ES2374595T3 - Robot móvil con acoplamiento magnético. - Google Patents

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Abstract

Robot que comprende un chasis (10; 100) provisto de ruedas (12; 14; 107) para el desplazamiento sobre una superficie de apoyo magnética altamente permeable y de al menos un imán permanente (30; 106; 152) capaz de interactuar magnéticamente con dicha superficie para acoplar el robot a la superficie, caracterizado porque dicho imán permanente (30; 106; 152) se dispone de tal manera que roza la superficie de apoyo, en el cual dicho al menos un imán (30; 106; 152) se aloja en un soporte (32; 114; 150) capaz de oscilar libremente de manera que el polo del imán está siempre orientado hacia la posición de la distancia mínima desde la superficie de apoyo, caracterizado por el hecho de que cada soporte (32; 114; 154) está provisto de modo que oscila sobre el árbol de rotación de las ruedas.

Description

Robot móvil con acoplamiento magnético La presente invención se refiere a un robot móvil con acoplamiento magnético. En algunas aplicaciones de la técnica, las superficies que se van a procesar o tratar de diversas maneras, por
5 ejemplo para ser soldadas juntas, pueden ser inspeccionadas por un robot provisto de ruedas que permiten que el robot se desplace a lo largo de la superficie. El robot está provisto de sondas capaces de inspeccionar la superficie detectando, por ejemplo, la calidad del procedimiento llevado a cabo.
Cuando el material del cual está hecho la superficie lo permite, es decir, cuando es ferromagnético, el robot se acopla magnéticamente a la superficie mediante imanes permanentes. Gracias a este sistema de anclaje, el robot 10 también puede subir en vertical o incluso girar 360º. Por lo tanto, puede inspeccionar no solo superficies planas,
sino también superficies curvas, por ejemplo cilíndricas. Hasta ahora, los robots con acoplamiento magnético estaban provistos de ruedas, las cuales están realizadas, al menos externamente, en contacto con la superficie, con imanes permanentes o electroimanes.
El documento de patente US 3 922 991 divulga un robot según el preámbulo de la reivindicación 1. 15 Las soluciones de la técnica anterior exhiben una desventaja notable. Aunque son capaces de funcionar, requieren una enorme potencia para accionar las ruedas para de este modo vencer el campo magnético que tiende a
inmovilizar las ruedas. Por lo tanto, es difícil conseguir un movimiento de deslizamiento libre a lo largo de la superficie que se está inspeccionando. El desplazamiento del robot requiere un motor eléctrico potente y, por lo tanto, se requiere un cableado eléctrico
20 hasta una fuente de alimentación remota, haciendo que el robot sea pesado y voluminoso.
El objetivo de esta invención es proponer un robot móvil con acoplamiento magnético que pueda vencer, al menos parcialmente, las desventajas descritas anteriormente de los robots de la técnica anterior. Este objetivo se consigue mediante un robot según la reivindicación 1. Otras características y las ventajas del robot según la presente invención se harán más evidentes a partir de la
25 siguiente descripción de realizaciones preferidas no limitativas de la misma, con referencia a los dibujos anexos, en los cuales: − la figura 1 muestra una vista en perspectiva de un robot según la invención; − la figura 2 muestra una vista en perspectiva del robot desde abajo; − la figura 3 muestra una vista frontal del robot; 30 − la figura 4 muestra una vista en despiece de un soporte con imanes permanentes; − la figura 5 muestra una vista en despiece de una rueda de robot con imanes auxiliares; − la figura 5a muestra la rueda ensamblada; − la figura 6 muestra una vista en despiece de otra rueda de robot; − la figura 7 muestra una vista en perspectiva del chasis del robot según una realización diferente; 35 − la figura 8 muestra una vista en perspectiva ampliada de uno de los dos ejes transversales que soportan el chasis mostrado en la figura 7 y que le permite deslizarse sobre la superficie que se va a inspeccionar; − la figura 9 muestra una sección transversal parcial del eje transversal de la figura 8; − la figura 9a muestra una vista lateral del eje transversal; − la figura 10 muestra una vista del eje transversal inclinada respecto de la horizontal; 40 − la figura 11 muestra una vista en despiece de un soporte magnético, según una realización diferente; y
− la figura 12 muestra el soporte de la figura 11 debidamente ensamblado. Con referencia a las figuras anteriores, la referencia numérica 1 indica globalmente un robot móvil con acoplamiento magnético según la invención.
El robot 1 incluye un chasis 10 con ruedas 12, 14 que permiten que el robot se deslice sobre una superficie 2 de apoyo que tiene una permeabilidad magnética alta, por ejemplo un material ferromagnético. El robot 1 está en forma de un carro móvil capaz de desplazarse sobre una superficie, por ejemplo una pieza laminada que se va a inspeccionar.
5 Según una realización preferida, el robot 1 está provisto de al menos una rueda motriz 12 que permite el desplazamiento independiente sobre la superficie a la cual está magnéticamente acoplado. Esto no excluye la posibilidad de que el robot descrito a continuación sea desplazado manualmente a lo largo de la superficie de apoyo.
Según una realización preferida, al menos una rueda motriz 12 es accionada por un motorreductor 16.
10 Ventajosamente, el motorreductor 16 es accionado eléctricamente con tensión continua de, por ejemplo, 12 voltios, suministrados por una batería 18 ajustada en el chasis 10 del robot 1. Por lo tanto, el robot no necesita conectarse a una fuente de alimentación por cable eléctrico.
Al menos una rueda, por ejemplo una rueda dirigida 14, está conectada a un dispositivo 20 de dirección.
El robot 1 es, por lo tanto, capaz de desplazarse hacia delante, hacia atrás, a la derecha y a la izquierda.
15 Según una realización ventajosa estos movimientos son controlados por un mando a distancia mediante una CPU 22 provista en el chasis del robot.
En una posible realización, el robot está provisto de al menos un imán permanente 30 capaz de interaccionar magnéticamente con la superficie 2 de apoyo para, de este modo, acoplar el robot a dicha superficie.
El imán permanente 30 está provisto de bodo que roce la superficie 2 de apoyo. Dicho de otro modo, el imán 30
20 está separado de la superficie ferromagnética 2, pero se mantiene a una distancia preestablecida, capaz de generar una fuerza magnética de atracción tal que permite que el robot 1 permanezca firmemente anclado a la superficie 2 de apoyo, sea cual sea su dirección o desplazamiento.
Con el fin de maximizar la densidad del campo magnético que actúa sobre la superficie 2 de apoyo y, por lo tanto, la fuerza de atracción, el imán 30 está provisto con uno de sus polos mirando a la superficie 2 de apoyo. Dicho de otro
25 modo, el eje de los dos polos del imán 30 es perpendicular a la superficie 2.
Evidentemente, los factores que determinan la intensidad del campo magnético entre el al menos un imán 30 y la superficie 2 de apoyo, es decir, la distancia entre el imán y la superficie, el tipo, la forma y la dimensión del imán, se elegirán sobre la base de la aplicación, el trayecto del imán, el peso del robot (más cualquier carga como una sonda).
30 Según la invención, al menos un imán 30 está provisto sobre un soporte 32 que le permite oscilar libremente, de manera que el imán está siempre orientado en la posición de mínima distancia desde la superficie de apoyo, es decir en la posición de máxima densidad de campo.
Preferiblemente, los imanes 30 están provistos próximos a los puntos de contacto entre el robot 1 y la superficie de apoyo, es decir, próximos a las ruedas motrices 12, 14.
35 En la realización ilustrada, el robot está provisto de un par de ruedas motrices 12 y un par de ruedas dirigidas 14.
Según una realización preferida, el robot 1 está provisto de cuatro soportes 32, que comprenden por ejemplo bloques esencialmente paralelepípedos, llevando cada uno varios imanes 30. Cada imán tiene, por ejemplo, forma de disco o de comprimido, y tiene superficies paralelas a la superficie de apoyo del robot. Los bloques 32 están ventajosamente provistos en los árboles de rotación 13, 15 de las ruedas 12, 14. Cada bloque 32 está provisto de
40 rodamientos de bolas 34 para permitir la rotación libre alrededor del árbol en el que está provisto. Los rodamientos de bolas 34 están provistos en el soporte 32, por ejemplo por anillo de retención interno 35.
En una realización, cada imán 30 se fija o se adhiere a un pilar 36, de forma cilíndrica por ejemplo, asentado en un alojamiento 36 en el interior del soporte 32 y que se mantiene en posición por una patilla 37, por ejemplo.
En una realización, los imanes 30 son paralelos entre sí, por ejemplo se alinean paralelamente al árbol 13.
45 En una realización, los imanes permanentes 30 son de neodimio.
Según una realización ventajosa, otros imanes permanentes 40, denominados en lo sucesivo imanes suplementarios, están provistos dentro de la carcasa 42 de al menos un par de ruedas coaxiales, preferiblemente las ruedas motrices 12.
En una realización, estos imanes suplementarios 40 comprenden cilindros pequeños que, cuando están provistos
50 en una rueda, giran el eje pertinente paralelo al eje de las ruedas. En una posible realización, las ruedas 12 incluyen una carcasa cilíndrica central 42, por ejemplo, de aluminio, donde, alrededor de un agujero para el árbol de rotación 13, se crea una serie de alojamientos cilíndricos 43 en forma de corona que están provistos de imanes cilíndricos 40.
Las carcasa central 42 está provista entre un par de discos laterales 44 realizados en material ferromagnético con una superficie exterior fresada 44 para su contacto con la superficie 2. Ventajosamente, los discos 44 se fijan a la 5 carcasa central 42 mediante el campo magnético generado por los imanes suplementarios 40.
Alrededor de la superficie rotativa 42' de la carcasa central 42 de la rueda 12 está provista una banda antideslizante 45, realizada en goma o un tipo de material similar.
La función de los imanes suplementarios 40 es generar un campo magnético que interactúa con la superficie 2 de apoyo de material ferromagnético, con el fin de garantizar que la banda 45 siempre esté adherida a la superficie 2
10 de apoyo, ejerciendo preferiblemente una presión óptima sobre ella. De esta manera, las ruedas no se deslizan sobre la superficie de soporte, en particular las ruedas motrices, incluso cuando la superficie 2 está mojada, por ejemplo para facilitar mediciones por ultrasonidos.
Ventajosamente, la banda 45 se mantiene en posición mediante dos discos laterales 44, que sujetan desde lados opuestos de la rueda.
15 Evidentemente, dada su posición sobre las ruedas, la corona de imanes adicionales 40 actúa sobre la superficie 2 de apoyo, un imán cada vez, el más cercano a la superficie a medida que la rueda gira. Esto produce ventajosamente el efecto deseado de aumentar la adherencia del robot a la superficie, evitando de este modo el derrape de las ruedas, sin evitar su propia rotación una vez que han entrado en contacto con la superficie ferromagnética.
20 En términos de la estructura de las ruedas, la carcasa central 42 de las ruedas motrices 12 y/o la carcasa 50 de las ruedas dirigidas 14 tiene una superficie de rodamiento multifacética, es decir, una forma poligonal capaz de mejorar aun más el efecto antideslizante.
Sobre la carcasa 50 de las ruedas dirigidas 14 puede estar provista, por ejemplo, una llanta mecanizada 51.
Según la realización ilustrada en las figuras 7-10 y la invención, el robot tiene un chasis 100 con un eje longitudinal
25 101 que conecta dos ejes transversales 102 con el fin de deslizarse a lo largo de la superficie ferromagnética que se va a inspeccionar. El eje longitudinal 101 tiene una articulación 104 que permite que los dos ejes transversales 102 giren independientemente del eje longitudinal. Esto permite que el robot se desplace a lo largo de superficies irregulares o rugosas, por ejemplo a lo largo de líneas de soldaduras que se van a verificar, sin perder adherencia, como se muestra en la figura 10.
30 Según una realización preferida, cerca de cada rueda 107 del robot, cada eje 102 está provisto de un imán permanente 106. La rueda 107 puede incluir ventajosamente imanes adicionales y/o estar provista de una llanta y/o una superficie de rodamiento multifacética, como se ha descrito anteriormente con relación a las figuras 5 y 6.
Cada rueda 107 está provista en el extremo de un árbol 108 de rotación, por ejemplo mediante una patilla de sujeción 109. Un reborde 110 de soporte para al menos un rodamiento 112 de bolas se extiende axialmente y hacia
35 dentro desde la rueda 107. Sobre el rodamiento 112 está provisto un soporte oscilante 114 para al menos un imán permanente 106 que acopla el robot a la superficie de apoyo.
Este soporte 114 tiene una cavidad en la parte inferior donde está provisto el imán permanente 106, por ejemplo a presión, con uno de los dos polos opuestos mirando a la superficie ferromagnética. Según una realización, este imán 106 es rectangular, más largo y ancho que grueso, y con las superficies mayores paralelas a la superficie
40 ferromagnética. La cara del imán permanente que mira a la superficie deslizante se mantiene a una altura tal que roza dicha superficie sin estar contacto real.
Según una realización particularmente ventajosa, el soporte 114 para el imán 106 está en contacto con la superficie deslizante a través de un rodillo 116, o preferiblemente dos rodillos, por ejemplo realizados con rodamientos de bolas. Evidentemente, mediante este doble soporte proporcionado por la rueda 107 y los rodillos 116, se permite
45 que el imán se disponga lo más cerca posible de la superficie ferromagnética, sin el riesgo de entrar en contacto.
Dicho de otro modo, los rodillos 116 actúan, junto con la rueda, como espaciadores garantizando una ligera distancia entre el imán y la superficie ferromagnética.
Para que los ejes transversales 102 giren alrededor del eje longitudinal del chasis garantizando a la par que las ruedas y los rodillos se adhieren a la superficie deslizante, el árbol 108 debe ser capaz de inclinarse respecto de las
50 ruedas 107 y el soporte oscilante 114 del imán.
Con este fin, según una realización particularmente ventajosa, el alojamiento axial 120 del árbol 108 de rotación que atraviesa el reborde 110 del soporte de rodamiento tiene una forma cónica, ensanchándose hacia el interior, permitiendo que el eje 108 se incline respecto del eje de reborde.
Según una realización, el soporte 114 del imán tiene una parte axial 114' que se extiende hacia el interior, más allá del rodamiento, de forma que aloja un imán 106 que es más largo que la anchura del rodamiento. Una abertura en forma de ranura 102 provista en dicha parte axial 114' recibe el árbol 108 de rotación permitiendo que el árbol oscile respecto del soporte.
Según una realización, el extremo 108' del árbol de rotación en el cual está provista la rueda 107 tiene una 5 superficie exterior redondeada, por ejemplo ojival, de manera que puede oscilar en el interior del agujero axial de la rueda 107.
Ventajosamente, la rueda 107, el reborde 110 y el soporte 114 del imán están inmovilizados juntos a lo largo del eje mediante una arandela exterior 124, fijada a la rueda 107 y roscada firmemente al extremo del árbol 108 de rotación y una arandela interior 125, alrededor del árbol de rotación y presionada contra el soporte de imán, por ejemplo por
10 un resorte 126.
Por lo tanto, la rueda, el reborde rodamiento y el soporte de imán están ensamblados en un conjunto con el fin de realizar una sola unidad de rueda con el imán en posición que se desplaza sobre la superficie deslizante.
Las figuras 11 y 12 muestran otra realización de un soporte oscilante 150 para al menos un imán 152. Esta realización es particularmente apropiada para aplicaciones con tubos de pequeño diámetro, por ejemplos diámetros
15 inferiores a 1 metro, donde el robot deber ser compacto. En esta realización, un único soporte oscilante 150, está provisto centralmente en al menos uno de los dos árboles de rotación de las ruedas.
El soporte 150 incluye una carcasa 154 en forma de prisma, con una cara orientada a la superficie deslizante en la cual hay un alojamiento 156 para al menos un imán permanente 152, dispuesto, como se ha descrito anteriormente, con un polo orientado hacia la superficie ferromagnética que se va a inspeccionar. Preferiblemente, el imán 152 es 20 rectangular o en forma de barra y está provisto horizontalmente, por ejemplo, presionado dentro del alojamiento
156.
El contacto entre el soporte 150 y la superficie de deslizamiento se realiza mediante rodillos laterales 158, por ejemplo dos para cada extremo del soporte, fijados preferiblemente a los apéndices que definen el alojamiento 156 del imán. Estos rodillos 158 actúan como espaciadores como en la descripción anterior para el elemento 114 de
25 soporte.
Para proporcionar oscilaciones, el soporte 150 está provisto en el árbol de rotación mediante un par de rodamientos 160, asentados en los alojamientos respectivos 162 fijados a la carcasa de soporte, por ejemplo por un anillo 163 de retención interior.
Según una realización ventajosa, los rodamientos 160 son del tipo oscilante, con el fin de permitir que el árbol de
30 rotación, en este caso también, oscile, aunque menos que en el ejemplo anterior con el doble soporte oscilante para cada eje transversal.
El robot según la invención es particularmente apropiado para llevar una sonda con el fin de llevar a cabo la prueba no destructiva de líneas de soldadura y la estanqueidad del chapado metálico, por ejemplo acero al carbono. En particular, el robot 1 está diseñado para aplicaciones que implican un laminado cilíndrico (por ejemplo depósitos de
35 gran longitud o gran diámetro) realizado por calandrado y soldadura de un laminado plano. Cabe resaltar que, para que sondas ultrasónicas funcionen de manera óptima, estas chapas metálicas necesitan estar húmedas.
El robot se conecta al laminado que se va a inspeccionar a través de un campo magnético permanente generado por imanes a cierta distancia desde el laminado y, de este modo, no se impide la rotación de las ruedas, como ocurre en los robots de la técnica anterior. Por lo tanto no se requiere un motor potente. Un pequeño motorreductor
40 es suficiente, alimentado por una batería de 12 voltios.
La disposición de los imanes 30, 40, 106, 152 permite que el robot suba en vertical con su carga, y gire 180º sin perder adherencia, incluso sobre una superficie húmeda y deslizante.
Puesto que el robot, según esta invención, no requiere cables de alimentación para su movimiento, se pueden transmitir ventajosamente datos desde las sondas en modo inalámbrico. Por lo tanto, el robot 1 es completamente
45 autónomo, compacto y fácil de manejar.
Según esta invención, debido en gran medida al peso reducido del motor, el robot tiene un peso global (incluyendo la batería de alimentación) inferior a 15 kg, muy por debajo del máximo normativo para los pesos que son levantados por operarios (30 kg para hombres, 20 kg para mujeres).
El robot propuesto es, por lo tanto, muy sencillo y fácil de usar y transportar.
50 El experto en la técnica puede, según las necesidades específicas, modificar, adaptar o sustituir algunos elementos por otros de función idéntica o similar, sin alejarse del alcance de las siguientes reivindicaciones. Cada una de las características descritas para una realización particular se puede incorporar independientemente de las otras formas de realización descritas.

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    1.- Robot que comprende un chasis (10; 100) provisto de ruedas (12; 14; 107) para el desplazamiento sobre una superficie de apoyo magnética altamente permeable y de al menos un imán permanente (30; 106; 152) capaz de interactuar magnéticamente con dicha superficie para acoplar el robot a la superficie, caracterizado porque dicho
    5 imán permanente (30; 106; 152) se dispone de tal manera que roza la superficie de apoyo, en el cual dicho al menos un imán (30; 106; 152) se aloja en un soporte (32; 114; 150) capaz de oscilar libremente de manera que el polo del imán está siempre orientado hacia la posición de la distancia mínima desde la superficie de apoyo, caracterizado por el hecho de que cada soporte (32; 114; 154) está provisto de modo que oscila sobre el árbol de rotación de las ruedas.
    10 2.- Robot según la reivindicación 1, en el cual dicho al menos un imán permanente (30; 106; 152) está situado y retenido a una distancia preestablecida de la superficie de apoyo.
  2. 3.- Robot según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos un imán permanente (30; 106; 152) se sitúa próximo a cada rueda (12; 14; 107).
  3. 4.- Robot según la reivindicación 3, en el cual cerca de cada rueda está provisto un soporte para alojar una 15 pluralidad de imanes permanentes (30).
  4. 5.- Robot según la reivindicación 4, en el cual dichos imanes permanentes tienen forma de discos o comprimidos con superficies planas paralelas a la superficie de apoyo.
  5. 6.- Robot según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual cerca de cada rueda está provisto un soporte (114; 154) para alojar un imán paralelepípedo o en forma de barra dispuesto en horizontal.
    20 7.- Robot según la reivindicación 1, en el cual el chasis (10; 100) está provisto de dos pares de ruedas provistas en respectivos árboles paralelos, estando próximo a cada rueda un soporte oscilante (32; 114) provisto sobre el árbol.
  6. 8.- Robot según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual cada soporte (114; 150) está en contacto con la superficie de soporte que se va a inspeccionar mediante al menos un rodillo.
  7. 9.- Robot según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual el chasis (100) comprende un eje
    25 longitudinal (101) que conecta dos ejes transversales (102) permitiendo que el robot se desplace sobre la superficie que se va a inspeccionar, estando dicho eje longitudinal (110) provisto de una articulación (104) que permite la rotación independiente de los dos ejes transversales (102) respecto del eje longitudinal.
  8. 10.- Robot según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual cada árbol de rotación es libre de inclinarse libremente respecto de las ruedas y los soportes oscilantes para el imán.
    30 11.- Robot según la reivindicación 10, en el cual cada soporte oscilante (114) de un par de soportes oscilantes sobre el mismo eje transversal está provisto de un rodamiento (112) de bolas soportado por un reborde (110) que se extiende desde una rueda respectiva, teniendo dicho reborde un agujero axial (120) para el árbol de rotación, siendo dicho agujero de forma cónica para de este modo permitir que el árbol oscile respecto del eje del reborde.
  9. 12.- Robot según la reivindicación 11, en el cual el soporte oscilante (114) tiene una abertura (122) en forma de 35 ranura para la oscilación del árbol de rotación respecto del soporte.
  10. 13.- Robot según la reivindicación 11 o 12, en el cual cada rueda tiene un agujero axial en el cual se inserta un extremo (108') del árbol de rotación, teniendo dicho extremo una superficie exterior redondeada para de este modo oscilar dentro del agujero de la rueda.
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