ES2729816A1 - UNDERWATER SYSTEM FOR AQUACULTURE WORK (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
SISTEMA SUBACUÁTICO PARA LABORES DE ACUICULTURAUNDERWATER SYSTEM FOR AQUACULTURE WORK
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
OBJETO DE LA INVENCIÓNOBJECT OF THE INVENTION
La presente invención se refiere al campo técnico de la acuicultura y más concretamente al cultivo, control, recolección y demás labores de especies subacuáticas vegetales, como algas, mediante una colonia móvil de robots coordinados entre sí.The present invention relates to the technical field of aquaculture and more specifically to the cultivation, control, collection and other work of plant underwater species, such as algae, by means of a mobile colony of robots coordinated with each other.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
La acuicultura, el sector de más rápido crecimiento en la producción mundial de alimentos, ha crecido a una escala industrial suministrando a los humanos más de la mitad de sus productos del mar. Las tecnologías acuícolas han avanzado significativamente en las últimas décadas, apoyando crecientes escalas de producción y reduciendo los costos y riesgos de producción. Sin embargo, muchos tipos de acuicultura siguen siendo intensivos en mano de obra, lo que requiere que los humanos mantengan la infraestructura, alimenten y cuiden a las especies cultivadas, y lleven a cabo actividades clave, como la recolección manual del producto. Las presiones sociales y ambientales y las necesidades biológicas están creando oportunidades para que las granjas acuáticas se ubiquen en aguas más expuestas y más alejadas de la costa, lo que aumenta los costos, particularmente los asociados con la logística del mantenimiento humano y las actividades de intervención.Aquaculture, the fastest growing sector in world food production, has grown on an industrial scale by supplying humans with more than half of its seafood. Aquaculture technologies have advanced significantly in recent decades, supporting increasing production scales and reducing production costs and risks. However, many types of aquaculture remain labor-intensive, which requires that humans maintain the infrastructure, feed and care for cultivated species, and carry out key activities, such as manual product collection. Social and environmental pressures and biological needs are creating opportunities for aquatic farms to be located in more exposed waters and further from the coast, which increases costs, particularly those associated with human maintenance logistics and intervention activities .
Las algas han sido utilizadas durante cientos de años como alimento humano y en remedios populares, para consumo animal y como fertilizante agrícola. La utilización de los polisacáridos matriciales de algas rojas (agar y carragenatos) y pardas (alginatos), son básicos en la industria alimenticia, química y farmacéutica. Recientes descubrimientos han hallado muchas otras propiedades interesantes para la salud, la energía y la alimentación, como por ejemplo, en cuanto al uso de la energía, las algas pardas contienen altos niveles de carbohidratos, que contribuyen hasta en un 55% (w / w) de la biomasa seca. Por lo tanto, las algas pardas son una biomasa ideal renovable y sostenible debido a su abundancia y altos niveles de azúcar, que pueden ser utilizados para la producción de bioetanol y productos químicos. También existen otras investigaciones para la producción de energía eléctrica, por medio del uso del proceso anaeróbico de las algas. Algae have been used for hundreds of years as human food and in folk remedies, for animal consumption and as an agricultural fertilizer. The use of red algae (agar and carrageenan) and brown (alginate) matrix polysaccharides are basic in the food, chemical and pharmaceutical industry. Recent discoveries have found many other interesting properties for health, energy and food, such as in terms of energy use, brown algae contain high levels of carbohydrates, which contribute up to 55% (w / w ) of dry biomass. Therefore, brown seaweed is an ideal renewable and sustainable biomass due to its abundance and high levels of sugar, which can be used for the production of bioethanol and chemicals. There are also other investigations for the production of electrical energy, through the use of the anaerobic process of algae.
En el caso de la salud, hay estudios sobre la propiedad de las algas para curar las enfermedades, especialmente las algas pardas se han estudiado extensamente como una rica fuente de compuestos fenólicos bioactivos y los compuestos fenólicos son reconocidos por sus extensas funcionalidades biológicas incluyendo antioxidante, antiinflamatorio, anticancerígeno, antimicrobiano y varios otros.In the case of health, there are studies on the property of algae to cure diseases, especially brown algae have been studied extensively as a rich source of bioactive phenolic compounds and phenolic compounds are recognized for their extensive biological functionalities including antioxidant, anti-inflammatory, anticancer, antimicrobial and several others.
La mayoría de las especies de macroalgas de interés industrial se obtienen por explotación de poblaciones naturales. Sin embargo, la creciente demanda de materia prima por parte de la industria, aunado a la sobreexplotación y destrucción de praderas naturales, ha potenciado el desarrollo de métodos de cultivo como alternativa al suministro de biomasa. Entre las técnicas conocidas para el cultivo de macroalgas se encuentran una amplia gama de opciones que incluyen cultivos en el mar, cultivos en pozas y cultivos en tanques. Sin embargo, solo los cultivos en el mar y en pozas a partir de propagación vegetativa han prevalecido como comercialmente rentables, pero para la producción de algas marrones, que suelen medir hasta 40 metros de longitud, las pozas limitan su producción y son sembradas en el mar atadas en cuerdas de la superficie marina, cuando naturalmente suele crecer en la profundidad del mar.Most macroalgae species of industrial interest are obtained by exploitation of natural populations. However, the growing demand for raw materials by industry, coupled with the overexploitation and destruction of natural grasslands, has enhanced the development of cultivation methods as an alternative to the supply of biomass. Among the known techniques for the cultivation of macroalgae are a wide range of options that include crops in the sea, crops in wells and crops in tanks. However, only crops in the sea and in ponds from vegetative propagation have prevailed as commercially profitable, but for the production of brown algae, which usually measure up to 40 meters in length, the pools limit their production and are sown in the sea tied on ropes of the sea surface, when naturally it usually grows in the depth of the sea.
La amplia extensión que se tiene en el fondo marino es casi desconocida, ya que el océano cubre el 70% de la superficie del planeta y, sin embargo, solo se conoce el 0.05% de todo el océano. Por esta razón, el fondo marino dispone de una enorme extensión de terreno aprovechable para el desarrollo de la acuicultura de algas, lo que no se ha producido hasta ahora, entre otros problemas, por las dificultades que implica la siembra a más de 40 metros bajo el agua.The wide extent of the seabed is almost unknown, since the ocean covers 70% of the planet's surface and, however, only 0.05% of the entire ocean is known. For this reason, the seabed has a huge area of land that can be used for the development of seaweed aquaculture, which has not occurred so far, among other problems, due to the difficulties involved in planting more than 40 meters below Water.
Teniendo en cuenta que un buceo profundo es aquel que se realiza debajo de los 15 metros, no se recomienda sobrepasar los 30 metros de profundidad y se suele establecer como profundidad máxima de buceo recreativo con aire como mezcla respiratoria los 40 metros de profundidad. Dado que cada persona respira a un ritmo diferente y que a mayor profundidad se consume el aire más rápido; los buzos llevan un indicador que les permite saber la cantidad de aire que les queda en el tanque. No obstante, se puede decir que los buzos en calma y en aguas cálidas buceando entre 15 y 30 metros de profundidad pueden pasar alrededor de 1 hora bajo el agua con un tanque estándar. Agregando a esto los problemas de buceo, por las condiciones medioambientales del agua, como la presión, las bajas temperaturas y la poca visibilidad, hacen prácticamente inviable utilizar personas para estas labores de acuicultura.Taking into account that a deep dive is one that is done below 15 meters, it is not recommended to exceed 30 meters deep and it is usually established as a maximum depth of recreational diving with air as a respiratory mixture 40 meters deep. Since each person breathes at a different rate and the deeper the air is consumed faster; Divers carry an indicator that lets them know how much air they have left in the tank. However, it can be said that divers in calm and warm waters diving between 15 and 30 meters deep can spend about 1 hour underwater with a standard tank. Adding to this the diving problems, due to the environmental conditions of the water, such as pressure, losses temperatures and poor visibility make it practically unfeasible to use people for these aquaculture work.
Por otro lado, el conocimiento científico de los mares profundos está creciendo rápidamente mediante el uso de una variedad de tecnologías entre las que se encuentran actualmente los robots submarinos, ofreciendo generalmente mejor información a un costo más reducido. Estos robots han permitido realizar operaciones en aguas profundas, por su capacidad de soportar altas presiones y bajas temperaturas; también han sido capaces de intervenir en desastres como lo son las fugas en instalaciones petrolíferas. Existen dos grupos principales de robots submarinos, los ROV (vehículos operados remotamente) y AUV (vehículos submarinos autónomos) y las principales ventajas y desventajas del ROV con respecto al AUV, se basan en el empleo del cordón umbilical. A través el cual los ROV tienen la posibilidad de transmitir la energía eléctrica a los dispositivos eléctricos y electrónicos del equipo bajo el agua, permitiendo tener una comunicación en tiempo real entre los equipos de superficie y el robot submarino. Al contar con la energía eléctrica desde la superficie, prácticamente no existe restricción en el tiempo que puede estar un ROV dentro del agua.On the other hand, scientific knowledge of the deep seas is growing rapidly through the use of a variety of technologies among which underwater robots are currently, generally offering better information at a lower cost. These robots have allowed deep water operations to be carried out, due to their ability to withstand high pressures and low temperatures; They have also been able to intervene in disasters such as leaks in oil facilities. There are two main groups of underwater robots, the ROV (remotely operated vehicles) and AUV (autonomous underwater vehicles) and the main advantages and disadvantages of the ROV with respect to the AUV, are based on the use of the umbilical cord. Through which the ROVs have the possibility of transmitting the electrical energy to the electrical and electronic devices of the equipment underwater, allowing to have a real-time communication between the surface equipment and the underwater robot. By having the electrical energy from the surface, there is practically no restriction on the time that an ROV can be inside the water.
Los trabajos acuícolas industrializados requieren una actividad permanente de los medios de producción en un entorno que es hostil a la vida humana y que en consecuencia debe realizarse por maquinas automatizadas como estos robots submarinos y mecanismos específicos. Sin embargo, en el estado del arte sólo se encuentran débiles asociaciones entre sistemas robóticos y labores de acuicultura, apenas algunos robots aplicados a tareas específicas que envuelven por ejemplo la colección de moluscos, alimentación de peces y monitorización de variables oceánicas y biológicas.Industrialized aquaculture works require a permanent activity of the means of production in an environment that is hostile to human life and that consequently must be carried out by automated machines such as these underwater robots and specific mechanisms. However, in the state of the art there are only weak associations between robotic systems and aquaculture work, just a few robots applied to specific tasks that involve, for example, the collection of mollusks, fish feeding and monitoring of oceanic and biological variables.
Sistemas relacionados con labores subacuáticas pueden encontrarse en la patente CN106614210B, donde se divulga un sistema robotizado que consiste en un robot de alimentación automático para acuicultura que comprende un cuerpo de alimentación y un dispositivo de arrastre. El cuerpo de alimentación está conectado con el dispositivo de arrastre, y un dispositivo flotante está instalado en el cuerpo de alimentación. En este caso se trata de un dispositivo específico para alimentación de peces en granjas. La patente CN106509053B divulga un sistema de lavado y robot de cepillado de conchas para la acuicultura. El modelo de utilidad CN204599019U divulga un robot de acuicultura de operación no tripulada bajo el agua que en este caso se trata de un típico robot ROV con cámaras, sensores y brazos manipuladores.Systems related to underwater work can be found in the CN106614210B patent, where a robotic system is disclosed consisting of an automatic feeding robot for aquaculture comprising a feeding body and a dragging device. The feeding body is connected to the dragging device, and a floating device is installed in the feeding body. In this case it is a specific device for feeding fish on farms. The CN106509053B patent discloses a washing system and shell brushing robot for aquaculture. The utility model CN204599019U discloses an aquaculture robot of Unmanned underwater operation which in this case is a typical ROV robot with cameras, sensors and manipulator arms.
Como se deduce de lo expuesto anteriormente, el estado del arte carece de soluciones activas y permanentes para labores de acuicultura basadas en tecnologías robóticas colaborativas, que puedan optimizar y dotar de mayor autonomía tareas como la siembra, control, recogida o cultivo de los fondos marinos.As can be deduced from the above, the state of the art lacks active and permanent solutions for aquaculture work based on collaborative robotic technologies, which can optimize and provide greater autonomy tasks such as planting, control, collection or cultivation of seabed .
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION
Con el fin de alcanzar los objetivos y evitar los inconvenientes mencionados anteriormente, la presente invención describe, en un primer aspecto un sistema subacuático para labores de acuicultura que comprende una colonia de robots subacuáticos, donde cada uno de los robots subacuáticos comprende un robot nodriza, un robot maestro y al menos un robot esclavo, donde el robot nodriza comprende:In order to achieve the objectives and avoid the aforementioned drawbacks, the present invention describes, in a first aspect, an underwater system for aquaculture work comprising a colony of underwater robots, where each of the underwater robots comprises a nurse robot, a master robot and at least one slave robot, where the nurse robot comprises:
- unos medios para flotar sobre el agua;- means to float on water;
- unos primeros medios de desplazamiento para desplazarse por la superficie del agua;- first means of travel to move along the surface of the water;
- un módulo de control, con medios de posicionamiento y de comunicaciones; y - un primer cable umbilical para comunicaciones y transmisión de energía dispuesto en una parte inferior del robot nodriza;- a control module, with positioning and communications means; and - a first umbilical cable for communications and energy transmission arranged in a lower part of the mother robot;
donde el robot maestro, que se encuentra conectado al robot nodriza por medio del primer cable umbilical, comprende:where the master robot, which is connected to the nurse robot by means of the first umbilical cable, comprises:
- unos segundos medios de desplazamiento para desplazarse bajo la superficie agua; y- a few second means of movement to move under the water surface; and
- un segundo cable umbilical para comunicaciones y transmisión de energía;- a second umbilical cable for communications and power transmission;
y donde el robot esclavo, que se encuentra conectado al robot maestro por el segundo cable umbilical, comprende:and where the slave robot, which is connected to the master robot by the second umbilical cable, comprises:
- unos terceros medios de desplazamiento para desplazarse bajo la superficie del agua; y- third means of movement to move under the surface of the water; and
- una garra de tipo pinza configurada para realizar una manipulación 3D subacuática de las labores de acuicultura. - a clamp type clamp configured to perform underwater 3D manipulation of aquaculture work.
En una de las realizaciones de la invención, el robot nodriza además comprende un panel solar orientable para proveer de energía al sistema. Así, ventajosamente, la autonomía del sistema es prácticamente ilimitada.In one of the embodiments of the invention, the nurse robot further comprises an adjustable solar panel to provide power to the system. Thus, advantageously, the autonomy of the system is practically unlimited.
Para regular la longitud del cable umbilical y así, poder adaptar el sistema a diferentes profundidades de trabajo, se contempla disponer un carrete servocontrolado en el robot nodriza, conectado a un extremo del cable umbilical que une dicho robot nodriza con el robot maestro.To regulate the length of the umbilical cable and thus, to be able to adapt the system to different working depths, it is contemplated to have a servo-controlled reel in the nurse robot, connected to one end of the umbilical cable that joins said nurse robot with the master robot.
Adicionalmente, en una de las realizaciones de la invención, el robot maestro comprende además unos medios de percepción, que a su vez comprenden un sonar de de barrido lateral y unas cámaras de abordo. Así ventajosamente puede recrearse el entorno subacuático de trabajo y transmitirlo por la conexión de datos del cable umbilical hasta el robot nodriza, el cual puede cargar la información a la nube desde el sistema de comunicaciones del módulo de control o hacerla accesible en tiempo real a un operario a través de una interfaz de usuario.Additionally, in one of the embodiments of the invention, the master robot further comprises perception means, which in turn comprise a side scan sonar and onboard cameras. Thus, the underwater working environment can be advantageously recreated and transmitted by the umbilical cable data connection to the nurse robot, which can upload the information to the cloud from the communication system of the control module or make it accessible in real time to a Operator through a user interface.
En una de las realizaciones de la invención, el robot esclavo comprende unas luces y unas cámaras de visión dispuestas en su parte frontal, para asistir al control remoto del robot esclavo. Ventajosamente, esto permite conocer con mayor precisión el entorno del robot esclavo y obtener una imagen directo de los elementos a manipular, como pueden ser las algas cultivadas o el fondo marino.In one of the embodiments of the invention, the slave robot comprises lights and vision cameras arranged in its front part, to assist the remote control of the slave robot. Advantageously, this allows us to know more precisely the environment of the slave robot and obtain a direct image of the elements to be handled, such as cultivated algae or the seabed.
Los medios de desplazamiento de cada unos de los robots que forman el robot subacuático, se contempla que puedan ser impulsores de hélice.The means of displacement of each of the robots that form the underwater robot, it is contemplated that they can be propeller impellers.
De manera opcional, en una de las realizaciones de la invención, la garra tipo pinza del robot esclavo cuenta con unas herramientas de trabajo adicionales para labores de acuicultura específicas. Optionally, in one of the embodiments of the invention, the claw-type claw of the slave robot has additional work tools for specific aquaculture work.
En una realización particular de la invención, la garra tipo pinza del robot esclavo tiene seis grados de libertad. Así, sus movimientos permiten reproducir todos los movimientos que realizarían los brazos de una persona en las labores de acuicultura.In a particular embodiment of the invention, the claw-type claw of the slave robot has six degrees of freedom. Thus, its movements allow to reproduce all the movements that would make the arms of a person in the work of aquaculture.
Para preservar los componentes electrónicos del robot esclavo, se contempla un módulo estanco con uno o varios compartimentos en los que alojar dichos componentes.To preserve the electronic components of the slave robot, a sealed module with one or more compartments in which to accommodate said components is contemplated.
El módulo de control del robot nodriza, de acuerdo a una de las realizaciones de la invención, comprende un microprocesador configurado para enviar órdenes a los primeros medios de desplazamiento basadas en una posición de trabajo asignada previamente. Así, ventajosamente, al repartir el espacio de trabajo sobre el agua entre todos los robots de la colonia, por ejemplo a modo de cuadrícula, y asignar a cada robot una subzona de trabajo, los robots nodriza se mantienen centrados en su subzona de trabajo. Gracias a los medios de posicionamiento, si uno detecta que se está desviando de su posición asignada, el módulo de control envía la correspondiente orden a los medios de desplazamiento para recuperar la posición asignada. Este proceso de control puede realizarse de manera automática o, de acuerdo a otra de las realizaciones de la invención donde el módulo de control además puede comprender una interfaz de usuario con conexión a la nube, puede realizarla remotamente un operario con acceso a los datos en tiempo real.The control module of the nurse robot, according to one of the embodiments of the invention, comprises a microprocessor configured to send orders to the first means of travel based on a previously assigned work position. Thus, advantageously, by distributing the work space on the water among all the robots in the colony, for example as a grid, and assigning to each robot a work sub-area, the nurse robots remain centered in their work sub-area. Thanks to the positioning means, if one detects that it is deviating from its assigned position, the control module sends the corresponding order to the displacement means to recover the assigned position. This control process can be performed automatically or, according to another embodiment of the invention where the control module can also comprise a user interface with a cloud connection, can be done remotely by an operator with access to the data in real time.
La colonia de robots acuicultores de la presente invención tiene un diseño singular, en el que todos los robots cooperan entre sí para realizar tareas específicas que, en conjunto, responden a labores más complejas planificadas para toda una zona de trabajo. Por tanto, la colonia de la presente invención representa una ventajosa solución para el desarrollo de una colonia autónoma y permanente de robots submarinos con capacidad de sembrar, vigilar y cosechar algas, como lo haría un agricultor humano.The colony of aquaculture robots of the present invention has a unique design, in which all robots cooperate with each other to perform specific tasks that, together, respond to more complex work planned for an entire work area. Therefore, the colony of the present invention represents an advantageous solution for the development of an autonomous and permanent colony of underwater robots capable of sowing, monitoring and harvesting algae, as a human farmer would.
Por todo lo expuesto anteriormente, la presente invención supone un gran avance en las inconmensurables posibilidades de aprovechar el espacio 3D oceánico como fuente de alimentación basada en la acuicultura sostenible, permanente organizada y avanzada tecnológicamente, lo que plantea la esperanza de resolver los graves problemas de alimentación que acucian muchas regiones de nuestro planeta. For all the above, the present invention represents a great advance in the immeasurable possibilities of taking advantage of the oceanic 3D space as a power source based on sustainable aquaculture, permanent organized and technologically advanced, which raises the hope of solving the serious problems of food that many regions of our planet are pressing.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Para completar la descripción de la invención y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de sus características, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización de la misma, se acompaña un conjunto de dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se han representado las siguientes figuras:To complete the description of the invention and in order to help a better understanding of its characteristics, in accordance with a preferred example of its realization, a set of drawings is attached where, for illustrative and non-limiting purposes, represented the following figures:
- La figura 1 representa una vista general de un robot acuicultor, que comprende un robot nodriza, un robot submarino maestro y varios robots submarinos esclavos.- Figure 1 represents a general view of an aquaculture robot, comprising a nurse robot, a master underwater robot and several slave underwater robots.
- La figura 2 representa una posible distribución matricial del espacio de trabajo de la colonia de robots acuicultores.- Figure 2 represents a possible matrix distribution of the work space of the colony of aquaculture robots.
- La figura 3 representa un robot nodriza, según una de las realizaciones de la invención.- Figure 3 represents a nurse robot, according to one of the embodiments of the invention.
- La figura 4 representa un robot submarino esclavo acuicultor, de acuerdo a una de las realizaciones de la invención.- Figure 4 represents an underwater aquaculture slave robot, according to one of the embodiments of the invention.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓNDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invención divulga un sistema subacuático para labores de acuicultura, especialmente enfocado en algas marinas. Así, una de las realizaciones se refiere a una colonia de robots acuicultores formada por un conjunto de robots submarinos que cooperan entre sí, usando sus brazos articulados para realizar tareas que forman a su vez un conjunto de labores planificadas para aplicaciones acuícolas y para su propia sostenibilidad.The present invention discloses an underwater system for aquaculture work, especially focused on seaweed. Thus, one of the achievements refers to a colony of aquaculture robots formed by a set of underwater robots that cooperate with each other, using their articulated arms to perform tasks that in turn form a set of planned tasks for aquaculture applications and for their own sustainability
La figura 1 muestra una realización de una unidad colonizante, la cual está estructurada en un robot nodriza 11, un robot submarino maestro 6 y varios robots submarinos esclavos 4. Figure 1 shows an embodiment of a colonizing unit, which is structured in a mother robot 11 , a master underwater robot 6 and several slave underwater robots 4 .
El robot nodriza 11 de superficie, que se observa en las figuras 1 y 3, es un dispositivo electrónico diseñado para flotar en el agua, dotado de paneles solares flexibles 1, unas baterías que alimentan a todo el sistema y que son recargables mediante los paneles solares 1, un módulo de posicionamiento GPS y comunicaciones por satélite 12, (donde las comunicaciones se pueden compartir a las unidades circundantes por un sistema inalámbrico), un ordenador de control 22 y unos impulsores de hélice eléctricos 2 para desplazar el robot nodriza a una posición asignada de trabajo sobre la superficie del agua, como por ejemplo en el reparto de retículas virtuales 20 que se observa en la figura 2. El robot nodriza posee un control de alto nivel e interfaz de usuario con conexión 21 a la nube. Mediante un cable umbilical 3 de potencia y comunicaciones, se conecta con el robot submarino maestro 6, que hace las funciones de un sistema concentrador. El robot nodriza 11 dispone de un carrete servo controlado 14 para suministrar y recoger un cable umbilical 3 de potencia y comunicaciones con fibra óptica.The surface nurse 11 , which can be seen in figures 1 and 3 , is an electronic device designed to float on the water, equipped with flexible solar panels 1 , batteries that feed the entire system and are rechargeable through the panels solar 1 , a GPS positioning module and satellite communications 12, (where communications can be shared to the surrounding units by a wireless system), a control computer 22 and electric propeller impellers 2 for move the nurse robot to an assigned work position on the surface of the water, such as in the distribution of virtual reticles 20 shown in Figure 2 . The nurse robot has a high level control and user interface with connection 21 to the cloud. Through an umbilical cable 3 of power and communications, it is connected to the submarine master robot 6 , which functions as a concentrator system. The nurse robot 11 has a controlled servo reel 14 to supply and collect an umbilical cable 3 of power and communications with optical fiber.
El robot submarino maestro 6, que puede observarse en la figura 1, sirve de pasarela para la conexión con la pluralidad de robots submarinos esclavos 4, cumpliendo una función de sistema concentrador "hub”. Se conecta con el robot nodriza a través del cordón umbilical 3, que es un cable por el cual recibe potencia y transmite datos en los dos sentidos por fibra óptica. Al mantener una comunicación por fibra óptica, los datos se transmiten a muy alta velocidad, lo que permite observar imágenes submarinas en la superficie, hacer tareas de control en tiempo real y realizar actividades de telemanipulación. Por otro lado, el cable también sirve para mantener unidos los diferentes robots esclavos al resto del sistema. Mediante el sistema de posicionamiento del robot nodriza 11 se puede determinar el posicionamiento del sistema de los robots submarinos, tanto maestros 6 y como esclavos 4. La ubicación del robot maestro puede variarse mediante la acción de un conjunto de impulsores 13. El robot maestro 6 además dispone de los recursos de percepción del sonar de barrido lateral y de las cámaras a bordo 8 para recrear el entorno. El robot maestro 6 suministra la potencia y el control de movimiento a la pluralidad de robots esclavos 4 conectados, en su función de pasarela, a través de unos cables umbilicales 7 locales.The submarine master robot 6 , which can be seen in figure 1 , serves as a gateway for the connection with the plurality of slave underwater robots 4 , fulfilling a function of hub concentrator system. It is connected with the nurse robot through the umbilical cord 3 , which is a cable through which it receives power and transmits data in both directions by optical fiber.When maintaining a communication by optical fiber, the data is transmitted at very high speed, which allows to observe underwater images on the surface, make real-time control tasks and perform telemanipulation activities On the other hand, the cable also serves to hold the different slave robots together to the rest of the system By means of the positioning system of the nurse robot 11 , the positioning of the system of the underwater robots, both masters 6 and slaves 4. The location of the master robot can be varied by the action of a set of imp ulsores 13. The master robot 6 also has the perception resources of the side scan sonar and the on-board cameras 8 to recreate the environment. The master robot 6 supplies the power and motion control to the plurality of slave robots 4 connected, in its function as a gateway, through local umbilical cables 7 .
Los robots submarinos esclavos 4, que se observan en las figuras 1 y 4, son unidades simples operacionales a las que también puede hacerse referencia como drnnes submarinos, los cuales cumplen las funciones de manipuladores acuicultores. Cada uno de los robots submarinos esclavos 4 dispone de varios impulsores 10, que en una realización preferida se configuran como un dron de tipo quadrotor (con cuatro impulsores). Cada robot esclavo 4 dispone de una garra 5 o pinza estratégicamente dispuesta en su parte media inferior que puede hacer manipulación 3D y labores de acuicultura en el espacio de trabajo asignado. Además, cada robot esclavo 4 dispone de dos carcasas estancas 15, en la primera está alojada la electrónica de potencia de los motores de la garra 5 de manipulación, la cual posee una pinza de múltiples propósitos cuya electrónica también está alojada en dicha carcasa, mientras que en la segunda carcasa se encuentran los sistemas sensoriales de navegación, como por ejemplo una unidad de medición inercial, un barómetro y un sensor de fugas. Por último, en la parte frontal exterior del robot esclavo se disponen unas luces (18) y cámaras (17) para asistir al control remoto de los robots esclavos por parte de un operario.Underwater slave robots 4 , which are observed in figures 1 and 4, are simple operational units that can also be referred to as underwater drnnes, which fulfill the functions of aquaculture handlers. Each of the slave underwater robots 4 has several impellers 10, which in a preferred embodiment are configured as a quadrotor type drone (with four impellers). Each slave robot 4 has a claw 5 or clamp strategically arranged in its lower middle part that can do 3D manipulation and aquaculture work in the assigned workspace. In addition, each slave robot 4 has two watertight housings 15, the first one houses the power electronics of the motors of the claw 5 of handling, which has a multi-purpose clamp whose electronics are also housed in said housing, while in the second housing there are sensory navigation systems, such as an inertial measurement unit, a barometer and a leak sensor. Finally, on the outer front of the slave robot, some lights (18) and cameras (17) are arranged to assist the remote control of the slave robots by an operator.
Una colonia 19 de robots acuicultores (como la de la figura 2), formada por una pluralidad de robots con la estructura mostrada en la figura 1, se distribuye por la superficie de trabajo de acuerdo a una distribución previamente diseñada. Por ejemplo, puede dividirse la superficie en forma de cuadrícula, como se ve en la figura 2, y asignar a cada uno de los robots acuicultores uno de los cuadrados 20 resultantes. El robot nodriza 11 de superficie, gracias a que cuenta con un módulo de posicionamiento GPS y comunicaciones 12, es capaz de mantener la posición asignada o desplazarse hasta ella haciendo uso de los impulsores de hélice 2. El sistema de comunicaciones del robot nodriza funciona como interfaz de usuario, de manera que permite la interacción de un operario con acceso a la nube.A colony 19 of aquaculture robots (such as that of Figure 2), formed by a plurality of robots with the structure shown in Figure 1 , is distributed along the work surface according to a previously designed distribution. For example, the surface can be divided into a grid, as seen in Figure 2 , and assign to each of the aquaculture robots one of the resulting squares 20 . The surface nurse 11 , thanks to a GPS positioning and communications module 12 , is able to maintain the assigned position or move to it using the propeller impellers 2. The communication system of the nurse robot functions as user interface, so that it allows the interaction of an operator with access to the cloud.
La autonomía del sistema subacuático de la presente invención es prácticamente ilimitada, ya que recibe su alimentación desde las baterías recargables por la energía captada por los paneles solares. Dichos paneles, de acuerdo a una de las realizaciones, son orientables, por lo que mediante un control de seguimiento solar incorporado al sistema, se puede garantizar el máximo aprovechamiento de la energía solar disponible.The autonomy of the underwater system of the present invention is practically unlimited, since it receives its power from the rechargeable batteries by the energy captured by the solar panels. Said panels, according to one of the embodiments, are orientable, so that by means of a solar tracking control incorporated into the system, maximum utilization of the available solar energy can be guaranteed.
Una vez el robot nodriza 11 se encuentra en el espacio de trabajo asignado, el robot maestro 6 se encarga del reconocimiento de la zona utilizando sus recursos de percepción, que en una de las realizaciones consisten en cámaras y un sonar de barrido 8. Estos recursos de percepción permiten con total precisión las particularidades del terreno bajo los robots y adaptar la profundidad de su actuación en las labores acuícolas regulando la longitud del cable umbilical 3 mediante el carrete servo 14 del robot nodriza. El robot maestro 6 funciona así como concentrador, de acuerdo a un mapa del entorno elaborado a partir de la información obtenida por sus propios recursos de percepción y completada con la recogida por los robots esclavos, pudiendo también combinarse con planos marinos de la zona de trabajo. Finalmente, mediante un software de inteligencia artificial, los robots esclavos colaboran entre sí para realizar los trabajos deseados, que comprenden la manipulación de especies vegetales marinas utilizando la pinza 5 con, según una de las realizaciones, seis grados de libertad.Once the nurse robot 11 is in the assigned workspace, the master robot 6 is responsible for the recognition of the area using its perception resources, which in one of the embodiments consist of cameras and a scanning sonar 8 . These resources of perception allow with total precision the particularities of the terrain under the robots and adapt the depth of their performance in aquaculture work by regulating the length of the umbilical cable 3 by means of the servo reel 14 of the nurse robot . The master robot 6 works as a concentrator, according to a map of the environment prepared from the information obtained by its own perception resources and completed with the collection by the slave robots, and can also be combined with marine plans of the work zone. Finally, by means of an artificial intelligence software, the slave robots collaborate with each other to carry out the desired works, which include the manipulation of marine plant species using clamp 5 with, according to one of the embodiments, six degrees of freedom.
El sistema subacuático de la presente invención, de acuerdo a una de las realizaciones, contempla que varios robots esclavos colaboren juntos para realizar trabajos cooperativos como la siembra, poda, recolección o transporte de material vegetal para alimentación, por ejemplo, de peces en granjas.The underwater system of the present invention, according to one of the embodiments, contemplates that several slave robots collaborate together to perform cooperative work such as planting, pruning, collecting or transporting plant material for feeding, for example, fish on farms.
Una colonia de robots acuicultores permanente puede monitorear las variables oceánicas y biológicas, así como monitorear sus propias actividades y subir toda esa información a la nube para ser procesada posteriormente por un sistema de gestión de datos de Big Data. Este aprendizaje permite depurar el funcionamiento y autonomía de la colonia de robots hasta dotarla de un avanzado grado de autonomía basada en inteligencia artificial.A colony of permanent aquaculture robots can monitor ocean and biological variables, as well as monitor their own activities and upload all that information to the cloud to be subsequently processed by a Big Data data management system. This learning allows to purify the operation and autonomy of the colony of robots until endowing it with an advanced degree of autonomy based on artificial intelligence.
La presente invención no debe verse limitada a la forma de realización aquí descrita. Otras configuraciones pueden ser realizadas por los expertos en la materia a la vista de la presente descripción. En consecuencia, el ámbito de la invención queda definido por las siguientes reivindicaciones. The present invention should not be limited to the embodiment described herein. Other configurations can be made by those skilled in the art in view of the present description. Accordingly, the scope of the invention is defined by the following claims.
Claims (11)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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|---|---|
| ES2729816B2 (en) | 2021-06-25 |
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