PT851988E

PT851988E - Veiculo para se deslocar sobre superficies

Info

Publication number: PT851988E
Application number: PT96931144T
Authority: PT
Inventors: Ernest Appleton; Neil William Stutchbury
Original assignee: Univ Durham
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1996-09-19
Publication date: 2000-11-30
Also published as: NZ318456A; GB9519368D0; GB2305407A; ATE193592T1; KR100488059B1; DE69608691D1; JPH11513463A; DE69608691T2; AU700878C; GB9619482D0; BR9610627A; GR3034266T3; IL123772A0; US6431079B1; DK0851988T3; EP0851988B1; IL123772A; AU6994196A; CA2232618A1; WO1997011307A1

Description

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DESCRIÇÃO "VEÍCULO PARA SE DESLOCAR SOBRE SUPERFÍCIES" A presente invenção refere-se a um veiculo concebido para se deslocar sobre uma superfície, destinado a efectuar operações de inspecção, vigilância ou de manutenção sobre essa superfície. Veículos deste tipo podem ser utilizados para a travessia de superfície planas, ou de um espaço entre duas superfícies planas, ou para se deslocar interna ou externamente ao longo de uma conduta sensivelmente tubular, tal como um tubo, um poço de mina, um túnel , valas ou tubos para drenagem, chaminés ou algo semelhante, numa direcção horizontal, vertical ou intermédia.

Veículos e ferramentas semelhantes para serem usadas em operações de inspecção e manutenção do interior de condutas tubulares são conhecidos e utilizados. Muitos destes veículos podem ser utilizados somente em condutas horizontais ou que não fujam demasiadamente da horizontal; e muitos contam com o t facto de a secção transversal da conduta ser mais ou menos uniforme ao longo da extensão desta.

Se um veículo tiver que se deslocar ao longo de uma superfície sensivelmente vertical ou muito inclinada, terá que estar capacitado para se agarrar suficientemente bem à

V face da superfície, de modo a fixar-se a si mesmo e a qualquer equipamento que tenha de transportar ou deslocar, assim contrariando os efeitos da gravidade, das forças de atrito ou de qualquer outra resistência. Veículos como estes, capazes de se deslocarem verticalmente, são de concepção mais difícil, e normalmente susceptíveis de serem utilizados somente em condutas tubulares de secção transversal uniforme com diâmetros de valor especificado ou variando entre limites muito próximos. 1 π r Γ \i L: ,

Poucos, ou mesmo nenhuns, dos veículos referidos ahteriormente são apropriados para operações de exploração, ou outras, que não sejam as executadas em superfícies interiores das referidas condutas tubulares de secção transversal uniforme. Tais veículos não são de facto passíveis de executar satisfatoriamente essas operações em condutas tubulares de secção transversal variável na forma ou nas dimensões, quer essas condutas sejam ou não horizontais. Também não são geralmente apropriados para serem utilizados se a superfície interna' da conduta tubular apresentar irregularidades, tais como cavidades ou projecções localizadas.

Tendo em vista estas circunstâncias, é objectivo da presente invenção proporcionar um veículo, apropriado para se deslocar ao longo de superfícies, que seja adequado para ser usado sobre uma grande variedade de superfícies lisas e/ou irregulares, incluindo uma grande variedade de condutas sensivelmente tubulares de secção transversal uniforme ou irregular, tanto na forma como nas dimensões, e também sobre superfícies sensivelmente planas de forma uniforme ou irregular, sejam elas horizontais, verticais ou intermédias. 0 veículo destinado a deslocar-se sobre superfícies, de acordo com a presente invenção, compreende dois corpos interligados por dispositivos que permitem aproximar ou afastar esses corpos um do outro, sendo cada um desses corpos suportados por cerdas flexíveis que irradiam a partir do mesmo. Descobriu-se inesperadamente que um movimento alternado de aproximação ou afastamento mútuo dos dois corpos faz com que o veículo se mova em passos sucessivos ao longo de um caminho sensivelmente linear sobre a superfície na qual o veículo se apoia. Por exemplo, quando o veículo é colocado dentro de uma conduta tubular com um diâmetro interno médio um pouco menor que a dimensão geral máxima das cerdas medida 2 Γ

na direcção do diâmetro, o veículo atravessa deste modo a conduta ao longo da sua extensão.

Sujeito às características anteriormente definidas, a forma particular do veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com a presente invenção irá depender do tipo da superfície a ser atravessada. Por exemplo, a forma dos corpos que suportam as cerdas pode ser, de uma geral achatada se o veículo for concebido para ser utilizada na travessia de superfícies de uma maneira geral planas, ou se for utilizada para a travessia de um espaço contido entre duas superfícies adjacentes sensivelmente planas e sensivelmente paralelas. Para utilização em, ou dentro de condutas tubulares, os corpos podem ser alongados na direcção do comprimento do veículo, ou relativamente curtos nessa mesma direcção. Para utilização em, ou dentro de condutas tubulares,, eles podem ser alongados na direcção do comprimento do veículo, ou relativamente curtos nessa mesma direcção, mas tendo de preferência simetria radial relativamente a essa direcção. Deste modo, podem, por exemplo, ter forma sensivelmente cilíndrica. Contudo, podem ser também assimétricos ou irregulares na forma, de modo a melhor corresponderem à forma da secção transversal da conduta sobre ou dentro da qual se pretenda utilizá-los.

As cerdas que irradiam desses corpos são flexíveis e ericontram-se dirigidas, sensivelmente, para a superfície sobre a qual se deslocam. Por exemplo, se essa superfície for uma superfície isolada e sensivelmente plana, então as cerdas apresentam-se sensivelmente paralelas umas às outras, irradiando dos corpos com uma única direcção. Se a superfície for constituída por um par dessas superfícies, então as cerdas dispor-se-ão em duas direcções sensivelmente opostas. Quando se prevê utilizar o veículo dentro de uma conduta sensivelmente tubular, as cerdas são dirigidas para fora a partir dos corpos. Contudo, estes mesmos corpos podem, em alternativa, apresentar uma secção transversal em anel, com 3

II LCj t as cerdas dirigidas para o interior, se forem usados para se deslocarem do lado de fora de uma chaminé, poste, cabo, ou algo semelhante.

As cerdas nas quais os corpos se encontram apoiados podem estar dispostas, quando não se encontram sob tensão, segundo uma direcção sensivelmente perpendicular à superfície do corpo, por exemplo radialmente no caso de o corpo ser sensivelmente cilíndrico (inclusivamente com secção transversal em forma de anel). Em alternativa, as cerdas podem apresentar-se ligeiramente inclinadas relativamente a essa direcção. Podem estar todas montadas paralelamente umas às outras ou desviar-se da configuração em paralelo, apresentando-se por exemplo aos pares, sendo as cerdas de cada par oblíquas uma relativamente à outra.

Quando o veículo de acordo com a presente invenção se encontra em utilização, as cerdas são forçadas a flectirem, afastando-se em ,maior ou menor grau da configuração que apresentam quando se encontram livres de tensões. A flexibilidade que lhes é requerida permite às cerdas recuperar, ou tender a recuperar, a orientação que apresentam quando estão livres de tensões, e, se o movimento do veículo fór invertido, permite-lhes virem a desviar-se, ultrapassando essa configuração, para uma nova configuração, em que apresentam inclinação oposta. As cerdas podem ser cerdas naturais ou podem ser de qualquer outro material que lhes permita apresentar a desejada flexibilidade, por exemplo um material polimérico sintético, ou um metal. Em termos ideais, o material deve possuir uma rigidez relativamente elevada e, ao mesmo tempo, suficiente flexibilidade. Quando o veículo for utilizado para transportar uma carga relativamente leve, por exemplo uma máquina fotográfica para inspeccionar a superfície em questão, então são apropriadas cerdas de material polimérico sintético, por exemplo o "nylon". Quando for exigido um maior esforço de tracção, por exemplo quando o veículo tiver que rebocar uma carga relativamente pesada, 4

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Vi eritão são preferíveis cerdas de metal, por exemplo, de aço. Também podem ser utilizadas misturas de cerdas de diferentes materiais e/ou diferentes comprimentos.

Se, uma vez executada a função desejada, for solicitado ao veículo mover-se na direcção contrária, por exemplo com a intenção de o recuperar, ou porque encontrou um obstáculo, torna-se necessário inverter a inclinação das cerdas. Isto pode ser conseguido de vários modos diferentes. Dado que a deslocação do veiculo sobre uma superfície exige que um dos corpos se mantenha estacionário enquanto o outro se move, de modo a aproximar-se ou afastar-se do primeiro, a exigência principal é a de inverter a inclinação das cerdas num dos corpos, de preferência o que estava na retaguarda durante o movimento do veículo para a frente. 0 veículo pode por isso ser construído com, por exemplo, cerdas mais curtas na primeira unidade para permitir uma inversão mais pronta das cerdas respectivas.

Uma melhor abordagem para inverter o movimento do veículo consiste em um ou mais dos corpos ser construído com cerdas retrácteis e/ou ser dotado com um mecanismo especificamente concebido para inverter a inclinação das cerdas. Como alternativa adicional, o movimento do veículo pode ser invertido simplesmente puxando para trás todo o veículo, ou somente o corpo mais recuado, fazendo-o percorrer uma distância suficiente para que as cerdas se desloquem de modo a passarem à configuração com a inclinação oposta. Isto pode ser conseguido puxando manualmente um dispositivo de tracção fixado ao veículo, ou accionando um cilindro pneumático ou hidráulico incorporado nesse dispositivo.

Quando, tal como na maioria das situações de funcionamento, for exigido ao veículo mudar do movimento de avanço para o movimento de recuo dentro de um espaço limitado, por exemplo dentro de uma conduta tubular, o movimento das cerdas dentro 5

r i; y desse espaço pode ser conseguido proporcionando meios para que um dos corpos possa rodar em torno do seu eixo.

Numa modalidade da presente invenção, é exigido ao veiculo deslocar-se sobre uma superfície plana isolada. Para tal fim, o veículo pode ser mantido em contacto com esta superfície simplesmente por acção da gravidade. Contudo, numa modalidade alternativa preferida, na qual é permitido ao veículo mover-se sobre uma superfície inclinada ou mesmo vertical, devem proporcionar-se meios para manter o veículo permanentemente agarrado magneticamente à superfície, por exemplo utilizando um íman permanente ou um electroíman.

Os dispositivos para aproximar ou afastar mutuamente os corpos que suportam as cerdas podem ter qualquer forma desejada, sendo escolhidos de modo a reflectir vários factores, incluindo as circunstâncias e/ou condições nas quais o veículo é utilizado. Por exemplo, os dispositivos podem ser alimentados electricamente por uma linha eléctrica directa ou por uma bateria, de preferência uma bateria recarregável. Numa forma de realização preferida da invenção, os dispositivos em questão são um cilindro pneumático ou hidráulico, com o auxílio dos quais os corpos podem ser afastados quando for fornecido ao cilindro um fluido de operação, e aproximados quando for invertido o fluxo desse fluido. A ligação entre os corpos que suportam as cerdas pode ser rígida, ou relativamente rígida, especialmente se o veículo compreender somente dois desses corpos. Contudo, é preferido em geral que os corpos estejam interligados de modo flexível, em particular para permitir ao veículo deslocar-se ao longo de condutas não-lineares, por exemplo curvas ou apresentando mudanças bruscas de direcção.

Enquanto os corpos são suportados pelas cerdas que irradiam dos mesmos, uma parte do peso do veículo pode ser suportado 6 por uma ou mais rodas, colocadas por exemplo aos pares, nos próprios corpos, e/ou nos dispositivos de ligação, como por exemplo nos cilindros pneumáticos dispostos entre corpos adjacentes. Tais rodas podem também proporcionar estabilidade ao movimento linear do veiculo, o qual, de outro modo, poderia, em certas circunstâncias, vir a dobrar-se sobre si mesmo. 0 veiculo pode compreender somente dois corpos com cerdas, ou pode compreender três ou mais de tais corpos. Neste último caso, é preferível que a aproximação ou afastamento mútuos de corpos adjacentes seja faseada de modo a conduzir a uma sequência de tais movimentos ao longo da extensão do veículo, e uniformizando deste modo a progressão deste ao longo da conduta. Contudo, num arranjo alternativo, os corpos podem estar acoplados aos pares, encontrando-se os dois corpos acoplados em cada par a uma distância fixa um do outro, de modo que tudo se passe como se tivesse sido aumentado o comprimento efectivo de cada corpo. A operação de um veículo de acordo com a presente invenção, que compreenda três ou mais corpos portadores de cerdas, provocando a deslocação relativa de corpos adjacentes numa sequência pré-determinada, pode ser efectuada automaticamente por meio de um controlador apropriado, o qual pode estar localizado no veículo ou afastado do mesmo; neste último caso, pode proporcionar-se para o efeito uma ligação eléctrica ao veículo a partir de um local remoto, por meio de uma linha eléctrica directa ou de uma ligação por rádio.

Se o veículo for concebido para ser operado pneumaticamente, o ar para os cilindros pneumáticos pode ser proporcionado, a partir de uma fonte remota de ar comprimido através de uma ligação apropriada. Esta ligação pode ser combinada com um linha eléctrica, na forma de uma ligação umbilical entre a posição de controlo remoto e o veículo. Esta ligação umbilical pode por sua vez ser arrastada atrás do veículo por 'í meio de um veículo de reboque semelhante, proporcionado especificamente para o efeito. À medida que o veículo propriamente dito se desloca, afastando-se da posição de controlo, podem adicionar-se reboques umbilicais suplementares. Sensores colocados no cabo podem monitorizar a tensão na ligação umbilical e, por sua vez, induzir um reboque umbilical a responder, levando-o a acelerar ou desacelerar prontamente. O veículo de acordo com a presente invenção pode ser utilizado para uma larga gama de objectivos em grande número de situações. Irá geralmente transportar ou levar uma ferramenta para aplicar algum tratamento à superfície interior de uma conduta tubular, por exemplo para limpar lixos ou retirar saliências da mesma, ou algum dispositivo de monitorização, ou um instrumento para, por exemplo, vigiar ou explorar a forma ou situação de uma tal conduta. Deste modo, pode ser utilizado em poços de minas, chaminés, túneis, e em tubos de serviços, tais como redes de distribuição de água, energia eléctrica, gás, telecomunicações e esgotos. Em outras modalidades, pode ser utilizado para atravessar o espaço entre superfícies paralelas, por exemplo entre os cascos de um petroleiro de casco duplo, ou outro vaso marinho, ou para vigiar ou tratar uma superfície plana isolada. 0 veículo é particularmente apropriado para ser utilizado em ambientes perigosos, por exemplo onde possa existir risco de fogo e/ou explosão, dado que não exige quaisquer componentes eléctricos ou electrónicos. A invenção é adicionalmente descrita e ilustrada tomando como referência as figuras anexas, as quais ilustram, somente a título de exemplo, uma única realização do veículo de acordo com a presente invenção. Nessas figuras, a figura 1 representa uma vista em alçado do veículo, e as figuras 2 e 4 representam, numa escala menor, três posições seguidas do veículo dentro de um tubo. 8 V f u

0 veiculo ilustrado compreende dois corpos curtos sensivelmente cilíndricos 10, 11, ligados um ao outro por um cilindro pneumático 12, ao qual os dois corpos se encontram acoplados, por articulações, a 13 e 14, respectivamente.

Cada um dos corpos tem um número substancial de cerdas flexíveis que irradiam, radialmente, para fora, à volta da superfície curva do corpo.

As figuras 2 a 4 mostram como o veículo é passível de mover-se da direita para a esquerda, tal como está ilustrado, ao longo de um tubo 16, estando somente ilustrado uma parte da extensão do mesmo. 0 veículo é introduzido no tubo no sua extremidade 17, do lado direito, e, dado que o diâmetro interno do tubo 16 é, até certo ponto, menor que o diâmetro lateral global máximo do veículo entre as extremidades das cerdas 15, as cerdas tomam uma configuração em que se apresentam curvas e inclinadas para a direita, com um ângulo médio da ordem de entre 15 e 45 graus.

De modo a fazer avançar o veículo ao longo do tubo na direcção da seta 18, introduz-se ar no cilindro 12. Os corpos 10, 11, são deste modo forçados a afastarem-se um do outro. A orientação das cerdas no corpo 11 é tal que resiste ao movimento de recuo do corpo, pelo que o corpo 10 é impulsionado para a frente, oferecendo as cerdas do mesmo, dirigidas para trás, menor resistência a este movimento, o que leva os corpos a adoptar as posições apresentadas na figura 3. Quando da evacuação subsequente do cilindro 12 (figura 4) , o corpo 11 é puxado para a frente em direcção ao corpo 10, até que o cilindro se encontre totalmente retraído tal como apresentado. Facilmente se compreende que a extensão e retracção alternadas do cilindro provocam o avanço progressivo do veículo, passo a passo, ao longo do tubo 16 segundo a direcção da seta 18. 9

Numa utilização com carácter experimental, o veiculo ilustrado nas figuras mostrou ser passível de avançar verticalmente, horizontalmente, ou com uma inclinação intermédia, ao longo de uma conduta tubular, e de levar consigo cargas substancialmente maiores do que o seu próprio peso.

Lisboa, 22 de Agosto de 2000 O AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAI,

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Claims

r REIVINDICAÇÕES 1. Veiculo para se deslocar sobre superfícies caracterizado por compreender dois corpos (10, 11) interligados por meios para os aproximar ou afastar um do outro, sendo cada um dos referidos corpos suportado por uma multiplicidade de cerdas flexíveis (15) que irradiam a partir dos mesmos.
2. Veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada corpo ser sensivelmente plano.
3. Veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por as cerdas (15) irradiarem a partir de uma única face plana isolada de cada corpo.
4. Veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por meios para manter o veículo agarrado a uma superfície por forças magnéticas.
5. Veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por as cerdas (15) irradiarem em direcções opostas a partir das faces planas opostas de cada corpo.
6. Veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada corpo (10, 11) ter simetria de rotação relativamente ao eixo do veículo.
7. Veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por cada corpo (10, 11) ser sensivelmente cilíndrico, e as cerdas (15) irradiarem para fora dos corpos. 1
8. Veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por cada corpo (10, 11) ter secção transversal sensivelmente em anel e as cerdas (15) irradiarem para o interior a partir desses corpos.
9.. Veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por as cerdas (15) irradiarem sensivelmente perpendiculares à superfície do corpo (10, 11) ou ligeiramente inclinados relativamente a essa.
10. Veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por as cerdas (15) se encontrarem montadas desviadas da posição em que ficariam paralelas umas às outras.
11. Veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por as cerdas (15) serem cerdas naturais ou de um material polimérico sintético ou de um metal.
12. Veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por as cerdas (15) serem de nylon ou de aço.
13. Veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por as cerdas (15) serem de materiais diferentes e/ou de comprimentos diferentes.
14. Veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por cerdas retrácteis e/ou por um mecanismo para inverter a ; inclinação das cerdas.
15. Veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 13, caracterizado por uma 2 r~ Lc, —ç, ligação que inclui um cilindro pneumático ou hidráulico para permitir que o movimento do veiculo seja invertido.
16. Veiculo para se deslocar sobre superfícies de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por dispositivos susceptíveis de permitirem que um ou mais corpos (10, 11) rodem em torno do seu eixo.
17. Veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por os dispositivos para aproximar ou afastar os corpos um do outro serem alimentados electricamente.
18. Veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 16, caracterizado por os dispositivos (12) para aproximar ou afastar os corpos um do outro serem cilindros pneumáticos ou hidráulicos.
19. Veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por os corpos se encontrarem interligados de modo flexível (13, 14) . '
20. Veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por possuir uma ou mais rodas localizadas nos corpos e/ou nas ligações entre corpos adjacentes.
21. Veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender mais do que os dois referidos corpos (10,11), acoplados juntos em pares mantendo-se fixas as distâncias entre pares.
22. Veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 20, caracterizado por compreender três ou mais dos referidos corpos (10, 11), 3 cada um interligado (12, 13, 14) de modo a poderem aproximar-se ou afastar-se dos corpos adjacentes.
23. Veiculo para se deslocar sobre superfícies de acordo com a reivindicação 22, caracterizado por o movimento relativo de corpos adjacentes (10, 11) ser efectuado automaticamente por meio de um controlador.
24. Veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por uma ligação umbílica do veículo a uma posição de controlo remoto.
25. Veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com a reivindicação 24, caracterizado por possuir um veículo semelhante para rebocar a ligação umbílica.
26. Veículo para se deslocar sobre superfícies de acordo com a reivindicação 25, caracterizado por possuir um ou mais sensores para monitorizar a tensão na ligação umbílica. Lisboa, 22 de Agosto de 2000 O AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL

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