ES2928909T3

ES2928909T3 - Aparato y métodos para recorrer tuberías

Info

Publication number: ES2928909T3
Application number: ES18859936T
Authority: ES
Inventors: Karl Petter Wehlin; Bryan R Duerfeldt; Dianna D Liu; Deursen Gary E Van; Timothy D Foldy-Porto
Original assignee: Arix Technologies Inc
Current assignee: Arix Technologies Inc
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2022-11-23
Anticipated expiration: 2038-09-19
Also published as: US20210172557A1; WO2019060400A1; US10914417B2; EP3684557A1; CA3081665C; EP3684557A4; SA520411548B1; US10465835B2; CN111246974A; MX2020002844A; US20190086020A1; US11732832B2; US20200088339A1; CN111246974B; CA3081665A1; EP3684557B1

Abstract

Un aparato robótico que comprende conjuntos de rueda primera, segunda y tercera, y un mecanismo de sujeción configurado para aplicar una fuerza para instar a la segunda rueda y la tercera rueda a pivotar en direcciones opuestas hacia un plano de la primera rueda para asegurar la primera rueda, la segunda rueda, y la tercera rueda a la tubería, incluyendo cada conjunto de ruedas un mecanismo de alineación para ajustar la orientación de las ruedas para permitir que el aparato robótico se mueva a lo largo de una trayectoria recta o helicoidal en la tubería. Un método para sortear un obstáculo en una tubería que comprende hacer avanzar el aparato robótico a lo largo de un camino helicoidal en la tubería para colocar un lado abierto del aparato robótico alineado longitudinalmente con el obstáculo, y hacer avanzar el aparato robótico a lo largo de una ruta recta en la tubería tal que el obstáculo pase sin obstrucciones a través del lado abierto del aparato robótico. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato y métodos para recorrer tuberías

Antecedentes

Muchos aparatos trepadores de tuberías existentes están diseñados para desplazarse por el interior de las tuberías o no están equipados para desplazarse en torno a obstáculos que puedan encontrar en el exterior de las tuberías. En vista de las limitaciones de las tecnologías actuales, sigue existiendo la necesidad de aparatos trepadores de tuberías que sean efectivos para hacerse camino en torno a, y/o por encima de obstáculos potenciales, por ejemplo, obstáculos que presenten un cambio en el diámetro efectivo de la tubería, un cambio en la curvatura efectiva de la tubería, y/u obstáculos que sobresalgan de la tubería en una o más direcciones radiales. Más particularmente, se necesitan aparatos trepadores de tuberías que sean efectivos para hacerse camino en torno a, y/o sobre bridas, válvulas, tes, codos, soportes y similares. Además, sigue existiendo la necesidad de aparatos trepadores de tuberías que sean efectivos para desplazarse con respecto a las tuberías sin imanes, vacío o fuerzas aerodinámicas. Además, sigue existiendo la necesidad de aparatos trepadores de tuberías y sistemas asociados que sean efectivos para llevar a cabo funciones deseadas en relación con la tubería misma, p. ej., detección de corrosión, medidas de espesor de pared, o basadas en el desplazamiento a lo largo del camino pero independientes de la tubería en sí misma, p. ej., producción de imágenes y/o mediciones con sensores de lugares accesibles a través del desplazamiento a lo largo de una tubería. Estas y otras necesidades son satisfechas ventajosamente por los aparatos y sistemas descritos en la presente memoria.

La patente JPH05139292 analiza un dispositivo robótico que diagnostica de forma no destructiva un sistema de tuberías desde el exterior de una tubería y responde de manera especialmente flexible a un cambio en el diámetro exterior de la tubería mientras el cuerpo del robot cambia de forma.

Compendio

La presente descripción está dirigida a un aparato robótico según la reivindicación 1 adjunta para recorrer la superficie exterior de una tubería o estructura similar.

En varias realizaciones, al menos una de las ruedas puede tener una superficie de forma cóncava para acoplarse a la tubería. Al menos uno de los conjuntos de rueda, en diversas realizaciones, puede incluir un motor para hacer girar la rueda del conjunto correspondiente. El motor, en una realización, puede estar situado en el interior de la rueda del conjunto correspondiente.

El mecanismo de sujeción, en diversas realizaciones, puede incluir uno o más elementos de desvío para generar la fuerza de tracción. El uno o más elementos de desvío, en algunas realizaciones, pueden estar configurados para generar pasivamente la fuerza de tracción y pueden, en una realización, incluir al menos uno de entre un resorte de tensión, un resorte de compresión y un resorte de torsión. El uno o más elementos de desvío, en algunas realizaciones, pueden estar configurados para generar activamente la fuerza de tracción.

El mecanismo de sujeción, en varias realizaciones, puede incluir un primer elemento de brazo que conecta el primer conjunto de rueda con el segundo conjunto de rueda; un segundo elemento de brazo que conecta el primer conjunto de rueda con el tercer conjunto de rueda; y uno o más elementos de desvío para aplicar una fuerza de tracción para acoplar las ruedas en lados opuestos de la tubería, el uno o más elementos de desvío conectando ya sea el primer elemento de brazo con el segundo elemento de brazo o conectando el primer conjunto de rueda con el primer elemento de brazo y el segundo elemento de brazo. El mecanismo de sujeción, en una realización, puede incluir además un tercer elemento de brazo y un cuarto elemento de brazo dispuestos de forma paralela y adyacente al primer elemento de brazo y al segundo elemento de brazo, respectivamente, formando así conexiones primera y segunda en forma de paralelogramo entre el primer conjunto de rueda y el segundo conjunto de rueda y entre el primer conjunto de rueda y el tercer conjunto de rueda, respectivamente, en donde las conexiones en forma de paralelogramo mantienen los conjuntos de rueda en alineación paralela entre sí, independientemente de la posición relativa de los conjuntos de rueda entre sí.

El mecanismo de sujeción, en varias realizaciones, puede estar desplazado de, y ser paralelo a un plano compartido por las ruedas. El dispositivo robótico, en diversas realizaciones, puede incluir un lado abierto situado frente al mecanismo de sujeción, a través del cual puede pasar sin obstrucciones un obstáculo que se extienda desde la tubería. El aparato robótico, en varias realizaciones, puede incluir además uno o más elementos configurados para extenderse a través del lado abierto del aparato robótico para evitar que el aparato robótico se caiga de la tubería. El uno o más elementos, en algunas realizaciones, puede/n estar configurado/s para pivotar a lo largo de un plano del lado abierto para alojar el paso de un obstáculo a través del lado abierto del aparato robótico.

El mecanismo de alineación, en varias realizaciones, puede estar configurado para ajustar la orientación de una rueda correspondiente en una dirección de giro con respecto a un eje que es normal a la tubería. El ajuste de la orientación de las ruedas, en una realización, puede hacer que el aparato robótico se mueva a lo largo de una trayectoria helicoidal a lo largo de la tubería. El mecanismo de alineación, en diversas realizaciones, puede incluir un bastidor de rueda al que la rueda está acoplada de forma giratoria en torno a un primer eje; una placa base a la que el bastidor de la rueda está acoplado de forma giratoria en torno a un segundo eje ortogonal al primer eje; y un motor configurado para hacer girar el bastidor de la rueda en torno al segundo eje, ajustando así la orientación de la rueda con respecto a la placa base.

El aparato robótico, en diversas realizaciones, puede incluir además un conjunto de sensor para inspeccionar la tubería o el entorno que rodea a la tubería. El conjunto de sensor, en algunas realizaciones, puede incluir un sensor, un elemento de brazo que acopla de manera giratoria el sensor al aparato robótico y un accionador configurado para hacer girar el elemento de brazo en torno al acoplamiento giratorio para acercar o alejar el sensor de la tubería. En otro aspecto, la presente descripción se refiere a un método según la reivindicación 13 adjunta para sortear un obstáculo en una tubería con un aparato robótico.

El aparato robótico, en varias realizaciones, puede incluir uno o más elementos configurados para extenderse a través del lado abierto del aparato robótico para evitar que el aparato robótico se caiga de la tubería, en donde hacer avanzar el aparato robótico a lo largo de un camino recto en la tubería de tal manera que el obstáculo pase sin obstrucciones a través del lado abierto del aparato robótico incluye permitir que el uno o más elementos pivoten a lo largo de un plano del lado abierto para alojar el paso del obstáculo a través del lado abierto del aparato robótico. El método, en varias realizaciones, puede incluir además el ajuste de la orientación de dos o más de las ruedas en direcciones opuestas para hacer avanzar el aparato robótico lateralmente con respecto a un eje longitudinal de la tubería y, de este modo, reposicionar el aparato robótico en la tubería para tener en cuenta el deslizamiento de las ruedas.

Breve descripción de los dibujos

Las realizaciones de ejemplo ilustrativas y no limitativas se entenderán más claramente a partir de la siguiente descripción detallada tomada junto con los dibujos adjuntos.

La Figura 1A, la Figura 1B, la Figura 1C, la Figura 1D y la Figura 1E ilustran varios obstáculos que pueden encontrarse a lo largo de un sistema de tuberías;

La Figura 2 es una vista en perspectiva de un aparato robótico de acuerdo con una realización de la presente descripción;

La Figura 3A, la Figura 3B, la Figura 3C, y la Figura 3D representan varias vistas de un aparato robótico de acuerdo con una realización de la presente descripción;

La Figura 4A es una vista de corte de un motor interno dentro de una rueda de acuerdo con una realización de la presente descripción;

La Figura 4B es una vista en perspectiva de un conjunto de rueda de acuerdo con una realización de la presente descripción;

La Figura 5A, la Figura 5B, y la Figura 5C representan varias vistas de un aparato robótico unido a una tubería de acuerdo con una realización de la presente descripción;

La Figura 6A y la Figura 6B representan un aparato robótico en una tubería de menor diámetro y una tubería de mayor diámetro de acuerdo con una realización de la presente descripción;

La Figura 7 ilustra un aparato robótico con alineación de ruedas ajustada para su desplazamiento helicoidal a lo largo de una tubería de acuerdo con una realización de la presente descripción;

La Figura 8A, la Figura 8B, la Figura 8C, la Figura 8D, la Figura 8E, y la Figura 8F ilustran el aparato robótico siguiendo una trayectoria helicoidal para pasar un obstáculo de acuerdo con una realización de la presente descripción;

La Figura 9A, la Figura 9B, la Figura 9C, la Figura 9D, la Figura 9E, la Figura 9F, la Figura 9G, la Figura 9H ilustran el aparato robótico pasando un obstáculo de acuerdo con una realización de la presente descripción; La Figura 10A, la Figura 10B, y la Figura 10C representan un mecanismo a prueba de fallos de acuerdo con una realización de la presente descripción;

La Figura 11A, la Figura 11B, la Figura 11C, y la Figura 11D ilustran un mecanismo a prueba de fallos permitiendo el paso de un obstáculo de acuerdo con una realización de la presente descripción;

La Figura 12A, la Figura 12B, la Figura 12C, y la Figura 12D ilustran el aparato robótico avanzando por una curva en una tubería de acuerdo con una realización de la presente descripción;

La Figura 13A y la Figura 13B representan un conjunto de sensor en una posición bajada y subida de acuerdo con una realización de la presente descripción;

La Figura 14A, la Figura 14B, la Figura 14C, y la Figura 14D representan otro conjunto de sensor de acuerdo con una realización de la presente descripción;

La Figura 15A, la Figura 15B, la Figura 15C, y la Figura 15D representan un aparato robótico trasladándose para tener en cuenta el deslizamiento de las ruedas de acuerdo con una realización de la presente descripción; La Figura 16 es una vista de corte de los engranajes de un mecanismo de sujeción de acuerdo con una realización de la presente descripción;

La Figura 17 es una vista en perspectiva de un mecanismo de sujeción de acuerdo con una realización de la presente descripción;

La Figura 18 es una vista lateral del mecanismo de sujeción de acuerdo con otra realización de la presente descripción;

La Figura 19A representa un aparato robótico avanzando por un pequeño saliente de una tubería de acuerdo con una realización de la presente descripción;

La Figura 19B representa un aparato robótico avanzando por una curva en una tubería de acuerdo con una realización de la presente descripción;

La Figura 20 y la Figura 21 representan vistas laterales del prototipo de aparato robótico 100, con las ruedas 110 alineadas para un desplazamiento recto a lo largo de la tubería 10, de acuerdo con una realización de la presente descripción;

La Figura 22 representa una vista desde abajo del prototipo del aparato robótico 100, con la orientación de las ruedas 110 ajustada para su desplazamiento helicoidal a lo largo de la tubería 10 de acuerdo con una realización de la presente descripción;

La Figura 23 representa una vista lateral del prototipo de aparato robótico 100 avanzando por una curva en la tubería 10 de acuerdo con una realización de la presente descripción; y

La Figura 24 representa una vista lateral del prototipo de aparato robótico 100, con el lado abierto 102 posicionado para pasar un obstáculo que sobresale de la tubería 10 de acuerdo con una realización de la presente descripción.

Descripción detallada

Las realizaciones de la presente descripción están dirigidas a un aparato robótico para recorrer el exterior de sistemas de tuberías, tales como los que se encuentran comúnmente en plantas químicas, plantas de energía, plantas de fabricación, e infraestructura. Los sistemas de tuberías pueden ser complejos y presentar diversos obstáculos que pueden hacer difícil recorrer tuberías individuales de manera eficiente y eficaz. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 1A, la Figura 1B, la Figura 1C, la Figura 1D y la Figura 1E, obstáculos representativos pueden incluir soportes 11 (Figura 1A), uniones 12 (Figura 1B y Figura 1C), bridas 13 (Figura 1C), válvulas 14 (Figura 1C), respiraderos o purgadores (similares a válvulas más pequeñas), cambios de diámetro 15 (Figura 1D), y codos 16 (Figura 1E), entre otros. Varias realizaciones del aparato robótico pueden estar configuradas para recorrer tuberías 10 y sortear los obstáculos que se encuentren a través de una arquitectura y un enfoque únicos, como se describe más adelante con más detalle.

Las realizaciones de la presente descripción están dirigidas a un aparato robótico que también puede recorrer el exterior de otras estructuras que tengan una forma similar, como cables estructurales (por ejemplo, en puentes colgantes), vigas estructurales, líneas eléctricas, cables submarinos y sistemas de tuberías submarinas.

Las realizaciones de la presente descripción pueden ser útiles en muchas aplicaciones que incluyen, entre otras:

• Inspección de tuberías con cámaras, pruebas no destructivas (NDT o NDI, por sus siglas en inglés) u otros sensores;

• Inspección de equipos en las inmediaciones del sistema de tuberías

• Realizar el mantenimiento del sistema de tuberías (p. ej., limpiar la superficie externa, quitar aislamiento, aplicar un parche/abrazadera para detener una fuga)

• Transportar herramientas o equipos a lo largo del sistema de tuberías (p. ej., facilitar la instalación de sensores en la tubería).

Varias realizaciones del aparato robótico pueden ser capaces de recorrer tuberías dispuestas en cualquier orientación (incluyendo horizontal y vertical) y tuberías hechas de cualquier material (por ejemplo, acero, aluminio), incluso aquellas con aislamiento en el exterior de la tubería. El aislamiento suele ser un material semirrígido, como lana mineral o silicato de calcio, protegido por una cubierta metálica delgada, como aluminio o acero inoxidable.

Hablando en términos generales, las realizaciones del aparato robótico de la presente descripción pueden unirse a una tubería aplicando una fuerza de sujeción en lados opuestos de la tubería. Varias realizaciones pueden ser capaces de mantener una posición estática en la tubería y pueden soportar su propio peso en una gama de tamaños de tubería en cualquier orientación (por ejemplo, horizontal o vertical). El aparato robótico, en varias realizaciones, puede estar configurado para conducir a lo largo de un camino en la dirección longitudinal de la tubería, así como a lo largo de un camino helicoidal (es decir, circunferencial y longitudinal), en tuberías de diferentes tamaños y orientación. Tal maniobra, en combinación con la capacidad de expandir o contraer el mecanismo de sujeción en torno a la tubería, y una arquitectura de lado abierto, puede permitir que el aparato robótico avance por una variedad de curvas y obstáculos encontrados a lo largo de la tubería. Un perfil bajo del aparato robótico puede permitirle conducir a lo largo de tuberías muy cerca de otras tuberías u obstáculos situados cerca, y se puede incluir un mecanismo a prueba de fallos opcional para evitar que el aparato robótico caiga al suelo en el caso de que su ruedas se desacoplaran de la tubería. El aparato robótico puede además ser capaz de detectar y controlar activamente la cantidad de fuerza de sujeción que ejerce sobre la tubería, minimizando así el riesgo de que sus ruedas se deslicen a lo largo de la tubería a la vez que garantiza que el aparato robótico no daña la tubería o el aislamiento. Además, el aparato robótico puede ser capaz de detectar activamente si las ruedas resbalan sobre la superficie de la tubería y controlar activamente las ruedas individuales para dirigir el aparato robótico de nuevo a la línea central de la tubería.

En varias realizaciones, el aparato robótico puede estar configurado para transportar y desplegar una carga útil a lo largo de la tubería, como cámaras (p. ej., cámaras de espectro visual e IR), varios sensores como sensores NDT (p. ej., sondas de prueba ultrasónicas, sondas de corriente de Foucault pulsada, equipos de radiografía digital, sensores acústicos) y sensores de límite inferior de explosividad (LEL, por sus siglas en inglés) con el fin de inspeccionar el sistema de tuberías o el equipo en sus inmediaciones, y/u otras cargas útiles como herramientas y equipos. El aparato robótico, en diversas realizaciones, puede incluir una fuente de alimentación integrada (por ejemplo, baterías) y funcionar mediante comunicación inalámbrica con un operador, evitando así la necesidad de un cable de alimentación o conexión.

Arquitectura de alto nivel

Con referencia ahora a la Figura 2, el aparato robótico 100 de la presente descripción puede incluir generalmente dos o más conjuntos 101 de rueda configurados para posicionarse en lados opuestos de la tubería 10, y un mecanismo 150 de sujeción para ajustar la distancia entre los dos o más conjuntos de rueda para asegurar el aparato robótico 100 a la tubería 10. Una o más ruedas de los dos o más conjuntos 101 de rueda pueden accionarse de manera que el aparato robótico pueda recorrer la tubería 10 en una dirección longitudinal. Las ruedas, en varias realizaciones, se pueden reorientar para permitir que el aparato robótico 100 se mueva a lo largo de una trayectoria helicoidal en la tubería 10 y, de este modo, posicionar el aparato robótico 100 para pasar sobre una parte o partes particular/es de la tubería 10 y/o evitar un obstáculo u obstáculos que se extienda/n desde una superficie de la tubería 10, como se describe más adelante con más detalle.

La Figura 3A, la Figura 3B, la Figura 3C, y la Figura 3D representan varias vistas de una realización representativa del aparato robótico 100. La realización representativa que se muestra incluye tres conjuntos 101a, 101b, 101c de rueda dispuestos en una configuración triangular en un plano común ("plano 104 de acoplamiento de ruedas"), de modo que el conjunto 101a de rueda está posicionado para acoplarse a un primer lado de la tubería 10, y los conjuntos 101b, 101c de rueda están posicionados para acoplarse a un segundo lado opuesto de la tubería 10. El mecanismo 150 de sujeción está desplazado del plano 104 de acoplamiento de ruedas y acopla los conjuntos 101a, 101b, 101c de rueda. Tal como están configurados, los conjuntos 101a, 101b, 101c de rueda pueden recorrer una parte exterior de la tubería 10, mientras que el posicionamiento desplazado del mecanismo 150 de sujeción permite que el mecanismo 150 de sujeción se desplace por el aire o el agua a lo largo de la tubería 10. La presente configuración proporciona un aparato robótico 100 con un lado abierto 102 (como se ve mejor en la Figura 5C), situado frente al mecanismo 150 de sujeción, a través del cual puede pasar sin obstrucciones un obstáculo que se extienda desde la superficie exterior de la tubería 10, lo que permite que el aparato robótico atraviese tales obstáculos en la tubería 10 como se describe con más detalle más adelante.

Conjunto 101 de rueda

Con referencia aún a la Figura 3A, la Figura 3B, la Figura 3C, y la Figura 3D, cada conjunto 101 de rueda generalmente puede incluir una rueda 110 y un mecanismo 120 de alineación. En términos generales, la rueda 110 puede estar configurada para acoplarse y girar a lo largo de una superficie exterior de la tubería 10, y el mecanismo 120 de alineación puede estar configurado para ajustar una orientación de la rueda 110 y, por lo tanto, definir un camino a seguir por el aparato robótico a medida que recorre la tubería 10.

La rueda 110, en diversas realizaciones, puede incluir cualquier cuerpo giratorio adecuado para acoplarse y girar a lo largo de una superficie exterior de la tubería 10. Con ese fin, la rueda 110 puede incluir generalmente un cuerpo giratorio con una superficie 112 de contacto, y puede estar acoplada de forma giratoria con un bastidor 114 de rueda.

La rueda 110 puede tener cualquier forma y construcción adecuada para el propósito antes mencionado tal como, sin limitación, forma de disco o cilíndrica. Si bien se pueden utilizar ruedas estándar, en varias realizaciones, puede ser ventajoso que la rueda 110 tenga una forma específicamente diseñada para alojar y, por lo tanto, acoplarse más efectivamente a la forma redondeada de la superficie exterior de la tubería 10. Con ese fin, en varias realizaciones, la superficie 112 de contacto puede estar sustancialmente invertida (por ejemplo, en forma de V, en forma de reloj de arena), teniendo la superficie 112 de contacto una curvatura cóncava dimensionada para adaptarse a la forma redondeada de la tubería 10. Como se muestra mejor en la Figura 5C, la forma de reloj de arena de la superficie 112 de contacto puede servir para maximizar el área de contacto entre la rueda 110 y la tubería 10 en comparación con una rueda cilíndrica estándar con una superficie de contacto plana o convexa, ya que la superficie 112 de contacto con forma de reloj de arena de la presente descripción esencialmente envuelve la curvatura de la tubería 10, proporcionando contacto no sólo con el centro de la tubería, sino también con los cuartos superiores. Al mejorar el área de contacto general entre la rueda 110 y la tubería 10, se dispone de más fricción para acoplar con seguridad el aparato robótico 100 a la tubería 10. Al distribuir el área de contacto entre la rueda 110 y la tubería 10 alrededor de la circunferencia de la tubería, la rueda 110 tiene un brazo de palanca favorable para soportar fuerzas fuera del eje, como la fuerza típica del mecanismo de sujeción. Por lo tanto, la forma de la rueda permite que el aparato robótico 100 mantenga una orientación circunferencial dada en la tubería 10 (por ejemplo, vertical, inclinada en diagonal) sin deslizarse dado la vuelta en la tubería 10.

Además, la forma de reloj de arena de la superficie 112 de contacto, en varias realizaciones, puede actuar para centrar automáticamente la rueda 110 a lo largo de una línea central longitudinal de la tubería 10, como se muestra en la Figura 5C. Tal como está configurada, puede ser menos probable que la rueda 110 se desacople completamente de la tubería 10, ya que el contacto entre la superficie 112 de contacto inclinada hacia dentro y la superficie redondeada de la tubería 10 puede desviar la rueda 110 para que se centre sobre la línea central longitudinal de la tubería 10. Esto puede ser particularmente beneficioso en realizaciones en las que los conjuntos 101 de rueda estén dispuestos dentro de un plano 104 de acoplamiento común, como se muestra, ya que tal configuración generalmente se sujeta en la tubería 10 desde dos direcciones radiales en lugar de tres o más direcciones radiales donde los conjuntos 101 de ruedas se colocan en más de dos posiciones circunferenciales alrededor de la tubería 10. Aún más, la superficie 112 de contacto puede estar conformada y dimensionada de manera que funcione eficazmente en una gama de tamaños de tubería. Los bordes rectos del perfil de la rueda, vistos desde una dirección normal al eje concéntrico de la rueda, pueden estar elegidos a propósito para que la distancia angular entre los puntos de contacto con respecto al centro de la tubería sea constante para cualquier tamaño de tubería. Sin embargo, la distancia lineal entre los puntos de contacto aumenta con el tamaño de la tubería de tal manera que la variedad de tamaños de tubería en los que la rueda 110 es efectiva está limitada por el ancho total de la rueda 110.

La forma de la superficie 112 de contacto puede ser especialmente adecuada para el movimiento helicoidal alrededor de una tubería, incluido el movimiento helicoidal que puede presentar el aparato robótico 100. Considérese el plano que incluye el eje central de la rueda y un vector que es normal a la superficie de la tubería. Cuando la rueda está orientada para conducir en línea recta a lo largo del eje longitudinal de la tubería, la sección transversal de la tubería en el plano mencionado es un círculo. Cuando la rueda está orientada para conducir en ángulo con respecto al eje longitudinal de la tubería, la sección transversal de la tubería en el plano mencionado es una elipse. Esto cambia efectivamente la curvatura de la sección de la tubería sobre la que se desplaza la rueda, de manera similar a cómo un cambio en el tamaño de la tubería cambia la curvatura de la tubería. De manera similar a cómo la rueda puede adaptarse a una variedad de tamaños de tubería, también puede adaptarse a una variedad de ángulos de giro que cambian efectivamente la curvatura de la tubería bajo la rueda. En general, el área de contacto entre la rueda y la tubería aumenta a medida que disminuye la curvatura. Por lo tanto, el área de contacto aumenta a medida que aumenta el tamaño de la tubería y aumenta el ángulo entre la dirección de desplazamiento de la rueda y el eje longitudinal de la tubería.

El mecanismo 120 de alineación, en varias realizaciones, puede incluir cualquier mecanismo adecuado para ajustar la orientación de la rueda 110 y, por lo tanto, definir un camino a seguir por el aparato robótico a medida que recorre la tubería 10. En particular, el mecanismo 120 de alineación, en varias realizaciones, puede estar configurado para ajustar la orientación de una rueda asociada 110 de forma giratoria, con respecto a un eje que es normal a la tubería 10, para dirigir el aparato robótico a lo largo de la tubería 10. Es decir, el mecanismo 120 de alineación, en varias realizaciones, puede ajustar la orientación de una rueda asociada 110 en torno a un eje 103 de guiñada del aparato robótico 100 (mostrado en la Figura 3C, Figura 5C, Figura 8A, Figura 8B, Figura 8C, Figura 8D, Figura 8E y Figura 8F) de tal manera que la rueda 110 se reoriente en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj en torno a un eje que se prolonga normal a la superficie subyacente de la tubería 10. Tal como está configurado, el mecanismo 120 de alineación puede ajustar la orientación de la rueda 110 para recorrer la tubería 10 a lo largo de un camino recto (es decir, la orientación de la rueda 110 está alineada con el eje 103 de guiñada del aparato robótico 100 y el eje longitudinal de la tubería 10) o a lo largo de un camino helicoidal (es decir, orientación de la rueda 110 guiñada, ajustada en sentido horario o antihorario con respecto a un eje que se prolonga normal a la superficie subyacente de la tubería 10).

Haciendo referencia a la Figura 4B, en una realización, el mecanismo 120 de alineación puede incluir un motor 122 y una placa base 124 a la que el bastidor 114 de la rueda puede estar acoplado de forma giratoria. El motor 122 puede acoplarse al bastidor 114 de la rueda para girar el bastidor de la rueda con respecto a la placa base 124 y, por lo tanto, ajustar la orientación de la rueda 110 con respecto a la placa base 124. En la realización mostrada, la placa base 124 puede estar acoplada de manera fija al mecanismo 150 de sujeción, y la rueda 110 puede reorientarse con respecto al aparato robótico como un todo. Para facilitar el acoplamiento entre el motor 122 y el bastidor 114 de la rueda, cada uno puede estar provisto de dientes 123, 116, de engranaje respectivamente, que pueden interconectarse entre sí de manera que la rotación del motor 122 provoque la rotación del bastidor 114 de la rueda en torno a un eje normal a la placa base 124. Por supuesto, esto es simplemente una realización ilustrativa de un mecanismo adecuado para ajustar la orientación de las ruedas 110 del aparato robótico 100, y un experto en la técnica reconocerá otros mecanismos de alineación adecuados dentro del alcance de la presente descripción.

En ciertos escenarios, pueden estar configurados uno o más mecanismos 120 de alineación para ajustar individualmente las respectivas orientaciones de las ruedas 110 en diferentes cantidades y/o en diferentes direcciones.

Cuando todas las ruedas 110 giran la misma cantidad en el mismo sentido horario o antihorario, el aparato robótico 100 puede desplazarse a lo largo de una trayectoria helicoidal. Por el contrario, cuando las ruedas 110 están orientadas en direcciones opuestas, de modo que las ruedas 110 de un lado de la tubería 10 giran en una dirección (por ejemplo, en el sentido de las agujas del reloj) y las ruedas del lado opuesto de la tubería 10 giran en la dirección opuesta (por ejemplo, en sentido contrario a las agujas del reloj), el aparato robótico 100 puede desplazarse a lo largo de un camino diferente. En el último caso, las ruedas 110 pueden desplazarse de manera que el aparato robótico 100 se mueva a lo largo del eje longitudinal de la tubería 10 y se traslade lateralmente con respecto al mismo eje. Esto puede ser beneficioso si las ruedas 110 resbalan, por ejemplo debido al peso del aparato robótico 100, alejándose de la línea central de la tubería 10. Este método para autoajustar la posición del aparato robótico 100 en la tubería se ilustra más adelante en la Figura 15A, la Figura 15B, la Figura 15C, y la Figura 15D.

Según realizaciones ejemplares de la presente descripción, puede "bloquearse" la orientación angular de las ruedas una vez que comienza el movimiento axial del aparato robótico 100 en la tubería 10. De esta manera, se puede mantener el patrón de desplazamiento deseado, p. ej., desplazamiento helicoidal con una alineación de las ruedas 110 de 5° fuera del eje, a medida que el aparato robótico 100 se mueve a lo largo de la tubería 10. Se pueden emplear varios elementos de bloqueo para asegurar de forma separable el bastidor 114 de la rueda (y por lo tanto la rueda 110) en la orientación angular deseada, como será evidente para los expertos en la técnica.

El conjunto 101 de rueda, en varias realizaciones, puede incluir además un motor 130 para impulsar la rotación de la rueda 110. El motor 130 puede incluir cualquier motor tal como, sin limitaciones, un motor de CC con escobillas o similar, adecuado para impulsar la rotación de una rueda asociada 110 del conjunto 101 de rueda.

Como se muestra en la Figura 3A, la Figura 3B, y la Figura 3C, en varias realizaciones, el motor 130 puede estar situado fuera de la rueda 110 y conectado a ella a través de un tren de transmisión tradicional para girar la rueda 110. El motor 130, en otras realizaciones, puede en cambio estar empaquetado dentro de la rueda 110, como se muestra en la Figura 4A y la Figura 4B. En particular, el motor 130 puede estar colocado dentro de la rueda 110 con su eje 132 de salida concéntrico al eje 131 de rotación de la rueda 110, como se muestra. El motor 130 puede estar montado rígidamente en una carcasa cilíndrica 134, que está diseñada para unirse al bastidor 114 de la rueda. Tal como está configurada, la carcasa cilíndrica 134 puede actuar como un eje que soporta la rueda 110 a través de un conjunto de cojinetes (por ejemplo, rodamientos de rodillos cónicos) 136 mientras permite que la rueda 110 gire con respecto a la carcasa cilíndrica 134. El eje 132 de salida del motor 130 puede estar acoplado a la rueda 110, como se muestra, de modo que el motor 130 pueda controlar la rotación de la rueda 110. El eje 132 de salida del motor 130, en varias realizaciones, también puede favorablemente estar soportado por el bastidor 114 de la rueda a través de un cojinete adicional (por ejemplo, rodamiento de rodillos) 138.

El conjunto 101 de rueda puede incluir además uno o más controladores (no mostrados) para controlar el funcionamiento del/de los motor/es 130, como la velocidad de rotación, el par y similares. Los controladores pueden recibir comandos desde varios lugares. Por ejemplo, uno de los controladores montado con respecto al aparato robótico 100 puede funcionar como un controlador "maestro", y los otros controladores pueden funcionar como controladores "esclavos", de modo que los controladores esclavos respondan a los comandos recibidos del controlador maestro. Alternativamente, cada uno de los controladores puede operar independientemente y puede recibir comandos independientes. Los comandos se pueden transmitir de forma remota, por ejemplo, mediante comunicación inalámbrica (o por cable), como se conoce en la técnica. Los comandos también pueden estar preprogramados, en su totalidad o en parte, en el/los controlador/es, por ejemplo, comandos basados en el tiempo para operar según criterios horarios.

Aunque el aparato robótico ejemplar 100 está representado con tres motores 130, el aparato descrito puede implementarse de manera que se proporcione un motor para menos de todas las ruedas asociadas con el aparato. Por ejemplo, se puede proporcionar un solo motor 130 de accionamiento asociado con una sola rueda 110, y las otras ruedas 110 pueden girar en respuesta al movimiento iniciado por el único motor 130 (y su rueda asociada 110). De manera similar, se puede proporcionar un par de motores 130 para un aparato que incluya tres ruedas 110, de modo que dos ruedas 110 puedan recibir la fuerza motriz de sus motores asociados 130, mientras que la tercera rueda 110 gira en respuesta al movimiento del aparato con respecto a la tubería 10.

En realizaciones ejemplares de la presente descripción, puede controlarse la velocidad relativa de las ruedas individuales 110 para mejorar el funcionamiento del aparato. Por ejemplo, se puede desear impulsar la rueda central (p. ej., la del conjunto 101a de rueda) más rápido que cualquiera de las ruedas exteriores (p. ej., las de los conjuntos 101b, 101c de rueda) al avanzar por un giro o curva en la tubería 10. En tal circunstancia, los controladores pueden programarse para aumentar la fuerza motriz en la rueda central 110 y/o reducir la fuerza motriz en la/s rueda/s exterior/es 110. Alternativamente, puede ser deseable impulsar las ruedas exteriores 110 más rápido que la rueda central 110 cuando se avanza por un giro o curva en la tubería 10. En tal circunstancia, los controladores pueden programarse para aumentar la fuerza motriz en la/s rueda/s exterior/es 110 y/o reducir la fuerza motriz en la rueda central 110. Los ajustes mencionados pueden iniciarse manualmente, por ejemplo, por un operador, o pueden iniciarse automáticamente, por ejemplo, en función del mecanismo o mecanismos de detección asociados con el conjunto que identifican un giro/curva en la tubería 10 (por ejemplo, en función de la detección de la orientación angular de uno o más aspectos del aparato).

Mecanismo 150 de sujeción

Con referencia más adelante a la Figura 5A, la Figura 5B, y la Figura 5C, el mecanismo 150 de sujeción del aparato robótico 100, en varias realizaciones, puede incluir generalmente uno o más elementos 152 de brazo y uno o más elementos 154 de desvío. Los elementos 152 de brazo, en varias realizaciones, pueden conectar conjuntos 101 de rueda en lados opuestos de la tubería, y los elementos 154 de desvío pueden aplicar una fuerza de tracción o empuje en los elementos 152 de brazo que haga que los conjuntos de rueda se acoplen a los lados opuestos de la tubería 10, asegurando así el aparato robótico 100 a la tubería 10 como se describe más adelante con más detalle.

Los elementos 152 de brazo, en varias realizaciones, pueden estar dispuestos en pares, con los elementos de un par dado dispuestos paralelos entre sí y separados por un espacio, como se muestra en la Figura 5A. Los extremos de cada elemento 152 de un par dado pueden estar acoplados de forma giratoria con los conjuntos 101 de rueda asociados de tal manera que el par dado forme una conexión en forma de paralelogramo entre los conjuntos 101 de rueda correspondientes. La conexión en forma de paralelogramo, en una realización, puede actuar para mantener los conjuntos 101 de rueda conectados alineados en paralelo entre sí a cada lado de la tubería 10 independientemente de las posiciones relativas de los conjuntos 101 de rueda conectados (que pueden cambiar con el diámetro de la tubería, como se describe más adelante). Manteniendo los conjuntos 101 de rueda conectados alineados en paralelo entre sí en lados opuestos de la tubería 10, las ruedas asociadas 110 pueden acoplarse más eficazmente a la superficie de la tubería 10 y acoplar de forma segura el aparato robótico 100 a la misma. Además, es importante mantener los conjuntos 101 de rueda conectados alineados en paralelo entre sí para que el mecanismo 120 de alineación funcione correctamente. Es decir, el eje 103 de guiñada en torno al cual el mecanismo 120 de alineación gira la rueda 110 debe ser normal a la superficie de la tubería 10.

Por ejemplo, en la Figura 5A, los elementos 152a, 152b de brazo forman un par con la disposición antes mencionada, y conectan el conjunto 101a de rueda con el conjunto 101b de rueda. Tal como está configurado, el conjunto 101b de rueda puede pivotar en el sentido de las agujas del reloj (por ejemplo, hacia arriba y hacia la izquierda) con respecto al conjunto 101a de rueda para acoplarse a una tubería 10 de diámetro estrecho, o puede girar en el sentido contrario a las agujas del reloj (por ejemplo, hacia abajo y hacia la derecha) con respecto al conjunto 101a de rueda para acoplarse a una tubería de mayor diámetro, y viceversa. A medida que los conjuntos 101a, 101b de rueda pivotan entre sí, la conexión en forma de paralelogramo formada por los elementos 152a, 152b de brazo hace que los conjuntos 101a, 101b de rueda conectados permanezcan alineados en paralelo entre sí a cada lado de la tubería 10, asegurando así que la rueda 110 de cada uno permanece nivelada y acoplada con la tubería 10. De manera similar, los elementos 152c, 152d de brazo forman un par con la disposición antes mencionada, y conectan el conjunto 101 a de rueda con el conjunto 101c de rueda. Tal como está configurado, el conjunto 101c de rueda puede pivotar en sentido contrario a las agujas del reloj (por ejemplo, hacia arriba y hacia la derecha) con respecto al conjunto 101a de rueda para acoplarse a una tubería 10 de diámetro estrecho, o puede pivotar en el sentido de las agujas del reloj (por ejemplo, hacia abajo y hacia la izquierda) con respecto al conjunto 101a de rueda para acoplarse a una tubería de mayor diámetro, y viceversa. A medida que los conjuntos 101a, 101c de rueda pivotan entre sí, la conexión en forma de paralelogramo formada por los elementos 152b, 152c de brazo hace que los conjuntos 101a, 101c de rueda conectados permanezcan alineados en paralelo entre sí a cada lado de la tubería 10, asegurando así que la rueda 110 de cada uno permanece nivelada y acoplada con la tubería 10.

Por supuesto, en varias realizaciones, se puede utilizar un solo elemento 152 de brazo (a diferencia de los pares antes mencionados) para conectar dos conjuntos 101 de rueda. En tales realizaciones (no mostradas), se pueden emplear enfoques alternativos para mantener los conjuntos 101 de rueda conectados en alineación paralela, si se desea. Por ejemplo, se puede utilizar un solo elemento 152 de brazo con un par de cables en el mismo plano que los pares antes mencionados. Los cables pueden unirse directamente a los conjuntos 101 de rueda a cada lado del elemento 152 de brazo. Mientras que el elemento 152 de brazo proporcionaría la integridad estructural necesaria, los cables se acoplarían cuando el elemento 152 de brazo pivotara y (en base a la misma cinemática que la conexión en forma de paralelogramo) mantendrían los conjuntos 101 de rueda conectados alineados en paralelo entre sí. Debe reconocerse que se pueden necesitar dos cables, ya que los cables generalmente solo portan cargas en tensión, no en compresión.

Los elementos 154 de desvío, en varias realizaciones, pueden estar configurados para aplicar una fuerza para tirar de los conjuntos 101 de rueda opuestos hacia lados opuestos de la tubería 10 para asegurar el aparato robótico 100 a la tubería 10. Los elementos 154 de desvío pueden incluir cualquier mecanismo adecuado para este propósito, tal como, sin limitación, un resorte de tensión de gas (mostrado en la Figura 5A, Figura 5B y Figura 5C), resortes de tensión (mostrado en la Figura 17), resortes de compresión, resortes de torsión o cualquier combinación de los mismos. Adicional o alternativamente, los mecanismos 154 de desvío pueden incluir uno o más elementos de desvío activos (a diferencia de los elementos de desvío pasivos antes mencionados) como un sistema de polea motorizada, un tornillo de avance motorizado o un actuador neumático/hidráulico, o similares.

El mecanismo 150 de sujeción, tal como está configurado, puede ajustar automáticamente las posiciones de los conjuntos 101 de rueda entre sí para adaptarse a tuberías de diferentes diámetros. Por ejemplo, el aparato robótico 100 puede comprimirse significativamente para adaptarse a tuberías de pequeño diámetro, dando como resultado una configuración en la que los conjuntos 101b, 101c de rueda son casi coplanarios con el conjunto 101a de rueda a lo largo de un eje longitudinal de la tubería 10 (es decir, separados por el pequeño diámetro de la tubería 10), pero están situados lejos del conjunto 101a de rueda a lo largo de un eje longitudinal de la tubería 10, como se muestra en la Figura 6A. Por el contrario, el aparato robótico 100 puede expandirse significativamente para adaptarse a tuberías de gran diámetro, lo que da como resultado una configuración en la que los conjuntos 101a, 101b, 101c de rueda están situados cerca uno de otro a lo largo de un eje longitudinal de la tubería 10, pero el conjunto 101a de rueda está situado lejos de los conjuntos 101b, 101c de rueda (es decir, separados por el gran diámetro de la tubería 10), como se muestra en la Figura 6B. Los elementos 154a, 154b, 154c, 154d de desvío, tal como están configurados, pueden aplicar continuamente la fuerza de tracción entre el conjunto 101a de rueda y cada uno de los conjuntos 101b, 101c de rueda, acoplando así de forma segura (o "sujetando") el aparato robótico 100 a la tubería 10, independientemente de su orientación en torno a la circunferencia de la tubería 10 e independientemente de si la tubería 10 está orientada horizontal o verticalmente.

Con referencia de nuevo a la Figura 5A, la Figura 5B, y la Figura 5C, en una realización representativa, el mecanismo 154 de desvío puede incluir un resorte de tensión de gas. Como se muestra, el resorte de tensión de gas puede acoplar el uno o más brazos 152 que se prolongan desde los conjuntos 101b, 101c de rueda al conjunto 101a de rueda. A medida que el resorte de tensión de gas ejerce una fuerza de tracción sobre los elementos 152 de brazo, crea un par en torno a los puntos de pivote donde los elementos 152 de brazo se unen al conjunto 101a de rueda. Este par actuará para tirar de los conjuntos 101b, 101c de rueda hacia fuera y hacia arriba con respecto al conjunto 101a de rueda, lo que hará que el aparato robótico 100 se comprima sobre la tubería 10.

Con referencia más adelante a la Figura 16, en una realización, el mecanismo 150 de sujeción puede incluir un conjunto de engranajes que se unen a los ejes que conectan los elementos 152b, 152d de brazo al conjunto 101a de rueda. Estos engranajes se incluyen para garantizar que los elementos 152a, 152b, 152c, 152d de brazo pivoten con el mismo desplazamiento angular y el mecanismo 150 de sujeción permanezca simétrico con respecto al conjunto 101a de rueda. Los elementos 152 de brazo necesitan pivotar con el mismo desplazamiento angular para que los conjuntos 101 de rueda conectados no solo estén alineados en paralelo entre sí, sino también con respecto a la tubería 10. En la realización alternativa de la Figura 17 (descrita más adelante), no se necesita un mecanismo específico para garantizar que los elementos de brazo pivoten por igual. Es decir, si elementos 154 de desvío iguales conectan el conjunto 101a de rueda a cada uno de los conjuntos de elementos 152 de brazo (en contraste con un elemento de desvío que conecte los elementos 152 de brazo directamente entre sí, como se muestra en la Figura 5A, Figura 5B, y Figura 5C) harán girar los elementos 152 de brazo con el mismo desplazamiento angular ya que es la posición energéticamente más favorable.

En una realización alternativa, el/los elemento/s de desvío es un actuador controlado activamente, tal como un actuador lineal (tornillo de avance, husillo de bolas, tornillo de rodillo satélite), cremallera y piñón, tornillo sin fin o actuador hidráulico/neumático. Las ventajas de un elemento de desvío controlado activamente incluyen la menor probabilidad de ejercer una fuerza que sea demasiado pequeña o demasiado grande. Si la fuerza de sujeción es demasiado pequeña, las ruedas comenzarán a patinar sobre la tubería. Si la fuerza de sujeción es demasiado grande, ejerce una tensión innecesaria sobre el mecanismo de sujeción y aumenta el riesgo de deformar y/o dañar la tubería, el aislamiento de la tubería u otro equipo. Con un elemento de desvío controlado activamente, la fuerza ejercida se puede ajustar en tiempo real en función de los valores del sensor (p. ej., sensores de deslizamiento de las ruedas), en función de las condiciones ambientales (p. ej., se necesita una mayor fuerza de sujeción si la lluvia hace que las tuberías se vuelvan resbaladizas) y/o de las observaciones visuales del operador (por ejemplo, se recomienda una fuerza de sujeción más baja si se observa deformación del aislamiento). Un elemento de desvío controlado activamente también puede facilitar el proceso de conexión y desconexión del aparato robótico a la tubería, mientras que un elemento de desvío pasivo requiere el uso de una abrazadera o dispositivo similar para conectar y desconectar el aparato de la tubería. También se puede diseñar un elemento de desvío controlado activamente para que ejerza la fuerza adecuada en una amplia gama de tamaños de tubería, mientras que un elemento de desvío pasivo suele tener una gama más limitada de tamaños de tubería sobre los que ejerce la cantidad adecuada de fuerza. Las dos desventajas principales de un elemento de desvío controlado activamente son las siguientes. En primer lugar, los actuadores controlados activamente normalmente no se mueven tan rápido como los elementos de desvío pasivos. Cuando el aparato robótico gira en torno a una curva, es especialmente importante poder cerrar el mecanismo de sujeción rápidamente para mantener el contacto entre las ruedas y la tubería. En segundo lugar, los aparatos controlados activamente son mecánica y electrónicamente más complejos y, por lo tanto, son más propensos a fallar.

Con referencia más adelante a la Figura 17, en otra realización alternativa, uno o más elementos 154 de desvío pueden conectar un conjunto 101 de rueda situado en un primer lado de la tubería 10 con elemento/s 152 de brazo que se prolonga/n hasta un conjunto 101 de rueda situado en un segundo lado opuesto de la tubería 10, como se muestra. Por supuesto, en diversas realizaciones, los elementos 154 de desvío pueden, adicional o alternativamente, conectar conjuntos de rueda opuestos directamente (o incluso estructuras asociadas) con un efecto similar. Por ejemplo, en la realización de la Figura 17, los elementos 154a, 154b de desvío (que se muestran aquí como resortes de tensión) pueden conectar el conjunto 101a de rueda a los elementos 152a, 152b de brazo que se prolongan hasta el conjunto 101b de rueda, y los elementos 154c, 154d de desvío pueden conectar el conjunto 101a de rueda a los brazos 152c, 152d que se prolongan hasta el conjunto 101c de rueda. Más específicamente, los primeros extremos de los elementos 154a, 154b, 154c, 154d de desvío se conectan cada uno a una riostra 156 que se prolonga longitudinalmente desde el conjunto 101a de rueda, y los segundos extremos de los elementos 154a, 154b, 154c, 154d de desvío se conectan cada uno a una parte media o distal de los elementos 152a, 152b, 152c, 152d de brazo, respectivamente. Tal disposición garantiza que los vectores de la fuerza de tracción asociada generada por los elementos 154a, 154b de desvío y los elementos 154c, 154d de desvío actuarán para tirar de los conjuntos 101b, 101c de rueda, respectivamente, hacia fuera y hacia arriba en con respecto al conjunto 101a de rueda (mientras que simultáneamente tiran del conjunto 101a de rueda hacia abajo), haciendo que el aparato robótico 100 se comprima sobre la tubería 10 como se muestra en la Figura 17.

La Figura 18 ilustra otra realización alternativa más del mecanismo 150 de sujeción. Si bien esta realización del mecanismo 150 de sujeción se muestra en un aparato robótico 100 de cuatro ruedas, un experto en la técnica reconocerá que la presente realización puede adaptarse a los aparatos robóticos 100 que tienen tres ruedas o más de cuatro ruedas sin apartarse del alcance de la presente descripción.

En esta realización, el mecanismo 150 de sujeción generalmente puede incluir un motor 180 para accionar un tornillo 181 de avance, que a su vez mueve una pluralidad de pares 182a, 182b, 182c de brazos lineales para expandir o comprimir el mecanismo 150 de sujeción. Más específicamente, los conjuntos 101a y 101b de rueda pueden estar acoplados a un primer bastidor 183a, definiendo así un primer conjunto 184a de bastidor, y los conjuntos 101c, 101d de rueda pueden estar acoplados a un segundo bastidor 183b, definiendo así un segundo conjunto 184b de bastidor. Cada uno de los brazos lineales 182 puede tener un primer extremo 185 acoplado de forma giratoria al primer bastidor 183a o al segundo bastidor 183b, y un segundo extremo 186 acoplado de forma giratoria y deslizante a una guía lineal 187, como se muestra. Los segundos extremos 186 de al menos algunos de la pluralidad de brazos lineales 182 pueden estar acoplados operativamente al tornillo 181 de avance de tal manera que la rotación del tornillo 181 de avance haga que los segundos extremos 186 acoplados operativamente se muevan desde una primera posición en la guía lineal 187 a una segunda posición en la guía lineal 187, cambiando así el ángulo de cada uno de los brazos lineales 182 de cada par con respecto al otro. A medida que cambia el ángulo entre los brazos lineales 182 de cada par, se ajusta la distancia entre el primer conjunto 184a de bastidor y el segundo conjunto 184b de bastidor. Por ejemplo, accionar el tornillo 181 de avance en una primera dirección puede hacer que los segundos extremos 186 acoplados operativamente se muevan hacia dentro a lo largo de la guía lineal 187, lo que hace que el ángulo entre los brazos lineales 182 de cada par aumente a medida que cada brazo 182 se vuelve más perpendicular a la guía lineal 187. Esto puede hacer que el primer conjunto 184a de bastidor y el segundo conjunto 184b de bastidor se alejen más de la guía lineal 187, expandiendo así el aparato robótico 100. Por el contrario, accionar el tornillo 181 de avance en una segunda dirección opuesta puede hacer que los segundos extremos 186 acoplados operativamente se muevan hacia fuera a lo largo de la guía lineal 187, lo que hace que el ángulo entre los brazos lineales 182 de cada par disminuya a medida que cada brazo 182 se vuelve más paralelo a la guía lineal 187. Esto puede causar que el primer conjunto 184a de bastidor y el segundo conjunto 184b de bastidor se acerquen a la guía lineal 187, comprimiendo así el aparato robótico 100. Ajustando la distancia entre el primer conjunto 184a de bastidor y el segundo conjunto 184b de bastidor, el mecanismo 150 de sujeción puede adaptarse a tuberías 10 de varios diámetros y avanzar por las curvas como se muestra en la Figura 19B y se describe a lo largo de la presente descripción.

Con referencia ahora a la Figura 19A, adicional o alternativamente, en una realización, menos de todos los segundos extremos 186 pueden estar conectados operativamente al tornillo 181 de avance. Tal como están configurados, esos segundos extremos 182 que no están conectados operativamente al tornillo 181 de avance pueden trasladarse libremente a lo largo de la guía lineal 187 y, por lo tanto, permitir que al menos uno de entre el primer conjunto 184a y el segundo conjunto 184b pivote con respecto al otro. Esto, a su vez, puede permitir que el aparato robótico pase por pequeños obstáculos que sobresalgan de la tubería mientras mantiene todas las ruedas 110 menos una en contacto con la superficie de la tubería 10 en todo momento. Por ejemplo, todavía con referencia a la Figura 19A, el conjunto 101c de rueda puede escalar el pequeño obstáculo que sobresale, haciendo que el segundo conjunto 184b de bastidor pivote. Este giro del segundo conjunto 184b de bastidor permite que el conjunto 101d de rueda permanezca en contacto con la parte inferior de la tubería 10. Además, el giro del segundo conjunto 184b de bastidor con respecto al primer conjunto 184a de bastidor también permite que los conjuntos 101a, 101b de rueda permanezcan en contacto con el lado superior de la tubería 10 mientras el conjunto 101c de rueda pasa por el obstáculo. De manera similar, los conjuntos 184a, 184b de bastidor pivotarán entre sí cuando el conjunto 101d de rueda pase posteriormente por el obstáculo y, por lo tanto, los conjuntos 101a, 101b y 101c de rueda permanecerán en contacto con la tubería 10.

Recorrer tuberías y evitar obstáculos

En funcionamiento, el aparato robótico 100 puede estar montado en una superficie exterior de la tubería 10 y recorrer la tubería 10 para entregar, realizar y/o apoyar diversas funcionalidades, como inspeccionar la tubería 10 en busca de defectos estructurales o corrosión, y tomar muestras del entorno circundante en busca de rastros de fluidos que puedan haberse filtrado de la tubería 10. Al hacerlo, el aparato robótico 100 a veces puede necesitar reposicionarse circunferencialmente en la tubería 10 para, por ejemplo, sortear uno o más obstáculos que se extienden desde la tubería 10 o para inspeccionar un lado/s particular/es de la tubería 10. De manera similar, a veces puede ser ventajoso que los aparatos robóticos giren en espiral o sigan de otro modo un patrón helicoidal en torno al exterior de la tubería 10 cuando intentan inspeccionar la mayor parte del exterior de la tubería 10 o el entorno circundante. Por consiguiente, el aparato robótico 100 de la presente descripción puede estar configurado para recorrer la tubería 10 a lo largo de trayectorias rectas y helicoidales. En términos generales, el desplazamiento a lo largo de estas trayectorias se puede lograr impulsando una o más de las ruedas 110 usando motores 130 y ruedas dirigibles 110 que utilizan mecanismos 120 de alineación, como se describe con más detalle a continuación.

Para seguir una trayectoria recta a lo largo de la tubería 10, los mecanismos 120 de alineación pueden orientar las ruedas 110 para alinearlas con el eje longitudinal de la tubería, como se muestra en la Figura 5A, la Figura 5B y la Figura 5C. Tal como está configurada, la forma de reloj de arena (si está incorporada) puede centrar las ruedas 110 en lados opuestos de la tubería 10 y dirigir el aparato robótico a lo largo de una trayectoria recta de modo que las ruedas 110 continúen siguiendo esos lados opuestos particulares (por ejemplo, la parte superior e inferior de la tubería 10 como se muestra).

Con referencia ahora a la Figura 7, la Figura 8A, la Figura 8B, la Figura 8C, la Figura 8D, la Figura 8E, y la Figura 8F, para seguir una trayectoria helicoidal, ya sea con el fin de seguir un patrón de inspección helicoidal o simplemente para reposicionar el aparato robótico en torno a la circunferencia de la tubería 10, los mecanismos 120 de alineación pueden ajustar la orientación de las ruedas 110 de forma giratoria con respecto al eje 103 de guiñada del aparato robótico 100, que en la presente realización coincide con el plano 104 de acoplamiento. Los mecanismos 120 de alineación, en diversas realizaciones, pueden ajustar la orientación de las ruedas 110 de forma giratoria (es decir, en sentido horario o antihorario). Por ejemplo, en una realización, el mecanismo 120 de alineación puede ajustar la orientación de las ruedas 110 hacia la izquierda para guiar el aparato robótico 100 a lo largo de una trayectoria helicoidal con vueltas que se mueven en sentido contrario a las agujas del reloj en torno a la circunferencia de la tubería 10. Asimismo, el mecanismo 120 de alineación puede ajustar la orientación de las ruedas 110 a la derecha para guiar el aparato robótico 100 a lo largo de una trayectoria helicoidal con vueltas que se mueven en el sentido de las agujas del reloj en torno a la circunferencia de la tubería 10.

Los mecanismos 120 de alineación, en varias realizaciones, también pueden ajustar la orientación de las ruedas 110 en cualquier grado adecuado para controlar el paso de la trayectoria helicoidal resultante. Por ejemplo, ajustar la orientación de las ruedas 110 hacia la izquierda o hacia la derecha una cantidad pequeña (por ejemplo, 5 grados) puede hacer que la trayectoria helicoidal resultante tenga un paso grande (es decir, una gran distancia entre vueltas adyacentes), mientras que ajustar la orientación de las ruedas 110 hacia la izquierda o hacia la derecha una cantidad grande (por ejemplo, 30 grados) pueden hacer que la trayectoria helicoidal resultante tenga un paso pequeño (es decir, una pequeña distancia entre vueltas adyacentes). El mecanismo 120 de alineación, en varias realizaciones, puede estar configurado para ajustar la orientación de las ruedas 110 hasta 89 grados con respecto al eje longitudinal de la tubería 10 y aún seguir un patrón helicoidal; sin embargo, el mecanismo 120 de alineación puede estar configurado más preferiblemente para ajustar la orientación de las ruedas 110 desde el centro entre aproximadamente 1 grado y aproximadamente 60 grados. Cuanto mayor sea el ángulo en el que se giran las ruedas 110, más separadas se moverán las áreas de contacto en la superficie de la rueda 112. En otras palabras, si la rueda 110 debe permanecer en contacto con la tubería 10 (y no solo contacto a lo largo de los anillos exteriores de las ruedas 110), la anchura total de la rueda 110, y el diámetro de la tubería 10 ponen un límite superior al ángulo al que se puede girar la rueda 110.

Con referencia ahora a la Figura 9A, la Figura 9B, la Figura 9C, la Figura 9D, la Figura 9E, la Figura 9F, la Figura 9G, la Figura 9H, la Figura 10A, la Figura 10B, la Figura 10C, la Figura 11A, la Figura 11B, la Figura 11C, la Figura 11D, la Figura 12A, la Figura 12B, la Figura 12C, y la Figura 12D, el aparato robótico 100, en varias realizaciones, se puede reposicionar en torno a la circunferencia de la tubería 10 para sortear varios obstáculos, como se describe con más detalle a continuación.

La Figura 9A, la Figura 9B, la Figura 9C, la Figura 9D, la Figura 9E, la Figura 9F, la Figura 9G, y la Figura 9H ilustran un enfoque representativo para sortear un gran saliente unidireccional desde la tubería 10, como uniones de tuberías y soportes de tuberías, usando un aparato robótico 100. En la Figura 9A el aparato robótico 100 se acercó a un gran obstáculo que sobresale. Su orientación no es adecuada para pasar el obstáculo y se someterá al procedimiento de girar a una orientación adecuada para pasar el obstáculo. En la Figura 9B, el robot ha girado sus ruedas a su lugar (aproximadamente 45 grados) usando el mecanismo de alineación que se describió anteriormente en esta descripción. Hace girar las ruedas para que pueda iniciar el movimiento helicoidal necesario para cambiar su orientación con respecto a la tubería. En la Figura 9C comienza a desplazarse en una trayectoria helicoidal a lo largo de la tubería con las ruedas mantenidas en el mismo ángulo que en la Figura 9B. La Figura 9D muestra el robot mientras sigue conduciendo en una trayectoria helicoidal. Conduce a lo largo del eje longitudinal y en torno a la circunferencia de la tubería al mismo tiempo. En la Figura 9E el robot ha alcanzado la orientación preferida con respecto al obstáculo. El lado abierto del robot está en el mismo lado de la tubería que el obstáculo. La Figura 9F muestra cómo el robot emplea el mecanismo de alineación para devolver las ruedas a la posición predeterminada, donde la dirección de desplazamiento es paralela al eje longitudinal de la tubería. Una vez que está en la orientación preferida, el robot sigue conduciendo en línea recta para pasar el obstáculo. La Figura 9G muestra el robot cuando comienza a pasar el obstáculo y el obstáculo sobresale por el lado abierto del robot. La Figura 9H muestra cómo el robot ha pasado el obstáculo y vuelve a su funcionamiento normal.

La Figura 10A, la Figura 10B, y la Figura 10C representan varias vistas de un mecanismo 160 para evitar que el aparato robótico 100 se caiga de la tubería 10 si el aparato robótico 100 se desacopla de la tubería 10. También denominado en la presente memoria "mecanismo a prueba de fallos", el mecanismo 160 puede extenderse desde uno o más de conjuntos 101 de rueda y a través del lado abierto 102 del aparato robótico 100, de modo que el aparato robótico 100 rodee efectivamente la tubería 10 por todos los lados como se muestra en la Figura 11A, la Figura 11B, la Figura 11C, y la Figura 11D. Tal como está configurado, en caso de que las ruedas 110 resbalen o se desacoplen de otro modo de la tubería 10, el aparato robótico 100 permanecerá conectado a la tubería 10 de una manera que evite que caiga al suelo y se dañe o destruya.

Haciendo referencia primero a la Figura 10A, el mecanismo 160 puede comprender generalmente un elemento 162 de brazo y una articulación giratoria 164. En varias realizaciones, la articulación giratoria 164 forma una parte proximal del mecanismo 160 a prueba de fallos, y está acoplada a, o forma parte del conjunto 101 de rueda. El elemento 162 de brazo puede estar acoplado a, o estar formado integralmente como parte de la articulación giratoria 164, y puede extenderse a través del lado abierto 102 del aparato robótico 100 en un estado neutral. Para permitir que un gran saliente u otro obstáculo pase a través del lado abierto 102 del aparato robótico 100, la articulación giratoria 164 puede estar configurada para girar dentro del plano del lado abierto 102 en respuesta a las fuerzas aplicadas al elemento 162 de brazo por el obstáculo según el aparato robótico recorre una sección correspondiente de la tubería 10. Dicho de otro modo, al entrar en contacto con el obstáculo, el elemento 162 de brazo puede moverse circularmente de manera pasiva hacia atrás en torno a un punto de pivote definido por la articulación giratoria 164 hasta que el obstáculo haya pasado más allá del alcance del elemento 162 de brazo, como se muestra en la Figura 10B. Al superar el obstáculo, el elemento 162 de brazo puede moverse circularmente de forma automática hacia delante para volver al estado neutral, donde nuevamente se extiende a través del lado abierto 102 para evitar que el aparato robótico 100 se caiga si las ruedas 110 se desacoplan de la tubería 10.

Con ese fin, la articulación giratoria 164, en varias realizaciones, puede incluir un mecanismo 166 de desvío, tal como un resorte de torsión u otro mecanismo/conjunto configurado para aplicar una fuerza restauradora para devolver el elemento 162 de brazo al estado neutral después de pasar un obstáculo. En la realización mostrada en la Figura 10C, el mecanismo 166 de desvío incluye un conjunto de resortes lineales 167a, 167b conectados a un conjunto 168 de polea. En particular, los resortes 167a, 167b pueden ser iguales o sustancialmente similares entre sí, y pueden estar dispuestos uno al lado del otro y extenderse desde un extremo proximal del mecanismo 160 a prueba de fallos hacia el conjunto 168 de polea. El conjunto 168 de polea puede incluir una polea conectada a los resortes 167a, 167b mediante un cable, alambre, cuerda u otro conector similar (colectivamente, "cable" en lo sucesivo). Un primer extremo 168a del cable puede prolongarse axialmente a través del resorte 167a y conectarse a una tapa 169a colocada en un extremo proximal del resorte 167a, y del mismo modo un segundo extremo 168b del cable puede prolongarse axialmente a través del resorte 167b y conectarse a una tapa 169b colocada en un extremo proximal del resorte 167b. Tal como está configurado, cuando el elemento 162 de brazo (y por extensión la polea 169) se mueve circularmente en el sentido de las agujas del reloj en esta figura, el conjunto 168 de polea puede tirar del extremo del cable 168b (y la tapa unida 169b) hacia abajo, comprimiendo así progresivamente el resorte 167b. Esto, a su vez, genera una fuerza de restauración en el resorte 167b que genera un momento en sentido contrario a las agujas del reloj para mover circularmente el elemento 162 de brazo en sentido contrario a las agujas del reloj hasta el estado neutral cuando el obstáculo ha pasado el elemento 162 de brazo. Asimismo, cuando el elemento 162 de brazo (y por extensión la polea 168), se mueve circularmente en sentido contrario a las agujas del reloj en esta figura, el conjunto 168 de polea puede tirar del extremo del cable 168a (y la tapa unida 169a) hacia abajo, comprimiendo así progresivamente el resorte 167a. Esto, a su vez, genera una fuerza de restauración en el resorte 167a que genera un momento en el sentido de las agujas del reloj para mover circularmente el elemento 162 de brazo en el sentido de las agujas del reloj de regreso al estado neutral cuando el obstáculo ha pasado el elemento 162 de brazo.

En particular, la articulación giratoria 164, en varias realizaciones, puede estar restringida a la rotación dentro del plano del lado abierto 102 únicamente y, por lo tanto, no se le permite girar transversalmente (por ejemplo, alejándose o hacia la tubería 10) a dicho plano, de modo que el mecanismo 160 a prueba de fallos no permite que la tubería 10 pase a través del lado abierto 102 en caso de que el aparato robótico 100 se desacoplara de la tubería 10.

La Figura 11A, la Figura 11B, la Figura 11C, y la Figura 11D ilustran un enfoque representativo para sortear un gran saliente unidireccional desde la tubería 10, tal como uniones de tubería y soportes de tubería cuando el aparato robótico 100 está equipado con un mecanismo 160 a prueba de fallos. La Figura 11A muestra el aparato robótico 100 a medida que se acerca a un obstáculo que sobresale de la tubería 10. En esta figura, el aparato robótico 100 ya está en la orientación preferida para pasar el obstáculo que sobresale, es decir, el lado abierto 102 está alineado con el obstáculo que sobresale. Conduce en línea recta, paralela al eje longitudinal de la tubería. En la Figura 11B, el aparato ^{robótico 100 comienza a pasar el obstáculo y el mecanismo}160^{a a prueba de fallos unido al primer conjunto de rueda}se ha topado con el saliente. Dado que el elemento 162 de brazo puede girar libremente en este plano, comienza a pivotar según es empujado por el obstáculo que sobresale. En la Figura 11C, el primer mecanismo 160 a prueba de fallos ha pasado completamente el obstáculo y el elemento 166 de desvío ha devuelto el elemento 162 de brazo a su estado neutral. El mecanismo 160b a prueba de fallos central está ahora pasando el obstáculo que sobresale. La Figura 11D muestra cómo el mecanismo 160b a prueba de fallos central ha superado el obstáculo y regresado a su posición neutral. El último mecanismo 160c a prueba de fallos está ahora en contacto con el obstáculo que sobresale. Una vez que el último conjunto de rueda pase el obstáculo, el último mecanismo 160c a prueba de fallos volverá a la posición neutral segura y el aparato robótico 100 podrá volver a su funcionamiento normal.

La Figura 12A, la Figura 12B, la Figura 12C, y la Figura 12D ilustran un enfoque representativo para avanzar por un codo o una curva en la tubería 10 usando el aparato robótico 100. La Figura 12A muestra la orientación ideal del aparato robótico 100 cuando se acerca a la curva. La realización representada del aparato robótico 100 está diseñada para recorrer la curva con el único conjunto 101a de rueda conduciendo a lo largo de la línea central exterior de la curva y los dos conjuntos 101b, 101c de rueda en el lado opuesto para conducir a lo largo de la línea central interior de la curva. Se han diseñado realizaciones alternativas para que el único conjunto 101a de rueda pueda conducir a lo largo del interior de la curva y los dos conjuntos 101b, 101c de rueda puedan conducir a lo largo del exterior de la curva. Sin embargo, estos dos enfoques diferentes imponen restricciones diferentes en el intervalo de movimiento del mecanismo 150 de sujeción, y típicamente se diseña una sola realización para que emplee uno de los dos enfoques.

La Figura 12B muestra cómo el aparato robótico 100 entra en la curva. Como se muestra, el aparato robótico 100 tiene que expandirse significativamente a medida que avanza hacia el vértice de la curva. La rueda exterior en el conjunto 101a de rueda aumentará su velocidad al entrar en la curva para compensar la mayor longitud de la trayectoria en comparación con las otras ruedas. En la Figura 12C, el aparato robótico 100 ha pasado el vértice de la curva. En esta etapa, el mecanismo 150 de sujeción se contrae gradualmente para mantener las ruedas 110 en contacto con la superficie de la tubería 10 y la rueda exterior 110a vuelve gradualmente a la misma velocidad que las otras ruedas 110b, 110c, a medida que disminuye la diferencia de longitud de las trayectorias. En la Figura 12D, el aparato robótico 100 ha pasado completamente la curva y vuelve a su funcionamiento normal.

Inspección de tuberías y otras cargas útiles

La Figura 13A y la Figura 13B ilustran una realización del aparato robótico 100 que incluye un conjunto 170 de sensor para realizar inspecciones estructurales de la tubería 10. El conjunto 170 de sensor, en varias realizaciones, generalmente puede incluir uno o más brazos 172 y un actuador 174 para posicionar un sensor 176 con respecto a la tubería 10.

El sensor 176, en varias realizaciones, puede incluir uno de entre una variedad de sensores adecuados para inspeccionar o recopilar información sobre la tubería 10 y/o el entorno circundante. Por ejemplo, en una realización, el sensor 176 puede incluir un sensor ultrasónico u otro sensor adecuado para la inspección no destructiva (NDI) de aspectos estructurales de la tubería 10, como medir el espesor de la pared o detectar grietas/corrosión. En otra realización, el sensor 176 puede incluir un sensor configurado para muestrear aire próximo a la tubería 10 en busca de rastros de fluidos (p. ej., gas natural, petróleo) que puedan haberse filtrado de la tubería 10. Dichos rastros pueden ser indicativos de grietas o corrosión en la tubería 10 y, por lo tanto, puede usarse con fines de inspección estructural. Si bien el conjunto 170 de sensor de la presente descripción puede describirse en el contexto de la colocación de un sensor 176 con fines de inspección de tuberías, debe reconocerse que puede usarse cualquier sensor 170 en relación con el conjunto 170 de sensor con cualquier propósito adecuado.

El/los brazo/s 172, en varias realizaciones, pueden acoplar el sensor 176 al aparato robótico 100 y moverse para posicionar el sensor 176 con respecto a la tubería 10. En particular, un primer extremo del/de los brazo/s 172 puede estar acoplado de forma giratoria al aparato robótico 100, por ejemplo, en la riostra 156 como se muestra. Tal como están configurados, el/los brazo/s 172 se pueden pivotar hacia arriba y hacia abajo en la riostra 156 y, por lo tanto, posicionar el sensor 176 lejos o cerca de la tubería 10, respectivamente. En una realización (que se muestra), el segundo extremo del/de los brazo/s 172 también puede estar acoplado de manera giratoria al sensor 176, lo que permite que el sensor 176 pivote con respecto al/a los brazo/s 172 y, por lo tanto, permanezca paralelo a la superficie de la tubería 10 si se desea o es necesario para que el sensor 176 funcione de manera óptima. La Figura 13A ilustra el conjunto 170 de sensor en una posición elevada y la Figura 13B ilustra el conjunto de sensor en una posición bajada. El/los brazo/s 172, en una realización, pueden usarse para elevar el sensor 176 a una posición alejada de la tubería 10 cuando no se necesiten mediciones y/o para evitar que el sensor 176 choque con un obstáculo a lo largo de la tubería 10. Por el contrario, el/los brazo/s 172, en una realización, se puede usar para bajar el sensor 176 a una posición cercana o contra la tubería 10 para tomar medidas.

El actuador 174, en varias realizaciones, se puede usar para mover el/los brazo/s 172 en el posicionamiento del sensor 176. El actuador 174 puede incluir cualquier actuador, motor y conjuntos asociados (por ejemplo, poleas, trenes de engranajes). En la realización ejemplar mostrada, el actuador 174 incluye un actuador lineal que tiene un extremo proximal acoplado de forma giratoria al conjunto 101a de rueda del aparato robótico 100 y que tiene un extremo distal acoplado al brazo o brazos 172, y específicamente aquí a un elemento de barra transversal que se prolonga entre los brazos 172 que gira libremente para mantener la alineación con el actuador lineal 172, como se muestra, independientemente de si el actuador lineal 172 está en una posición extendida o retraída. Por supuesto, un experto en la técnica reconocerá actuadores alternativos que puedan ser adecuados para el propósito descrito dentro del alcance de la presente descripción. Por ejemplo, en otra realización (no mostrada), el actuador 174 puede incluir un motor configurado para enrollar hacia dentro/fuera un conjunto de cable o polea posicionando el/los brazo/s 172 y el sensor 176 acoplado al/a los mismo/s.

La Figura 14A, la Figura 14B, la Figura 14C, y la Figura 14D representan otra realización del conjunto 170 de sensor, que generalmente incluye el sensor 176 y un brazo articulado 190 que comprende un primer segmento 192 de brazo y un segundo segmento 194 de brazo. Un extremo proximal del primer segmento 192 de brazo puede estar acoplado de manera giratoria mediante una primera articulación giratoria 193 al aparato robótico 100 de manera que el brazo articulado 190 pueda girarse con respecto al aparato robótico 100. Un extremo proximal del segundo segmento 194 de brazo puede estar acoplado de forma giratoria mediante una segunda articulación giratoria 195 a un extremo distal del primer segmento 192 de brazo de modo que el segundo segmento 194 de brazo se pueda girar con respecto al primer segmento 192 de brazo. Cada articulación giratoria 193, 195, en diversas realizaciones, puede estar motorizada y configurada para que gire de forma independiente respecto a la otra. Tal como está configurada, la primera articulación giratoria 193 puede subir o bajar el brazo articulado 190 con respecto a la tubería 10 y la segunda articulación giratoria 195 puede ajustar independientemente la orientación del sensor 176 con respecto a la superficie de la tubería 10, como se muestra en la Figura 14A y la Figura 14C.

Además, la primera articulación giratoria 193 se puede girar en mayor medida para posicionar el brazo articulado 190 delante de cualquiera de los extremos del aparato robótico 100, como se muestra en la Figura 14B y la Figura 14D. Tal como está configurado, el sensor 176 puede estar posicionado para tomar medidas delante del aparato robótico 100 independientemente de su dirección de desplazamiento en la tubería 10. En un aspecto, esta configuración puede proporcionar medidas más precisas, ya que el aparato robótico 100 aún no estaría en contacto con la parte de la tubería 10 que se está inspeccionando con el sensor 176, que de lo contrario podría producir vibraciones, provocar un efecto de amortiguación o afectar de otro modo a las propiedades estructurales de la parte de la tubería 10 que se está inspeccionando. En otro aspecto, colocando el conjunto de sensor delante del aparato robótico 100 (de nuevo, independientemente de la dirección de desplazamiento) puede ser posible inspeccionar partes de la tubería 10 hasta el próximo obstáculo. Contrástese esto con solo poder inspeccionar solo aquellas partes de la tubería 10 a más de una longitud de aparato robótico del obstáculo que se aproxima porque el conjunto 170 de sensor está posicionado detrás del aparato robótico 100.

La Figura 20, la Figura 21, la Figura 22, la Figura 23, y la Figura 24 son fotografías de un prototipo de una realización representativa del aparato robótico 100 con fines ilustrativos adicionales. La Figura 20 y 21 representan vistas laterales del prototipo del aparato robótico 100, con las ruedas 110 alineadas para desplazarse en línea recta a lo largo de la tubería 10. La Figura 22 representa una vista desde abajo del prototipo de aparato robótico 100, con la orientación de las ruedas 110 ajustada para el desplazamiento helicoidal a lo largo de la tubería 10. La Figura 23 representa una vista lateral del prototipo del aparato robótico 100 avanzando por una curva en la tubería 10. La Figura 24 representa una vista lateral del prototipo de aparato robótico 100, con el lado abierto 102 posicionado para pasar un obstáculo que sobresale de la tubería 10.

Aunque la presente descripción y sus ventajas se han descrito en detalle, debe entenderse que se pueden realizar varios cambios, sustituciones y alteraciones en la presente memoria sin apartarse del alcance de la descripción tal como se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato robótico (100), que comprende:

un primer conjunto (101a) de rueda que incluye una rueda (110) y un mecanismo (120) de alineación, y está configurado para posicionarse en una superficie exterior de una tubería (10) en una primera mitad de la tubería; un segundo conjunto (101b) de rueda y un tercer conjunto (101c) de rueda, cada uno de los cuales incluye una rueda (110) y un mecanismo (120) de alineación, y están configurados para posicionarse en la superficie exterior de la tubería en una segunda mitad circunferencialmente opuesta de la tubería; y

un mecanismo (150) de sujeción configurado para aplicar una fuerza para obligar a la segunda rueda y a la tercera rueda a pivotar hacia fuera, en direcciones opuestas a lo largo de una longitud de la tubería con respecto a la primera rueda, para asegurar la primera rueda, la segunda rueda y la tercera rueda a la tubería, en donde los mecanismos de alineación están configurados para ajustar de forma selectiva una orientación de las ruedas para permitir que el aparato robótico se mueva a lo largo de una trayectoria recta o helicoidal sobre la tubería.

2. El aparato robótico de la reivindicación 1, en donde al menos una de las ruedas (110) tiene una superficie de forma cóncava para acoplarse a la tubería (10).

3. El aparato robótico de la reivindicación 1, en donde al menos uno de los conjuntos (101a, b, c) de rueda incluye un motor (130) para girar la rueda (110) del conjunto correspondiente, opcionalmente en donde el motor está situado dentro de la rueda del conjunto correspondiente.

4. El aparato robótico de la reivindicación 1, en donde el mecanismo (150) de sujeción incluye uno o más elementos (154) de desvío para generar la fuerza, opcionalmente, en donde el uno o más elementos de desvío están configurados para generar pasivamente la fuerza, u opcionalmente en donde el uno o más elementos de desvío incluye al menos uno de entre un resorte de tensión, un resorte de compresión y un resorte de torsión.

5. El aparato robótico de la reivindicación 4, en donde el uno o más elementos (154) de desvío están configurados para generar activamente la fuerza.

6. El aparato robótico de la reivindicación 1, en donde el mecanismo (150) de sujeción incluye:

un primer elemento (152a) de brazo que conecta el primer conjunto (101a) de rueda con el segundo conjunto (101b) de rueda;

un segundo elemento (152c) de brazo que conecta el primer conjunto (101a) de rueda con el tercer conjunto (101c) de rueda; y

uno o más elementos (154) de desvío para aplicar la fuerza para acoplar las ruedas (110) en mitades opuestas de la tubería (10), el uno o más elementos de desvío conectando el primer elemento de brazo al segundo elemento de brazo o conectando el primer conjunto de rueda al primer elemento de brazo y al segundo elemento de brazo, opcionalmente

incluyendo además un tercer elemento (152b) de brazo y un cuarto elemento (152d) de brazo dispuestos paralelos y adyacentes al primer elemento de brazo y al segundo elemento de brazo, respectivamente, formando así conexiones primera y segunda en forma de paralelogramo entre el primer conjunto de rueda y el segundo conjunto de rueda y entre el primer conjunto de rueda y el tercer conjunto de rueda, respectivamente, en donde las conexiones en forma de paralelogramo mantienen los conjuntos de rueda alineados en paralelo entre sí independientemente de la posición relativa de los conjuntos de rueda entre sí.

7. El aparato robótico de la reivindicación 1, en donde el mecanismo (150) de sujeción está desplazado de, y es paralelo a un plano compartido por las ruedas (110), siendo el plano paralelo al eje longitudinal de simetría de la tubería.

8. El aparato robótico de la reivindicación 7, que comprende un lado abierto (102) situado frente al mecanismo (150) de sujeción, a través del cual puede pasar sin obstrucciones un obstáculo que se extienda desde la tubería (10).

9. El aparato robótico de la reivindicación 1, en donde el mecanismo (120) de alineación está configurado para ajustar la orientación de una rueda correspondiente (110) en una dirección de giro con respecto a un eje que es normal a la tubería (10), opcionalmente en donde ajustar la orientación de las ruedas de forma giratoria hace que el aparato robótico se mueva a lo largo de una trayectoria helicoidal a lo largo de la tubería.

10. El aparato robótico de la reivindicación 1, comprendiendo el mecanismo (120) de alineación:

un bastidor (114) de rueda al que está acoplada la rueda (110) de forma giratoria alrededor de un primer eje; una placa base (124) a la que está acoplado el bastidor de la rueda de forma giratoria en torno a un segundo eje ortogonal al primer eje; y

un motor (122) configurado para girar el bastidor de la rueda en torno al segundo eje, ajustando así la orientación de la rueda con respecto a la placa base.

11. El aparato robótico de la reivindicación 8, que incluye además uno o más elementos configurados para extenderse a través del lado abierto (102) del aparato robótico para evitar que el aparato robótico se caiga de la tubería (10), opcionalmente en donde el uno o más elementos están configurados para pivotar a lo largo de un plano del lado abierto para alojar el paso de un obstáculo a través del lado abierto del aparato robótico.

12. El aparato robótico de la reivindicación 1, que incluye además un conjunto (170) de sensor para inspeccionar la tubería (10) o un entorno que rodea la tubería, opcionalmente, en donde el conjunto de sensor incluye:

un sensor (176);

un elemento (172) de brazo que acopla de forma giratoria el sensor al aparato robótico; y

un accionador (174) configurado para girar el elemento de brazo en torno al acoplamiento giratorio para acercar el sensor a, o alejar el sensor de, la tubería.

13. Un método para sortear un obstáculo en una tubería (10) con un aparato robótico (100), que comprende:

proporcionar un aparato robótico que comprende: (i) una primera rueda (110) configurada para posicionarse en una superficie exterior de una tubería en una primera mitad de la tubería, (ii) una segunda rueda (110) y una tercera rueda (110) configuradas para posicionarse en la superficie exterior de la tubería en una segunda mitad circunferencialmente opuesta de la tubería, y (iii) un mecanismo (150) de sujeción que conecta la primera rueda a la segunda y tercera ruedas, y está configurado para ajustar la distancia entre las mismas para asegurar el aparato robótico (100) a la tubería (10), estando situado el mecanismo de sujeción desplazado de y paralelo a un plano compartido por las ruedas, siendo el plano paralelo al eje longitudinal de simetría de la tubería, para definir un lado abierto (102) situado frente al mecanismo de sujeción;

hacer avanzar el aparato robótico a lo largo de una trayectoria helicoidal en la tubería para colocar el lado abierto del aparato robótico en alineación longitudinal con el obstáculo en la tubería, en donde hacer avanzar el aparato robótico a lo largo de una trayectoria helicoidal incluye ajustar la orientación de al menos una de las ruedas de forma giratoria con respecto a un eje que es normal a la tubería; y

hacer avanzar el aparato robótico a lo largo de una trayectoria recta en la tubería de manera que el obstáculo pase sin obstrucciones a través del lado abierto del aparato robótico, en donde hacer avanzar el aparato robótico a lo largo de una trayectoria recta en la tubería incluye ajustar la orientación de las ruedas para que estén alineadas con un eje longitudinal de la tubería.

14. El método de la reivindicación 13,

en donde el aparato robótico (100) incluye uno o más elementos configurados para extenderse a través del lado abierto del aparato robótico para evitar que el aparato robótico se caiga de la tubería, y

en donde hacer avanzar el aparato robótico a lo largo de una trayectoria recta en la tubería (10) de manera que el obstáculo pase sin obstrucciones a través del lado abierto (102) del aparato robótico incluye permitir que el uno o más elementos pivoten a lo largo de un plano del lado abierto para alojar el paso del obstáculo a través del lado abierto del aparato robótico, o

incluyendo además ajustar la orientación de dos o más de las ruedas (110) en direcciones opuestas para hacer avanzar el aparato robótico lateralmente con respecto a un eje longitudinal de la tubería y así reposicionar el aparato robótico en la tubería para tener en cuenta el deslizamiento de las ruedas.

15. El aparato de la reivindicación 1, en donde el primer conjunto (101a) de rueda, el segundo conjunto (101b) de rueda y el tercer conjunto (101c) de rueda están situados en diferentes ubicaciones longitudinales a lo largo de la tubería.