ES2683917B2 - Dron limpiador - Google Patents

Description

DESCRIPCION

DRON LIMPIADOR

SECTOR DE LA TECNICA

La presente invencion se encuadra en el area tecnica de los vehlcuios aereos no tripulados y los dispositivos que ampllan su funcionalidad. En concreto, la que atane a los vehlcuios aereos no tripulados que se utilizan para la limpieza de edificios e inmuebles.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Los drones o vehlculos aereos no tripulados (VANT), cuyas siglas en ingles corresponden a UAV (Unmanned Aircraft Vehicle), han evolucionado rapidamente en los ultimos anos. Este tipo de aeronaves que vuelan sin tripulacion han pasado de tener fines exclusivamente militares a utilizarse extensamente en todo tipo de tareas civiles. La diversidad de estas tareas ha traldo consigo la especializacion de los disenos de estas aeronaves asl como de sus sistemas de control, con la consecuente variedad de formas, tamanos, configuraciones y caracterlsticas adaptadas a cada una de las tareas.

Tlpicamente se suele conocer por el acronimo UAS (Unmanned Aircraft System) al conjunto que incluye la aeronave, la estacion o sistema de control desde donde se opera a la misma y (opcionalmente) la unidad que se encarga de la transmision de datos.

Los drones se pueden considerar como plataformas que llevan en su interior un conjunto de sensores que les permiten obtener datos geoespaciales que pueden servir de gula para su pilotaje. Hasta el punto que, dependiendo de la sofisticacion del sistema de control, el dron puede operar de forma completamente autonoma bajo la supervision de un piloto, determinando en tiempo real la trayectoria a recorrer.

Sin embargo, los modelos mas populares suelen estar controlados remotamente desde una estacion de tierra por un operador. Por tanto, el termino "no tripulado" puede ser origen de cierta confusion, ya que si bien es cierto que en el interior del vehlculo no viaja ningun tripulante, tambien es cierto que hay una comunicacion continua entre el UAV y los operadores en tierra, bien sean pilotos, bien controladores o bien cualquier otro tipo de operario relacionado con la monitorizacion de la aeronave.

La limpieza y conservation de edificios historicos de elevado valor patrimonial, tales como Catedrales, Basilicas y palacios, habitualmente se convierte en una tarea compleja de restauracion. Las peculiaridades arquitectonicas de este tipo de edificaciones hacen que sea habitual encontrar zonas de dificil acceso en sus estancias, por ejemplo debido a la altura de los techos y la tendencia a la colocation de figuras y adornos, dado su caracter monumental.

El coste de estas acciones de limpieza es elevado al requerir profesionales especializados y estructuras de andamiaje para su realization, por lo que suelen espaciarse en el tiempo durante decadas, e incluso siglos. Lo que, por otro lado, limita la utilidad de dichas acciones, ya que la continua deposition de polvo y suciedad de naturaleza mas o menos grasa, y de particulas de hollm (procedentes de proceso como la combustion de velas o la lumbre en chimeneas) hace que con el paso del tiempo la capa de suciedad adquiera un espesor considerable que solo puede eliminarse mediante acciones como la indicada.

La capa de polvo y suciedad que se deposita sobre la superficie de las paredes y pinturas, asi como de los depositos que se forman en cornisas y molduras no son simples alteraciones aparentemente esteticas. Tienen un impacto a nivel conservativo, al obstaculizar la transpiration normal de los muros, pudiendo favorecer mecanismos de deterioro como la alteration quimica de los componentes de las pinturas y la formation de eflorescencias salinas.

Acciones de limpieza con una mayor frecuencia y regularidad evitanan la acumulacion de la suciedad, reduciendo la necesidad de realizar el trabajo con personal especializado en restauracion. Lo que, a su vez, mejoraria la presencia de los edificios y su conservation.

Estas mismas acciones serian igualmente beneficiosas en otros edificios de menor valor patrimonial, pero que comparten con los anteriores la dificultad en el acceso a ciertas zonas debido a los caprichos de los arquitectos modernos. Sin embargo, en este ultimo caso, ni siquiera se llegan a considerar las operaciones de limpieza por medios tradicionales debido a su alto coste.

Recientemente, se ha comenzado a plantear soluciones en las que vehiculos aereos no tripulados (VANT) sirven de herramienta para limpiar zonas de muy dificil acceso.

Un ejemplo de este tipo de aplicaciones es el montaje experimental realizado por la empresa Sullivan Window Cleaning, que puede consultarse en el video de YouTube titulado "The Sullivan 5000” [https://www.youtube.com/watch?v=fAMvRIDNHLo], en el que se limpian las ventanas de un edificio con un dron controlado de forma remota por un operador que observa el dispositivo directamente a pie de calle. En este caso un unico dron de tamano medio sostiene horizontalmente el palo de una escoba en cuyo extremo se ha colocado un pano humedo para mojar los cristales con agua y jabon, posteriormente es de suponer que el operador cambia la herramienta que sujeta el dron por algo similar a un escurridor para secar la superficie, aunque los videos de la web no lo llegan a mostrar. Este montaje experimental comparte con nuestra invencion la capacidad de alcanzar lugares que son diflciles de acceder sin un andamiaje o el uso de plataformas moviles. Sin embargo, su diseno es muy rudimentario, tan solo se ha atado una especie de escoba en el dron, sin tener en cuenta su capacidad de maniobra para manipularlo (es necesaria la intervention de un operador para humedecer el pano). Ademas, el montaje esta pensado unicamente para su uso sobre cristales planos y verticales.

En esta misma llnea cabe destacar los disenos de robots limpiadores que estan apareciendo para resolver el problema de limpieza en el contexto de los paneles solares expuestos a la intemperie. La cantidad de electricidad que se puede generar depende de la cantidad de luz que llega a las celulas fotovoltaicas, por tanto, la eficiencia de los paneles es funcion no solo de como inciden los rayos solares, sino tambien de lo limpia que este su superficie. En este caso, su limpieza no solo es compleja por la accesibilidad del panel (que suele estar a cierta altura), sino por la gran extension que suele ocupar una central de paneles solares. Dado que los paneles son planos y suelen estar colocados casi horizontalmente, es posible utilizar soluciones que pueden recordar a las aspiradoras robot, como el descrito en la propuesta de proyecto en Kickstarter del Scrobby Solar [http://scrob.by/] que podrla combinarse con el uso de drones voladores para su colocation sobre los paneles. En estos casos, los robots solo pueden limpiar superficies planas que se encuentran debajo de ellos.

Existe, por tanto, una necesidad no cubierta de dispositivos mas versatiles, capaces de realizar una limpieza en seco que no dane las superficies al humedecerlas y pueda trabajar sobre ellas en cualquier dimension.

Otra bibliografla sobre el estado actual de la tecnica a tener en cuenta es: CN 106388722 A (CHENGDU CHUANGHUI KEDA) 15/02/2017, Parrafos [0004] - [0024], [0029] - [0030], [0033] - [0036], [0045] y figuras 1-4; CN 106308692 A (LUO ZHICHENG) 11/01/2017, resumen y figuras 1 - 2; y KR 2003-0025662 A (KIM JONG YUL) 29/03/2003, pagina 4, parrafos 1 - 5; pagina 5, parrafos 1 y 4; pagina 6, parrafo 1 y figuras 1 - 6.

Los solicitantes de la presente invencion desconocen la existencia de antecedentes que resuelvan de forma satisfactoria la problematica expuesta.

La presente invencion ofrece una solucion a este problema tecnico, tanto en el caso de edificios historicos como en el interior de viviendas. Para ello se propone un dispositivo que permite llevar a cabo las acciones de limpieza mediante un vehlculo aereo no tripulado que accede a zonas elevadas con seguridad y facilidad.

Este dispositivo puede realizar las acciones de limpieza previamente programadas de forma supervisada o completamente automatica, de manera que se elimine la suciedad de forma efectiva antes de que la capa acumulada sea demasiado gruesa.

EXPLICACION DE LA INVENCION

El dron limpiador es un vehlculo aereo no tripulado disenado de manera especlfica para la limpieza en seco de zonas de diflcil acceso. Su reducido coste y sencillo manejo lo convierten en una solucion idonea tanto para la conservation de edificios historicos de elevado valor patrimonial, como tambien para su utilization en otros inmuebles de menor valor artlstico (como naves industriales, almacenes, salas de conciertos, estaciones de metro, etcetera) que debido a sus caracterlsticas tienden a acumular grandes cantidades de polvo y grasa en lugares diflcilmente accesibles.

El dron limpiador esta compuesto por un cuerpo principal que tiene una serie de sensores, un sistema de control y un conjunto de mecanismos que permiten elevar y situar la aeronave en la position deseada y, ademas, proporciona y transmite el movimiento a los instrumentos de limpieza que se acoplan en dicho cuerpo principal. Por tanto, los instrumentos de limpieza se mueven solidariamente con los actuadores y no son simplemente transportados por el dron.

Asl, el dron limpiador tiene como una de sus caracterlsticas distintivas la integration de un mayor numero de actuadores que los estrictamente necesarios para mantener la sustentacion y la estabilidad del dispositivo. Ademas, los actuadores que se ocupan de estas dos ultimas funciones disponen de terminales para acoplar instrumentos suplementarios que son impulsados de la misma forma que los elementos moviles que mantienen en el dron en el aire durante su uso.

Los instrumentos de limpieza tienen un caracter modular para dotar de mayor versatilidad al dron y facilitar su sustitucion cuando han alcanzado el fin de su vida util debido al desgaste.

En funcion de la accion de conservation o limpieza realizar, puede resultar mas adecuada una determinada configuration de diseno de cuerpo central y conjunto de instrumentos.

A pesar de la reducida autonomla de los multicopteros, estos permiten realizar acciones de limpieza tanto en el interior como en el exterior de edificios, gracias a la excelente capacidad de maniobra que presenta la coordination de sus motores electricos, lo que a su vez permite superar el efecto de las corrientes de aire en su trayectoria.

Por ejemplo, para la limpieza de techos resulta especialmente conveniente el dron limpiador multicoptero que dispone de un motor suplementario en la zona central del cuerpo principal, del que parte un vastago con un instrumento de limpieza que gira en su extremo. Dicho elemento no tiene como finalidad mantener al dron en el aire, sino limpiar las superficies que roza levemente a su paso cuando el operario acerca a una superficie.

Una posible variante de este ejemplo tendrla un instrumento de limpieza adosado a cada una de las helices del multicoptero, en lugar de un unico instrumento en el motor central. Esta variante alcanza localizaciones en los extremos laterales del dron con mayor facilidad. Ademas, el sentido alternado en el giro de los motores permite que los instrumentos de limpieza actuen con movimientos opuestos, lo que favorece la elimination de la suciedad con su roce.

Ademas, el diseno del dron limpiador permite el uso de instrumentos que eliminan el polvo y otros tipos de impurezas sin necesidad de contacto, por ejemplo barras cargadas con electricidad estatica que atraen los elementos en suspension debido a la accion de las helices. La carga de las barras se puede realizar con ayuda del rozamiento producido por los motores a los que se ha acoplado un mecanismo semejante al de un generador de Van Der Graaff. Siendo posible que el operador del dron descargue periodicamente las barras al colocar el dron en una base con una conexion a tierra.

Los ejemplos descritos pretenden dar una perspectiva de las multiples posibilidades que ofrece la presente invention, siendo su esplritu mas amplio al englobar muchas otras posibles configuraciones.

A continuation, la presente invencion es detallada en correspondencia con la realization preferente del dron limpiador y en referencia a las figuras que acompanan la solicitud. En la description que sigue, los numerosos detalles especlficos se exponen con la intention de proporcionar un entendimiento completo de la invention.

Sin embargo, sera obvio a los expertos tecnicos que la presente invention puede ser llevada a la practica sin estos detalles especlficos. Ademas, por otra parte, algunas estructuras bien conocidas no son mostradas en detalle (como por ejemplo la electronica del sistema de control), de cara a evitar una obscuridad innecesaria y una perdida del foco en la descripcion.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

Para complementar la description que se esta realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracterlsticas de la invention, se acompana como parte integrante de dicha description, un juego de dibujos en donde, con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Muestra esquematicamente una vista inferior en perspectiva de una posible realization del dron limpiador (1) multicoptero. Dado que el caso ilustrado tiene cuatro helices (8), externamente puede parecer un cuadricoptero; sin embargo, dispone de un motor suplementario (2) en la zona central del cuerpo principal, del que parte un vastago (3) que se une mediante un mecanismo de anclaje (en forma de rosca con una arandela de presion tipo Grower) (7) con un instrumento de limpieza (4) que gira en su extremo. Como cualquier otro vehlculo no tripulado, el dron limpiador tiene un sistema de control y navegacion que recibe information de los sensores (5) y gestiona las senales que gobiernan las acciones de los actuadores.

Figura 2.- muestra esquematicamente una vista en perspectiva de la variante del dron limpiador (1) multicoptero en el que los instrumentos de limpieza (6) estan acoplados a un anclaje que sobresale de las helices (8) mediante un mecanismo de anclaje (7), como en la figura anterior.

Figura 3.- muestra esquematicamente una vista en perspectiva del dron limpiador (1) multicoptero en el que se ha colocado un motor suplementario (2) en la zona central del cuerpo principal, que sostiene un instrumento de limpieza formado por un conjunto de barras cargadas de electricidad estatica (9) que rota lentamente para atraer partlculas en suspension.

REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION

En la figura 2 se muestra un ejemplo de realization del dron limpiador (1) multicoptero. Las cuatro helices (8) mantienen el dron (1) en el aire gracias al giro que proporcionan los rotores de los motores. Dicho movimiento de rotation es comunicado a los instrumentos de limpieza (6) que estan unidos al eje de los rotores a traves de las helices (8) mediante un anclaje que sobresale en forma de vastago (3), que termina en un mecanismo de anclaje (que en este caso tiene forma de rosca y esta asegurado con arandelas tipo Grower) (7), donde se acopla cada uno de los instrumentos de limpieza (6). En este caso, los instrumentos (6) tienen una superficie acolchada, en forma de disco, que arrastra las partlculas de suciedad con su roce y las hacen caer por action de la gravedad. El tejido con el que se recubre este instrumento (6) puede adaptarse para limpiar distintos tipos de superficies en seco, segun su textura, rugosidad, entramado, etcetera.

En este ejemplo, el motor situado en la zona central (2) no es utilizado, por lo que solo se han colocado los instrumentos de limpieza (6) en los actuadores (10) que proporcionan la sustentacion al conjunto.

Los instrumentos (6) se pueden acoplar y retirar de los ejes mediante un sistema de sujecion que en este caso esta formado por terminaciones en forma de rosca (7 que encajan en el sentido contrario de la rotation del motor para que el anclaje se mantenga firme durante el vuelo. Ademas, como ya se ha indicado, la rosca dispone de un mecanismo antivibracion (con arandelas tipo Grower) que asegura la sujecion de la union atornillada y una distribution uniforme de las fuerzas que se transmiten al instrumento de limpieza.

Son muchas las posibles configuraciones que en forma de realizaciones quedan comprendidas dentro de la esencia de la invention. Teniendo todas ellas en comun que los instrumentos de limpieza no son simplemente acarreados por el dron, sino que se mueven solidariamente con los actuadores que este incorpora.

Por ejemplo, en la figura 3 se muestra una variante en la que el instrumento esta formado por un conjunto de barras cargadas electrostaticamente (9), que atraen pequenas partlculas en suspension. Logicamente, la velocidad de giro de los motores suplementarios (2) es ajustable desde el sistema de control, y con ella la rotacion de los instrumentos de limpieza correspondientes (9), de acuerdo con la operation de limpieza a realizar y del cabezal de limpieza en si.

Seran independientes del objeto de la presente invention los materiales que se empleen en la fabrication de los distintos elementos que la componen, as! como las formas, dimensiones y accesorios que pueda presentar, pudiendo ser reemplazados por otros tecnicamente equivalentes, siempre que no afecten a la esencialidad de la misma ni se aparten del ambito definido en el apartado de reivindicaciones.

Establecido el concepto expresado, se redacta a continuation la nota de reivindicaciones, sintetizando asl las novedades que se desean reivindicar.

Claims (1)

REIVINDICACIONES

1. Dron limpiador que comprende una aeronave, un sistema de control, una unidad de transmision de datos, una pluralidad de sensores (5), motores propulsores a helice (10) que elevan y situan la aeronave en la posicion deseada, disponiendo de mas motores rotativos (2) de los estrictamente necesarios para mantener el dron el aire y controlar su vuelo, que ademas presentan unos anclajes (3) en los que se acoplan los instrumentos de limpieza (4,6,9), que se mueven solidarios al eje de rotacion de dichos motores (2), los motores propulsores a helice (10) transmiten el movimiento a los elementos que mantienen el conjunto (1) en el aire y permiten su control durante el vuelo, presentan los mismos anclajes (3) que los motores rotativos (2) suplementarios, caracterizado porque dispone de un motor suplementario (2) central que sostiene un instrumento de limpieza formado por un conjunto de barras cargadas de electricidad estatica (9) que rota mas lentamente que los propulsores (10) a helice (8) y atrae particulas en suspension.