WO2020132729A1

WO2020132729A1 - Rodas mecanum aplicadas ao sistema de movimentação de plataforma móvel suspenso em superfícies planas verticais e horizontais

Info

Publication number: WO2020132729A1
Application number: PCT/BR2019/050555
Authority: WO
Inventors: Andre Koebsch; Ariel Paulo REZENDE; André MARCON ZANATTA; Ismael José SECCO; Walter Kapp
Original assignee: Petróleo Brasileiro S.A. - Petrobras; Serviço Nacional De Aprendizagem Industrial - Departamento Regional De Santa Catarina
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2020-07-02
Also published as: MX2021007801A; CA3124984A1; US20220105749A1; BR102018077380A2; AU2019416797A1; CN113710499A

Abstract

A presente invenção está relacionada a construção de rodas Mecanum para um sistema de pintura operada por robô. As rodas têm características especiais dado as dificuldades e adversidades de onde serão aplicadas. Elas foram projetadas para que facilitassem a movimentação do sistema de pintura em paredes verticais e horizontais e evitar perdas de revestimento. As rodas Mecanum são compostas por um conjunto de calotas, sendo que são usadas para fixar os roletes. Os roletes dispostos em 45º e em formato cilíndrico-convexo, contém mancais passando pelo seu eixo central, e com rolamentos projetados nas extremidades dos mancais. A base magnética é disposta entre as duas rodas, estando numa altura ótima para que exerça força magnética com a superfície e para que possa vencer obstáculos. As geometrias e materiais das rodas Mecanum foram projetadas para serem inertes ao revestimento.

Description

“RODAS MECANUM APLICADAS AO SISTEMA DE MOVIMENTAÇÃO DE PLATAFORMA MÓVEL SUSPENSO EM SUPERFÍCIES PLANAS VERTICAIS E HORIZONTAIS”

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção está relacionada a tecnologias de equipamentos para embarcações e plataformas de petróleo, além manutenção de edificações. Mais particularmente, a presente invenção está relacionada a tecnologia de pintura automatizada por robôs.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Atualmente, a manutenção ou inspeção de grandes superfícies planas verticais é realizada por meio da construção de acesso, este sendo andaimes ou alpinismo. Para a realização de pintura, há a necessidade de o colaborador acessar o local de realização da pintura.

[0003] Para a construção naval o acesso é realizado por andaimes, visto que o trabalho é realizado em dique seco. Este acesso é economicamente dispendioso e moroso. Além disso, envolve riscos de segurança do trabalho.

[0004] Para a inspeção ou pintura de grandes áreas, várias tecnologias para movimentação podem ser empregadas, como o uso de carros com rodas magnéticas, sistemas de patas com ventosas, instalação de trilhos nas peças e entre outras soluções. Essas soluções são morosas e pouco eficazes na aplicação do sistema de pintura.

[0005] Existe a necessidade de reproduzir a forma de pintura realizada pelo colaborador. Isso significa, que existem variáveis na execução do trabalho e que devem ser atendidas. Uma delas é a forma linear de aplicação do sistema de pintura. O movimento praticado pelo colaborador, considerado o mais eficaz, normalmente é do tipo retilíneo (horizontal ou vertical) com parada de aplicação nas extremidades. Pois, nestes pontos de extremidade, a velocidade na inversão do movimento é zero e, com isso, poder-se-ia ter uma sobre espessura do esquema de pintura. Para prevenir essa sobre espessura, a pistola de aplicação da tinta tem seu mecanismo interrompido até o retorno a sua velocidade de aplicação normal.

[0006] Várias tecnologias para inspeção móvel de superfícies metálicas podem ser empregadas, como o uso de carros com rodas magnéticas, sistemas de patas com ventosas, instalação de trilhos nas peças e entre outras soluções.

[0007] O documento US3876255A revela um conceito de rodas com rolamentos que possui um ângulo de aproximadamente 45^s com relação ao eixo da roda. Ele apresenta uma estrutura lateral aberta onde os rolos estão expostos ao revestimento podendo ser danificados com a entrada do mesmo, e por consequência, ocorrerá o travamento da roda. Sendo assim, o modelo não atende os requisitos estipulados para que o mesmo seja aplicado em sistema de pintura onde as rodas tem contato com o revestimento. Ainda, quanto ao modelo de rolo adotado, o mesmo apresenta uma estrutura com um rolamento central, tornando-o ainda menos adequado para emprego em sistemas de pintura.

[0008] Tavakoli et al. (Magnetic Omnidirectional Wheels for Climbing Robots) revela rodas magnéticas omnidirecionais adaptados para movimentação em estruturas ferromagnéticas 3D, tais como paredes verticais e tetos. Os imãs estão dispostos na periferia das rodas e acompanham o movimento das mesmas. [0009] Em decorrência dos imãs não estarem fixos e permanecerem todo o tempo paralelos a superfície de contato, podemos identificar uma variação na força magnética durante o deslocamento do veículo, tendo em vista os fatores geométricos e construtivos, o que implica em dificuldades em sua aplicação em sistemas de pintura por prejudicar a homogeneidade do revestimento a ser aplicado.

[00010] Como será mais bem detalhado a seguir, a presente invenção visa a solução dos problemas do estado da técnica acima descritos de forma prática e eficiente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0001 1 ] A abordagem no presente pedido, visa a pintura de grandes paredes verticais e consiste na utilização de uma plataforma suspensa móvel em cabos controlados, permitindo um campo de varredura superficial amplo com uma infraestrutura modular leve.

[00012] A plataforma móvel suspensa é posicionado pelos cabos, com seu sistema de suspensão deslocadas sobre rodas Mecanum livres que se comportam como esferas. Adicionalmente, as rodas são providas com um sistema de imãs de proximidade, que permitem que o dispositivo não se afaste da parede metálica, os imãs por sua vez não fazem contato com a superfície da parede metálica, garantindo que os mesmos não danifiquem a superfície de contato, este mesmo princípio se aplica aos roletes que compõem as rodas, construídos de material e com geometria que evite danos a superfície de contato.

[00013] Várias tecnologias para movimentação podem ser empregadas, como o uso de carros com rodas magnéticas, sistemas de patas com ventosas, instalação de trilhos nas peças e entre outras soluções.

[00014] O sistema proposto de rodas Mecanum deve atender as seguintes dificuldades: Transpor superfícies irregulares, promover deslocamentos nas coordenadas x e y (plano cartesiano), inibir a superfície pintada devida a utilização de componentes poliméricos em seus roletes.

[00015] Ainda sobre superfícies irregulares, as rodas devem transpor cordões de solda do costado de até 3 mm de largura em qualquer direção. Pelo fato dos imãs estarem afastados da superfície de contato é possível transpor obstáculos de até 10 mm de altura garantindo que o dispositivo possa transpor possíveis desníveis existentes na superfície do costado obstáculos como parafusos e cordões de solda, garantindo que a força magnética continue atuando sobre a superfície.

[00016] Os mancais dos roletes permitem ser lavados após entrarem em contato com os revestimentos.

[00017] As rodas dispensam a lubrificação devido ao uso de rolamentos blindados e resistentes a intempéries externos.

[00018] A velocidade de movimentação deve ser tal que atenda à uma velocidade mínima de processo. Essa velocidade mínima pode ser em torno de 105 m² por hora.

[00019] As rodas em conjunto com o sistema foram projetadas para reduzir ao máximo perdas de revestimento durante o processo de pintura. As rodas foram projetadas para que não entre tinta fresca em seu interior. E que, após a cura, as rodas não danifiquem o revestimento aplicado.

[00020] A estratégia adotada para o processo de pintura é descer sem pintar e subir pintando, de maneira que os principais obstáculos serão encarados como uma descida de degraus no processo. O deslocamento para uma faixa lateral dar-se-á na parte superior do casco quando as cordas têm elevada tensão e, portanto, momento será controlado de maneira rígida. Não há interferência dos obstáculos na realização da pintura. A movimentação da plataforma móvel independe dos obstáculos. A movimentação está relacionada principalmente a não transitar sobre região recém pintada. O robô foi desenvolvido para superar obstáculos sem interferir na pintura.

[00021 ] As rodas apresentam um conjunto de imãs dispostos em linha sob uma base central e paralela à superfície de deslocamento.

[00022] Além da indústria de Petróleo e gás, essa tecnologia pode ser aplicada a construção civil.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[00023] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência.

[00024] A figuras 1 ilustra com detalhes a disposição de imãs e dos roletes.

[00025] A figura 2 ilustra a disposição dos roletes, mancais e do formato em cilindro da roda.

[00026] A figura 3 ilustra as rodas encaixadas na plataforma, onde o conjunto se adapta a diferentes curvaturas da superfície.

[00027] A figura 4 ilustra exemplos de superfícies com irregularidades cujo sistema de rodas proposto se adapta.

[00028] A figura 5 ilustra o conjunto robotizado de pintura onde o sistema de rodas (plataforma móvel) é utilizado. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[00029] O objetivo da presente invenção é adotar um tipo característico de rodas para ser aplicado à um sistema robotizado de pintura, tendo como principais características a alta confiabilidade, grande capacidade de velocidade na sua movimentação, imunidade ao tipo de revestimento aplicado, baixa necessidade de lubrificação dos mancais, boa capacidade para passar por irregularidades e adversidades na superfície e não ser afetado (ser imune) pelo processo de pintura, incluindo a tinta oriunda do processo de aplicação, tornando-os imunes a tinta fresca.

[00030] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção provê um conjunto de imãs dispostos em linha sob uma base central e paralela à superfície de deslocamento. As rodas se comportam como esferas.

[00031 ] Sendo assim, as rodas são providas com um sistema de imãs de proximidade, que permitem que o dispositivo não se afaste da parede metálica, os imãs por sua vez não fazem contato com a superfície da parede metálica, garantindo que os mesmos não danifiquem a superfície de contato, este mesmo princípio se aplica aos roletes que compõem as rodas, construídos de material e com geometria que evite danos a superfície de contato.

[00032] Quanto a capacidade de transposição de obstáculos, pelo fato dos imãs estarem afastados da superfície de contato é possível transpor obstáculos de até 20 mm de altura garantindo que o dispositivo possa transpor possíveis desníveis existentes na superfície do costado obstáculos como parafusos e cordões de solda, garantindo que a força magnética continue atuando sobre a superfície.

[00033] A seguir será apresentada uma concretização preferencial da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essa concretização particular.

[00034] A base magnética (1 ) se situa entre duas calotas (2). A base magnética tem seus polos diretamente apontados para a superfície onde ocorre o contato pelas rodas, diretamente nos roletes (3). Dessa forma, a força magnética é uniforme, não depende dos roletes (3) e não há contato com a superfície. Os roletes (3), por sua vez, são dispostos em várias unidades ao longo da calota (2), deslocados preferencialmente em 45^s, mas não se limitando a essa relação. Os roletes (3) são vazados no seu interior permitindo o uso de mancais (4) e impedem que seja afetado pela entrada de revestimento. A figura 1 a mostra em detalhes a base magnética acoplada a uma das calotas (2). A figura 1 b mostra em detalhes os roletes, em formato cilíndrico ao longo do seu corpo, mas com diâmetro variável, sendo de maior diâmetro no centro e menor diâmetro nas laterais. Sendo assim, o formato do rolete (3) ao longo do seu corpo é do tipo convexo na direção de contato com superfície.

[00035] As mesmas figuras, 1 a e 1 b, mostram a capacidade de transposição de obstáculos paralelos de até 10 mm e perpendiculares aos eixos das rodas em até 3,6 mm. O obstáculo poderia ser maior, mas é limitado pelas bases magnéticas que tem uma altura prevista de 20 mm, resultando numa folga de 1 mm. Com isso, o limite de altura não está nas calotas (2) e nem nos roletes (3), mas sim na altura da base magnética.

[00036] A altura da base magnética, que pode ser ajustada em função de uma necessidade de mais aderência, é determinada pelo compromisso entre força de fixação e o risco de bloqueio, no caso este ter que passar ou transpor uma colisão. Se os polos ficarem com entreferros zero, a força ficaria muito grande, podendo bloquear a descida do robô. Com isso, o conjunto teria neste caso apenas a tração do peso. Dessa forma, para ter essa característica de transposição de obstáculos, o diâmetro das rodas que eram inicialmente de 100 mm, passaram para 172 mm, mas não se limitam a este tamanho específico.

[00037] A figura 2 mostra os roletes (3) dispostos em 45^s entre calotas (2). Os roletes (3) são vazados para a passagem dos mancais (4). Os roletes estão livres de rolamentos (5). As calotas (2) são vazadas para receberem os roletes (3) com fixação para parafusos. Os rolamentos (5) ficam isolados (blindados) nas rodas e assim estão imunes ao contato com o revestimento de pintura. As calotas (2) são como calotas de um veículo que não entram em contato com a superfície e servem para suportar os roletes (3).

[00038] A figura 3 mostra os conjuntos de rodas (rodas Mecanum) fixados na plataforma móvel (6), projetada para que amorteça e se adeqúe as deformidades das superfícies. O raio de curvatura onde a plataforma móvel se adapta é em torno de 2000 m, totalmente projetadas de acordo com as características das rodas Mecanum.

[00039] Na figura 4 são mostradas linhas de obstáculos que as rodas devem transpor. Os maiores“degraus” são as variações de chapas no casco, sempre linhas horizontais, que no projeto das plataformas replicantes ficam na superfície externa do casco, justamente a que irá receber a pintura. A diminuição da espessura sempre se dá do fundo do casco para o primeiro convés descoberto. Outros degraus de menor altura são os cordões de soldas, que tem todas as orientações. A estratégia adotada para que os obstáculos perturbem o mínimo possível o processo de pintura é descer sem pintar e subir pintando. [00040] A figura 5 mostra uma plataforma móvel (6) fixada com a plataforma de pintura, servindo de exemplo de uso da plataforma móvel (6), mas não se restringindo operar apenas com a plataforma de pintura. O conjunto de rodas Mecanum (7), conectados a plataforma móvel, é demonstrado, normalmente em torno de quatro “4”. A plataforma móvel está sendo reivindicada em outro pedido de patente.

[00041 ] Informamos que o uso das rodas Mecanum não se restringem a concretização aqui mostrada, podendo elas serem usadas em quaisquer aplicações.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. RODAS MECANUM APLICADA AO SISTEMA DE MOVIMENTAÇÃO DE PLATAFORMAS MÓVEL SUSPENSO EM SUPERFÍCIES PLANAS VERTICAIS E HORIZONTAIS caracterizado por compreender uma base magnética (1 ), calotas (2), roletes (3), mancais (4), rolamentos (5),

2. RODAS MECANUM, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por os roletes (3) estarem conectados através de seus mancais (4) nas calotas (2) defasados em 45^s graus,

3. RODAS MECANUM, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por os roletes (3) terem formato cilíndrico e base convexa, e possuir um material que seja inerte ao revestimento da parede,

4. RODAS MECANUM, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado por os roletes (3) serem vazados para passagem de um mancai, cujo contato ser desprovido de rolamentos,

5. RODAS MECANUM, de acordo com a reivindicação 1 ou 4, caracterizado por os mancais (4) serem encaixados nas calotas (2) e possuírem rolamentos (5), todos estando blindados contra contaminação externa,

6. RODAS MECANUM, de acordo com a reivindicação 1 ou 5, caracterizado por as calotas (2) terem formato ajustado para encaixe dos roletes (3) sem que ocorra interferência, um furo para encaixe dos mancais (4) e um suporte para a base magnética (1 ),

7. RODAS MECANUM, de acordo com a reivindicação 1 ou qualquer outra reivindicação, caracterizado por serem compostas por duas calotas (2), uma base magnética (1 ) contendo 3 elementos magnéticos, doze roletes (3), um mancai (4) para cada rolete (3), dois rolamentos (5) por mancai (4).