WO2015075283A1 - Vehículo robotizado telecomandado - Google Patents

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WO2015075283A1
WO2015075283A1 PCT/ES2014/070340 ES2014070340W WO2015075283A1 WO 2015075283 A1 WO2015075283 A1 WO 2015075283A1 ES 2014070340 W ES2014070340 W ES 2014070340W WO 2015075283 A1 WO2015075283 A1 WO 2015075283A1
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vehicle
articulated arm
clamp
telecommanded
sets
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PCT/ES2014/070340
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Inventor
César SALLEN ROSELLÓ
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Proytecsa Security, S.L.
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • B25J5/007—Manipulators mounted on wheels or on carriages mounted on wheels
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D55/00—Endless track vehicles
    • B62D55/02—Endless track vehicles with tracks and additional ground wheels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H11/00—Defence installations; Defence devices
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    • F41H11/16—Self-propelled mine-clearing vehicles; Mine-clearing devices attachable to vehicles
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/0011—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot associated with a remote control arrangement
    • G—PHYSICS
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    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0231—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means

Definitions

  • the following invention refers to a remote-controlled robotic vehicle, which is of the type of robotic vehicles whose essential object is the detection, recognition and deactivation of explosive devices or involving situations of danger to society.
  • the remote-controlled robotic vehicle object of the invention combines a displacement system based on two side wheel trains and two tracks in order to facilitate its movement through smooth terrain and by any other type of irregular or slippery terrain.
  • the remote-controlled robotic vehicle object of the invention is provided with a pair of articulated arms, it is allowed that with one of the arms it can hold an object and with the other arm it can examine it.
  • This report describes a remote-controlled robotic vehicle, which has an average size capable of handling objects weighing up to 200 kilos, and is of special application for police, military or even civil intervention missions in missions that involve a certain risk. .
  • the remote-controlled robotic vehicle is applicable when actions aimed at attacks on society structures such as the placement or alleged placement of explosive devices, "dirty" bombs, attacks with chemical gases, biological material or dispersion of radioactive elements are presented. .
  • the remote-controlled robotic vehicle can perform autonomous surveillance missions in perimeters, borders, industries or places where surveillance autonomous may be useful.
  • these types of robots have a series of control elements, such as vision camera and proximity sensors.
  • a "Remote control robot for special operations" being of the type of robots used to carry out risky operations and having a tread, a telescopic arm finished off in a caliper and remote control and function means, so that the robot incorporates a turret, rotating 360 ° on the undercarriage, provided with at least one thermal chamber and whose turret is integral with an arm consisting of a series of segments in number of six, rotatably connected to each other and actuated by hydraulic cylinders, the arm having at least one chamber and at least one deterrent weapon.
  • each joint of the arms is controlled directly by the operator, which implies that in order to bring the clip closer to an object with a desired position and angle, the operator must act independently and successively on each articulated movement until finally achieving the desired position, which requires skill and time in operation .
  • JP 200032875 describes a link belt device for moving a work vehicle, whose vehicle can vary in width, for which each of the undercarriages incorporates a pair of elements, so that said solidarity pairs both undercarriages fit into respective tubular elements integral with the vehicle structure itself.
  • leveling blade is described, so that the leveling blade is adjustable in width in order to be able to travel by road, being adjustable by means of respective sliding ends.
  • This report describes a remote-controlled robotic vehicle, being of the type of robotic vehicles equipped with rolling means and an articulated arm topped by a caliper and which is remote-controlled to carry out different risk operations, by means of a control case with at least one screen and the control means of the robotic vehicle, so that: ⁇ the robotic vehicle comprises: two sets of wheels, one on each side, with three driving wheels each, each wheelset driven by corresponding motors;
  • a first articulated hydraulic action arm mounted on a 360 ° rotating turret
  • double articulation means for mounting the first articulated arm with respect to the turret, the first articulated arm moving along its longitudinal axis. and whose robotic vehicle is remotely controlled by:
  • each set of driving side wheels is driven by an electric motor, having differential mode traction and providing steering and turns.
  • the first articulated arm in a practical execution, is defined by three sections and a first clamp, the third section being provided with a lateral rotation of ⁇ 90 ° and the first clamp is endowed with an endless rotation.
  • the weight handling capacity of the first articulated arm varies depending on its articulation positions, so that the more it extends, the lower its capacity.
  • the second articulated arm is defined by three sections and a second clamp, the third section being provided with a 360 ° rotation with respect to the longitudinal axis and with an elevation / descent rotation with respect to a transverse axis, while the second clamp is endowed with an endless twist.
  • the first clamp of the first articulated arm hydraulically operated, is equipped with a pressure sensor, associated with the supply of flow and pressure, being able to regulate and know the exact force exerted on the object to be manipulated
  • the force or pressure exerted by the second clamp of the second articulated arm is controlled by the electric current control of the motor that activates it.
  • the control means of the robotic vehicle have a spatial calculation system and when the robotic vehicle control operator is selected the position of the corresponding clamp in front of the object to manipulate the articulated arm will make the precise and simultaneous movements of its different sections to position itself optimally for the manipulation of the object, carrying out said movements in a fast and precise way.
  • the first clamp of the first articulated arm is provided with short-distance mechanical joints at its ends that associated with springs or internal springs thereof will be those that withstand the pressure exerted on the object to be manipulated.
  • electronic distance sensors are associated with the inner springs or springs of the first clamp of the first articulated arm.
  • a high-strength mechanical stop is produced, from which, the first clamp continues to compress outside the force detection range of the electronic sensors , and the hydraulic pressure sensor being the one that detects and provides the force exerted.
  • the robotic vehicle incorporates inertial sensors, based on accelerometers associated with the driving axle of the wheelset, having its global positioning and being able to move autonomously according to the routes marked by the operator in the control equipment, and also incorporates obstacle sensors, allowing your route to overcome obstacles and return to the marked route.
  • control team incorporates means for its internet connection for its control from anywhere and for its connection to mobile devices, from which it can be controlled.
  • Figure 1 Shows a side elevation view of the robotic vehicle with the first and second articulated arm folded in transport or rest position, being able to observe how the second and third section of the second articulated arm remain on the first section thereof, as well as the control equipment based on a suitcase that integrates the control elements.
  • Figure 2. It shows a front view of the robotic vehicle of the previous figure, being able to observe the vertical axis of assembly of the second articulated arm.
  • Figure 3 It shows a perspective view from the rear of the robotic vehicle, being able to observe a set of wheels and a track set on its internal part and the first and second folded articulated arms.
  • Figure 4 It shows a side elevation view of the robotic vehicle with the first and second articulated arms in an extension position, being able to observe the 360 ° rotating turret with the double articulation of the first articulated arm to move it along its axis longitudinal.
  • Figure 5. It shows a front view of the robotic vehicle of the previous figure, being able to observe how the third section of the first articulated arm has been turned to the side.
  • Figure 6. It shows a plan view of Figure 4, being able to observe the rotation of the third section of the first articulated arm towards one side.
  • Figure 7 It shows a perspective view from the rear of the robotic vehicle of Figure 4, being able to observe the rotation of the third section of the first articulated arm towards one side, as well as the double articulation of the first articulated arm in the turret.
  • Figure 8 Shows a side elevation view of the robotic vehicle of Figure 1, the first articulated arm being represented according to different extended positions and the second folded articulated arm.
  • Figure 9 Shows a side view of the robotic vehicle of Figure 1, the first and second arm being articulated in the position of maximum frontal extension.
  • Figures 10, 1 1 and 12 show a perspective view, in side elevation and a longitudinal section of the first clamp of the first articulated arm in its closed position.
  • Figures 13, 14 and 15 show a perspective view, in side elevation and a longitudinal section of the first clamp of the first articulated arm in its open position.
  • Figure. 16 Shows a plan view of the transmission of the movement to the two sets of wheels by corresponding engines.
  • Figure 17 Shows a view of the axis of rotation of the turret that mounts the first articulated arm through a double joint.
  • Figure 18 It shows a perspective view of the double joint that is fixed to the turret and in which the first articulated arm is mounted, so that only one of the joints is visible when the other is hidden. DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT.
  • the robotic vehicle 1 is equipped with two sets of wheels 2, one on each side, three wheels each, each wheelset being operated 2 by the corresponding engine and two track sets 3, one on each side inside the wheel sets 2, the track sets 3 being at a level slightly higher than the wheel sets 2, as shown in the figures 1 and 2 of the designs, so that both sets have a solidarity displacement and the main contact to the ground corresponds to the wheel set 2, with the two track sets 3 being in a slightly elevated position.
  • the direction of the robotic vehicle is achieved through the use of electric motors 19 that act independently on the wheelsets 2, so that it allows traction in differential mode, providing direction or even turning on itself or its vertical axis central, as seen in figure 16 of the designs.
  • the robotic vehicle 1 incorporates a first articulated arm 4 of hydraulic action mounted on a turret 6 rotating 360 ° through double articulation means 7, allowing its displacement with respect to the longitudinal axis of said first articulated arm 4 and a second arm articulated 5 of electric and rotary drive with respect to a vertical axis 8 of assembly.
  • the first articulated arm 4 is defined by three sections 4a, 4b and 4c, the third section 4c being provided with a lateral rotation of ⁇ 90 ° and the first clamp 10 is provided with an endless rotation, so that the handling capacity of Weights of this first articulated arm 4 vary depending on the articulation positions and the farther away the first clamp 10 from holding the objects to be handled, the less capacity it will have.
  • the first articulated arm 4 will have the following movements:
  • the second articulated arm 5 is defined by three sections 5a. 5b and 5c, the third section 5c being provided with a 360 ° rotation with respect to the longitudinal axis and the second clamp 1 1 is provided with an endless rotation.
  • the second articulated arm 5 will have the following movements:
  • Figure 9 of the designs clearly shows the different sections that make up the first and second articulated arm, as well as the double joint 7 through which the first articulated arm 4 joins the turret 6.
  • the first clamp 10 of the first articulated arm 4 hydraulically operated, is equipped with a pressure sensor, associated with the supply of flow and pressure, being able to regulate and know the exact force on the object to be manipulated, providing excellent control of the force exerted on the object manipulated.
  • the force or pressure exerted by the second clamp 1 1 of the second articulated arm 5 is controlled by the electric current control of the motor that activates it.
  • the control means of the robotic vehicle 1 have a spatial calculation system and when selecting the control operator of the robotic vehicle 1 the position of the corresponding clamp in front of the object to be manipulated the articulated arm will effect precise and simultaneous movements of its different sections to position optimally for the manipulation of the object.
  • first clamp 10 of the first articulated arm 4 incorporates a means of controlling the force exerted therein that allows to control forces of a few grams up to a kilogram, especially for handling very delicate objects.
  • the first clamp 10 has short-distance mechanical joints 14 in the ends 15 of the conforming sheets thereof, so that the joint allows internal springs or springs 16 to be placed in the structure of the first clamp 10 so that the first pressure made will be transmitted to the internal springs springs 15, maintaining these, by definition the pressure on the object taken.
  • Electronic distance sensors 17 by means of the "hall” magnetic principle make it possible to know the compression (in distance) of the inner spring or spring 16, thereby calculating the force exerted or maintained by them. From a certain compression or displacement of these joints, a high-strength mechanical stop is produced, from which, this first clamp 10 can continue to compress the object, outside the range of force detection provided by this design, and by striking up to strengths of the order of tons, being then the hydraulic pressure sensor who provides the data of exerted force.
  • Said design therefore allows to know and control with the same clamp and with excellent precision, forces from a few grams to a few tons.
  • the robotic vehicle 1 incorporates inertial sensors, based on accelerometers associated to the driving axle of the wheelset, having its global positioning and being able to move autonomously according to the routes marked by the operator in the control equipment.
  • the electronic control system of the robotic vehicle 1, integrated in the transportable case 9, consists of a high capacity management unit with embedded PC architecture and local control boards for command of the elements.
  • the power source is provided by a group of electrical energy storage formed by lithium-ion batteries, capable of providing power for typical missions of up to 4 h.
  • the control of the robotic vehicle 1 is carried out remotely by means of the control equipment materialized in the suitcase 9 which includes: > a display screen 12 of images of the cameras of the robotic vehicle 1, of the conditions of use and complete telemetry;
  • an HMI interface device consisting of an intuitive gamepad game controller through which the entire robotic vehicle is controlled.
  • the data transmissions between the control case 9 and the robotic vehicle 1, are carried out through a digital radio link, with high security modulation and encryption and as an alternative use can be connected via a fiber optic cable line when the conditions or the operator make it necessary.
  • control center based on suitcase 9, is fully transportable and has its own electric power through the use of state-of-the-art lithium batteries.
  • the robotic vehicle 1 can have up to ten video cameras for visualization of the environment, both optical and fixed position as well as total control in movements and zoom, infrared lighting, infrared vision and thermal imaging camera.
  • the robotic vehicle 1 can also have obstacle sensors both laser and ultrasonic action.
  • the robotic vehicle 1 has global positioning technology (GPS or similar) and inertial sensors (accelerometers on its axes), so that it allows know both its position accurately and its variations relative to it, even without coverage of the global positioning satellite system.
  • GPS global positioning technology
  • inertial sensors accelerometers on its axes
  • the operator interface allows to design routes on a plane, so that the vehicle, by means of the described systems, can move autonomously to the desired place or circulate in a mission of continuous surveillance. Obstacle sensors combined with image recognition allow the robot to have intelligence before obstacles to circumvent them and trace light variations to the programmed route.
  • the control of the robotic vehicle 1, formed by the suitcase 9 with its display and control elements, has the ability to connect to the global network, so that, from anywhere in the world you can either visualize the current mission or take Control of the entire system. Thus, it is very useful in training or even in the decision-making process in delicate missions, where such decisions can be taken from anywhere in the world. For practical purposes, said connectivity also allows a diagnosis of the states of the robotic vehicle so that it can be used as a technical intervention.
  • the robotic vehicle has connectivity systems to the new technologies, so that through the appropriate interface and application specially designed for it, the robotic vehicle can be controlled by last generation mobile devices, so that multiple operator interfaces can coexist giving or taking command of it.
  • the robotic operator-vehicle communication method by means of "quickstart” allows the vehicle to be controlled by means of the "gamepad” command without the use or start-up of the control center in the suitcase.
  • This function is only valid for short distances and allows the deployment of the robotic vehicle from its transport to its preparation for the mission, while the team deploys its quota or starts up the main control system, being especially useful to reduce the times of action In critical situations.

Abstract

Vehículo robotizado telecomandado, siendo del tipo de los que disponen de unos medios de rodadura y un brazo articulado rematado en una pinza y que es tele-comandado para llevar a cabo diferentes operaciones de riesgo, por medio de una maleta de control, de forma que el vehículo comprende: dos juegos de ruedas, uno a cada lateral, accionado cada uno por correspondientes motores; dos juegos de oruga, uno a cada lado por el interior de los juegos de ruedas; un primer brazo articulado montado sobre una torreta giratoria 360º; un segundo brazo articulado y giratorio respecto de un eje vertical de montaje y unos medios de doble articulación de montaje de la torreta para su desplazamiento respecto del eje longitudinal del vehículo, de manera que con los dos juegos de ruedas y los dos juegos de oruga se desplaza por todo tipo de terrenos y con los movimientos combinados de los dos brazo articulados sujeta y manipula los objetos a examen.

Description

VEHÍCULO ROBOTIZADO TELECOMANDADO. DESCRIPCIÓN. OBJETO DE LA INVENCIÓN.
La siguiente invención, según se expresa en el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un vehículo robotizado telecomandado, el cual es del tipo de vehículos robotizados cuyo objeto esencial es la de detección, reconocimiento y desactivación de artefactos explosivos o que entrañen situaciones de peligro para la sociedad.
De esta forma, el vehículo robotizado telecomandado objeto de la invención combina un sistema de desplazamiento basado en dos trenes de ruedas laterales y dos orugas con objeto de facilitar su desplazamiento por terrenos lisos y por cualquier otro tipo de terreno irregular o resbaladizo.
Asimismo, al estar dotado el vehículo robotizado telecomandado objeto de la invención de una pareja de brazos articulados se permite que con uno de los brazos pueda sujetar un objeto y con el otro brazo pueda examinarlo.
CAMPO DE APLICACIÓN.
En la presente memoria se describe un vehículo robotizado telecomandado, el cual presenta un tamaño medio capaz de manipular objetos de hasta unos 200 kilos de peso, y es de especial aplicación para misiones de intervención policial, militar o incluso civil en misiones que entrañan cierto riesgo.
Así, el vehículo robotizado telecomandado es de aplicación cuando se presentan acciones destinadas a ataques a las estructuras de la sociedad tales como la colocación o supuesta colocación de artefactos explosivos, bombas "sucias", ataques con gases químicos, material biológico o dispersión de elementos radioactivos.
Asimismo, el vehículo robotizado telecomandado puede desempeñar misiones de vigilancia autónoma en perímetros, fronteras, industrias o lugares donde una vigilancia autónoma pueda ser de utilidad.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN. Convencionalmente, cuando hay que manipular artefactos explosivos o realizar operaciones de riesgo, más aún, cuando están en riesgo vidas humanas, se utilizan robots que son manejados a distancia por medio de una consola de control.
De esta forma, entre los robots existentes para la manipulación de artefactos explosivos, podemos citar aquel que comprende un brazo articulado, según un único tramo, y sin posibilidad de girar según un plano horizontal, es decir, únicamente, tiene movimiento según un plano vertical y limitado por su único tramo articulado.
Asimismo, este tipo de robots disponen de una serie de elementos de control, como son cámara de visión y sensores de proximidad.
Igualmente, podemos considerar los documentos de patente ES 2 241 490 y ES 1 073 757, de forma que en el documento ES 2 241 490 se describe un "robot autopropulsado para manipulación de cargas explosivas", el cual comprende unos medios de desplazamiento definidos por sendos trenes laterales de rodadura de oruga regulables en anchura e incorporando un brazo articulado, según cuatro tramos, rematado en una pinza, con el primer tramo en forma de horquilla accionado por una pareja de cilindros y en su plegado el cuerpo de pinza es pasante entre la pareja de ramales del primer tramo. Por otra parte, en el documento ES 1 073 757 se describe un "Robot telecomandado para operaciones especiales", siendo del tipo de robots utilizados para llevar a cabo operaciones de riesgo y que disponen de un tren de rodadura, un brazo telescópico rematado en una pinza y unos medios de control y función a distancia, de forma que el robot incorpora sobre el tren de rodadura una torreta, giratoria 360°, provista de, al menos, una cámara térmica y a cuya torreta es solidario un brazo constituido por una serie de segmentos en número de seis, unidos giratoriamente entre sí y accionados por unos cilindros hidráulicos, disponiendo el brazo de, al menos, una cámara y, al menos, un arma disuasoria. Partiendo de este tipo de constitución, cada articulación de los brazos es controlada directamente por el operador, lo que implica que para acercar la pinza a un objeto con una posición y ángulo deseados, el operador debe actuar independiente y sucesivamente sobre cada movimiento articulado hasta finalmente lograr la posición deseada, lo que requiere destreza y tiempo en la operación.
Además, el control de fuerzas de las pinzas hidráulicas es prácticamente imposible y, más aún, cuando se trata de objetos delicados, lo cual es un inconveniente.
Por otra parte, también podemos considerar los documentos de patente US 61 13343 A; JP 2000326875 y DE 2409027 A1 , de forma que en el documento US 61 13343 se presenta un robot para desactivación de explosivos, el cual presenta una estructura base para un brazo manipulador constituida por un primer 226 brazo (constituido por un par de miembros de transmisión 230) y un segundo 228 brazo (igualmente constituido por un par de miembros de transmisión, es decir, realmente son parejas de brazos) cada uno con accionamiento independiente respecto del correspondiente eje de giro.
En el documento JP 200032875 se describe un dispositivo de correa de eslabones para mover un vehículo de trabajo, cuyo vehículo puede variar su anchura para lo cual, cada uno de los trenes de rodadura, incorpora una pareja de elementos, de forma que dichas parejas solidarias a ambos trenes de rodadura se encajan en respectivos elementos tubulares solidarios de la propia estructura del vehículo.
Finalmente, en el documento DE 2409027 se describe una pala niveladora, de forma que la pala niveladora es graduable en anchura con objeto de poder viajar por carretera, siendo regulable por medio de respectivos extremos deslizantes.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN.
En la presente memoria se describe un vehículo robotizado telecomandado, siendo del tipo de vehículos robotizados dotados de unos medios de rodadura y un brazo articulado rematado en una pinza y que es tele-comandado para llevar a cabo diferentes operaciones de riesgo, por medio de una maleta de control con, al menos, una pantalla y los medios de control del vehículo robotizado, de forma que: · el vehículo robotizado comprende: dos juegos de ruedas, uno a cada lateral, de tres ruedas motrices cada uno de ellos, accionado cada juego de ruedas por correspondientes motores;
dos juegos de oruga, uno a cada lado por el interior de los juegos de ruedas, a un ras ligeramente superior a los juegos de ruedas;
un primer brazo articulado de acción hidráulica montado sobre una torreta giratoria 360°;
un segundo brazo articulado de accionamiento eléctrico y giratorio respecto de un eje vertical de montaje, y;
unos medios de doble articulación de montaje del primer brazo articulado respecto de la torreta, desplazándose le primer brazo articulado según su eje longitudinal. y cuyo vehículo robotizado está controlado a distancia por:
• un equipo de control integrado en una maleta que comprende:
> una pantalla de visualización de imágenes enviadas por unas cámaras montadas en el vehículo robotizado;
> una pantalla táctil en posición horizontal de interfaz con el operador, y;
> un dispositivo interfaz HMI definido por un control de juegos "game pad". de manera que con los dos juegos de ruedas y los dos juegos de oruga se desplaza por todo tipo de terrenos y con los movimientos combinados de los dos brazo articulados sujeta y manipula los objetos a examen de acuerdo a las órdenes dadas por el operador desde el equipo de control transportable.
Por otra parte, cada juego de ruedas laterales motrices está accionado por un motor eléctrico, teniendo tracción en modo diferencial y proporcionando dirección y giros.
El primer brazo articulado, en una ejecución practica, se define por tres tramos y una primera pinza, estando dotado el tercer tramo de un giro lateral de ±90° y la primera pinza está dotada de un giro sinfín.
La capacidad de manipulación de pesos del primer brazo articulado varía en función de las posiciones de articulación del mismo, de forma que cuanto más se extiende menor es su capacidad.
El segundo brazo articulado se define por tres tramos y una segunda pinza, estando dotado el tercer tramo de un giro de 360° respecto del eje longitudinal y de un giro de elevación/descenso respecto de un eje transversal, en tanto que la segunda pinza está dotada de un giro sinfín.
La primera pinza del primer brazo articulado, accionado hidráulicamente, está dotada de un sensor de presión, asociado al suministro de caudal y presión, pudiendo regular y conocer la fuerza exacta ejercita sobe el objeto a manipular
Asimismo, la fuerza o presión ejercida por la segunda pinza del segundo brazo articulado se controla por el control de la corriente eléctrica el motor que la activa.
Los medios de control del vehículo robotizado disponen de un sistema de cálculo espacial y al seleccionar el operario de control del vehículo robotizado la posición de la correspondiente pinza frente al objeto a manipular el brazo articulado efectuará los movimientos precisos y simultáneos de sus diferentes tramos para posicionarse de forma óptima para la manipulación del objeto, llevando a cabo dichos movimientos de una forma rápida y precisa.
La primera pinza del primer brazo articulado está provista de unas articulaciones mecánicas de corto recorrido en sus extremos que asociadas a unos resortes o muelles interiores de la misma serán los que soporten la presión que se ejerce sobre el objeto a manipular.
Asimismo, a los resorte o muelles interiores de la primera pinza del primer brazo articulado se asocian unos sensores electrónicos de distancia.
Así, a partir de cierta compresión de las articulaciones mecánicas de la primera pinza del primer brazo articulado, se produce un tope mecánico de alta resistencia, a partir del cual, la primera pinza sigue comprimiendo fuera del rango de detección de fuerza de los sensores electrónicos, y siendo el sensor de presión hidráulica el que detecta y proporciona la fuerza ejercida. El vehículo robotizado incorpora unos sensores inerciales, basados en unos acelerometros asociados al eje motriz del juego de ruedas, teniendo su posicionamiento global y pudiendo desplazarse de forma autónoma según las rutas marcadas por el operador en el equipo de control, y, asimismo, incorpora unos sensores de obstáculos, permitiendo que en su ruta pueda salvar obstáculos y volver a retomar la ruta marcada.
Igualmente, el equipo de control incorpora unos medios para su conexión a internet para su control desde cualquier lugar y para su conexión a dispositivos móviles, desde los cuales podrá ser controlado.
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar, y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, de un juego de planos, en cuyas figuras de forma ilustrativa y no limitativa, se representan los detalles más característicos de la invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DISEÑOS.
Figura 1. Muestra una vista en alzado lateral del vehículo robotizado con el primer y el segundo brazo articulados plegados en posición de transporte o reposo, pudiendo observar como el segundo y tercer tramo del segundo brazo articulado quedan sobre el primer tramo del mismo, así como el equipo de control basado en una maleta que integra los elementos de control. Figura 2. Muestra una vista frontal del vehículo robotizado de la figura anterior, pudiendo observar el eje vertical de montaje del segundo brazo articulado.
Figura 3. Muestra una vista en perspectiva por la parte posterior del vehículo robotizado, pudiendo observar un juego de ruedas y un juego de oruga por su parte interna y el primer y segundo brazos articulados plegados.
Figura 4. Muestra una vista en alzado lateral del vehículo robotizado con el primer y segundo brazos articulados en una posición de extensión, pudiendo observar la torreta giratoria 360° con la doble articulación de montaje del primer brazo articulado para el desplazamiento del mismo según su eje longitudinal. Figura 5. Muestra una vista frontal del vehículo robotizado de la figura anterior, pudiendo observar como el tercer tramo del primer brazo articulado ha sido girado hacia un lateral. Figura 6. Muestra una vista en planta de la figura 4, pudiendo observar el giro del tercer tramo del primer brazo articulado hacia un lateral.
Figura 7. Muestra una vista en perspectiva desde la parte posterior del vehículo robotizado de la figura 4, pudiendo observar el giro del tercer tramo del primer brazo articulado hacia un lateral, así como la doble articulación de montaje del primer brazo articulado en la torreta.
Figura 8. Muestra una vista en alzado lateral del vehículo robotizado de la figura 1 , estando representado el primer brazo articulado según distintas posiciones extendidas y el segundo brazo articulado plegado.
Figura 9. Muestra una vista en lateral del vehículo robotizado de la figura 1 , estando el primer y el segundo brazo articulados en la posición de máxima extensión frontal. Las figuras 10, 1 1 y 12 muestran una vista en perspectiva, en alzado lateral y un corte longitudinal de la primera pinza del primer brazo articulado en su posición de cerrada.
Las figuras 13, 14 y 15 muestran una vista en perspectiva, en alzado lateral y un corte longitudinal de la primera pinza del primer brazo articulado en su posición de abierta.
Figura. 16. Muestra una vista en planta de la transmisión del movimiento a los dos juegos de ruedas por correspondientes motores.
Figura 17. Muestra una vista del eje de giro de la torreta que monta el primer brazo articulado a través de una doble articulación.
Figura 18. Muestra una vista en perspectiva de la doble articulación que se fija a la torreta y en la que se monta el primer brazo articulado, de forma que solo se aprecia una de las articulaciones al quedar la otra oculta. DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE.
A la vista de las comentadas figuras y de acuerdo con la numeración adoptada podemos observar como el vehículo robotizado 1 está dotado de dos juegos de ruedas 2, uno a cada lateral, de tres ruedas cada uno de ellos, estando accionado cada juego de ruedas 2 por el correspondiente motor y dos juegos de oruga 3, uno a cada lado por el interior de los juegos de ruedas 2, quedando los juegos de oruga 3 a un ras ligeramente superior a los juegos de ruedas 2, tal como se aprecia en las figuras 1 y 2 de los diseños, de forma que ambos juegos presentan un desplazamiento solidario y el contacto principal al terreno corresponde al juego de ruedas 2, al quedar los dos juegos de oruga 3 en una posición, ligeramente, elevada.
Mediante esta ejecución se consigue un desplazamiento silencioso y suave por medio de los juegos de ruedas 2 sobre firmes lisos o preparados tales como hormigón o asfalto, mientras que los juegos de oruga 3 contactarán y transmitirá tracción al firme cuando el terreno sea irregular, de tierra no preparada, resbaladizo, arenas o terrenos blandos, y teniendo así capacidad para superar escalones y fraccionar de manera continua.
El direccionado del vehículo robotizado se consigue mediante el uso de los motores eléctricos 19 que actúan, de forma independiente, sobre los juegos de ruedas 2, de manera que permite tracción en modo diferencial, proporcionando dirección o incluso giro sobre sí mismo o su eje vertical central, tal como se aprecia en la figura 16 de los diseños.
Todos los controles de movimientos se efectúan mediante sistemas de bucle cerrado, a modo de servosistemas digitales.
Asimismo, el vehículo robotizado 1 incorpora un primer brazo articulado 4 de acción hidráulica montado sobre una torreta 6 giratoria 360° a través de unos medios de doble articulación 7, permitiendo su desplazamiento respecto del eje longitudinal del citado primer brazo articulado 4 y un segundo brazo articulado 5 de accionamiento eléctrico y giratorio respecto de un eje vertical 8 de montaje.
Así, en la figura 17 de los diseños se aprecia el eje de giro 18 de la torreta 6 para permitir su giro según 360°, y en la figura 18 de los diseños se aprecia la doble articulación 7 a través de la cual se monta el primer brazo articulado 4 en la torreta 6. Al vehículo robotizado 1 está asociado un equipo de control integrado en una maleta 9 que comprende una pantalla de visualización 12 de imágenes enviadas por unas cámaras montadas en el vehículo robotizado 1 , una pantalla táctil 13 en posición horizontal de interfaz con el operador y un dispositivo interfaz HMI definido por un control de juegos "gamepad".
De esta forma, se trata de que con los dos juegos de ruedas 2 y los dos juegos de oruga 3 se desplaza por todo tipo de terrenos y con los movimientos combinados del primer brazo articulado 4 y el segundo brazo articulado 5 sujete y manipule, con la primera y segunda pinza, los objetos a examen de acuerdo a las órdenes dadas por el operador desde el equipo de control transportable, esto es, desde la maleta 9 que integra los componente a modo de PC.
El primer brazo articulado 4 se define por tres tramos 4a, 4b y 4c, estando dotado el tercer tramo 4c de un giro lateral de ±90° y la primera pinza 10 está dotada de un giro sinfín, de forma que la capacidad de manipulación de pesos de este primer brazo articulado 4 varía en función de las posiciones de articulación y cuanto más alejada esté primera pinza 10 de sujeción de los objetos a manipular menor capacidad tendrá. Así, el primer brazo articulado 4 tendrá los siguientes movimientos:
■ giro de la torreta 6 sobre su eje central vertical;
■ avance y retroceso de torreta 6 mediante paralelogramo doble articulado 7 o doble trapecio;
■ elevación primer tramo 4a;
■ elevación y plegado del segundo tramo 4b;
■ elevación y plegado tercer tramo 4c;
■ giro lateral de +- 90 grados del tercer tramo 4c;
■ giro de la primera pinza 10 manipuladora sin fin continuo, y:
■ apertura y cierre de la primera pinza 10.
Por otra parte, el segundo brazo articulado 5 se define por tres tramos 5a. 5b y 5c, estando dotado el tercer tramo 5c de un giro de 360° respecto del eje longitudinal y la segunda pinza 1 1 está dotada de un giro sinfín. El segundo brazo articulado 5 tendrá los siguientes movimientos:
❖ giro sobre su eje vertical 8 en su base;
❖ elevación primer tramo 5a;
❖ elevación y plegado sobre sí mismo del segundo tramo 5b;
❖ giro total de 360° sobre su eje longitudinal del tercer tramo 5c;
❖ elevación y o giro sobre eje transversal del tercer tramo 5c;
❖ giro continuo de la segunda pinza 1 1 , y;
❖ apertura y cierre de la segunda pinza 1 1.
En la figura 9 de los diseños se observa claramente los diferentes tramos que conforman el primer y el segundo brazo articulado, así como la doble articulación 7 a través de la cual se une el primer brazo articulado 4 a la torreta 6. La primera pinza 10 del primer brazo articulado 4, accionado hidráulicamente, está dotada de un sensor de presión, asociado al suministro de caudal y presión, pudiendo regular y conocer la fuerza exacta ejercita sobe el objeto a manipular, proporcionando un control excelente de la fuerza ejercida sobre el objeto manipulado. Por otra parte, la fuerza o presión ejercida por la segunda pinza 1 1 del segundo brazo articulado 5 se controla por el control de la corriente eléctrica el motor que la activa.
Los medios de control del vehículo robotizado 1 disponen de un sistema de cálculo espacial y al seleccionar el operario de control del vehículo robotizado 1 la posición de la correspondiente pinza frente al objeto a manipular el brazo articulado efectuará los movimientos precisos y simultáneos de sus diferentes tramos para posicionarse de forma óptima para la manipulación del objeto.
Además, la primera pinza 10 del primer brazo articulado 4 incorpora un medio de control de la fuerza ejercida en la misma que permite controlar fuerzas de pocos gramos hasta algún kilogramo, especialmente para el manejo de objetos muy delicados.
Hasta el momento, el control de fuerzas del orden descrito mediante elementos hidráulicos era prácticamente imposible. Así, la primera pinza 10 dispone de articulaciones mecánicas 14 de corto recorrido en los extremos 15 de las hojas conformantes de la misma, de forma que la articulación permite colocar resortes o muelles interiores 16 en la propia estructura de la primera pinza 10 de manera que la primera presión efectuada será transmitida a los resortes muelles interiores 15, manteniendo estos, por definición la presión sobre el objeto tomado.
Unos sensores electrónicos 17 de distancia mediante el principio magnético de efecto "hall" permiten conocer la compresión (en distancia) del resorte o muelle interior 16, calculando en consecuencia la fuerza ejercida o mantenida por los mismos. A partir de cierta compresión o desplazamiento de estas articulaciones, se produce un tope mecánico de alta resistencia, a partir de la cual, está primera pinza 10 puede seguir comprimiendo el objeto, fuera del rango de detección de fuerza proporcionada por este diseño, y llagando hasta rengos de fuerza del orden de toneladas, siendo entonces el sensor de presión hidráulica quien proporciona el dato de fuerza ejercida.
Dicho diseño, permite en consecuencia conocer y controlar con la misma pinza y con excelente precisión, fuerzas desde algunos gramos hasta algunas toneladas.
Asimismo, el vehículo robotizado 1 incorpora unos sensores inerciales, basados en unos acelerómetros asociados al eje motriz del juego de ruedas, teniendo su posicionamiento global y pudiendo desplazarse de forma autónoma según las rutas marcadas por el operador en el equipo de control.
Por otra parte, tal como ya hemos indicado, podemos indicar que el sistema electrónico de control del vehículo robotizado 1 , integrado en la maleta 9 transportable, consta de una unidad de gestión de alta capacidad con arquitectura de PC embebido y placas de control locales para comando de los elementos.
La fuente de energía está proporcionada por un grupo de almacenamiento de energía eléctrica formado por baterías de Litio lón, capaces de proporcionar energía para misiones típicas de hasta 4 h.
El control del vehículo robotizado 1 se efectúa a distancia mediante el equipo de control materializado en la maleta 9 que comporta: > una pantalla de visualización 12 de imágenes de las cámaras del vehículo robotizado 1 , de los condicionantes de uso y telemetría completa;
> una pantalla táctil 13 en disposición horizontal que toma funciones de interfaz real con el operador, disponiendo de los menús, modos de actuación y todos los comandos, y;
> un dispositivo interfaz HMI formado por un controlador de juegos "gamepad" de manejo intuitivo mediante el cual se controla todo el vehículo robotizado.
Las transmisiones de datos entre la maleta 9 de control y el vehículo robotizado 1 , se efectúan a través de un enlace digital de radio, con modulación de alta seguridad y encriptación y como uso alternativo puede conectarse mediante una línea de cable de fibra óptica cuando las condiciones o el operador lo hagan necesario.
Así, el centro de control, basado en la maleta 9, es totalmente transportable y dispone de energía eléctrica propia mediante el uso de baterías de litio de última generación.
El vehículo robotizado 1 puede disponer de hasta diez cámaras de vídeo para visualización del entorno, tanto de óptica y posición fija como de total control en movimientos y zoom, iluminación infrarroja, visión infrarroja y cámara de visión termográfica.
Asimismo, puede disponer de sensores de obstáculos tanto de acción láser como de ultrasonidos. Con el fin de poder desplazarse y efectuar tanto aproximaciones al lugar deseado como para funciones de vigilancia perimetral, el vehículo robotizado 1 dispone de tecnología de posicionamiento global (GPS o similar) y de sensores inerciales (acelerómetros en sus ejes), de manera que permite conocer tanto su posición con precisión como sus variaciones relativas a ella, incluso sin cobertura del sistema de satélites de posicionamiento global.
La interfaz del operador permite diseñar rutas sobre plano, de manera que el vehículo, mediante los sistemas descritos, puede desplazarse autónomamente al lugar deseado o circular en misión de vigilancia continua. Los sensores de obstáculos combinados con el reconocimiento de imagen permiten que ante obstáculos el robot disponga de inteligencia para sortearlos y trazar variaciones ligeras a la ruta programada.
El control del vehículo robotizado 1 , formado por la maleta 9 con sus elementos de visualización y control dispone de capacidad de conexión a la red mundial, de manera que, desde cualquier lugar del mundo se puede o bien visualizar la misión en curso o bien tomar el control de todo el sistema. Así, es de gran utilidad en formación o incluso en el proceso de toma de decisiones en misiones delicadas, donde dichas decisiones pueden ser tomadas desde cualquier parte del mundo. A efectos prácticos, dicha conectividad permite asimismo un diagnóstico de los estados del vehículo robotizado de manera que puede utilizarse como intervención técnica.
El vehículo robotizado dispone de sistemas de conectividad a las nuevas tecnologías, de manera que mediante la interfaz adecuada y aplicación especialmente diseñada para ello, el vehículo robotizado puede ser controlado mediante dispositivos móviles de última generación, de manera que pueden convivir múltiples interfaces de operador cediendo o tomando el mando del mismo.
El método de comunicación operador-vehículo robotizado, mediante "quickstart" permite que a través del mando "gamepad", pueda controlarse el vehículo sin el uso o puesta en marcha del centro de control dispuesto en la maleta.
Esta función es solo válida para cortas distancias y permite el despliegue del vehículo robotizado desde su transporte a su preparación para la misión, mientras el equipo despliega su contingente o pone en marcha el sistema principal de control, siendo especialmente útil para reducir los tiempos de actuación en situaciones críticas.

Claims

REIVINDICACIONES.
1a.- VEHÍCULO ROBOTIZADO TELECOMANDADO, siendo del tipo de vehículos robotizados dotados de unos medios de rodadura y un brazo articulado rematado en una pinza y que es tele-comandado para llevar a cabo diferentes operaciones de riesgo, por medio de un equipo de control, caracterizado por que:
• el vehículo robotizado (1) comprende: dos juegos de ruedas (2), uno a cada lateral, de tres ruedas cada uno de ellos, accionado cada juego de ruedas (2) por correspondientes motores (19);
dos juegos de oruga (3), uno a cada lado por el interior de los juegos de ruedas (2), a un ras ligeramente superior a los juegos de ruedas (2); un primer brazo articulado (4) de acción hidráulica montado, a través de unos medios de doble articulación (7), sobre una torreta (6) giratoria 360° por el eje central (18);
un segundo brazo articulado (5) de accionamiento eléctrico y giratoria respecto de un eje vertical (8) de montaje, y; y cuyo vehículo robotizado (1) está controlado a distancia por:
• un equipo de control integrado en una maleta (9) que comprende: > una pantalla de visualización (12) de imágenes enviadas por unas cámaras montadas en el vehículo robotizado;
> una pantalla táctil (13) en posición horizontal de interfaz con el operador, y;
> un dispositivo interfaz HMI definido por un control de juegos "gamepad". de manera que con los dos juegos de ruedas (2) y los dos juegos de oruga (3) se desplaza por todo tipo de terrenos y con los movimientos combinados de los dos brazo articulados (4) y (5) sujeta y manipula los objetos a examen de acuerdo a las órdenes dadas por el operador desde el equipo de control, basado en la maleta (9), transportable. 2a - VEHÍCULO ROBOTIZADO TELECOMANDADO, según la 1a reivindicación, caracterizado por que cada juego de ruedas laterales (2) motrices está accionado por un motor eléctrico, teniendo tracción en modo diferencial y proporcionando dirección y giros.
3a - VEHÍCULO ROBOTIZADO TELECOMANDADO, según la 1a reivindicación, caracterizado por que los dos juegos de ruedas (2) y los dos juegos de oruga (3) tienen un desplazamiento simultáneo.
4a - VEHÍCULO ROBOTIZADO TELECOMANDADO, según la 1a reivindicación, caracterizado por que el primer brazo articulado (4) se define por tres tramos (4a, 4b y 4c), estando dotado el tercer tramo (4c) de un giro lateral de ±90° y una primera pinza (10) pinza está dotada de un giro sinfín.
5a - VEHÍCULO ROBOTIZADO TELECOMANDADO, según la 1a reivindicación, caracterizado por que la capacidad de manipulación de pesos del primer brazo articulado (4) varía en función de las posiciones de articulación.
6a - VEHÍCULO ROBOTIZADO TELECOMANDADO, según la 1a reivindicación, caracterizado por que el segundo brazo articulado (5) se define por tres tramos (5a, 5b y 5c), estando dotado el tercer tramo (5c) de un giro de 360° respecto del eje longitudinal y una segunda pinza (1 1) está dotada de un giro sinfín.
7a - VEHÍCULO ROBOTIZADO TELECOMANDADO, según la 1a reivindicación, caracterizado por que la primera pinza (10) del primer brazo articulado (4), accionado hidráulicamente, está dotada de un sensor de presión, asociado al suministro de caudal y presión, pudiendo regular y conocer la fuerza exacta ejercita sobe el objeto a manipular
8a - VEHÍCULO ROBOTIZADO TELECOMANDADO, según la 1a reivindicación, caracterizado por que la fuerza o presión ejercida por la segunda pinza (1 1) del segundo brazo articulado (5) se controla por el control de la corriente eléctrica el motor que la activa.
9a - VEHÍCULO ROBOTIZADO TELECOMANDADO, según la 1a reivindicación, caracterizado por que los medios de control del vehículo robotizado (1) disponen de un sistema de cálculo espacial y al seleccionar el operario de control del vehículo robotizado (1) la posición de la correspondiente pinza frente al objeto a manipular el brazo articulado efectuará los movimientos precisos y simultáneos de sus diferentes tramos para posicionarse de forma óptima para la manipulación del objeto.
10a - VEHÍCULO ROBOTIZADO TELECOMANDADO, según la 1a reivindicación, caracterizado por que la primera pinza (10) del primer brazo articulado (4) está provista de unas articulaciones mecánicas (14) de corto recorrido en sus extremos (15) que asociadas a unos resortes o muelles interiores (16) de la misma serán los que soporten la presión que se ejerce sobre el objeto a manipular, al tratarse de pequeños pesos. 1 1a - VEHÍCULO ROBOTIZADO TELECOMANDADO, según la 1a y 9a reivindicación, caracterizado por que a los resorte o muelles interiores (16) de la primera pinza (10) del primer brazo articulado (4) se asocian unos sensores electrónicos (17) de distancia.
12a - VEHÍCULO ROBOTIZADO TELECOMANDADO, según la 1ay 9a reivindicación, caracterizado por que a partir de cierta compresión de las articulaciones mecánicas, se produce tope mecánico de alta resistencia, a partir del cual, la primera pinza (10) sigue comprimiendo fuera del rango de detección de fuerza de los sensores electrónicos (17), y siendo el sensor de presión hidráulica, asociado al circuito hidráulico, el que detecta y proporciona la fuerza ejercida.
13a - VEHÍCULO ROBOTIZADO TELECOMANDADO, según la 1a reivindicación, caracterizado por que el vehículo robotizado (1) incorpora unos sensores inerciales, basados en unos acelerómetros asociados al eje motriz del juego de ruedas (2), teniendo su posicionamiento global y pudiendo desplazarse de forma autónoma según las rutas marcadas por el operador en el equipo de control, basado en la maleta (9) que integra los medios de control.
14a - VEHÍCULO ROBOTIZADO TELECOMANDADO, según la 1a reivindicación, caracterizado por que el vehículo robotizado (1) incorpora unos sensores de obstáculos.
15a - VEHÍCULO ROBOTIZADO TELECOMANDADO, según la 1a reivindicación, caracterizado por que el equipo de control, basado en la maleta (9) que integra los medios de control, incorpora unos medios para su conexión a internet para su control desde cualquier lugar. 16a - VEHÍCULO ROBOTIZADO TELECOMANDADO, según la 1a reivindicación, caracterizado por que el equipo de control, basado en la maleta (9) que integra los medios de control, incorpora unos medios para su conexión a dispositivos móviles.
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