ES1266304U - Robot autonomo de mantenimiento para torres de aerogeneradores - Google Patents
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Abstract
Robot autónomo de mantenimiento para torres de aerogeneradores, caracterizado porque adopta una estructura desmontable de planta cuasi-circular que comprende - varios módulos tractores (1), de anchura fija, dotados de orugas (3) para la adherencia y tracción vertical, y de al menos un cabezal de movimiento lateral (8) para la fijación de unas herramientas de trabajo, dispuesto en la parte superior, - varios módulos tensores (2), de anchura variable mediante una estructura de tijera (4) bajo una cubierta (28) de longitud variable, dispuestos entre los módulos tractores (1), - al menos un módulo de control electrónico (5), dotado de medios de comunicación inalámbrica (6) con un dispositivo de control remoto, y - una o varias baterías recargables (7) de alimentación.
Description
DESCRIPCIÓN
Robot autónomo de mantenimiento para torres de aerogeneradores
La presente memoria descriptiva se refiere, como su título indica, a un robot autónomo de mantenimiento para torres de aerogeneradores capaz de desplazarse verticalmente por la torre o fuste de un aerogenerador abarcando la circunferencia total con adaptación automática al diámetro de la torre, con el fin de realizar diferentes tareas de mantenimiento de forma autónoma en función del útil o herramienta específica que se le instale. Es de especial aplicación para torres metálicas con sección circular.
Campo de la invención
La invención se refiere al campo de las plataformas y útiles de mantenimiento para torres de aerogeneradores.
Estado actual de la técnica
En la actualidad existen diferentes problemáticas en labores de mantenimiento de las torres de los aerogeneradores, como por ejemplo son la limpieza de fugas de aceites y grasas, el pintado, la revisión de soldaduras, ciertos trabajos en las palas y un largo etcétera de trabajos.
Hasta el momento, todas estas operaciones se están llevando a cabo mediante trabajos verticales, operarios que tienen que descender con cuerdas desde la parte superior del aerogenerador con los riesgos inherentes que ello entraña, o bien, mediante camiones con plataforma elevadora, desde la cual los operarios realizan los trabajos de mantenimiento. Ambos métodos suponen un importante coste económico y de tiempo, conllevan importantes riesgos al haber personas trabajando en altura, y están muy condicionados a la climatología. Así también, requieren, inevitablemente, de la parada de producción del aerogenerador con las pérdidas económicas que ello implica.
Por otro lado, en muchas ocasiones, el resultado de los trabajos realizados mediante los métodos descritos no resulta satisfactorio al existir limitaciones como puntos muertos a los que no pueden acceder o la imposibilidad de contener los residuos a limpiar o los disolventes empelados para ello, precipitando al suelo provocando un incidente medioambiental.
También se conocen plataformas de soporte para dichas tareas, como por ejemplo se describe en WO2018065639 "Plataforma modular para el mantenimiento de aerogeneradores" y en WO200809024 "Plataforma semiautomática de pintado para torres de aerogeneradores", pero estas plataformas siguen necesitando de personal en altura, y de medios de elevación externos.
También se conocen soluciones como las descritas en WO2017085345A1 "Robot de mantenimiento", ES2672493 "Robot Escalador para mástiles" y CN204281114 "Self-climbing maintenance robot for wind power generation tower", pero no disponen de capacidad de funcionamiento autónomo, ni de adaptación automática al variable diámetro de la torre.
Además, todas estas soluciones presentan una serie de deficiencias añadidas, que se intentan solventar con la invención presentada. Estas deficiencias son:
- Se requiere de anclajes o aparatosos sistemas de elevación, que deben instalarse previamente.
- Lentitud de operación, al no abarca la totalidad de la circunferencia de la torre, necesitan hacer numerosos ascensos y descensos para cubrir el total de la superficie.
- Muy poca capacidad de carga de peso.
- Requerimiento de medios externos como grúas o plataformas para su instalación.
- Poca versatilidad, muy específicos, diseñados para tareas muy concretas en condiciones muy definidas.
- Necesidad de personal altamente cualificado y preparado.
Descripción de la invención
Para solventar la problemática existente en la actualidad en el mantenimiento de las torres de aerogeneradores se ha ideado el robot autónomo de mantenimiento para torres de aerogeneradores objeto de la presente invención, el cual es un robot de tracción autónoma, que no requiere de medios de elevación ni anclaje adicionales, concebido para realizar operaciones de mantenimiento desplazándose verticalmente por el fuste de un aerogenerador y a su vez abarcando los 360° de su circunferencia.
Para ello se le ha concebido de una estructura cuasi-circular desmontable, para facilitar su instalación y transporte. La estructura la conforman módulos tractores y módulos tensores, consiguiendo una adherencia y tracción óptima en su movimiento vertical y adaptándose automáticamente al continuo cambio de sección de la torre sobre la que se va a trabajar. Esta estructura modular nos permite además adaptar las dimensiones del robot al modelo de torre, insertando o quitando módulos en función del tamaño necesario. Toda la estructura ha sido dimensionada para poder trabajar con un peso muy superior al del propio robot para, de este modo, ser capaz de transportar carga adicional.
La estructura desmontable de planta cuasi-circular comprende
- varios módulos tractores, de anchura fija, dotados de orugas para la adherencia y tracción vertical, y de al menos un cabezal de movimiento lateral para la fijación de herramientas de trabajo, dispuesto en la parte superior,
- varios módulos tensores, de anchura variable mediante una estructura de tijera bajo una cubierta de longitud variable, dispuestos entre los módulos tractores,
- al menos un módulo de control electrónico, dotado de medios de comunicación inalámbrica con un dispositivo de control remoto, y
- una o varias baterías recargables de alimentación.
Cada una de las orugas comprende dos bandas de rodadura exteriores cubiertas de goma, sobre unos rodamientos de apoyo y una banda de rodadura central dotada de imanes forrados de goma, de esta forma se combina la acción magnética con la adherencia de la goma sobre la superficie de la torre.
El cabezal de movimiento lateral es un cabezal guiado y motorizado que se desplaza horizontalmente a ambos lados, cubriendo su parte proporcional del arco de la circunferencia, de manera que entre todos los cabezales se consigue cubrir los 360°. Sobre este cabezal de movimiento lateral van instaladas las distintas herramientas, como por ejemplo herramienta de limpieza, cámara de inspección, pistola de pintado o cualquier otro tipo de útil especifico.
Los módulos tensores son los encargados de mantener la presión de la estructura del robot contra la superficie del fuste del aerogenerador, adoptando constantemente el diámetro de la estructura al de la torre. Para ello comprenden al menos un sinfín motorizado en cada estructura de tijera, impulsado mediante un servomotor de accionamiento.
Todo el robot va equipado con sensores que recogen información y la envían al módulo de control electrónico con el fin de anticiparse y poder corregir a tiempo posibles desalineaciones, desequilibrios, sobrecargas u otros factores que pueden causar fallo de operación.
Cada herramienta de limpieza comprende varios rodillos de limpieza, a los cuales se les confiere de movimiento circular mediante un motor, con una bandeja de recogida conectada mediante unos conductos que llevan el residuo a su correspondiente depósito de almacenaje. La bomba proyecta el producto de limpieza sobre el rodillo de limpieza a través de varias boquillas colocadas en la bandeja de recogida, que actúa asimismo a modo de “guardabarros” recogiendo el residuo y canalizándolo a un depósito de restos correspondiente ubicado en la parte inferior el módulo tractor.
La estructura que conforma el robot se transporta desmontada y se ensambla en unos pocos minutos en la base del fuste del aerogenerador, se le acopla la herramienta específica para el trabajo a desarrollar y se configura el programa correspondiente. Está previsto que el robot disponga de tres modos de funcionamiento, ejecutables por separado de manera independiente:
- Funcionamiento manual: mediante un dispositivo de control remoto externo se accionan los diferentes motores, con unos límites programados para no provocar averías o accidentes.
- Funcionamiento automático: Se dispone de uno o más programas de funcionamiento que le permiten establecer un recorrido con variables definidas de velocidad, desplazamiento, precisión etc., sin necesidad de operarios. Dichos programas pueden ser establecidos desde un dispositivo de control remoto o un ordenador a través de los medios de comunicación inalámbrica (6).
- Posicionamiento inicial: todos los módulos van automáticamente a una posición a pie del fuste, para poder empezar desde ahí el ciclo de trabajo.
Ventajas de la invención
Este robot autónomo de mantenimiento para torres de aerogeneradores que se presenta aporta múltiples ventajas sobre los sistemas disponibles en la actualidad siendo la más importante que gracias a su modularidad es fácilmente desmontable y transportable de torre en torre, así como fácilmente adaptable a torres de distintas dimensiones.
Otra importante ventaja es que es capaz de desplazarse verticalmente por la torre o fuste de un aerogenerador abarcando su circunferencia total, con la particularidad de disponer de sistema de tracción y sustentación propio sin necesidad de elementos externos de elevación y/o anclaje.
Es importante resaltar que, gracias a los módulos tensores, el robot se adapta automáticamente a las variaciones de diámetro de la torre, en su ascenso o descenso.
Otra ventaja de la presente invención es que puede realizar su función de mantenimiento sin necesidad de operarios en la plataforma, disponiendo de hardware y software propio para el funcionamiento autónomo, con lo cual se evitan los riesgos del trabajo en altura para dichos operarios.
Otra de las más importantes ventajas a destacar es que dispone de un cabezal con movimiento angular horizontal donde acoplar útiles, herramientas u otros dispositivos, permitiendo su adaptabilidad a cualquier tarea de mantenimiento y/o inspección.
Es importante también resaltar la ventaja que implica que la herramienta de limpieza permite la limpieza de aceites y grasas, disponiendo de bandeja de recogida y depósito de almacenamiento de los residuos obtenidos de dicha limpieza, evitando su vertido y el daño ambiental.
Asimismo, otra ventaja añadida es que al combinar orugas con bandas de goma y banda magnética, se consigue una adherencia, seguridad y tracción optima en su movimiento vertical.
Por último, no debemos dejar de resaltar que toda la estructura ha sido dimensionada para poder trabajar con un peso muy superior al del propio robot para, de este modo, ser capaz de transportar carga adicional en caso necesario.
Descripción de las figuras
Para comprender mejor el objeto de la presente invención, en el plano anexo se ha representado una realización práctica preferencial de un robot autónomo de mantenimiento para torres de aerogeneradores
En dicho plano la figura -1- muestra una vista lateral de la torre de un aerogenerador, con el robot ubicado a tres alturas diferentes, con detalles ampliados.
La figura -2- muestra una vista en planta de la estructura cuasi-circular del robot, en su mínimo diámetro.
La figura -3- muestra una vista en planta de la estructura cuasi-circular del robot, en su máximo diámetro.
La figura -4- muestra unas vistas en alzado, planta y perfil, de un módulo tractor, sin el cabezal de movimiento lateral.
La figura -5- muestra una vista en sección central, por la zona de la banda de imanes, y una vista interior, de un extremo de la oruga del módulo tractor.
La figura -6- muestra una vista en sección lateral, por la zona de las bandas de goma, y una vista exterior, de un extremo de la oruga del módulo tractor.
La figura -7- muestra una vista completamente recogido, y otra vista completamente extendido, de un módulo tensor entre dos módulos tractores.
La figura -8- muestra unas vistas del cabezal de movimiento lateral en distintas posiciones de desplazamiento. La figura -9- muestra una vista lateral del robot en la torre con herramientas de limpieza.
La figura -10- muestra una vista lateral del robot en la torre con cámaras de inspección.
La figura -11- muestra una vista lateral del robot en la torre con boquillas de pintura.
La figura -12- muestra unas vistas en alzado y perfil de la herramienta de limpieza montada sobre un modulo tractor.
Realización preferente de la invención
La constitución y características de la invención podrán comprenderse mejor con la siguiente descripción hecha con referencia a las figuras adjuntas. Según puede apreciarse en las figuras 1 y 2, se ilustra un robot autónomo de mantenimiento para torres de aerogeneradores, de especial aplicación para torres metálicas con sección circular, que adopta una estructura desmontable de planta cuasi-circular que comprende
- varios módulos tractores (1), de anchura fija, dotados de orugas (3) para la adherencia y tracción vertical, y de al menos un cabezal de movimiento lateral (8) para la fijación de unas herramientas de trabajo, dispuesto en la parte superior,
- varios módulos tensores (2), de anchura variable mediante una estructura de tijera (4) bajo una cubierta (28) de longitud variable, dispuestos entre los módulos tractores (1),
- al menos un módulo de control electrónico (5), dotado de medios de comunicación inalámbrica (6) con un dispositivo de control remoto, y
- una o varias baterías recargables (7) de alimentación.
En las figuras 4, 5, 6 y 7 se ilustra que cada una de las orugas (3) comprenden dos bandas de rodadura exteriores (10) cubiertas de goma, sobre unos rodamientos de apoyo (24) y una banda de rodadura central (11) dotada de imanes (12) forrados de goma, y son accionadas mediante un servomotor de accionamiento (9) equipado con reductor y controlado electrónicamente en par, velocidad y posición desde el módulo de control electrónico (5). De esta forma se combina la acción magnética con la adherencia de la goma sobre la superficie de la torre. La banda de imanes (12) asegura la adherencia permanente al fuste de la torre (23) ante cualquier avería o imprevisto en los módulos tensores (2).
Como se ilustra en las figuras 4 y 7, tanto el módulo de control electrónico (5) como la o las baterías recargables (7) están alojadas en uno o varios módulos tractores (1). El módulo de control electrónico (5) o procesador es el encargado de controlar todos los lazos de posición, velocidad y tensión a través de la información recibida de los distintos sensores y encóders. A su vez, esta unidad contiene el software específico de funcionamiento para las operaciones de mantenimiento para las que el robot está diseñado.
El cabezal de movimiento lateral (8), como se ilustra en la figura 8, es un cabezal guiado y motorizado, controlado desde el módulo de control electrónico (5), que se desplaza horizontalmente a ambos lados, cubriendo su parte proporcional de la sección de la torre (23), de manera que entre todos los cabezales se consigue cubrir los 360° . Sobre este cabezal de movimiento lateral (8) van instaladas las distintas herramientas, como se ilustra en las figuras 9, 10, 11 y 12, siendo estas herramientas de trabajo elegidas preferentemente del grupo formado por herramienta de limpieza (13), cámara de inspección (14), pistola de pintado (15) o una combinación de ellas, aunque puede utilizarse cualquier otro tipo de útil especifico.
Cada módulo tractor (1) comprende, conectados con el módulo de control electrónico (5), uno o varios sensores elegidos del grupo formado por inclinómetros, indicando la posición de los módulos con respecto a la horizontal, sensores de fibra óptica, indicando los diferenciales de posición entre módulos contiguos, encóder en cada uno de los motores, indicando su posición real con respecto a su desplazamiento, y detectores de ultrasonidos, detectando la proximidad del final y principio de la torre (23).
Los módulos tensores (2) son los encargados de mantener la presión de la estructura del robot contra la superficie de la torre (23) del aerogenerador, adoptando constantemente el diámetro de la estructura al de la torre (23). En la figura 7 se ilustra que los módulos tensores (2), comprenden al menos un sinfín motorizado (25) en cada estructura de tijera (4), impulsado mediante un servomotor de accionamiento (9) equipado con reductor y controlado electrónicamente en par, velocidad y posición desde el módulo de control electrónico (5), y una célula de carga (27), ubicada en el extremo de la estructura de tijera (4) opuesto al sinfín motorizado (25).
Cada módulo tensor (2) comprende, conectados con el módulo de control electrónico (5), uno o varios sensores elegidos del grupo formado por células de carga, informando de la tensión que ejercen, inclinómetros, indicando la posición de los módulos con respecto a la horizontal, sensores de fibra óptica, indicando los diferenciales de posición entre módulos contiguos, y encóder en cada uno de los motores, indicando la longitud de apertura del módulo tensor (2),
Como vemos, todo el robot va equipado con sensores que recogen información y la envían al módulo de control electrónico con el fin de anticiparse y poder corregir a tiempo posibles desalineaciones, desequilibrios, sobrecargas u otros factores que pueden causar fallo de operación.
La cubierta (28) de longitud variable de cada módulo tensor (2) adopta una estructura elegida del grupo formado por estructura telescópica, tapas deslizantes, o fuelle.
En la figura 12 se ilustra que cada herramienta de limpieza (13) comprende varios rodillos de limpieza (16), a los cuales se les confiere de movimiento circular mediante un motor, con una bandeja de recogida (17), abierta en la parte de contacto con la torre (23), estando conectada esta bandeja de recogida (17), en su parte superior, mediante unos tubos de alimentación (18), con un depósito (19) de producto de limpieza, mediante una bomba (20), y estando conectada, en su parte inferior, mediante unos conductos de recogida (21), con un deposito de restos (22) que recoge el producto de limpieza ya utilizado, junto con la suciedad. La bomba (20) proyecta el producto de limpieza sobre el rodillo de limpieza (16) a través de varias boquillas colocadas en la bandeja de recogida (17), que actúa a modo de “guardabarros” recogiendo el residuo y canalizándolo al depósito de restos (22) correspondiente ubicado en la parte inferior el módulo tractor (1),
Está previsto que tanto los módulos tractores (1) como los módulos tensores vayan cubiertos por carcasas escamoteables que los protegen de las inclemencias y evitan el acceso accidental a las partes móviles.
La comunicación entre el robot y el dispositivo de control remoto se realizará mediante los medios de comunicación inalámbrica (6) utilizando cualquiera de los protocolos de comunicación digital inalámbrica estándar utilizados en el sector industrial.
La estructura que conforma el robot se transporta desmontada y se ensambla en unos pocos minutos en la base del fuste del aerogenerador, se le acopla la herramienta específica para el trabajo a desarrollar y se configura el programa correspondiente. Está previsto que el robot disponga de tres modos de funcionamiento, ejecutables por separado de manera independiente:
- Funcionamiento manual: mediante un dispositivo de control remoto externo se accionan los diferentes motores, con unos límites programados para no provocar averías o accidentes.
- Funcionamiento automático: Se dispone de uno o más programas de funcionamiento que le permiten establecer un recorrido con variables definidas de velocidad, desplazamiento, precisión etc., sin necesidad de operarios. Dichos programas pueden ser establecidos desde un dispositivo de control remoto o un ordenador a través de los medios de comunicación inalámbrica (6).
- Posicionamiento inicial: Todos los módulos van automáticamente a una posición a pie del fuste, para poder empezar desde ahí el ciclo de trabajo.
La persona experta en la técnica comprenderá fácilmente que puede combinar características de diferentes realizaciones con características de otras posibles realizaciones, siempre que esa combinación sea técnicamente posible.
Toda la información referida a ejemplos o modos de realización forma parte de la descripción de la invención.
Claims (1)
- REIVINDICACIONES1 - Robot autónomo de mantenimiento para torres de aerogeneradores, caracterizado porque adopta una estructura desmontable de planta cuasi-circular que comprende- varios módulos tractores (1), de anchura fija, dotados de orugas (3) para la adherencia y tracción vertical, y de al menos un cabezal de movimiento lateral (8) para la fijación de unas herramientas de trabajo, dispuesto en la parte superior,- varios módulos tensores (2), de anchura variable mediante una estructura de tijera (4) bajo una cubierta (28) de longitud variable, dispuestos entre los módulos tractores (1),- al menos un módulo de control electrónico (5), dotado de medios de comunicación inalámbrica (6) con un dispositivo de control remoto, y- una o varias baterías recargables (7) de alimentación.2 - Robot autónomo de mantenimiento para torres de aerogeneradores, según la anterior reivindicación, caracterizado porque cada una de las orugas (3) comprenden dos bandas de rodadura exteriores (10) cubiertas de goma, sobre unos rodamientos de apoyo (24) y una banda de rodadura central (11) dotada de imanes (12) forrados de goma, y son accionadas mediante un servomotor de accionamiento (9) equipado con reductor y controlado electrónicamente en par, velocidad y posición desde el módulo de control electrónico (5).3 - Robot autónomo de mantenimiento para torres de aerogeneradores, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque tanto el módulo de control electrónico (5) como la o las baterías recargables (7) están alojados en uno o varios módulos tractores (1).4 - Robot autónomo de mantenimiento para torres de aerogeneradores, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el cabezal de movimiento lateral (8) es un cabezal guiado y motorizado, controlado desde el módulo de control electrónico (5), que se desplaza horizontalmente a ambos lados, cubriendo su parte proporcional de la sección de la torre (23), de manera que entre todos los cabezales se consigue cubrir los 360°.5 - Robot autónomo de mantenimiento para torres de aerogeneradores, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque cada módulo tractor (1) comprende, conectados con el módulo de control electrónico (5), uno o varios sensores elegidos del grupo formado por inclinómetros, indicando la posición de los módulos con respecto a la horizontal, sensores de fibra óptica, indicando los diferenciales de posición entre módulos contiguos, encóder en cada uno de los motores, indicando su posición real con respecto a su desplazamiento, y detectores de ultrasonidos, detectando la proximidad del final y principio de la torre (23).6 - Robot autónomo de mantenimiento para torres de aerogeneradores, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque los módulos tensores (2), comprenden al menos un sinfín motorizado (25) en cada estructura de tijera (4), impulsado mediante un servomotor de accionamiento (9) equipado con reductor y controlado electrónicamente en par, velocidad y posición desde el módulo de control electrónico (5), y una célula de carga (27), ubicada en el extremo de la estructura de tijera (4) opuesto al sinfín motorizado (25).7 - Robot autónomo de mantenimiento para torres de aerogeneradores, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque cada módulo tensor (2) comprende, conectados con el módulo de control electrónico (5), uno o varios sensores elegidos del grupo formado por células de carga, informando de la tensión que ejercen, inclinómetros, indicando la posición de los módulos con respecto a la horizontal, sensores de fibra óptica, indicando los diferenciales de posición entre módulos contiguos, y encóder en cada uno de los motores, indicando la longitud de apertura del módulo tensor (2),8 - Robot autónomo de mantenimiento para torres de aerogeneradores, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque la cubierta (28) de longitud variable de cada módulo tensor (2) adopta una estructura elegida del grupo formado por estructura telescópica, tapas deslizantes, o fuelle.9 - Robot autónomo de mantenimiento para torres de aerogeneradores, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque las herramientas de trabajo que se fijan al cabezal de movimiento lateral (8) son elegidas del grupo formado por herramienta de limpieza (13), cámara de inspección (14), pistola de pintado (15) o una combinación de ellas.10 - Robot autónomo de mantenimiento para torres de aerogeneradores, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque cada herramienta de limpieza (13) comprende varios rodillos de limpieza (16), con una bandeja de recogida (17), abierta en la parte de contacto con la torre (23), estando conectada esta bandeja de recogida (17), en su parte superior, mediante unos tubos de alimentación (18), con un depósito (19) de producto de limpieza, mediante una bomba (20), y estando conectada, en su parte inferior, mediante unos conductos de recogida (21), con un depósito de restos (22) que recoge el producto de limpieza ya utilizado, junto con la suciedad.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CA1K | Utility model application published |
Ref document number: 1266304 Country of ref document: ES Kind code of ref document: U Effective date: 20210428 |
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| FG1K | Utility model granted |
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| FD1K | Utility model lapsed |
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