ES2924298B2 - Tren de aterrizaje de vehículos aéreos no tripulados para su fijación sobre tuberías - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

Tren de aterrizaje de vehículos aéreos no tripulados para su fijación sobre tuberías

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La siguiente invención, según se expresa en el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un tren de aterrizaje especialmente concebido para que funcione como parte de un vehículo aéreo no tripulado o dron, al objeto de que el conjunto pueda aterrizar sobre la superficie de una tubería en un amplio rango de diámetros, u otras superficies curvas, a fin de realizar sobre la misma alguna operación de inspección y/o mantenimiento.

El campo de aplicación de la presente invención está dentro de la industria aeronáutica, y, más concretamente, se propone un tren de aterrizaje destinado a vehículos aéreos no tripulados.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En el ámbito de las instalaciones industriales, es por todos conocido, las dificultades que muchas veces existen para acometer los procedimientos de mantenimiento sobre las mismas. En concreto, cuando se han de acometer tareas de inspección o reparación de superficies metálicas, especialmente en tuberías, a las que el operario no puede acceder de forma sencilla. Incluso, en muchos casos, estas instalaciones se ubican en lugares en los que existen riesgos higiénicos o de explosión que podrían poner en peligro la salud o, incluso, la integridad física del operario, como es el caso de lo que ocurre, a modo de ejemplo, en instalaciones petroquímicas donde se dan atmósferas explosivas y/o tóxicas.

En otros casos, las instalaciones, están dispuestas en sitios en los que el acceso del ser humano está limitado, o supone un riesgo para las personas; a modo de ejemplo, instalaciones situadas en altura, que supongan un riesgo de caída o la dificultad para operar por la falta de estabilidad del operario.

Atendiendo a las soluciones presentes en el estado de la técnica, para acometer estas labores de inspección y/o reparación, se emplean robots trepadores que se adhieren a las tuberías haciendo uso de una diversidad de mecanismos, que le permiten moverse en todas las direcciones de la misma. Sin embargo, éstos presentan la problemática de que, en muchos casos, no existe una superficie de acceso a través de la cual acceder al lugar de trabajo, al presentar la limitación de una movilidad reducida al movimiento por una sola tubería. En otros casos, se opta por utilizar maquinaria industrial adaptada para poder acceder a esas áreas de trabajo localizadas en lugares recónditos y a las que no podría llegar un robot terrestre. Aun así, dependiendo del escenario de trabajo, en muchos casos resulta peligroso o incluso inviable.

Por último, también se hacen inspecciones a través de dispositivos que tienen un contacto con la superficie en pleno vuelo, lo que dificulta mucho la inspección, ya que el tiempo de vuelo es limitado y la tecnología que se necesita tiene un costo muy elevado.

Así, revisando el estado de la técnica en la materia en cuanto a invenciones relacionadas, también contiene las siguientes referencias identificadas por su número de publicación y título, respectivamente:

• WO2013132114 "Tren de aterrizaje telescópico de inspección de vehículo aéreo no tripulado”.

• CN211336443 "Tren de aterrizaje flexible de patrullas y exámenes de vehículos aéreos no tripulados”.

• CN107323654 "Una especie de tren de aterrizaje de avión no tripulado de protección de plantas”.

• US2021/0071801 "Rastreador de tuberías”, la cual presenta un rastreador de tuberías para su inspección desde el exterior, incorporando dos brazos para el amarre a la tubería por el exterior en forma de horquilla. También presenta unos «bloques envolventes de adaptación», y un emplazamiento central conectado al dron configurando un soporte. Y consta igualmente de los dispositivos de inspección. No incorporando, sin embargo, un anclaje con imanes.

• CN109605405 "Soporte de agarre de cilindro autoadaptable” incorpora un dispositivo para el amarre exterior a tuberías, para montarse en un robot automatizado de inspección o mantenimiento. Presenta sendos brazos en forma de horquilla con tres bloques envolventes de adaptación a la superficie de la tubería. En los extremos de los mismos incluye un electroimán para la fijación a cilindros de material ferromagnético.

El problema técnico más importante del conjunto de soluciones presentes en el estado de la técnica en cuanto al uso de vehículos aéreos no tripulados a tal fin, es la dificultad a la que se enfrenta el propio dron a la hora de poder anclarse de manera precisa y segura en este tipo de estructuras, hasta el extremo, de que, hasta la fecha, no se haya podido implementar una solución viable para acceder a la superficie de las referidas tuberías o similar, mediante el uso de un sistema aéreo.

Como solución a la problemática anteriormente descrita, de no tener acceso de forma segura al lugar donde queremos realizar una inspección, mantenimiento, reparación, etc., se plantea una solución técnica basada en el empleo de un tren de aterrizaje adaptativo, robusto y de bajo peso, que pueden usar los vehículos aéreos no tripulados al objeto de anclarse a las estructuras y realizar cualquiera de las operaciones anteriormente descritas.

Respecto a la actuación a llevar a cabo, en el caso de que se tratara de una inspección, a modo de ejemplo, se podría hacer uso de un dispositivo tipo "Crawler” o rastreador, u otro cualquiera que iría alojado en un compartimiento del propio tren de aterrizaje. Alternativamente, el vehículo aéreo también podría llevar un brazo robótico o sistema mecatrónico que le permitiera realizar la mencionada operación.

Así, a partir de los antecedentes descritos, el uso del "Tren de aterrizaje de vehículos aéreos no tripulados para su fijación sobre tuberías”, aporta respecto al estado de la técnica, las siguientes ventajas:

• Hace posible el anclaje de manera robusta sobre múltiples superficies, siendo especialmente diseñado para aterrizar sobre cualquier tubería en un amplio rango de diámetros.

• Se monta de forma sencilla en cualquier dispositivo aéreo dotándolo de la capacidad de aterrizaje sobre estructuras complejas sobre las cuales no es posible hacerlo con los dispositivos convencionales.

• El tren de aterrizaje tiene múltiples grados de libertad que permiten múltiples operativas.

• Al anclarse sobre la tubería se lleva a cabo una fijación entre el dron y la propia tubería que no genera consumo eléctrico alguno.

• El aterrizaje o despegue no requiere de una elevada precisión, ya que el sistema por su morfología es capaz de adaptarse a la superficie de la tubería sin la necesidad de que el centrado sobre la misma sea perfecto.

• Además de estar construido por materiales muy ligeros y resistentes, la invención propuesta tiene una estabilidad mejorada ya que es capaz de adaptarse de manera pasiva a múltiples escenarios de aterrizaje, y su consumo es nulo, tanto estando anclado como durante el aterrizaje, por lo que proporciona un método de anclaje adaptativo totalmente pasivo.

• Permite desactivar los sistemas de anclaje de manera electrónica facilitando la simplicidad del despegue y la ausencia de esfuerzos.

• Una vez despegado, por la propia geometría del conjunto el tren de aterrizaje queda totalmente paralelo al suelo sin deformación aparente.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

A modo de explicación de la invención, el "Tren de aterrizaje de vehículos aéreos no tripulados para su fijación sobre tuberías” se basa en la combinación de dos brazos iguales en forma de horquilla de apertura hacia abajo concebidos para su ubicación en sendos planos transversales al propio eje longitudinal de la tubería en el aterrizaje sobre la misma, vinculada por su extremo superior a la estructura principal de una aeronave, mientras que su extremo inferior de apertura de sendas horquillas, contienen sendos bloques envolventes de adaptación a la superficie de la tubería durante el aterrizaje y anclaje con imanes sobre la misma, a lo que se añade un emplazamiento central conectado por arriba a la estructura principal de la nave, mientras que por su extremo inferior descansa sobre los referidos bloques envolventes de adaptación, haciendo de unión entre los mismos y configurando una rampa sobre la tubería por la que puede desplazarse un dispositivo de inspección, según la siguiente caracterización;

A. Dos conjuntos de dos brazos en forma de horquilla rígidas iguales concebidas para su fijación por sendos extremos superiores haciendo uso de los correspondientes rodamientos a la estructura principal del vehículo aéreo no tripulado, en configuraciones provistas de un grado de libertad independiente respecto a la aeronave por cada una de sus cuatro prolongaciones, según movimiento angular perpendicular al sentido del avance de la propia aeronave, que pueda compensar la falta de alineamiento del conjunto al aterrizar sobre la superficie de la tubería, mientras que los extremos inferiores de apertura de sendas horquillas se conciben para su unión al bloque evolvente de adaptación también a través de rodamientos. Mas concretamente, cada prolongación se ha configurado según una combinación de un conjunto de planchas a base de poliedros rectangulares fijadas a una base continua, al objeto de facilitar el movimiento del conjunto de la estructura en una sola dirección, adaptándose a una amplia variedad de superficies tubulares sin que se produzcan, en posición de reposo, deformaciones algunas sobre la propia estructura. El movimiento de cada uno de los cuatro brazos es independiente y es libre sin motorizar, pero está restringido por la unión de inferior flexible que se deforma según la superficie a contactar.

B. Dos bloques envolventes de adaptación iguales que hacen la unión entre los extremos inferiores de apertura de sendas horquillas, concebidos para su adaptación durante el aterrizaje a la forma de la tubería, en base a una configuración que se adapta de forma progresiva hasta el completo anclaje transversal a la superficie superior de la misma, según una configuración consistente en múltiples poliedros rectangulares unidos por su punto central a una plancha flexible que hace de base de los mismos y garantiza un movimiento armónico para adaptarse a la superficie cilíndrica. Para completar la descripción de sendos bloques envolventes de adaptación, cada uno de ellos contiene, tanto en los correspondientes extremos como en su parte central, imanes permanentes dotados de un pequeño amortiguador semirrígido que les aporta dos grados de libertad de rotación sobre su punto de anclaje, a fin de adaptarse a la perpendicularidad de la superficie de la tubería, haciendo posible el anclaje de la aeronave de forma muy segura.

C. Emplazamiento central-inferior para transportar un dispositivo de inspección, dispuesto según una primera plancha paralela a la estructura de la aeronave (quedando de forma horizontal) y unida a la misma sobre un eje coincidente con el centro geométrico de la aeronave, en torno al cual puede rotar. Continuando con su descripción, uno de los extremos de dicha plancha central, está dispuesto longitudinalmente a la propia tubería durante el aterrizaje, y vinculado a una segunda plancha por medio de una bisagra a modo de brazo intermedio. Dicha plancha intermedia también se vincula por su extremo opuesto, y en unión abisagrada, a una tercera plancha que conforma la superficie de transporte referida. La tercera plancha, por último, descansa, en su extremo inferior y en contacto con la tubería, sobre un eje que une los dos bloques envolventes de adaptación en su coronación. Dicho eje está libre en un grado de libertad axial, de forma que los bloques envolventes independientes quedan conectados por este eje, permitiendo así la disposición del emplazamiento central de forma tangencial a la tubería.

Para completar la descripción, la referida plancha dispuesta al nivel inferior contiene un material ferromagnético, al objeto de que sea utilizado en el caso de que el dispositivo de inspección haga uso de algún sistema magnético para desplazarse. Así mismo, también incluye una placa de adaptación flexible, también ferromagnética, como continuación de su extremo inferior, al objeto de que, al aterrizar sobre la estructura, pueda salvar cualquier irregularidad de la misma.

A modo de conclusión de la descripción anterior, el referido emplazamiento central, proporciona una superficie concebida para el emplazamiento del dispositivo de inspección el cual también ha ido adaptándose durante el aterrizaje. Dicha adaptación se ha realizado mediante sus tres grados de libertad, que son proporcionados por sus tres uniones abisagradas, las cuales, como se ha dicho, están dispuestas longitudinalmente a la propia tubería, adaptándose a la misma desde la parte inferior de la aeronave, en función de los requerimientos del extremo inferior del emplazamiento central, el cual está vinculado al eje que une los dos bloques envolventes de adaptación en su coronación; y todo ello hasta presentar, finalmente, un borde inferior que hace el contacto tangencial con la superficie de la tubería a la altura aproximada de su coronación.

Así, el extremo inferior del emplazamiento central hace de unión entre los dos elementos que conforman el bloque de adaptación por su parte central, en una disposición longitudinal a la propia tubería.

De esta forma, se configura una superficie tangencial a la tubería sobre la que desplegar cualquier dispositivo una vez aterrizado, proporcionando al conjunto resultante tres grados de libertar adicionales, a través de los cuales es posible absorber la deformación de la estructura sobre la que la aeronave se dispone a aterrizar, aumentando así el espacio de emplazamiento del sistema de inspección.

La función principal del emplazamiento central es la de servir de bahía de carga y despliegue de un dispositivo de inspección que en el momento del aterrizaje pueda desplegarse sobre la superficie de la tubería sin ningún impedimento. Para ello, se ha previsto que pueda asentarse de forma tangencial a la superficie libre de obstáculo, escalones, etc. Por último, es importante resaltar cómo este emplazamiento central se vincula a la estructura de la aeronave por un solo punto central, haciendo posible el centrado de la masa del conjunto, tren de aterrizaje y dispositivo a bordo. Además, incorpora un sistema de contrapunto para darle rigidez a la estructura, consistente en un rodamiento y una guía que anula el rozamiento, al compensar el momento de los pares de fuerza que genera el peso de la estructura.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de figuras en las que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Vista en perspectiva principal de "Tren de aterrizaje de vehículos aéreos no tripulados para su fijación sobre tuberías”.

Figura 2.- Vista en perspectiva alternativa de "Tren de aterrizaje de vehículos aéreos no tripulados para su fijación sobre tuberías”.

Figura 3.- Vista en alzado principal de "Tren de aterrizaje de vehículos aéreos no tripulados para su fijación sobre tuberías” según eje longitudinal de la tubería.

Figura 4.- Vista en alzado alternativa de "Tren de aterrizaje de vehículos aéreos no tripulados para su fijación sobre tuberías” según plano transversal a la tubería.

En las citadas figuras se pueden destacar los siguientes elementos constituyentes:

1. Estructura principal del vehículo aéreo no tripulado.

2. Brazos en forma de horquilla.

3. Bloque envolvente de adaptación a la forma de la tubería.

4. Imanes permanentes provistos de ajuste a la superficie.

5. Plancha paralela a estructura de la aeronave.

6. Brazo intermedio.

7. Plancha de asiento del dispositivo de inspección.

8. Eje de unión entre sendos bloques envolventes de adaptación.

EJEMPLO DE REALIZACIÓN PREFERENTE

A modo de realización preferente del "Tren de aterrizaje de vehículos aéreos no tripulados para su fijación sobre tuberías” a la vista de las Figurasl a 4 comentadas, puede observarse cómo se puede concebir el mismo para fijarlo a la estructura principal del vehículo aéreo no tripulado (1), a fin de que este pueda aterrizar y enclavarse sobre una tubería, abrazándola transversalmente desde arriba en dos áreas separadas por cierta distancia.

A tal fin, se hace uso del conjunto de cuatro brazos en forma de horquilla (2), fijados por sendos extremos superiores mediante los correspondientes rodamientos a la estructura principal del vehículo aéreo no tripulado y dotados de un grado de libertad respecto a la referida estructura (1), como estructuras cuyos extremos de apertura de cada pinza alojan el correspondiente bloque envolvente de adaptación a la forma de la tubería (3), conteniendo cada uno de ellos hasta tres imanes permanentes provistos de ajuste a la superficie (4), según uno central y otros en cada extremo correspondiente.

Continuando con la descripción, el emplazamiento central donde poder alojar durante el transporte el dispositivo de inspección, se concibe según una plancha (5) paralela a la estructura principal del vehículo aéreo no tripulado (1) y vinculada en un punto central de la misma en torno al cual puede rotar, unida por un extremo longitudinal a un brazo intermedio (6), que también se une por su extremo longitudinal inferior a una plancha donde asienta el dispositivo de inspección (7), con su extremo inferior vinculado al eje de unión (8), entre la parte central de los dos elementos que forman el bloque envolvente de adaptación (3).

Este dispositivo, en general, está construido por materiales muy ligeros y resistentes que trabajan prácticamente por geometría para conseguir los grados de libertad suficientes en el momento de la operativa más crítica de aterrizaje sobre una estructura a la que adapta al deformase y se ancla, haciendo que el dispositivo aéreo pueda encontrarse siempre paralelo al suelo y estable. En el proceso inverso, al despegar, debido al peso de la estructura central, el tren de aterrizaje queda totalmente despegado y paralelo al suelo gracias al peso que aloja el emplazamiento central.

Respecto al anclaje del conjunto sobre la superficie de la tubería, se hace uso de los referidos imanes permanentes (4), que se adhieren de manera pasiva a la estructura y permiten que la aeronave pueda minimizar el consumo del sistema para realizar la inspección, a excepción del propio dispositivo de inspección, haciéndolo más robusto ante cualquier tipo de fallo. Además, para facilitar el despegue del conjunto, el sistema tiene un mecanismo que se acciona para desactivar la fuerza de atracción de los imanes. Esto es posible gracias a un tipo de imán permanente comercial que al aplicar voltaje minimiza la fuerza de atracción de cada uno de los imanes.

Asimismo, por su propia configuración, las masas de los equipos transportados están centradas facilitando el control de la aeronave. De hecho, el conjunto resultante, que es muy ligero, hace uso de una configuración que permite centrar la masa de los elementos embarcados en un solo punto, mejorando la estabilidad y, por tanto, el manejo del equipo, en base a que el tren de aterrizaje está diseñado de forma que la carga de pago se apoya en un punto que coincide con el centro de la aeronave. Al respecto, además el conjunto propuesto dispone de múltiples grados de libertad a través del cual el dispositivo absorbe, casi por completo, tanto las irregularidades de la superficie como el peso del conjunto, en el momento del aterrizaje.

La invención propuesta hace uso de una geometría, que permite el despliegue del dispositivo de inspección que se transporta a bordo sobre el emplazamiento central, que gracias a una superficie flexible que se adapta a las irregularidades del contacto facilitando el desplazamiento del sistema de inspección desde el alojamiento a la superficie de la tubería y el retorno hasta la situación original de forma independientemente al diámetro de la tubería.

A partir del ejemplo descrito el "Tren de aterrizaje de vehículos aéreos no tripulados para su fijación sobre tuberías” se ha concebido para su adaptación a múltiples aeronaves y dotar a las mismas de la capacidad de aterrizar en tubería y superficies tubulares complejas. Así, una vez se disponga del vehículo aéreo aterrizado y centrado sobre la superficie del elemento a inspeccionar, el mismo podría utilizarse para transportar cualquier tipo de sensor que pueda realizar un contacto con la superficie para medir temperatura, presión, espesor o cualquier tipo de medida de proceso desde su inicio hasta su final, tales como a modo de ejemplo: unos medidores de temperatura que al apoyarse sobre las tuberías anunciaran la existencia de peligro por altas temperaturas; o un dispositivo tipo robot de inspección con movimiento magnético que sea capaz de bajar y subir de este dispositivo y pueda realizar medidas puntuales o continuas con sensores que requieran contacto con la superficie de la tubería; o hacer uso de medidores de gases o de calidad del aire que, una vez aterrizados, realizarían las medidas programadas durante un periodo de tiempo previsto.

No se considera necesario hacer más extensa esta descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el alcance de la invención y las ventajas que de la misma se derivan en sus diferentes aplicaciones, adaptándose a cualquier superficie metálica desde planas hasta tubulares en un amplio rango de diámetros, los materiales empleados, dimensiones, geometrías, diseños, elementos de unión, así como la tecnología que lo implementa serán susceptibles de variación siempre y cuando ello no suponga una alteración en la esencialidad del invento. Los términos en los que se ha descrito la memoria han de entenderse en sentido amplio y no limitativo.

Claims (3)

REIVINDICACIONES

1. - Tren de aterrizaje de vehículos aéreos no tripulados para su fijación sobre tuberías que comprende cuatro brazos iguales en forma de horquilla (2), de apertura hacia abajo, ubicados en sendos planos transversales al propio eje longitudinal de la tubería en el aterrizaje sobre la misma, la cual está vinculada por su extremo superior a la estructura principal de una aeronave (1); y, en el extremo inferior de apertura de sendas horquillas, sendos bloques envolventes de adaptación a la superficie de la tubería (3) durante el aterrizaje y anclaje con imanes (4) sobre la misma, caracterizado por incorporar un emplazamiento central-inferior (5-8), dispuesto según una primera plancha horizontal paralela a la estructura de la aeronave (5) y unida a la misma a través de un eje coincidente con el centro geométrico de la aeronave en torno al cual puede rotar, mientras que uno de los extremos de dicha primera plancha está dispuesto longitudinalmente a la propia tubería durante el aterrizaje y está vinculada a una segunda plancha por medio de una bisagra a modo de brazo intermedio (6) que también se vincula por su extremo opuesto y en unión abisagrada, a una tercera plancha que conforma la superficie de transporte (7), y cuyo extremo inferior de terminación en la tubería, descansa sobre un eje que une los dos bloques envolventes de adaptación (8).

2. - Tren de aterrizaje de vehículos aéreos no tripulados para su fijación sobre tuberías según reivindicación 1, caracterizado porque la plancha dispuesta al nivel inferior que conforma el emplazamiento central (7), contiene un material ferromagnético para la instalación de un sistema magnético asociado al dispositivo de inspección.

3. - Tren de aterrizaje de vehículos aéreos no tripulados para su fijación sobre tuberías según reivindicaciones 1, caracterizado porque la plancha dispuesta al nivel inferior que conforma el emplazamiento central (7), incluye una placa de adaptación como continuación de su extremo inferior.