ES2211773T3 - Vehiculos de control remoto. - Google Patents

Vehiculos de control remoto.

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ES2211773T3
ES2211773T3 ES01907889T ES01907889T ES2211773T3 ES 2211773 T3 ES2211773 T3 ES 2211773T3 ES 01907889 T ES01907889 T ES 01907889T ES 01907889 T ES01907889 T ES 01907889T ES 2211773 T3 ES2211773 T3 ES 2211773T3
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camera
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ES01907889T
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Chris D. Shelton
Nigel Mark Jagger
Shaun David Househam
Lawrence Samuel Tyson
Jeremy Daniel Cooper
Michael William Dormer
Jan Matteo Paoli
Nicholas Ian Kemp
Mark Sanders
Graham Michael Pullin
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H2eye International Ltd
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Abstract

Cable umbilical (14) para un ROV para transportar señales entre una parte sobre cubierta (12) y un sumergible subacuático (10) del ROV, requiriendo el sumergible una alimentación de energía (52) de a bordo, y comprendiendo el cable una envolvente flotante (86) y un núcleo (84) de transporte de la señal de control.

Description

Vehículos de control remoto.
La presente invención se refiere a vehículos de control remoto o ROV (Remote Operated Vehicles), y en particular a ROV para ser utilizados en la exploración de un entorno subacuático.
Los ROV convencionales son utilizados normalmente por empresas comerciales y comprenden una unidad "subacuática" o vehículo sumergible, una unidad de control remoto con base en tierra (parte sobre cubierta) conectada a una fuente de energía como por ejemplo un generador o células de energía, y un cable umbilical que conecta ambas unidades para transferir la energía y las señales de control desde la parte sobre cubierta al sumergible.
El sumergible está equipado normalmente con medios de navegación, como propulsores de accionamiento motorizados, para maniobrar el sumergible debajo del agua, y una cámara, normalmente una cámara de vídeo. Las imágenes de la cámara pueden transmitirse desde el sumergible, a través del cable umbilical, hasta la parte sobre cubierta, para visualizarlas en un monitor o visor conectado a la parte sobre cubierta. El interior del sumergible también puede equiparse con cámaras fijas que permitan tomar imágenes más detalladas, por ejemplo con mayor resolución. También puede enviarse otra información a través del cable, como por ejemplo velocidad o rumbo.
La parte sobre cubierta se utiliza para transmitir señales de control a través del cable umbilical hasta el sumergible para controlar los propulsores y todos los accesorios u opciones, como hidroplanos o cucharas, como los que están situadas sobre brazos que poseen dispositivos de agarre para coger artículos del lecho marino, o posiblemente un mecanismo de panoramización horizontal y vertical adaptado a la cámara. También puede utilizarse simultáneamente para transmitir energía.
Los ROV comerciales son generalmente muy grandes y por lo tanto no pueden ser transportados de lugar a lugar por una sola persona. Normalmente se mueven mediante grúas en el interior de un barco y se utilizan, por ejemplo, para inspeccionar tuberías y cables subacuáticos. Su gran tamaño y elevado coste ha impedido el desarrollo de la utilización de ROV con fines recreativos, como por ejemplo explorar arrecifes o comprobar la visibilidad de paisajes sumergidos, como naufragios, antes de incurrir en pérdidas de tiempo de submarinistas. Por lo tanto, sería deseable suministrar un ROV que pueda ser transportado fácilmente por una sola persona con fines recreativos.
Recientemente, VideoRay Inc. ha desarrollado ROV pequeños y ligeros, como la unidad ROV VideoRay 2000, diseñados con fines recreativos. El sumergible es suficientemente pequeño y ligero de peso para ser transportado por una persona. No obstante, también con un sumergible más pequeño el suministro de energía junto con el cable umbilical para transmitir la energía desde la superficie al sumergible siguen siendo difíciles de manejar.
Taro Aoki et al describen en "Development of expendable optical fiber cable ROV UROBV", Proceedings of the Oceans Conference, US, New York, IEEE vol. 26 Octubre 1992 páginas 813-818, ISBN 0-7803-0838-7 un cable umbilical de fibra óptica delgado (\sim 1 mm de diámetro) para un ROV. Este cable está diseñado para utilizarlo con un ROV de tamaño mediano (\sim 500 kg) destinado a uso comercial/investigación. Ese ROV debe ser controlado por un operador cualificado para evitar que el cable umbilical de fibra óptica se enmarañe.
Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un cable umbilical para un ROV para transportar señales entre la parte sobre cubierta y el sumergible del ROV bajo el agua, requiriendo el sumergible una fuente de energía a bordo, y comprendiendo el cable una envolvente flotante y un núcleo que transporta la señal de control.
Según un segundo aspecto de la invención, se proporciona un ROV que comprende una parte sobre cubierta, un sumergible para utilización subacuática y un cable umbilical según el párrafo anterior para conectar la parte sobre cubierta y el sumergible, en el que el sumergible está adaptado para ser alimentado mediante una fuente de energía a bordo.
La fuente de energía de a bordo presenta preferiblemente la forma de una batería extraíble estanca al agua. La batería puede estar totalmente aislada eléctricamente. Pueden utilizarse medios de acoplamiento sin contacto, como acoplamientos inductivos o de capacitancia, para obtener energía de la batería sin ninguna necesidad de medios de contacto eléctricamente conductores entre el bloque de batería y sus componentes adyacentes. Preferiblemente, el acoplamiento se realiza por medio de acoplamiento inductivo.
Preferiblemente el núcleo presenta un diámetro de menos de 2 mm a lo largo de una parte sustancial de la longitud del cable. Preferiblemente, el diámetro es de 1,2 mm. Preferiblemente, el núcleo del cable es un cable coaxial. Los cables coaxiales permiten la transmisión de información a lo largo de los mismos mediante multiplexado por división de frecuencia, por ejemplo transmisiones RF. Estas transmisiones permiten transmitir una gran cantidad de información, como en TV, a distancia a través de cables finos. Por lo tanto, puede conseguirse la transmisión a lo largo de los mismos de no sólo señales de control hasta el sumergible, sino también de señales de retorno desde el sumergible a la parte sobre cubierta, como señales de vídeo. No obstante, las cargas de alta energía como las que se requieren para accionar los propulsores del sumergible sólo pueden transmitirse a tensiones muy elevadas.
Preferiblemente, el núcleo del cable está rodeado por fibras lineales de un material flexible, con una elevada resistencia a la tracción, como Dynema® o Kevlar®. Preferiblemente, el cable está rodeado por una trenza de polipropileno velluda. Esta trenza puede reducir la resistencia del cable a través del agua.
Ya que la energía principal para un ROV según la presente invención, en uso, se transporta a bordo del sumergible, no es necesario transmitir una cantidad sustancial de energía a través del cable umbilical hasta el sumergible. La única energía que debe transmitirse por el cable umbilical son las señales de control, por ejemplo para dar las órdenes a un procesador de control previsto en el sumergible para controlar los propulsores del sumergible, cámaras y otros accesorios.
Preferiblemente, el ROV está equipado con una cámara de vídeo de a bordo para enviar imágenes de vídeo a la parte sobre cubierta. Esto permite el uso del ROV para suministrar una "experiencia subacuática", por ejemplo mediante un casco de realidad virtual. Las imágenes de vídeo se transmitirán por el cable umbilical desde el sumergible hasta la parte sobre cubierta.
Preferiblemente, el ROV dispone de dos cámaras, estando una montada en la parte frontal del sumergible, cuyo mecanismo de panoramización horizontal y vertical preferiblemente es ajustable para visualizar en distintas direcciones bajo el agua, y estando situada la segunda cámara en una posición de "periscopio". Preferiblemente, la cámara periscópica está dispuesta sobre el cuerpo principal del sumergible. No obstante, también puede estar situada indirectamente en dicha posición mediante una disposición periscópica de espejos. La cámara periscópica puede proporcionar, por ejemplo, tanto una vista alternativa dentro del agua como, en la superficie del agua, una vista sobre el agua, por ejemplo para asistir en directo al regreso del sumergible a tierra o al controlador, o para ver un objeto parcialmente sumergido. Pueden transmitirse imágenes desde las cámaras a través del cable umbilical hacia la parte sobre cubierta. No obstante, si el sistema de comunicación entre el sumergible y la parte sobre cubierta no puede manejar dos canales de vídeo, pueden proveerse medios para seleccionar la cámara activa.
La primera cámara podría ser una cámara de color, y la segunda cámara una cámara monocroma, como una cámara de blanco y negro. La cámara monocroma proporcionará generalmente mejores cualidades con luz de baja intensidad que la cámara de color, debido a su resolución normalmente más alta y a su adaptabilidad a la sensibilidad para luz de baja intensidad, por ejemplo debido a su sensibilidad intrínsecamente mayor, o mediante la provisión de medios de intensificación de la imagen. La sensibilidad a la luz de baja intensidad permitirá utilizar el ROV en entornos con luz reducida como profundidades en las que la luz ambiente ha sido eliminada por el filtro del agua, o en el crepúsculo. La capacidad para luz de baja intensidad también elimina la necesidad de encender continuamente las luces previstas en el sumergible, por ejemplo con el fin de ahorrar batería.
A continuación se describen formas de realización preferidas de la presente invención con referencia a los dibujos acompañantes, en los cuales:
la figura 1 muestra esquemáticamente un ROV que incluye un microteléfono, una parte sobre cubierta, un cable umbilical y un sumergible;
la figura 2 es una vista en perspectiva de un sumergible según la presente invención;
la figura 3 es una vista del plano posterior del sumergible de la figura 1;
la figura 4 es otra vista en perspectiva de un sumergible según la presente invención;
la figura 5 muestra una batería para equipar el sumergible según la presente invención;
las figuras 6 y 7 muestran de forma esquemática la disposición de un acoplamiento inductivo entre una batería de a bordo y el sumergible;
la figura 8 es una vista explosionada de una batería según la presente invención;
la figura 9 representa esquemáticamente la disposición de implementación de control de opciones para el ROV según la presente invención;
la figura 10 es una sección transversal a través de un cable umbilical según la presente invención;
la figura 11 es una sección transversal a través del sumergible de la figura 2 que muestra la cúpula inundada de dos estratos según la presente invención;
las figuras 12A a 12J muestran el mecanismo de panoramización horizontal y vertical según la presente invención para una cámara del ROV según la presente invención; y
las figuras 13A y 13B muestran un mecanismo de liberación de cable para el ROV según la presente invención.
ROV
En las figuras 1 a 4 se representa un equipo ROV según la presente invención.
El ROV es un conjunto de unidades que reunidas realizan la función de una cámara de televisión subacuática de control remoto. El conjunto ROV comprende dos unidades principales, que son la unidad subacuática o "sumergible" 10 y la unidad de control de superficie o "parte sobre cubierta" 12. Un cable 14 denominado "cable umbilical" une las dos unidades principales. El cable 14 presenta preferiblemente una longitud de por lo menos 200 m y consecuentemente, para facilitar su manejo, generalmente se encuentra enrollado dentro de un carrete, que no se muestra.
Parte sobre cubierta 12
La parte sobre cubierta 12 comprende un microteléfono 16 y una unidad de ordenador 18. Durante las operaciones de despliegue de un sumergible 10, se realizan diferentes actividades, como lanzamiento del sumergible al agua, despliegue en profundidad y recuperación del sumergible 10 del interior del agua. Para estas diferentes operaciones, el operador puede necesitar estar en un lugar diferente o desplazarse alrededor de la zona en la que se realizan las operaciones. El microteléfono inalámbrico lo hace más fácil gracias a la ausencia de cables obstaculizadores, y el operador queda libre para desplazarse donde sea dentro del alcance del enlace inalámbrico.
La unidad de ordenado 18 de la parte sobre cubierta incluye un receptor que recibe las señales del controlador manual y las procesa antes de transportar las instrucciones a los componentes del control del sumergible a través del cable 14.
La comunicación inalámbrica se realiza por el aire, y por lo tanto puede incluir radio, inducción electromagnética EM, y señales ultrasónicas u ópticas, por ejemplo infrarrojos. Los medios de comunicación preferidos utilizan transmisiones de radiofrecuencia.
La unidad de ordenador 18 está provista de un monitor 20 o pantalla de visualización para mostrar las imágenes proporcionadas por las cámaras instaladas en el sumergible 10.
La unidad de ordenador 18 incluye los circuitos necesarios para el multiplexado por división de frecuencia, FDM, y multiplexado por división de tiempo, TDM, de señales en el cable 14. Las señales pueden incluir las instrucciones procedentes de la parte sobre cubierta 12 para el sumergible 10 (telemando), las instrucciones del sumergible 10 para la parte sobre cubierta 12 (telemetría), transmisión de vídeo hacia la parte sobre cubierta 12, señales de audio hacia la parte sobre cubierta 12, y posiblemente datos ultrasónicos de los sensores del sumergible 10 hacia la parte sobre cubierta 12.
En la forma de realización preferida según la presente invención, el FDM se asigna del modo siguiente:
1.
Telemetría y telemando están TDM en una frecuencia portadora centrada en 5 MHz.
2.
Los datos adicionales bidireccionales ("opciones") están TDM en una frecuencia portadora a 5,5 MHZ
3.
La señal de audio está centrada en 6 MHz; y
4.
la señal de vídeo está centrada en 32 MHz y ocupa 20-40 MHz.
Sumergible 10
El diseño preferido del sumergible 10 se representa en las figuras 2 a 4 y 11. El sumergible 10 comprende un cuerpo principal 11 que presenta un extremo anterior 22 y un extremo posterior 24, lados derecho e izquierdo 26, 28 y caras superior e inferior 30, 32. El cuerpo principal 11 contiene una vasija de presión 227 que aloja una unidad de procesamiento para controlar los componentes del sumergible 10.
En el extremo frontal 22 está prevista una cúpula transparente 34 que lleva instalada una cámara de vídeo 225 (véanse las figuras 11 a 12J). La ubicación en la parte frontal presenta un mayor riesgo de daños por colisión. No obstante, dicha parte representa la posición más conveniente para situar la cámara 225, ya que proporciona el mayor círculo de visión sin obstáculos, potencialmente superior a los 180º.
La cámara 225 es un dispositivo electrónico y óptico con pocas probabilidades de estar especialmente adaptado a funcionar en un medio conductor, como el agua, y a presión elevada. Por consiguiente, se coloca en el interior de un alojamiento 227 resistente al agua y a la presión. Véase la figura 11. El alojamiento 227 generalmente es de material transparente. Las propiedades ópticas de la parte frontal 229 del alojamiento 227 se optimizarán para visualizar objetos en el agua. Preferiblemente, la parte frontal es una cúpula 229 de Perspex® o cristal, que puede retirarse del alojamiento 227 para la reparación de la cámara 225. No obstante, la junta entre la cúpula 229 y el alojamiento es hermética a la presión elevada y semipermanente, es decir reabrible, y comprende juntas tóricas y un dispositivo de clip automático.
Si la parte frontal colisiona con un objeto debajo del agua, puede arañarse. Esto es claramente indeseable para una cúpula óptica 229. Por consiguiente, la parte frontal del alojamiento 227 resistente a la presión presenta una cúpula exterior 231 transparente adicional adaptada de forma extraíble. La cúpula exterior 231 tiene propiedades ópticas diseñadas para presentar un impacto despreciable en la visión debajo del agua, y es normalmente delgada. También proporciona un aspecto perfilado del frente del sumergible que ayuda a separar las algas marinas del camino del sumergible 10 cuando está navegando. La cúpula exterior 231 es una cúpula inundada, es decir que pueden preverse agujeros o medios de descarga para proporcionar paso libre al agua alrededor de su parte posterior. Debido a que está totalmente sumergida en agua por ambos lados, en primer lugar la diferencia de índices refractivos del material y del agua es tal que la distorsión óptica puede ser reducida, y en segundo lugar puede realizarse delgada puesto que no existe diferencia de presión a través de su grosor. El grosor puede seleccionarse de modo que sea adecuado para resistir los impactos.
Si se produce una colisión con un objeto debajo del agua, sólo se dañará la cúpula exterior 231, que podrá ser sustituida rápidamente, y no será cara porque no es una cúpula resistente a la presión.
La cámara recogerá imágenes a través de las dos capas de cúpula y todas las imágenes de la cámara se transmitirán por el cable 14 a la parte sobre cubierta 12.
Junto con las imágenes podrán detectarse los sonidos del entorno local mediante un hidrófono (que no se muestra). Estos sonidos también podrán enviarse a la superficie por el mismo cable 14 que transporta la información de vídeo u otra información de control o instrumentación.
Hacia el extremo posterior 24, en ambos lados derecho e izquierdo 26, 28 del sumergible 10, se han previsto propulsores gemelos 36. Los propulsores 36 están montados cada uno de ellos en el cuerpo principal 11 del sumergible 10 sobre dos brazos, 38, 40, uno de los cuales se extiende sustancialmente de forma lateral desde el extremo posterior 24 del cuerpo principal 11, y el otro se extiende hacia fuera y a continuación se dirige hacia atrás desde el extremo delantero 22 del sumergible 10 hasta el centro del propulsor 36. Los propulsores gemelos 36 son accionables de forma independiente para permitir proporcionar al sumergible 10 una fuerza de accionamiento hacia adelante, marcha atrás y giratoria (alrededor de un eje vertical, mediante el accionamiento opuesto de los dos propulsores 36). Cada uno de los propulsores comprende una hélice 90 dentro de un tubo de forma especial denominado Kort 92.
El cuerpo principal y los brazos dirigidos hacia atrás 40 están formados de modo que no presentan aristas frontales que puedan enganchar algas o similares en el agua. Esto permite a los usuarios sin experiencia utilizar el ROV con riesgo reducido de obstruir el sumergible con algas o arena.
Un tercer propulsor 42 (véase figura 1) está instalado en el cuerpo principal 11 del sumergible dentro de la abertura 44 que se extiende a través del cuerpo principal 11 del sumergible de la cara superior 30 a la cara inferior 32. El tercer propulsor 42 proporciona una fuerza de accionamiento para aumentar o reducir la profundidad del sumergible en el agua.
El sumergible 10 está diseñado preferiblemente para flotar de forma neutra a una profundidad de 5 m. Esto puede conseguirse añadiendo lastre o fragmentos flotantes en proporciones adecuadas. Algunos fragmentos flotantes pueden ser comprimibles, de modo que por encima de 5 m el sumergible flote empujando hacia abajo y por debajo de 5 m flote empujando hacia arriba.
Preferiblemente, el centro de gravedad debe estar situado de modo que por defecto se oriente el nivel del sumergible en el agua, es decir situando el centro de flotación directamente sobre el centro de gravedad. Esto puede conseguirse conforme a los principios conocidos de la distribución de peso en un objeto sumergido.
Se prevén luces 46 en cada segundo brazo 40 que sujeta los propulsores laterales. Las luces proporcionan iluminación hacia delante como asistencia a la cámara orientada hacia el frente para captar imágenes debajo del agua. No obstante, si la cámara es suficientemente sensible para captar imágenes con baja intensidad luminosa, no es necesario utilizarlas. Las luces pueden ser ajustables.
Se prevé una segunda cámara en el interior de una parte periscópica 48 que se extiende hacia arriba desde la parte posterior de la abertura 44 de la cara superior 30 del cuerpo principal 11. La segunda cámara puede ser una cámara fija o una cámara de vídeo, pero es preferiblemente una cámara de vídeo monocromática. Permite una vista por encima de la superficie del agua cuando el sumergible 10 está en la superficie del agua. Alternativamente, proporciona una segunda vista bajo el agua cuando el sumergible 10 está sumergido. Se prevé una pequeña ventana orientada hacia delante 50 para que la cámara capte imágenes a través de la misma. Sin embargo, la segunda cámara puede disponer de un mecanismo de panoramización horizontal/vertical, y la ventana 50 puede substituirse por una cúpula para aumentar el ángulo de visión. En la parte sobre cubierta de la parte periscópica 48 puede adaptarse una luz estroboscópica para ayudar a localizar el sumergible en la superficie del agua.
Alimentación de energía
Con referencia a las figuras 4, 5 y 8, el sumergible 10 está provisto de una alimentación de energía de a bordo, en forma de una batería 52. La batería 52 se adapta al fondo 32 del cuerpo principal 11 del sumergible 10 y está fijada en su sitio mediante medios de fijación 54 como un mecanismo de palanca 114 y correa 113 (véanse las figuras 5 y 8). También puede adaptarse un asa integrada para la batería. El asa puede ser parte de los medios de fijación 54 para fijar la batería 52 al sumergible 10, por ejemplo la correa 113.
Una batería de a bordo 52, aunque sea preferible, no es estrictamente esencial para todos los aspectos de la presente invención. Por ejemplo, puede efectuarse la alimentación de energía a través del cable umbilical 14 en la forma convencional, pero como resultado se presenta la necesidad de un cable umbilical 14 grueso y pesado. No obstante, para un ROV con un cable umbilical delgado 14, por ejemplo que tenga un núcleo de 2 mm de diámetro o menos, según un aspecto de la presente invención, para proporcionar suficiente potencia de propulsión, sin energía de a bordo, sería necesario utilizar tensiones muy elevadas en las intensidades bajas que permitiría un cable delgado. Sin embargo las tensiones altas no son deseables por razones de seguridad.
Por consiguiente, el sumergible 10 según la forma de realización preferida contiene una batería de a bordo 52. Para determinar el tamaño, tipo, capacidad y requisitos de salida apropiados de la batería 52, es necesario considerar el precio y el rendimiento. Y también deben considerarse la resistencia total, las velocidades operativas probables y la duración probable de inmersión. Un requisito normal de salida podría ser 160 watts por 1 hora. Un tipo de batería que ha mostrado ser adecuado utiliza células de NiCd. El número de células debe elegirse cuidadosamente, porque la batería 52 será con la mayor probabilidad la parte más pesada del sumergible 10. Normalmente, una batería de NiCd 52 tendrá una masa de aproximadamente 3 Kg. Otro tipo apropiado de batería 52 sería una batería de iones de litio (Li-ion) que sería más ligera de peso. Una batería preferida 52 comprendería nueve células Li-ion grandes (12 V).
Colocando la batería 52 en el fondo del sumergible, se consigue la estabilización del balance. Otro control del balance requeriría el consumo de energía a través de hélices o propulsores. No obstante, esto se asocia con un aumento de cabeceo.
El sumergible 10 puede equiparse con circuitería de control de carga de batería. No obstante, ya que pueden utilizarse tipos de batería alternativos, se necesitan controles de carga diferentes dependiendo de la tecnología de batería utilizada. Por consiguiente, la circuitería de carga o gestión de carga electrónicas no deben construirse en el interior del sumergible 10. Deben construirse preferiblemente en el interior de la batería 52.
Con la batería 52 diseñada para poder ser retirada del sumergible 10, el operador puede utilizar varias baterías antes de necesitar recargar. Por ejemplo, pueden cargarse múltiples baterías durante la noche.
El número de células determina la tensión de la batería. La tensión de la batería es un compromiso entre el deseo de menos células, que tiene mayor coste efectivo y menos peso, y el deseo de tensiones altas, que reduce las pérdidas resistivas para la misma potencia y permitiría, por ejemplo, transmitir más energía a lo largo de un cable delgado. Preferiblemente, el sumergible utiliza una batería Li-ion de 12V, que puede transformarse hasta la tensión requerida.
Los conectores eléctricos subacuáticos son caros porque deben impedir la entrada de agua de mar a alta presión de modo que, por ejemplo, el aire atrapado pueda aislar los contactos eléctricos, En el sumergible de la presente invención, la batería alimenta el sistema de distribución de energía del sumergible. Por consiguiente, se requieren medios para conectar la energía procedente de la batería con el sumergible. No obstante, debido a que el control de carga también se encuentra dentro de la batería, se necesita un segundo conector para cargar la batería.
La batería puede comprender dos o más conjuntos de células, por ejemplo en el caso de células de Ni-Cd, cada conjunto comprende diecisiete células de 1,2 V (un total de aproximadamente 40 V). Esto permite identificar un conjunto de células defectuosas, y descartar el conjunto y no descartar toda la batería. La figura 8 muestra una batería que comprende dos células 201. La batería 52 comprende un caparazón superior 203 y un caparazón inferior 205. Los dos caparazones 203, 205 pueden atornillarse conjuntamente mediante cuatro tornillos 207, uno en cada esquina de la batería 52. Una junta resistente al agua 209 se extiende alrededor de todo el perímetro de los caparazones 203, 205. Se prevén almohadillas de caucho 211 para garantizar el asiento seguro de la batería 52 en el sumergible 10. El caparazón superior de la batería 203 lleva cuatro acoplamientos inductivos en forma de E.
Acoplamiento de la energía
Para proporcionar al usuario la ventaja de poder cambiar baterías con una total seguridad en un producto empapado de agua de mar, la energía se acopla desde la batería 52 a los propulsores 36, 42 de forma inductiva. La misma técnica se utiliza para las luces 46 y demás elementos electrónicos. Las figuras 6 y 7 muestran los bucles de inducción adecuados para este fin. No obstante, también pueden funcionar los acopladores de capacitancia, los acopladores fotoeléctricos u otros acopladores de contacto no eléctricos, como los acopladores mecánicos o sónicos. El acoplamiento inductivo tiene la ventaja, no obstante, de presentar un tamaño reducido y una eficacia elevada.
Cada batería 52 contiene no sólo las células de batería, sino también medios de control, que no se muestran, para los acopladores de energía. Como muestra la figura 5, existen cuatro puntos de inducción magnética, uno para cada uno de los tres propulsores y uno de los cuales es compartido entre las lámparas y los elementos electrónicos de vídeo y control.
La disposición de compartición, que también se utiliza para la energía auxiliar para los conmutadores de los propulsores 36, 42, se describe a continuación con referencia a las figuras 6 y 7.
Cada acoplador de inducción para transferir energía desde la batería 52 al sumergible 10 comprende dos núcleos en forma de E 56, uno en la batería 52 y otro en el cuerpo principal 11 del sumergible 10. Los extremos 58, 60 de los dos núcleos 56 en forma de E opuestos se alinean entre sí. Los medios de control, cuando la batería está encendida, véase más adelante, aplican selectivamente una tensión de CA adecuado a las bobinas 62, 64, 66 previstas alrededor de los extremos 58, 60 del núcleo en forma de E de la batería 52, como respuesta a las instrucciones de control recibidas del (de los) procesador(es) de a bordo.
La tensión CA se acciona por medio de un excitador principal 68 o un excitador auxiliar 70. El excitador principal 68 aplica la tensión a la bobina 64 alrededor del extremo central 60 y el excitador auxiliar 70 aplica la tensión a las dos bobinas devanadas en sentido opuesto 62, 66 de los extremos exteriores 58. Como muestra la figura 7, esto forma tres bucles de flujo 72, 74 y 76 en la bobina en forma de E.
Las densidades y direcciones de flujo en un instante determinado se cuantifican en la figura 7 mediante las constantes A y M (por densidades de flujo Auxiliar y Principal). Gracias a los devanados opuestos de las bobinas 62, 66 accionadas por el excitador auxiliar 70, el efecto de los bucles de flujo 72, 74 de la bobina 64 en el extremo central 60 se anula. Por consiguiente, la energía principal y la energía auxiliar transferidas a través del sumergible 10 por inducción mediante los bucles de flujo 72, 74, 76 son independientes entre sí:
Las dos bobinas 78, 82 de los extremos exteriores 58 suman el flujo y esto suprime los efectos del flujo M: (A - M) + (A + M) = 2A.
La bobina 80 del extremo central 60 queda totalmente excluida de los efectos del bucle de flujo auxiliar 76.
El límite del flujo total se fija por la cantidad en fase en uno de los extremos laterales = M/2 + A, que no debería exceder la densidad de flujo de saturación del material del núcleo.
El acoplamiento inductivo es un medio suficientemente sensible, eficiente y preciso para transferir corriente a través de un aislante para no sólo permitir que la energía se transfiera, sino también que se comuniquen las instrucciones de control entre el sumergible y la batería, o el sumergible y el cable.
Secuencias de encendido/apagado del procesador
Los bucles de inducción activados pueden ser peligrosos debido al calor que pueden generar por corrientes parásitas inducidas en un objeto conductor. Por consiguiente, para asegurar que la batería 52 no genera campos magnéticos intensos cuando no está sujeta al sumergible 10, se han previsto enclavamientos de seguridad para desconectar los acoplamientos inductivos 213 y los procesadores de batería hasta que la batería 52 esté correctamente acondicionada. También se ha previsto una secuencia de encendido de los procesadores de batería para asegurar la correcta iniciación hasta la adaptación e la batería 52 al sumergible 10 o al cargador de batería (que no se muestra). La razón es que se necesita una configuración de procesador de batería diferente para el sumergible y el cargador. También es deseable una secuencia de apagado de la batería 52, sin retirarla del sumergible 10, pero en cualquier caso, los propios procesadores de los conjuntos de batería la apagarán inmediatamente cuando se detecte un intento de retirarla, por medio de un enclavamiento de corte.
Con referencia a la figura 5, se muestran tres enclavamientos de seguridad 215, 216. Están situados todos en el caparazón superior 203 de la batería 52. Los dos primeros se encuentran en la superficie encarada hacia el sumergible 217 del caparazón 203. El tercero 216 se encuentra frente a la palanca 114 de los medios de inmovilización 54. Preferiblemente son todos interruptores de lámina magnéticos, de modo que pueden funcionar completamente sin contacto. Otros medios de enclavamiento pueden incluir electroimanes, medios ópticos o interruptores a través de la envoltura, o cableados a través de la caja, o mediante RF o medios de comunicación electrostática. Cualquiera de estos enclavamientos debe indicar su estado a la batería 52, de modo que la batería 52 pueda decidir si activa sus circuitos de transmisión de energía. Cualquiera de estos medios puede colocarse espacialmente sobre la batería, ya que la probabilidad de que los enclavamientos se activen accidentalmente es muy reducida.
En el caso de los enclavamientos de interruptor de lámina magnético, se colocan imanes en posición adecuada en el sumergible 10, la palanca 114 y el cargador de batería para activar los interruptores de lámina magnéticos de forma adecuada, como se describe a continuación.
El tercer enclavamiento es un interruptor de encendido/apagado. Cuando la palanca está en posición adyacente al enclavamiento, un imán situado en la palanca 114 acciona el interruptor de lámina al estado "encendido". Cuando la palanca 114 se mueve a una posición abierta, el interruptor de lámina vuelve a su estado "apagado" por defecto.
Los dos enclavamientos 215 de la superficie 217 encarada al sumergible del caparazón superior 203 permiten a la batería determinar el estado de acondicionamiento de la batería 52, es decir si se encuentra en un sumergible 10, en una unidad de carga o en ninguno de los dos. Cuando el tercer enclavamiento se encuentra en estado "encendido" y sólo uno de los otros dos enclavamientos está en "encendido", el procesador de la batería 52 indica a la batería 52 que la batería 52 se encuentra en una unidad de carga. Por consiguiente, la unidad de carga sólo debe disponer de un imán correspondiente. Si todos los enclavamientos 215, 216 se encuentran en "encendido", el procesador indica a la batería 52 que se encuentra en un sumergible 10. Si ninguno de los dos enclavamientos 215 de la superficie 217 encarada al sumergible del caparazón superior 203 se encuentra encendido, el procesador indica que la batería 52 debe mantenerse desconectada, porque no esta ni en una unidad de carga ni en un sumergible 10.
Un procesador de la batería se encuentra permanentemente conectado a las células de la batería y comprueba de forma intermitente el estado de los enclavamientos 215, 216. El resto de los circuitos de la batería pueden encenderse a continuación, cuando se obtiene las señales adecuadas de retorno de los enclavamientos 215, 216, es decir modo apagado, modo carga de batería o modo energía del sumergible.
También pueden proporcionarse en la batería 52 nodos de recepción de datos adicionales 219, que no requieren la energía o el tamaño de los cuatro acoplamientos inductivos 213. Pueden funcionar permanentemente para permitir la comunicación de datos a u desde una batería 52 apagada.
Los nodos 219 de recepción de datos adicionales pueden utilizarse, por ejemplo, como comprobación de seguridad adicional del ciclo de carga. En el modo de carga, una batería 52 o los procesadores de su interior podrían dañarse fácilmente, por ejemplo por un cortocircuito de los acopladores inductivos.
Por consiguiente, antes de introducir el modo carga, los procesadores podrían requerir el envío de una señal de tren de datos específica enviada por la unidad de carga a través de los nodos de datos adicionales 219. Los nodos de datos 219 también pueden funcionar utilizando acoplamiento inductivo o acoplamiento de capacitancia.
El nodo de datos 219 de la batería 52 comprende un núcleo hueco de ferrita que presenta un devanado de bobina a su alrededor conectado a la circuitería del procesador. Un nodo correspondiente puede alinearse con el núcleo para permitir el acoplamiento inductivo entre ellos. Mediante el núcleo hueco puede reducirse el peso. No obstante, gracias al mayor diámetro del núcleo, se proporciona una mayor capacidad inductiva. Por consiguiente, el nodo puede utilizarse para una cantidad limitada de transferencia de energía. Sin embargo, su eficacia de transferencia de energía es menor en comparación con los núcleos en forma de E. Pero para la transferencia de datos no se necesita eficacia.
También se utilizará una secuencia de encendido apagado para permitir al sumergible conservar su energía de batería cuando no se necesita. Esto puede hacerse de modo que el usuario no necesite acordarse de encender y apagar el sumergible, por ejemplo mediante un interruptor de inactividad temporizado - si en su lugar el sumergible 10 está equipado con un interruptor manual encendido/apagado, el interruptor podría funcionar a través del mamparo del sumergible, que es una cámara de presión. La adición de este interruptor no es deseable. También puede proporcionarse un modo reposo para la batería 52. Un interruptor situado en a parte sobre cubierta 12 puede activarlo. El modo reposo permitiría que el sumergible se mantuviera en un a posición fija debajo del agua (en agua s quietas) por un período de tiempo prolongado sin entrar su modo de recuperación ni agotar su alimentación de energía.
La energía del sumergible se cierra preferiblemente con un consumo de corriente de aproximadamente sólo 200 \muA, es decir el requerido para mantener la energía de un procesador dispuesto para detectar una instrucción de encendido procedente de la parte sobre cubierta. Esto es considerablemente menos que la autodescarga de las baterías principales (aproximadamente un 1% por día para la tecnología del níquel o menos del 0,1% por día para Li-ion).
La energía del sumergible 10 se apagará en diversas situaciones:
Una primera situación es cuando el usuario decide apagar el sistema activando un interruptor en la parte sobre cubierta 12.
Una segunda situación es cuando el cable 14 se rompe o cuando se ha enviado una instrucción para separar el cable umbilical 14 del sumergible 10.
Una tercera situación es cuando se retira la batería 52 del sumergible 10.
Una característica adicional del sistema podría incluir un modo de recuperación. Si el procesador de comunicación de a bordo detecta que la comunicación con la superficie ya no es posible, y que no se ha recibido la instrucción de cierre, el procesador del sumergible adoptaría el procedimiento de recuperación. Este debe ser probablemente del tipo de un ascenso controlado a la superficie del agua. Pueden conectarse sensores al procesador, de modo que el procesador pueda controlar el sumergible 10 de forma autónoma en una ascenso en línea recta y a continuación desconectar la energía en la superficie del agua. En este caso también encendería preferiblemente por lo menos una de las luces 46, o una luz estroboscópica, para atraer la atención sobre la posición del sumergible al legar a la superficie. Por ejemplo, el alojamiento podría presentar partes transparentes, detrás de las cuales podría acondicionarse una luz estroboscópica.
Comunicaciones entre el sumergible 10 y la parte sobre cubierta 12
El cable umbilical 14 es el medio para transmitir imágenes de vídeo desde el sumergible 10 a la parte sobre cubierta 12. También es el medio físico mediante el cual la parte sobre cubierta 12 puede controlar el sumergible 10, y mediante el cual el sumergible 10 puede enviar información referente a su situación a la parte sobre cubierta 12.
Un conector 257 conecta el cable 14 al sumergible 10. En el centro de este conector 257 se prevé un acoplador de datos sin contacto. Preferiblemente, este acoplador es un acoplador inductivo.
Ya que el acoplador de datos no se requiere para transferir energía al sumergible, no necesita ser eficaz. En la mayoría de los casos se requiere para transferir la información en datos a través de la conexión. Por consiguiente, para un acoplamiento inductivo, el núcleo magnético no necesita formar una bucle completo para que el flujo pase a su alrededor. Sólo es necesario un enlace de flujo a través de la separación entre el sumergible y el cable. Además, debido el enlace de alta velocidad requerido entre el cable y el sumergible, no sería deseable una inductancia grande. Por consiguiente, el acoplador preferido comprende un par de barras de núcleo de ferrita de aproximadamente 3 mm de diámetro, presentando cada una un devanado de bobina arrollado a su alrededor. Estos núcleos están encajonados en un plástico, de modo que no se hallan en contacto con el agua, y en uso los dos núcleos están alineados axialmente para definir el camino del flujo a través de la separación.
La información transmitida incluye la información de vídeo desde la cámara, la velocidad del agua del sumergible, la profundidad y la posición, y otra información de posición y similar.
La velocidad del agua del sumergible puede determinarse mediante un impulsor giratorio que contiene un imán que cambia la situación de un sensor como por ejemplo un dispositivo de efecto Hall o un interruptor de lectura. Esta señal se conectaría directamente al procesador de comunicaciones, que mide el intervalo entre impulsos e incorpora el valor en un mensaje a la superficie.
Puede utilizarse una brújula electrónica para medir el ángulo del campo magnético de la tierra en el plano horizontal respecto al rumbo del sumergible 10. Se ha seleccionado un dispositivo de brújula electrónica para ser adoptar un movimiento de tipo cardan dentro del rango de \pm 40º respecto a la horizontal. Las bobinas de la brújula son accionadas directamente por un procesador, y se utiliza un dispositivo analógico-digital A-D para medir la salida del flujómetro electrónico. Sus valores se transmiten directamente a la superficie para evitar tener que calcular el ángulo dentro del sumergible.
Puede montarse un transductor de presión en el cuerpo del sumergible 10 para detectar la presión del agua, por ejemplo a través de un agujero en la pared del alojamiento. Su señal se amplifica y alimenta un A-D conectado a uno de los ordenadores del sumergible. El valor obtenido se envía a la superficie.
El sistema informático del sumergible contiene un medio de almacenamiento no volátil que se utiliza para datos de calibración, como el intervalo de presión, intervalo de flujómetro electrónico y los parámetros de corrección que pueden variar de un sumergible a otro, y datos de seguridad, como números de serie.
La posición del sumergible 10 puede determinarse utilizando un transductor:
Se llena un tubo con un líquido magnético. Una bobina reduce el flujo en el líquido, pero su posición relativa, debido a su posición, determina la cantidad acoplada a dos otras bobinas de detección. La diferencia en la señal es una medición directa de la posición.
Opciones
Pueden existir dispositivos y mecanismos (opciones) que el usuario desearía incorporar al ROV. El usuario desearía poder accionarlo u obtener datos de él mediante medios de comunicación a lo largo del cable umbilical. Por consiguiente, la opción requeriría conexión física, medios de control eléctrico/de comunicación y energía. Estas comunicaciones deben coexistir y no interferir ni ser interferidas por las comunicaciones existentes. Similarmente, debe evitarse que dispositivos de una tercera parte accedan al software que gobierna el funcionamiento del ROV.
Por consiguiente, el ROV según la presente invención puede equiparse, tanto en el sumergible 10 como en la batería 52, con un procesador separado para controlar la opción, o un subsistema separado que cuente con algún ancho de banda de cable, tanto de FDM como de TDM, pero que pueda ser utilizado fácilmente por terceras partes. El subsistema se denomina Subsistema de Opciones (OS), véase figura 9, y proporciona uno o más canales serie (tres en las implementaciones de la figura 9) con una cuota de datos fija (por ejemplo 300 b/s). El acceso a la parte sobre cubierta se realiza mediante un interfaz serie de tipo RS232 normal. No obstante, la opción, si se conecta al extremo del sumergible, por ejemplo una cámara adicional como una cámara fija, debe conectarse mecánicamente y comunicativamente de modo que sea conectable y desconectable, y que no se vea afectada por el agua de mar a alta presión. Por ejemplo, podrían preverse acopladores de comunicación de datos/energía sin contacto, utilizando circuitos resonantes, y abrazaderas situadas en lugares determinados alrededor del sumergible 10 o en la base de la batería 52 conjuntamente para ambos energía/comunicaciones y conexión física de la opción con el sumergible 10. Mediante la adaptación de opciones debajo del sumergible 10 o en la parte baja del mismo o de la batería 52 sería posible evitar afectar a la estabilidad del sumergible.
Los puntos de acoplamiento inductivo o de capacitancia, como los utilizados en los nodos de datos de la batería 52 o el acoplador de datos del conector de cable, conseguirán la conexión de comunicación deseada. Alternativamente, el procesador o subsistema puede comunicar con la opción a través de medios de fibra óptica, por ejemplo una fibra de gran diámetro de bajo coste para transmitir y otra para recibir. La ventaja de estos enfoques es que no existe conexión entre la opción y el sumergible 10 o la batería 52. Los acopladores magnéticos también pueden utilizarse para enviar alguna energía a las opciones, de modo que podrían no necesitar su propia fuente de energía. Por ejemplo, dispositivos de medición de la salinidad del agua, dispositivos de medición de la temperatura del agua y similares, pueden funcionar con una alimentación de energía muy reducida. Por consiguiente, podría proporcionarse la energía desde un acoplador de datos sin contacto (baja capacidad energética). No obstante, para opciones con mayor necesidad de energía, como brazos agarradores, podría preverse un acoplador sin contacto más potente, o la opción podría llevar su propia fuente de energía, por ejemplo una batería.
Se proporcionarán medios de fijación mecánica adyacentes a los acopladores sin contacto, de modo que los acopladores del dispositivo de la tercera parte (la opción) puedan ser fácilmente incorporados por el usuario. Se prevé que la opción pueda alimentarse en dos partes - una parte húmeda y una parte seca. La parte húmeda es la propia opción, y se incorpora al sumergible 10 y su acoplador de comunicación se fija en la parte correcta de la envolvente del sumergible 10. La parte seca se fija e un conector correspondiente del equipo de la parte sobre cubierta.
En la forma de realización preferida, la parte sobre cubierta 12 presenta un microcontrolador que toma el flujo de datos serie del sistema de control de la parte sobre cubierta e inserta bytes de datos serie obtenidos del puerto RS232 de la opción. Es decir mediante TDM de las señales de telemando. Un dispositivo similar se inserta en el flujo de datos serie recibido del sumergible 10 para recuperar la información de las opciones y la pasa a los puertos RS232 adecuados. Dispositivos similares en el propio sumergible 10 separan los datos de las opciones transmitidos y recibidos de los flujos de telemetría y telemando. Pueden incluirse otros métodos en una banda de frecuencia separada, por ejemplo por FDM en el cable umbilical 14.
La necesidad de conectores o puntos de acoplamiento inductivos resistentes al agua a alta presión para proporcionar energía a la opción puede evitarse haciendo que la opción se autoalimente energéticamente, o sea que disponga de su propia batería.
Transmitiendo todas las comunicaciones de control de la opción a través de los medios de comunicación sin contacto descritos anteriormente, a través del procesador de comunicaciones y por el cable umbilical 14 a la unidad de ordenador 18 de la parte sobre cubierta, no es necesario actualizar el software en el sumergible 10 cuando se instala una opción.
Cable umbilical 14
El cable 14, en uso, estará sin arrollar en una gran longitud, por ejemplo 200 m. Con cables umbilicales de gran diámetro, esta gran longitud significa que existe un área superficial sustancial que debe ser arrastrada a través del agua por el sumergible 10. Por consiguiente, según la presente invención, el cable 14 comprende una envolvente exterior 86 y un núcleo de dos hilos. Disponiendo los dos hilos en forma axial, aumenta la característica de HF del cable 14, aumentando la oportunidad de utilización de FDM dentro de cualquier diámetro de cable dado. Así, con una selección cuidadosa del FDM y TDM y los requisitos de ancho de banda, el diámetro del cable 14 puede reducirse de forma consistente con la longitud máxima deseada, disminuyendo el tamaño, el peso y el coste del cable.
Una construcción preferida del cable umbilical 14 según la presente invención se muestra, en sección, en la figura 10. En el cable coaxial preferido, el núcleo 84 presenta un diámetro D inferior a 2 mm, preferiblemente de 1,2 mm. Este cable umbilical 14 muy delgado y ligero de peso contiene muy poco cobre. Por consiguiente es fácil hacer que flote elaborando la envolvente exterior 86 con un material flotante.
El núcleo puede ser un cable de fibra óptica; debe ser capaz de transmitir señales de televisión, y señales de control, preferiblemente en los dos sentidos. No obstante, la ventaja del cable coaxial es que puede ser más económico obtenerlo y más económico interactuar para la transmisión bidireccional de señales de control. Además, un cable coaxial puede transportar algo de corriente de carga.
Para maximizar la energía, toda el área de cobre debe utilizarse para energía. Modulando las señales, por ejemplo mediante multiplexado por división de frecuencia, toda la telemetría y el vídeo, así como la energía, pueden transportarse en sólo 2 conductores.
Otra ventaja de disponer del cable 14 de un diámetro y peso reducidos es que incluso las longitudes largas de cable son fácilmente manejables por una sol a persona.
Los cables de diámetro reducido presentan una baja resistencia a la tracción. Por consiguiente, rodeando el cable deben existir fibras lineales 88 de Dynema® o Kevlar® para proporcionar al mismo resistencia mecánica a la tracción. Puede mantenerse unido mediante una trenza de polipropileno velluda que proporciona color y que puede utilizarse para mantener pesos o flotadores distribuidos en el cable en su sitio (véase más adelante). Además, la trenza velluda puede reducir la resistencia hidráulica del cable en el agua.
Debido a los movimientos del cable a través del agua, éste vibra y se produce el rasgueado del mismo. Esto provoca un aumento de resistencia al arrastre dentro del agua. Colocando pesos o flotadores diminutos en intervalos irregulares a lo largo de la longitud del cable, o utilizando una trenza velluda en la superficie exterior del cable, se reduce el efecto de rasgueado.
Otro problema asociado con el cable es la forma en que afecta a la maniobrabilidad del sumergible 10. Fijando el cable 14 en la parte sobre cubierta del sumergible 10 en el centro de rotación del mismo, el sumergible 10 puede girar pivotando alrededor del punto de sujeción del cable.
El cable 14 puede disponer de flotadores fijados al mismo cerca del punto de sujeción al sumergible 10. Estos flotadores elevan el cable 14 separado del sumergible 10. Para contrarrestar la elevación que esto provoca en el sumergible, 2 m más abajo del cable 14 pueden preverse pesos en el cable 14 de modo que vuelva a caer hacia el fondo del mar. A continuación, al cabo de otros 2 m, puede flotar en todo el recorrido hasta la superficie gracias al material de la envolvente flotante.
Los pesos del cable 14 harán que una parte del cable 14 presente un mayo riesgo de contacto con el fondo del mar. Por consiguiente puede espesarse o reforzarse a lo largo de una longitud limitada cerca del sumergible 10, para prevenir la aparición de daños por abrasión, sin aumentar sustancialmente la resistencia de arrastre a lo largo de toda la longitud del cable 14.
Un cable de cobre adecuado para su utilización en la presente invención puede fabricarse de muchos modos, entre los que se incluyen:
1)
laminación de tiras de cobre en cada lado de un substrato de plástico fino y a continuación, por calor u otros medios, fundición de un material plástico en ambas caras del cobre, aislando completamente el cobre en ambas caras del mismo. Esto aísla las tiras de cobre una de otra y del agua del mar. Debido a que la aplicación es para un vehículo recreativo, se anticipa que sólo podrán aplicarse tensiones bajas entre los conductores, de modo que cualquier aislante implicado puede presentar un espesor mínimo;
2)
deposición eléctrica de cobre sobre substratos finos. Dichos substratos pueden eliminarse aplicando el aislamiento mediante impresión o vaporización;
3)
extrusión de aislante alrededor de conductores redondos, siendo dichos conductores trenzados para mayor flexibilidad y organizados coaxialmente para mejor transmisión RF.
Conexión del cable
El cable umbilical termina de forma eléctrica y mecánica en ambos extremos. En el extremo del sumergible, el cable 14 termina en un conector especial que presenta una elevada resistencia mecánica a la tracción. El diseño es muy cuidadoso para asegurar que se aplica la tracción mínima al cobre. Se proporcionan medios electromecánicos para soltar este conector si el ordenados de a bordo genera una instrucción de desconexión.
La parte eléctrica del cable se conecta al sumergible utilizando un acoplador inductivo, es decir un devanado de transformador resonante pasivo de dos partes, la mitad del cual se encuentra en el extremo del cable y la otra mitad del cual está cableada en el sumergible exactamente debajo de la superficie del alojamiento resistente a la presión.
El elemento de tracción de la conexión del cable utiliza un mecanismo de bayoneta 257 que transfiere cualquier tensión del cable directamente al chasis del sumergible 10. El mecanismo 257 puede activarse por medio de una señal eléctrica, para soltar el extremo del cable 14 del sumergible, si surge la necesidad. Esto puede conseguirse utilizando un accionador de aleación de memorización de forma, que se calienta para contraerse, soltando de esta forma el conector.
Con referencia a las figuras 13A y 13B, se representa una disposición de conector preferida. El conector comprende una bayoneta 257 de tipo empujar y girar, de modo que las patillas 258 puedan quedar sobre las entallas ranuras de retroceso 256 de la bayoneta 257. Las patillas 258 están previstas en el sumergible 10. El cable, cuando está conectado al sumergible 10, somete un alojamiento de resorte 255 a un estado de compresión telescópica, comprendiendo el alojamiento de resorte 255 un anillo exterior y un anillo interior que están montados elásticamente uno respecto a otro para adoptar por defecto una orientación extendida telescópicamente. El alojamiento de resorte 255 permite que el cable 14 sea expulsado del sumergible 10 si la bayoneta 257 se desprende de las patillas 258.
El mecanismo de liberación para soltar la bayoneta 257 de las patillas 258 comprende un disco de desenclavamiento 259 que presenta clavijas 260 para encajar en ranuras 254 de la bayoneta 257. En consecuencia, el giro del disco de desenclavamiento 259 provocan el giro de la bayoneta 257, desplazando los retrocesos 256 respecto a las patillas 258, de modo que las patillas 258 ya no permanezcan contra los retrocesos 256 de la bayoneta 257. Alternativamente, las clavijas 260 pueden disponerse para desplazar o retirar las patillas 258 de los retrocesos 256.
El disco de desenclavamiento 259 se cierra mediante un pestillo 261 de disparo de resorte cargado. Una activación manual del pestillo 261 puede soltar el cable 14. No obstante, cuando está debajo del agua, puede enviarse una instrucción de la parte sobre cubierta 12 para activar un accionador para desplazar el pestillo 261 de modo que el disco de desenclavamiento 259 gire. Un accionador de este tipo podría ser la aleación de memorización de forma que contrajera contra la fuerza de resorte del pestillo 261.
Manipulación del cable umbilical
El cable umbilical se conecta a un devanador en la superficie, un cable 14 sin devanar está retenido en un carrete. El devanador puede ser de una de estas dos clases: un devanador de carrete fijo o un devanador de carrete giratorio. Para manipular de 100 a 200 m de cable fino se proporciona preferentemente un mecanismo de devanado alimentado eléctricamente, que comprende un motor y una caja de engranajes.
En el caso de un carrete fijo, se utiliza un diámetro de carrete grande para que la torsión producida en el cable sea mínima. Además, añadiendo una pretorsión al cable, por ejemplo al enrollarse, se producirá una cantidad de torsión neta nula para una longitud media de cable desplegado.
En el caso del carrete giratorio, el problema consiste en cómo acoplar las señales de control eléctricas y electrónicas a los componentes fijos del devanador. Esto puede conseguirse proporcionando un anillo colector para la energía, si se transmite a lo largo del cable, y, dentro del carrete, componentes para filtrar las señales respecto de la energía o del ancho de banda base. Las señales (10 MHz-50 MHz) se transmiten a través de un pequeño transformador giratorio. Con estos medios, no se producirán interferencias en la señal de vídeo debidas al ruido en las escobillas del anillo colector. Este transformador puede diseñarse como parte de dos circuitos sintonizados para mantener separadas las señales del transmisor de instrucciones local y del transmisor de telemetría y de vídeo a distancia.
Los carretes pueden adaptarse para separarse por si mismos del devanador en el caso de que la tensión del cable se aproxime a su punto de rotura. El cable pasa a través de medios de detección de fuerza de resortes, poleas e interruptores, de modo que la información de la tensión puede pasar al procesador del devanador. Alternativamente, el transformador giratorio puede separarse para soltar el cable.
Puede proporcionarse una pequeña varilla de prolongación para que el cable pueda mantenerse separado de los lados de la embarcación desde la cual puede desplegarse el sumergible 10.
El procesador del devanador se controla desde la unidad de ordenador de la parte sobre cubierta 18 para alimentar el alejamiento a diferentes velocidades o bloquear o alimentar en marcha atrás a diferentes velocidades, dependiendo de la posición del sumergible 10 o de la tensión del cable determinada por medio de los sensores. También puede incorporar brazos con rodillos que se desplazan para evitar la creación de bandas. El movimiento del cable 14 puede detectarse y utilizarse para controlar el motor para que alimente en un sentido u otro el cable 14 a una tensión conocida.
Una parte de la función de la parte sobre cubierta 12 es alimentar todos los componentes eléctricos y electrónicos de la superficie. Con este fin puede proporcionarse una batería recargable de 12 V. Se prevé un pequeño panel de control para el devanador para permitir al usuario elegir manualmente devanar el cable con o sin el devanador. También puede proporcionarse una manivela para el devanador.
Transmisión de vídeo en la parte sobre cubierta 12
Idealmente, la señal de vídeo de las cámaras subacuáticas debe transmitirse a la parte sobre cubierta 12 con la menor degradación posible. Esto se consigue recogiendo la señal de la cámara y modulándola en FM a alrededor de 32 MHz. Ocupando de 40 MHz a 20 MHz, la totalidad del espectro permanece por debajo de 20 MHz para mando y telemetría y otros canales FDM cuando la atenuación del cable es reducida.
Cámaras de vídeo
La cámara frontal presenta un mecanismo de panoramización horizontal y vertical. Esto permite al usuario controlar la visión para ver vías laterales, por ejemplo para ver el sumergible u otras criaturas en el medio acuático. No obstante, esto impide al usuario ver directamente de forma instantánea dónde está navegando el sumergible. Incorporando una segunda cámara frontal fija sobre el sumergible 10, el usuario podrá conmutar a una visión frontal con mucha rapidez, solucionando la problemática de colisión. Simultáneamente, el operador puede adoptar dos longitudes focales. Por ejemplo, la cámara fija puede disponer de una lente de ojo de pez y la cámara de panoramización horizontal y vertical puede disponer sólo de una lente de gran angular. Pueden proporcionarse alternativamente lentes de zoom o telefotografía. Para ahorrar costes de electrónica, es posible integrar por lo menos parcialmente las dos electrónicas de control de cámara. Se pretende utilizar tecnología CCD de silicio en las cámaras.
Mecanismo de panoramización horizontal y vertical
En el mecanismo de panoramización horizontal y vertical, no sólo es deseable posicionar mecánicamente la cámara o la luz. También es deseable permitir al operador (y a los sistemas informáticos) conocer los ángulos axiales de la cámara y/o las luces.
Con referencia a las figuras 12A y 12J, se muestra una forma de realización preferida del mecanismo de panoramización horizontal y vertical según la presente invención. No tiene mayor importancia si al desplazar horizontalmente el mecanismo también se desplaza la cámara en dirección vertical o viceversa. Por ejemplo, los dos ejes (panoramización horizontal 251, panoramización vertical 253) no son necesariamente horizontal y vertical en sentido estricto. El software del sistema puede compensar la interacción entre el mecanismo de panoramización horizontal y el mecanismo de panoramización vertical aplicando un impulso correctivo al mecanismo adecuado.
Se proporciona una cámara CCD estándar de alta calidad 225 con lente de gran angular, adaptada a una tarjeta de circuitos impresos 249, montada en un bastidor de tipo cardan 233 accionado por pequeños motores eléctricos 235, 237, para proporcionar una acción de panoramización horizontal y vertical. La cámara 225 mira hacia fuera del alojamiento resistente a la presión a través de la cúpula de doble capa 34.
El accionamiento de los motores de panoramización horizontal y vertical 235, 237, a través de conectores de banda 239, accionan tuercas correderas/ruedas 243 que al girar provocan su desplazamiento a lo largo de varillas o pernos roscados 241, 242 fijos. Las tuercas correderas están conectadas con el bastidor de tipo cardan 233. Las barras 241, 242 son sustancialmente semicirculares para proporcionar el movimiento giratorio al bastidor de tipo cardan 233.
La primera barra 241 está centrada alrededor del eje de panoramización vertical 253 y la segunda barra 242 está centrada alrededor del eje de panoramización horizontal 251. Un par de potenciómetros lineales 245 (sólo se muestra uno en la figura 12A, para la medición vertical) están conectados operativamente al bastidor de tipo cardan 233 para determinar el ángulo de panoramización horizontal o vertical de los mismos. La conexión puede realizarse por medio de un engranaje helicoidal (que no se muestra) o de otro modo.
Las figuras 12C a 12F muestran diversas posiciones que puede adoptar la cámara 225 por medio del mecanismo de panoramización horizontal y vertical.

Claims (16)

1. Cable umbilical (14) para un ROV para transportar señales entre una parte sobre cubierta (12) y un sumergible subacuático (10) del ROV, requiriendo el sumergible una alimentación de energía (52) de a bordo, y comprendiendo el cable una envolvente flotante (86) y un núcleo (84) de transporte de la señal de control.
2. Cable según la reivindicación 1, en el que el núcleo tiene un diámetro de menos de 2 mm a lo largo de una parte sustancial de la longitud del cable.
3. Cable según la reivindicación 2, en el que el diámetro es de aproximadamente 1,2 mm.
4. Cable según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el núcleo del cable comprende un cable coaxial (84).
5. Cable según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el núcleo del cable está rodeado por fibras lineales (88) de un material flexible resistente a la tracción.
6. Cable según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que una trenza de polipropileno velluda rodea el cable.
7. ROV que comprende una parte sobre cubierta, un sumergible para su utilización subacuática y un cable umbilical según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, para conectar la parte sobre cubierta y el sumergible, en el que el sumergible está adaptado para ser alimentado por una fuente de energía de a bordo.
8. ROV según la reivindicación 7, en el que la alimentación de energía de a bordo presenta la forma de una batería extraíble estanca al agua (52).
9. ROV según la reivindicación 8, en el que la batería está completamente aislada eléctricamente.
10. ROV según una de las reivindicaciones 7 a 9, en el que se utilizan medios de acoplamiento sin contacto para extraer energía de la alimentación de energía sin necesidad de medios de contacto directo eléctricamente conductores entre la alimentación de energía y sus componentes adyacentes.
11. ROV según la reivindicación 10, en el que el acoplamiento se realiza por medio de acoplamiento inductivo.
12. ROV según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, en el que el sumergible está acondicionado con dos cámaras, una cámara (225) montada en la parte frontal del sumergible, y la segunda cámara provista en una posición "periscópica".
13. ROV según la reivindicación 12, en el que la panoramización horizontal y vertical de cualquiera de ambas cámaras es ajustable.
14. ROV según la reivindicación 12 ó 13, en el que la cámara periscópica está acondicionada sobre el cuerpo principal del sumergible.
15. ROV según la reivindicación 12 ó la reivindicación 13, en el que la cámara periscópica obtiene una vista periscópica utilizando una disposición periscópica de espejos.
16. ROV según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, en el que la primera cámara es una cámara de color y la segunda cámara es una cámara monocroma.
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