one or more operators that may or may not be in the vicinity of the vessel.
El control del sistema por parte de operador(es) se lleva a cabo accediendo por Internet a la web a bordo a través de los medios de comunicación disponibles (VHF, UHF, 3G/4G, Wi-Fi o SATCOM), usando una o más antenas (11-11’). La web integra la información de todos los subsistemas y presenta una interfaz única al operador.The control of the system by the operator (s) is carried out by accessing the Internet on board the Internet through the available means of communication (VHF, UHF, 3G / 4G, Wi-Fi or SATCOM), using one or more antennas (11-11 '). The web integrates the information of all the subsystems and presents a unique interface to the operator.
Para la navegación, se dispone a bordo de un GPS, que da la posición absoluta y el rumbo geográfico mediante la utilización de la constelación de satélites del sistema de posicionamiento global.For navigation, a GPS is available on board, which gives the absolute position and geographical direction by using the satellite constellation of the global positioning system.
Adicionalmente se dispone de un sistema de navegación inercial/compás, que da información de aceleración en los tres ejes de la embarcación, de cabeceo, balanceo, guiñada, rumbo magnético y presión barométricaAdditionally, an inertial / compass navigation system is available, which gives acceleration information on the three axes of the boat, pitching, balancing, yaw, magnetic heading and barometric pressure
La embarcación dispone además de cámaras de navegación (12), en espectro visible e IR, materializadas en dos cámaras del tipo ojo de pez mirando hacia proa y dos cámarasThe vessel also has navigation cameras (12), in visible and IR spectrum, materialized in two fisheye-like cameras facing forward and two cameras
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mirando hacia popa, de forma que proporcionen visión estereoscópica 360° alrededor del vehículo.facing aft, so that they provide 360 ° stereoscopic vision around the vehicle.
También incluye dos pedestales térmicos que permiten su utilización no solo como carga de pago, sino también para la navegación (nocturna o en caso de mala visibilidad por niebla o humo) y para localización de personas en el agua.It also includes two thermal pedestals that allow its use not only as a payload, but also for navigation (night or in case of poor visibility due to fog or smoke) and for locating people in the water.
También incluye un receptor AIS (opera en la banda de VHF), que permite conocer la posición de embarcaciones en las proximidades a fin de evitar colisiones con ellas.It also includes an AIS receiver (operates in the VHF band), which allows to know the position of vessels in the vicinity in order to avoid collisions with them.
Tal y como se ha dicho con anterioridad, el sistema principal de comunicaciones es a través de la telefonía móvil (ya sea con interfaz 3G ó 4G), disponiendo como medios alternativos la Wi-Fi, SATCOM, VHF, UHF.As stated before, the main communications system is through mobile telephony (either with 3G or 4G interface), with Wi-Fi, SATCOM, VHF, UHF as alternative means.
De igual manera, incluye una interfaz de voz-audio por VHF e interfaz de datos VHF/UHF. El interfaz VHF permite la comunicación directa en voz con otras embarcaciones en las proximidades, trabajando en la banda naval que es de uso obligado para todas las embarcaciones.Similarly, it includes a VHF voice-audio interface and VHF / UHF data interface. The VHF interface allows direct voice communication with other vessels in the vicinity, working in the naval band that is mandatory for all vessels.
Todos los datos generados internamente en el barco se almacenan localmente en un disco duro removible, conectado a una CPU independiente, quedando registrados para posteriores auditorías y análisis.All data generated internally on the ship is stored locally on a removable hard disk, connected to an independent CPU, being recorded for further audits and analysis.
Para evitar el volcado completo de la embarcación y ayudar a que pueda recuperar la verticalidad rápidamente en caso de vuelco en condiciones fuertes de mar, el mástil incorpora en su parte superior compartimentos estancos (13) situados a babor y a estribor.In order to avoid the complete dump of the boat and to help it to recover the verticality quickly in case of overturning in strong sea conditions, the mast incorporates in its upper part watertight compartments (13) located at port and starboard.
Así mismo, para garantizar el no hundimiento de la embarcación en caso de vía de agua, el casco dispone de compartimentos estancos situados bajo cubierta.Likewise, to guarantee the non-sinking of the boat in case of waterway, the hull has watertight compartments located under cover.
En cuanto al mástil, su interior está hueco para permitir la entrada y salida de aire en el interior del casco, a fin de permitir tanto el funcionamiento del motor(es) de gasolina a bordo, así como facilitar la refrigeración de los equipos bajo cubierta.As for the mast, its interior is hollow to allow the entry and exit of air inside the hull, in order to allow both the operation of the gasoline engine (s) on board, as well as facilitate the cooling of the equipment under cover .
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En la parte superior del mástil dispone de dos tomas (14) orientadas hacia abajo, para minimizar la entrada de agua, por las que van los cables y el aire.In the upper part of the mast it has two sockets (14) oriented downwards, to minimize the entry of water, through which the cables and the air go.
En el caso de uso de la embarcación para tareas de salvamento con mar gruesa, las tomas de aire se dotan de mecanismos de cierre (actuados por servos que detectan la inclinación del barco), de forma que la embarcación pueda hacerse estanca y funcionar puntualmente sólo con navegación eléctrica.In the case of use of the boat for heavy sea rescue tasks, the air intakes are equipped with closing mechanisms (operated by servos that detect the inclination of the ship), so that the boat can be sealed and operate only on time. with electric navigation.
En cuanto a las turbinas de agua, mostradas en detalle en la figura 8, La propulsión se obtiene aspirando agua por el conducto de aspiración (16) y expulsándola por la tobera (17) a la izquierda. Por principio de acción-reacción, el barco se mueve en dirección contraria a la expulsión. El eje (18) de la turbina de agua se mueve mediante un motor (19) acoplado a la parte derecha del propulsor y que es el encargado de mover las palas de la turbina. El propulsor puede ser eléctrico (versión básica) o híbrido (versión más potente). La turbina de agua proporciona una salida de agua de refrigeración del motor de propulsión, que utiliza la propia presión generada por las palas para impulsarla.As for the water turbines, shown in detail in Figure 8, the propulsion is obtained by aspirating water through the suction line (16) and expelling it through the nozzle (17) on the left. By principle of action-reaction, the ship moves in the opposite direction to the expulsion. The shaft (18) of the water turbine is moved by a motor (19) coupled to the right side of the propeller and which is responsible for moving the turbine blades. The propeller can be electric (basic version) or hybrid (more powerful version). The water turbine provides a cooling water outlet from the propulsion engine, which uses the pressure generated by the blades to drive it.
La principal justificación para el uso de este tipo de turbinas en el diseño es la seguridad, ya que no presenta hélices expuestas.The main justification for the use of this type of turbines in the design is safety, since it does not have exposed propellers.
El control de ambas turbinas acuáticas se lleva a cabo mediante los siguientes elementos:The control of both water turbines is carried out by the following elements:
• Un controlador electrónico trifásico por cada motor eléctrico acoplado al waterjets, que transforma la tensión de Baterías en tensión trifásica.• A three-phase electronic controller for each electric motor coupled to the waterjets, which transforms the battery voltage into three-phase voltage.
• Un servo de control de acimut y un servo de control de elevación de la tobera de salida de agua.• An azimuth control servo and a lift control servo of the water outlet nozzle.
• Una electrónica de control, que incluye una tarjeta de control de motores, una CPU de gestión y un software de control.• A control electronics, which includes an engine control card, a management CPU and a control software.
En función de la aplicación concreta que se haya previsto en ese momento para la embarcación, está será susceptible de modificar su "carga de pago”, permitiendo instalar y desinstalar equipos tales como:Depending on the specific application that was planned at that time for the vessel, it will be capable of modifying its "payment charge", allowing equipment to be installed and uninstalled such as:
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• Medios de adquisición de muestras líquidas de agua (dulce o salada) tanto en superficie como en profundidad (variable hasta 25 m), con almacenamiento y conservación de las mismas a bordo en condiciones de refrigeración.• Means for acquiring liquid samples of water (fresh or salt) both surface and depth (variable up to 25 m), with storage and conservation of them on board under refrigeration conditions.
• Medios para medición de parámetros de control de calidad de agua (dulce o salada): temperatura, pH, nivel de oxígeno (DO), conductividad, potencial de oxidación- reducción (ORP), turbidez, contenido de iones o medidas específicas mediante reactivos.• Means for measuring water quality control parameters (fresh or salt): temperature, pH, oxygen level (OD), conductivity, oxidation-reduction potential (ORP), turbidity, ion content or specific measurements by reagents .
• Instrumentación específica para el conteo de peces en ríos o lagos mediante antenas que detectan los chips instalados en los peces.• Specific instrumentation for the count of fish in rivers or lakes by means of antennas that detect the chips installed in the fish.
• Sonda batimétrica para levantamiento de perfiles de fondo y ecolocalización.• Bathymetric probe for background profiles and echolocation.
• Uno o varios pedestales optrónicos, con cámara térmica, cámara visible y telémetro láser para observación detallada de puntos de interés.• One or more optronic pedestals, with thermal camera, visible camera and laser rangefinder for detailed observation of points of interest.
• Cámaras (15) bajo la línea de flotación de la embarcación de forma que puedan recoger imágenes del fondo y del entorno marino por el que navega.• Cameras (15) under the waterline of the vessel so that they can collect images of the seabed and the marine environment through which it navigates.
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