ES2544007A1 - Robot submarino humanoide transformable - Google Patents

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Abstract

Robot submarino humanoide transformable. La presente invención trata de un robot humanoide transformable en un vehículo submarino operado remotamente o "ROV". La transformación se sucede desde una configuración humanoide en la cual el robot inclina el tronco (1) hacia adelante y flexiona las patas (3), manteniendo erguida la cabeza (4), de manera que la maniobra culmina en un postura en la que el robot se agacha, mientras que las siguiente fases implican la flexión completa del torso (1) coordinada esta acción con la flexión de los brazos (2), mientras la cabeza (4) continúa erguida. El proceso opuesto de transformación es igualmente posible en el orden inverso.

Description

OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un robot submarino humanoide que puede navegar
10 adoptando la configuración de un vehículo submarino operado remotamente (Remotely Operated Vehicle: ROV), ó que puede cambiar su configuración, transformándose desde una configuración de vehículo ROV a una configuración de robot humanoide, con patas y brazos, para desplazarse sobre el fondo marino con movimientos homínidos o trepar a lo largo de una construcción submarina mediante el uso de sus extremidades formadas por
15 patas y brazos.
El objeto de la invención es proporcionar un único dispositivo o robot se puedan combinar funcionalidades de navegación, manipulación y desplazamiento en cualquier dirección.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los trabajos que deben realizarse sobre estructuras bajo agua como cascos de barcos, estructuras de plataformas petrolíferas, bases de construcciones civiles como puertos,
25 columnas de puentes, presas, o fondos marinos en general, requieren de dispositivos que se puedan desplazar apoyándose sobre la superficie de trabajo.
Existe una importante diferencia en las características técnicas de los trabajos en entornos submarinos.
30 Por una parte están los trabajos submarinos que implican navegar impulsándose en el agua, por ejemplo en trabajos de exploración, toma de muestras, trabajos mecánicos en entornos relativamente diáfanos, etc. Frecuentemente caracterizados por obstáculos laterales o porque se realizan a distancia o puntualmente sobre un entorno concreto de una superficie;
35 en todos estos casos se utilizan vehículos tipo ROV. Los cuales a menudo pueden portar
brazos mecánicos y herramientas de trabajo. Los movimientos de estos vehículos están caracterizados por un alto grado de dificultad en las maniobras de navegación, en especial las de manipulación, por estar implicados varios factores como son las perturbaciones causadas por las corrientes marinas, colisiones con salientes de obstáculos, etc. En cualquier caso los vehículos tipo ROV no son aptos para desplazarse ni trepar a lo largo de una superficie inmersa, incluso a una distancia corta de ella, los salientes pueden obstaculizar su correcto funcionamiento, afectando la estabilidad de la navegación y pudiendo causar bloqueo del vehículo o serios daños mecánicos por colisiones.
Por otra parte están los trabajos que deben realizarse sobre superficies de cuerpos sumergidos o instalaciones submarinas. A menudo, estos trabajos deben realizarse a lo largo de la superficie en cuestión. En estos casos es necesario que el vehículo se desplace, vinculado por una serie de extremidades a la superficie de trabajo, con el fin de caminar, reptar o deslizarse sobre la misma. Estos requisitos funcionales tienen una implicación sobre la arquitectura del vehículo o dispositivo que debe realizar este tipo de trabajos. En esencia se trataría de un dispositivo con varias extremidades que se apoyarían sobre la superficie con capacidad de sujetarse, para dar estabilidad al desplazamiento y al trabajo que se debe realizar.
En la técnica actual no existe un dispositivo submarino que reúna estas características de navegar-manipular-caminar.
Un estudio del estado de la técnica indica que los robots que navegan desarrollados para trabajos en entornos submarinos son conocidos en el estado de la técnica como ROV. Los vehículos submarinos, también llamados robots ROV (notación anglosajona para Remotely Operated Vehicle) se diferencian de otros tipos de dispositivos submarinos porque están conectados con su centro de control mediante un cable umbilical a través del cual se le suministra potencia y se establecen las comunicaciones bidireccionales de datos de control y monitorización de la actividad.
Existen patentes de vehículos submarinos que estan relacionados con ROVs, pudiendo destacar la patente US2012210926 (A1), que presenta un ROV típico basado en su alimentación por cordón umbilical y múltiples impulsores en los ejes coordenados. Tomando este caso hay una serie de patentes que presentan robots submarinos de semejantes morfologías, pero nunca como robots que se pueden transformar como ROVs o robots
humanoides. En general y en consecuencia, ninguna patente refleja la invención de un robot ROV que se puede transformar en un robot humanoide.
5 DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El robot submarino humanoide transformable en ROV para trabajos en fondos marinos y en construcciones marinas, es un robot con morfología humanoide que se corresponde con las proporciones cinemáticas de un homínido del tipo chimpancé, con unas extremidades
10 inferiores ideales para desplazarse y unas extremidades superiores para realizar trabajos y/o para desplazarse y trepar haciendo uso de todas sus extremidades.
El robot tiene al menos 23 grados de libertad servo accionados hidráulicamente. Mediante este número de grados de libertad en conjunción con su diseño cinemático, el robot puede
15 configurarse de dos maneras. El robot puede estar en la configuración de ROV para navegar, mediante impulsores marinos a hélice estratégicamente situados, o en la configuración humanoide si el robot despliega sus extremidades para desplazarse mediante movimientos homínidos, funcionalidad que corresponde a desplazarse por superficies escabrosas mediante sus patas con la ayuda de los brazos (extremidades inferiores y
20 superiores).
La razón para tener este tipo de capacidad de transformación en ROV o humanoide, obedece a que en los entornos submarinos para desplazarse de un lugar a otro en una distancia importante, es preferible navegar mediante el uso de impulsores marinos. La
25 navegación por lo tanto es inherente a cubrir distancias importantes en un entorno de trabajo. Cuando el trabajo submarino esta caracterizado por operaciones sobre entornos locales de fondos marinos o sobre estructuras o construcciones submarinas, entonces es preferible desplazarse apoyándose y sujetándose, si es el caso, sobre la superficie, lo cual implica que no se puede navegar por el contacto sólido entre el robot y el medio.
30 El robot es movido por actuación servo hidráulica y esta formado por un tronco, un par de patas un par de brazos y una cabeza. El robot tiene al menos 23 grados de libertad actuados por un conjunto de servo válvulas y accionamientos hidráulicos.
35 El tronco del robot esta formado por un recipiente estanco en el se encuentra alojado el
sistema de control. El sistema de control del robot esta formado por una arreglo de al menos 23 servo válvulas ensambladas sobre una placa distribuidora que concentra las conexiones a todos los actuadores hidráulicos. También en el sistema de control se encuentra el computador de abordo para el servo control en tiempo real de múltiples ejes. También en el tronco se encuentran alojados el sistema de sensores necesarios para la navegación y control, como son: sensores de profundidad, sensores para la navegación tales como unidad inercial, compas electrónico, sensores de inundación. Sobre el recipiente del tronco en su parte superior están dispuestas todas las conexiones para los circuitos hidráulicos, las conexiones eléctricas de potencia y control y el cordón umbilical que conecta el robot con el centro de mando externo.
Ensamblados sobre el tronco del robot se encuentran las interfaces mecánicas que hacen de “cadera” humanoide, “hombro” humanoide y cabeza.
Sobre las interfaces mecánicas, que se denominarán soportes de la cadera, se encuentran ensamblados a cada lado un par de patas articuladas y servo accionadas hidráulicamente, en cada articulación de la pata se encuentran ensamblados sensores de posición rotativos estancos. Cada pata esta formada por tres eslabones articulados y un pie con talón servo actuado.
Cada par de brazos esta soportado por una estructura que hace las veces de hombro. Cada brazo completo es actuado por un servo accionamiento dispuesto en la estructura del hombro. Esta articulación sirve para abrir o cerrar el mecanismo completo del brazo. La cadena cinemática del eslabón correspondiente al brazo, esta formado por el brazo, antebrazo, la muñeca y la mano. Individualmente cada elemento del mecanismo del brazo es accionado por sendos servo accionamientos. La cadena cinemática del brazo, empieza por un eslabón servo actuado articulado al hombro también llamado brazo. A continuación del brazo está el antebrazo con tres grados de libertad servo actuados, en el extremo del antebrazo hay una muñeca rotatoria servo actuada, que tiene adosada una garra similar a una mano que también es servo actuada. Por lo anterior cada brazo, a partir del hombro, dispone de siete grados de libertad.
El robot puede incorporar en su sistema de control, sistemas de percepción alojados en el mecanismo de la cabeza. En la presente patente de invención, el robot dispone de una cabeza basada en un recipiente estanco cilíndrico y translúcido. La cabeza es servo actuada
a través de una articulación rotativa. En el interior del recipiente de la cabeza se encuentra alojada una cámara de visión con capacidad de movimiento en tres grados de libertad.
El robot lleva incorporados al menos seis motores impulsores a hélice que están dispuestos
5 por pares en cada uno de los ejes coordenados. Los motores están estratégicamente situados de manera que cuando el robot esté en la configuración humanoide, los motores impulsores coadyuvan a impulsar el robot para incrementa su estabilidad en la marcha.
El robot submarino humanoide transformable en ROV para trabajos en fondos marinos y en
10 construcciones marinas, es aplicable para realizar tareas de manipulación, trabajo mecánicos y en general intervenciones mecánicas.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
15 Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña la presente memoria descriptiva, formando parte integrante de la misma, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
20 La figura 1.-Muestra una vista de perspectiva del robot submarino humanoide en la configuración humanoide.
La figura 2.-Muestra una vista de perspectiva del robot submarino humanoide en la configuración ROV.
25 La figura 3.-Muestra una vista en alzado del robot submarino humanoide en la configuración ROV.
Las figuras 4A y 4B.-Muestran dos vistas en perspectiva del tronco, del robot submarino
30 humanoide transformable en ROV para trabajos en fondos marinos y en construcciones marinas.
Las figuras 5A y 5B.-Muestran dos vistas en perspectiva de las extremidades superiores, del robot submarino humanoide transformable en ROV para trabajos en fondos marinos y en
35 construcciones marinas
Las figuras 6A y 6B.-Muestran dos vistas en perspectiva de las extremidades inferiores, del 5 robot submarino humanoide transformable en ROV para trabajos en fondos marinos y en construcciones marinas.
La figura 7.-Muestra una vista en perspectiva de la cabeza, del robot submarino humanoide transformable en ROV para trabajos en fondos marinos y en construcciones marinas.
10 Las figuras 8A, 8B, 9A, 9B, 10A, 10B, 11A y 11B.-Muestran vistas de una secuencia que ilustra transformación del robot humanoide submarino, desde la configuración humanoide a la configuración ROV.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un robot submarino humanoide que puede desplazarse sobre el fondo marino con movimientos homínidos, puede reptar o trepar a lo largo de una
20 construcción submarina mediante el uso de sus extremidades formadas por patas y brazos. El robot humanoide también puede navegar como un ROV, transformando su cinemática desde una configuración de robot humanoide a la configuración de un vehículo submarino operado remotamente (Remotely Operated Vehicle: ROV).
25 En la figura 1 se representa el robot humanoide erguido, que puede ser movido por los impulsores a hélice y está formado por el conjunto del torso (1), brazos (2), patas (3), cabeza (4), impulsores subacuáticos de hélice (5) y cordón umbilical (6) para transmisión de datos y potencias eléctrica e hidráulica.
30 En las figuras 8A y sucesivas se representa una secuencia que ilustra transformación del robot humanoide submarino, desde la configuración humanoide, a la configuración de ROV.
El aspecto fundamental de la presente invención es un robot versátil para trabajos en los fondos marinos y su entorno. Los trabajos submarinos en un entorno amplio para su 35 eficiente realización requiere combinar la capacidad de navegar para desplazarse y evadir
los obstáculos del suelo, con la capacidad de moverse localmente al nivel del suelo mediante brazos y patas (extremidades superiores e inferiores).
En consecuencia la presente invención trata de un robot humanoide transformable. Una realización de este robot se puede describir de acuerdo a la siguiente secuencia: Una secuencia de transformación se sucede como se muestra en las figuras 8A a 11B. La secuencia de transformación desde una configuración humanoide se inicia en la postura humanoide (figuras 8A y 8B) en la cual se agacha inclinado el tronco (1) y flexionando las patas (3) y manteniendo erguida la cabeza (4). La maniobra culmina en la condición de agachado (figuras 9A y 9B). Las siguiente fases (figuras 10A a 11B) implican la flexión completa del torso (1) coordinado con la flexión de los brazos (2), mientras la cabeza (4) se mantiene erguida.
Para realizar las acciones de flexión de las extremidades inferiores o patas (3), se sigue una secuencia que implica que los eslabones (9), (12) y (15) están articulados correspondientemente en las juntas rotacionales (7), (11) y (14). Los movimientos de la pata se corresponden con control del movimiento de los servo accionamientos: (8) que actúa sobre el eslabón (9), el servo accionamiento (10) que actúa sobre el eslabón (12) y el servo accionamiento (13) que actúa sobre el eslabón (15), que es funcionalmente el pie de la pata
(3)
Para realizar las acciones de flexión de las extremidades superiores o brazos (2), se sigue una secuencia que implica que los eslabones que hacen las veces de espalda (17), hombro (19), brazo (21), antebrazo (27), y la muñeca junto con la mano (28). Los anteriores eslabones están articulados entre si respectivamente y en su orden a través de las articulaciones rotacionales (18), (19) y (24) del antebrazo completo. El antebrazo tiene dos articulaciones en (25) y (26) que completan los grados de libertad para el movimiento homínido del brazo (1). La muñeca esta articulada en correspondencia con el antebrazo (27) y la mano o garra (28) con cinco dedos, es accionadas por cables controlados por servo actuadores que están localizados en el torso del robot (29 y (30). Cada servo accionamiento lineal (20) mueven cada hombro (19), el servo accionamiento (23) cada brazo (21) y cada servo accionamiento el antebrazo completo (26). Los servoactuadores lineales con cables
(29)
se encargan de accionar el eslabón rotacional que se define en la articulación (26) y el servoactuador con cables (30) acciona la garra de la mano (28).
En la figura 4, además de los elementos referidos, se ven los servoactuadores lineales (36), (37), (38), (39), (40), (41) y (42).
El eslabón de la cabeza (4) se encuentra articulado en (31) y es servo accionado por un 5 sistema de cables controlados por el servo accionamiento (32).
En la fig. 7, el elemento (33) corresponde a un sensor sonar de barrido lateral, los elementos
(34) se corresponden con lámparas de iluminación, y en el interior del la carcasa (4) de la cabeza se aloja al menos una cámara de visión (35).

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1ª.-Robot submarino humanoide transformable, donde la transformación permite configurar un vehículo submarino operado remotamente, o un robot humanoide, caracterizado porque se constituye a partir de un tronco (1) con brazos o extremidades superiores (2) y patas o extremidades inferiores (3), incluyendo además una cabeza (4) así como unos impulsores subacuaticos de hélice (5) y un cordón umbilical (6) para transmisión de datos y potencias eléctricas e hidráulicas, todo ello para que en la configuración humanoide propiamente dicha el robot pueda desplazarse sobre el fondo marino con movimientos propios de los homínidos e incluso trepar o reptar a lo largo de una superficie submarina mediante el uso de sus extremidades o brazos (2) y patas (3), asi como navegar como un vehículo submarino operado remotamente, tras el plegado sobre su correspondiente tronco (1) de los brazos (2) y patas (3), manteniendo la cabeza (4) erguida.
    2ª.-Robot submarino humanoide transformable, según reivindicación 1ª, caracterizado porque las extremidades superiores o brazos (2) presentan una pluralidad de grados de libertad, servo-accionados y controlados por ordenador, estableciéndose eslabones que hacen las veces de espalda (17), de hombro (19), de brazo (21), antebrazo (27) y muñeca
    (28) junto con la mano, estando dichos eslabones articulados entre sí, a través de articulaciones rotacionales (18), (19) y (24) del antebrazo completo, habiéndose previsto que tal antebrazo incluya dos articulaciones (25) y (26) que completan los grados de libertad para el movimiento de tipo homínido del brazo correspondiente, mientras que la muñeca presenta una articulación en correspondencia con el antebrazo (27), que junto con la mano o garra (28), preferentemente de cinco dedos, son accionados por cables controlados por servo-actuadores (29 y 30), siendo cada hombro (19) movido por un servo-actuador lineal (20), mientras que cada brazo (21) es accionado por un servo-actuador (23), con la particularidad de que los servo-actuadores (29) se encargan de accionar el eslabón rotacional o articulación (26) y el servo actuador con cable (30) para accionamiento de la
    garra de la mano (28).
    3ª.-Robot submarino humanoide transformable, según reivindicaciones 1ª y 2ª, caracterizado porque las extremidades inferiores o patas (3) presentan una pluralidad de grados de libertad servo-accionados para el control de dichas extremidades inferiores, previéndose para ello eslabones (9), (12) y (15) en correspondencia con juntas rotacionales (7), (11) y (14), de manera tal que los movimientos de la correspondiente extremidad inferior
    (3) se corresponde con el control de movimiento que imponen los servoactuadores (8) que actúan sobre el eslabón (9), el servo actuador (10) que actúa sobre el eslabón (12) y el servo actuador (13) que actúa sobre el eslabón (15).
    5 4ª.-Robot submarino humanoide transformable, según reivindicaciones 1ª a 3ª, caracterizado porque la correspondiente cabeza (4) presenta una pluralidad de grados de libertad servoaccionados, incluyendo dicha cabeza (4) sensorse de tipo sónar (33), así como una cámara de visión (35) y lámpara de iluminación (34).
    10 5ª.-Robot submarino humanoide transformable, según reivindicaciones 1ª a 4ª, caracterizado porque la correspondiente cadena cinemática está determinada por una pluralidad de grados de libertad servo-accionados, permitiendo transformar, mediante una secuencia de configuraciones, que se inicia desde una configuración humanoide, inclinando el tronco y flexionando las extremidades inferiores o patas (3), manteniendo la cabeza (4)
    15 erguida, hasta alcanzar la condición de agachado, para adoptar una configuración que finaliza en la flexión completa del torso (1) coordinada con la flexión de los brazos o extremidades superiores (2) y patas o extremidades inferiores (3), manteniéndose erguida la cabeza (4).
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