ES2912948T3 - Robot rodante que comprende un brazo - Google Patents

Abstract

Robot rodante (1000; 2000) que comprende medios de desplazamiento (1010, 1020; 2010, 2020) que le permiten desplazarse en paralelo a un primer plano de desplazamiento (P1) o, alternativamente, en paralelo a un segundo plano de desplazamiento (P2), así como un cuerpo (1030; 2030), cuyo volumen se encuentra comprendido entre ambos planos de desplazamiento (P1, P2), comprendiendo también el robot rodante un brazo (1040; 2040) montado sobre el cuerpo y que adopta o bien una configuración de recogida (R), en la que está confinado entre ambos planos de desplazamiento, o una primera configuración de despliegue (D1), en la que sobresale por el primer plano de desplazamiento (P1), o una segunda configuración de despliegue (D2) en la que sobresale a través del segundo plano de desplazamiento (P2), teniendo el brazo la función de desatascar el robot si se atasca, pero también estando equipado para recibir una carga útil (3000), caracterizado por el hecho de que la forma interna del brazo (1040; 2040) se ajusta a la forma externa de una base (3010) de la carga útil (3000), de manera que la carga útil (3000) está protegida para conciliar la función de desacoplamiento del brazo (1040 ; 2040) y la protección de integridad de la carga útil (3000).

Description

DESCRIPCIÓN

Robot rodante que comprende un brazo

Campo técnico de la invención - estado de la técnica

[0001] La invención se enmarca en del campo de los robots rodantes para uso profesional y, más particularmente, para uso militar o para aplicaciones de seguridad civil.

[0002] Tales robots se desplazan con ayuda de ruedas o de orugas y están provistos de diferentes equipos, entre ellos cámaras y sensores, montados en un cuerpo que ocupa parte del espacio entre las ruedas o las orugas. Se mueven a distancia de su operador humano, a menudo en entornos peligrosos para este último, y se controlan por radio.

[0003] Sus misiones pueden ser, tradicionalmente, la retirada de minas, pero también, de manera más general, la inspección de un área en interiores o exteriores, como un local o una calle de una zona de combate.

[0004] De este modo, se conoce el robot SUGV de la empresa IRobot, que avanza mediante orugas, y que puede equiparse en el terreno con un brazo articulado para intervenir en un artefacto explosivo que se desea desactivar. Tal robot, aunque ya miniaturizado, sigue siendo bastante pesado y apenas puede ser transportado en la mano o en una bolsa por un combatiente.

[0005] También se conoce el robot Dragon Runner de Qinetiq, que también puede equiparse en el terreno con un brazo articulado para intervenir en un artefacto explosivo que se desea desactivar. Se mueve a una velocidad que sigue siendo limitada y no es compatible con una situación de combate a corta distancia. Su distancia al suelo es bastante baja.

[0006] Por último, la empresa ODF presentó un robot llamado EyeDrive que puede ser lanzado con la mano por un operador. Este robot es plano y tiene orugas o ruedas que le permiten desplazarse sobre uno de sus lados o, alternativamente, sobre el lado opuesto. Su cuerpo está completamente entre los dos planos de desplazamiento. La imagen de la cámara se redirecciona según el lado sobre el que caiga el robot. Este robot, en particular en su versión con ruedas, no tiene ningún medio para liberarse de una situación en la que se encuentre atascado en una piedra o un obstáculo.

[0007] En las solicitudes de patente estadounidenses US 2008/0277172 A1 y US 2011/0031044 A1 se divulga un robot rodante según el preámbulo de la reivindicación 1.

Descripción de la invención - ventajas que aporta

[0008] Con el fin de mejorar la seguridad del personal que trabaja en áreas de alto riesgo, es deseable desarrollar robots que sean capaces de realizar las tareas más peligrosas. Por lo tanto, se desea que un robot sea capaz de neutralizar a un combatiente actuando contra él rápidamente después aproximarse a él, por ejemplo en un terreno de guerrilla urbana.

[0009] Es especialmente importante, en esta aplicación, que el robot sea ligero para que pueda ser lanzado manualmente por su operador, que luego se desplace con rapidez, inmediatamente después de su lanzamiento, y que sea capaz de seguir desplazándose sin percances después de cualquier colisión con un obstáculo, como un bordillo, una piedra o una pared.

[0010] Por lo tanto, se desea disponer de robots capaces de participar en el combate a corta distancia, pero tales robots también pueden tener aplicaciones de seguridad civil, como vigilar una prisión o ayudar a mantener el orden en situaciones de tipo disturbios.

[0011] Para responder a esta necesidad, en este documento se propone un robot rodante que comprende medios de desplazamiento que le permiten desplazarse en paralelo a un primer plano de desplazamiento o, alternativamente, en paralelo a un segundo plano de desplazamiento, así como un cuerpo cuyo volumen está comprendido entre los dos planos de desplazamiento, y el robot rodante comprende además un brazo montado en el cuerpo y que adopta una configuración recogida en la que está contenido entre los dos planos de desplazamiento, o una primera configuración de despliegue en la que sobresale a través del primer plano de desplazamiento, o incluso una segunda configuración de despliegue en la que sobresale a través del segundo plano de desplazamiento.

[0012] Este robot se puede lanzar y voltear, ya que puede desplazarse en paralelo a cualquiera de sus dos planos de desplazamiento. Además, es capaz, gracias a su brazo, de salir rápidamente de una situación en la que se quede atascado en una piedra o en un obstáculo del suelo. Por lo tanto, el dispositivo es fácil de usar y rápido y, por lo tanto, es muy eficaz en situaciones de combate a corta distancia, por ejemplo, para interceptar a un adversario.

[0013] El brazo tiene una función para liberar el robot si este último se queda atascado, pero también está equipado para recibir una carga útil, como un instrumento de medición, o una herramienta como un explosivo, o incluso un dispositivo de interceptación de personas. La forma interior del brazo se adapta a la forma exterior de una base de la carga útil, de manera que la carga útil esté protegida para compaginar la función de desbloqueo del brazo con la preservación de la integridad de la carga útil.

[0014] En diferentes formas de realización, el robot se caracteriza ventajosamente de la siguiente manera.

[0015] En primer lugar, el brazo puede articularse en rotación alrededor de un eje. La implementación es sencilla, ya que una única articulación permite un despliegue de gran amplitud. Se puede colocar un brazo de dimensiones grandes, en posición plegada dentro del volumen del cuerpo, y hacerlo girar para colocarlo en posición vertical más allá de uno u otro de los planos de desplazamiento, con una gran parte del brazo sobresaliendo.

[0016] El brazo puede ser accionado por un motor cuya potencia es transmitida por un reductor planetario o de tornillo sin fin. Se preferirá un reductor de tornillo sin fin cuando el brazo deba llevar una carga pesada, y un reductor planetario si el brazo debe poder ser devuelto a la posición plegada manualmente por un operador.

[0017] El robot también tiene, en una forma de realización, una función de protección del brazo. La función controla el movimiento del brazo hacia la configuración recogida cuando se detecta que el robot tiene una velocidad o aceleración superior a un umbral de seguridad.

[0018] En una forma de realización, el brazo incluye una estructura de sujeción para recibir una carga útil. El brazo también puede incluir una superficie de acoplamiento para acoplar una carga útil, constituida por dos planos paralelos situados uno frente al otro.

[0019] El brazo puede, en algunas configuraciones de equipo, incluir un conector eléctrico para transmitir información desde o hacia una carga útil instalada en el brazo o energía eléctrica a la carga útil.

[0020] El robot puede comprender también un colector rotatorio para hacer funcionar una carga útil, que se instalará en el brazo en rotación libre multivuelta. También puede incluir un sensor de posición angular para una carga útil instalada en rotación en el brazo. El brazo puede estar equipado para recibir una carga útil que se fijará mediante enganche a presión.

[0021] El robot también se puede presentar con una carga útil ya fijada al brazo. De esta manera, el brazo está en este caso equipado con una carga útil tal como un dispositivo de neutralización de personas, un explosivo y un medio de propulsión de dicho explosivo, o un telémetro.

[0022] El robot puede tener un comando para que, cuando el robot esté inmovilizado en una posición atascada, utilice el brazo para desbloquearse, pasando de la configuración recogida a una de las configuraciones de despliegue.

[0023] El brazo también puede, en algunas aplicaciones, incluir una antena de radio. Ventajosamente, el robot está equipado con motores sin escobillas planos para su propulsión, que permiten ahorrar espacio en el cuerpo del robot, para alojar así el brazo en su configuración plegada. Estos motores permiten que el robot se mueva a gran velocidad.

[0024] El robot rodante está, en una versión específica, concebido para operaciones militares en exteriores. Así, se distingue, por ejemplo, por una estructura estanca, el uso de materiales resistentes al moho, como el poliuretano, para su carcasa, así como resistentes a la radiación solar y al fuego. Por lo tanto, el robot se puede utilizar en terrenos de operaciones militares en exteriores y es capaz de soportar por mucho tiempo las difíciles condiciones con las que se puede encontrar en dicho terreno.

[0025] En particular, el robot está provisto de ruedas, que son más ligeras que las orugas y, sin embargo, puede liberarse de muchos obstáculos gracias a su brazo. Por lo tanto, es capaz de desplazarse muy rápido en cualquier circunstancia y actuar rápido en situaciones delicadas en las que su operador desee utilizarlo.

Breve descripción de las figuras

[0026] La invención se describirá a continuación en relación con las siguientes figuras adjuntas.

En la figura 1 se muestra una vista en sección esquemática de una forma de realización de la invención.

En la figura 2 se muestra una vista esquemática en sección de una variante de la forma de realización de la figura 1.

En la figura 3 se muestra una vista de tres cuartos de una forma de realización detallada de la invención, en la que el robot se presenta con la cubierta abierta.

En la figura 4 se muestra una vista del cuerpo del robot de la figura 3, con la cubierta cerrada.

En la figura 5 se muestra un aspecto particular de una forma de realización, durante la fijación de una carga útil al brazo del robot de las figuras 3 y 4.

En la figura 6 se muestra el mismo aspecto particular, en el que la carga útil está fija.

En las figuras 7 y 8 se muestra el interior de la carga útil montada en el brazo del robot, en un modo particular de uso.

En la figura 9 se muestra el robot con su brazo en la configuración de despliegue, equipado con un telémetro. En la figura 10 se muestra una vista en sección esquemática de otra forma de realización de la invención. Descripción detallada

[0027] En la figura 1, se ha mostrado una forma de realización del robot 1000, en sección. El robot 1000 tiene dos ruedas delanteras 1010, coaxiales, y dos ruedas traseras 1020, coaxiales, y un eje de rotación paralelo al eje de las ruedas delanteras 1010. Las ruedas traseras 1020 son del mismo diámetro que las ruedas delanteras 1010.

[0028] El robot 1000 comprende además un cuerpo 1030 de grosor inferior al diámetro de las ruedas, y que se extiende en el rectángulo definido por éstas. Las ruedas están fijadas sobre este cuerpo 1030 y el robot 1000 admite generalmente un plano de simetría que pasa por los ejes de las ruedas. Las ruedas definen dos planos sobre los que se puede colocar y desplazar el robot: un plano P1 y un plano P2 que en este caso son paralelos, teniendo las ruedas delantera y trasera el mismo diámetro. Así, el robot tiene dos caras con funciones idénticas en términos de locomoción, que definen dos planos de desplazamiento P1 y P2.

[0029] El robot 1000 está provisto de un brazo 1040, por ejemplo articulado en rotación alrededor de un eje X paralelo y coplanario a los ejes de las ruedas. El brazo 1040 puede adoptar al menos tres configuraciones. Una primera configuración es una configuración recogida R, en la que el brazo está confinado dentro del volumen del cuerpo, o al menos obligado a no sobresalir más allá de los dos planos P1 y P2. De este modo, el robot 1000 puede rodar sobre una u otra de sus caras, indistintamente, cuando el brazo 1040 se encuentra en posición recogida, estando confinado este último entre los dos planos. Las otras dos configuraciones son configuraciones de despliegue, denominadas D1 y D2, en las que el brazo sobresale por uno u otro de los dos planos P1 y P2. En este caso, las configuraciones de despliegue se logran mediante una rotación de 90° a partir de la configuración recogida, pero una menor rotación de ángulo podría ser suficiente para lograr una configuración que permita que el brazo sobresalga a través de cualquiera de los otros planos y tenga una utilidad funcional.

[0030] El brazo 1040 tiene dos funciones en particular: puede transportar una carga útil, que se detallará más adelante, y también lo puede utilizar el robot para liberarse de una posición en la que esté atrapado en el suelo sobre una piedra o un obstáculo, pasando de su posición recogida a una configuración desplegada, por el lado del plano P1 o P2 en el que se apoya el robot cuando está atascado en su desplazamiento.

[0031] En la figura 2, se ha representado una variante de la forma de realización esquemática de la figura 1. Las ruedas de delante y de atrás no tienen el mismo diámetro, y los planos de desplazamiento P1 y P2 no son paralelos entre sí.

[0032] Cabe destacar, tanto a propósito de la figura 1 como de la figura 2, que el robot puede tener efectivamente una parte delantera y una parte trasera diferenciadas y un funcionamiento preferible hacia adelante, pero que también puede ser capaz de desplazarse de manera indistinta hacia adelante o hacia atrás, de tal manera que no haya razón para distinguir, en la máquina, una "parte delantera" y una "parte trasera". En la figura 3, se ha representado el robot 1000 con su cuerpo 1030 abierto, por separación de las dos mitades 1031 y 1032 de una cubierta. Esta cubierta está hecha, por ejemplo, de poliuretano, pero también se pueden utilizar otros materiales como el ABS en función de las decisiones del diseño final.

[0033] La cubierta soporta las cuatro ruedas 1010 y 1020, cada una de las cuales es impulsada por un motor plano sin escobillas (motor sin escobillas) 1011 y 1021. Estos motores son independientes entre sí y están alimentados por baterías 1060, y controlados por una unidad de control (que no se muestra) que recibe instrucciones por radio.

[0034] Las ruedas no son orientables, pero un comando de velocidades diferentes en las ruedas de la izquierda y de la derecha permite hacer girar el robot hacia un lado o hacia el otro. Pueden permitir que el robot se desplace a altas velocidades, por ejemplo hasta 20 km/h.

[0035] El robot está equipado con una cámara 1050 colocada entre las ruedas delanteras del cuerpo 1030. La cámara 1050 es orientable. El robot puede equiparse con cuatro cámaras, algunas de las cuales tienen capacidad de visión nocturna, de alta resolución. De manera destacable, el robot 1000 tiene un brazo 1040, como se ha descrito antes, que está en posición plegada en la figura 3. Este brazo 1040 está montado en rotación, y es accionado por el motor de rotación 1041, actuando a través de un reductor 1042, planetario o de tornillo sin fin.

[0036] En aplicaciones en las que se requiere que el brazo transporte cargas pesadas, por ejemplo, unos diez kilogramos de explosivo, se prefiere un reductor de tornillo sin fin. En aplicaciones en las que el usuario tendrá que plegar manualmente el brazo, se utilizará un reductor planetario.

[0037] El brazo se representa en este caso con una carga útil 3000 en forma de paralelepípedo rectangular. Esta tiene un compartimento adaptado a su forma en el volumen del cuerpo, en la cubierta 1031, 1032, estando dispuesta la gran dimensión de la carga útil 3000 en paralelo a los ejes de las ruedas.

[0038] En la figura 4, se ha representado el cuerpo 1030 del robot cerrado, sin sus ruedas. El brazo 1040 es visible, así como la carga 3000 que está colocada en su extremo. El brazo está en la configuración plegada.

[0039] En la figura 5, se han mostrado el brazo 1040 y la base 3010 de la carga útil 3000. El brazo tiene la forma general de una pinza, con dos elementos de mordaza 1043 y 1044 uno frente al otro. Estos dos brazos están perforados cada uno con un orificio 1045 que permite recibir una bola de fijación 3011 de la carga útil, que se inserta y queda retenida mediante enganche a presión. Se pueden elegir otros métodos de fijación.

[0040] En la figura 6 se muestra la base de la carga útil una vez enganchada al brazo 1040. En particular se ve la bola 3011 que aparece en la parte inferior del orificio 1045. La forma exterior de la base de la carga útil sigue la forma interior del brazo. Cabe destacar que la superficie de acoplamiento entre el brazo y la carga útil consta de dos superficies paralelas, a saber, las dos superficies internas de los elementos de mordaza 1043 y 1044. Se podría haber conservado otra geometría, en particular un acoplamiento mediante un manguito de fijación cilíndrico o utilizando una superficie de guía cónica. Asimismo, en lugar de un enganche a presión, se podrían haber utilizado otros sistemas de fijación, como por ejemplo un sistema de atornillado.

[0041] En la figura 7 se muestra el interior de la base de la carga útil 3000, y su interacción con el brazo 1040. La carga útil retenida para esta figura es un telémetro láser, que está montado en rotación continua multivuelta, y que, durante el funcionamiento, no necesita detener su rotación y comenzar en la dirección opuesta. Como se ve en la Figura 5, el extremo de la base 3010 tiene en su superficie un conector eléctrico macho 3012, el cual se enchufa en un conector hembra correspondiente cuando la carga útil se engancha al brazo. Esta conexión eléctrica permite no solo suministrar electricidad a la carga útil, sino también transmitirle comandos y recibir cualquier información generada por la carga útil.

[0042] Además, la base de la carga útil comprende un colector rotatorio 3013 para hacer funcionar el telémetro instalado en el brazo en rotación libre multivuelta. La base también comprende un sensor de posición angular 3014 para detectar la posición del telémetro, que puede haber sido girado por un usuario. También hay un motor 3015, destinado a hacer girar la carga útil alrededor de un eje paralelo a la dirección del brazo,

[0043] Estos diferentes elementos también son visibles en la figura 8.

[0044] El brazo 1040 también puede, en determinadas aplicaciones, comprender una antena de radio 1046, en particular una antena de radio de corto o largo alcance. Es visible en la figura 7 y está presente en la superficie exterior de uno de los dos elementos de mordaza del brazo.

[0045] El brazo puede estar equipado con todo tipo de cargas útiles, descansando sobre la base 3010 representada en las figuras 5 y 6. En particular, puede estar equipado con un dispositivo de neutralización de personas, como un sistema de lanzamiento de bolas, un generador de flash luminosos, humo, o una pistola de descarga eléctrica. La carga útil también puede ser un explosivo, provisto de un medio de propulsión a distancia.

[0046] En la figura 9, se ve un telémetro 3001 que está fijado en el extremo del brazo 1040, a través de la base 3010. El telémetro está montado en rotación continua multivuelta con respecto a la base. La figura muestra la configuración desplegada del brazo 1040. En lugar del telémetro, también se puede instalar una cámara. El robot también dispone de una función automática de protección del brazo, controlando su retracción hasta la configuración recogida cuando se detecta que el robot tiene una velocidad o una aceleración superior a un umbral de seguridad.

[0047] El robot también puede tener un comando para que, cuando el robot se encuentre inmovilizado en una posición atascada, debido a un obstáculo en el suelo, utilice su brazo para desbloquearse, pasando de la configuración recogida R a una de las configuraciones de despliegue D1 o D2.

[0048] En la figura 10, se ha mostrado una forma de realización alternativa del brazo robótico. Aquí, el brazo, con la referencia 4040, está en traslación con respecto al cuerpo 1030 del robot, en perpendicular al plano definido por las ruedas. Tiene una dimensión mayor más corta que la distancia entre los dos planos de desplazamiento P1 y P2. En la posición recogida, no sobresale ni del plano P1 ni del plano P2. En la configuración de despliegue, sobresale por el primero o el segundo de estos planos. El robot puede usar su brazo para liberarse de una situación en la que esté atascado en una piedra o un obstáculo.

[0049] Se especifica que el robot puede estar equipado con dos orugas, o ruedas, un total de tres, cuatro o seis, en particular. El cuerpo del robot puede comprender una carcasa de poliuretano o de ABS, prefiriéndose el poliuretano por sus propiedades de resistencia. Los neumáticos de las ruedas también se eligen preferiblemente de poliuretano. La estructura es estanca e ignífuga.

[0050] La invención se ha descrito en relación con las figuras que presentan formas de realización particulares, pero se extiende a todas las variantes dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Robot rodante (1000; 2000) que comprende medios de desplazamiento (1010, 1020; 2010, 2020) que le permiten desplazarse en paralelo a un primer plano de desplazamiento (P1) o, alternativamente, en paralelo a un segundo plano de desplazamiento (P2), así como un cuerpo (1030; 2030), cuyo volumen se encuentra comprendido entre ambos planos de desplazamiento (P1, P2), comprendiendo también el robot rodante un brazo (1040; 2040) montado sobre el cuerpo y que adopta o bien una configuración de recogida (R), en la que está confinado entre ambos planos de desplazamiento, o una primera configuración de despliegue (D1), en la que sobresale por el primer plano de desplazamiento (P1), o una segunda configuración de despliegue (D2) en la que sobresale a través del segundo plano de desplazamiento (P2), teniendo el brazo la función de desatascar el robot si se atasca, pero también estando equipado para recibir una carga útil (3000), caracterizado por el hecho de que la forma interna del brazo (1040; 2040) se ajusta a la forma externa de una base (3010) de la carga útil (3000), de manera que la carga útil (3000) está protegida para conciliar la función de desacoplamiento del brazo (1040 ; 2040) y la protección de integridad de la carga útil (3000).

2. Robot rodante según la reivindicación 1, en el que el brazo (1040, 2040) está articulado en rotación alrededor de un eje (X).

3. Robot rodante según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el brazo (1040; 2040) lo mueve un motor cuya potencia es transmitida por un reductor planetario o tornillo sin fin.

4. Robot rodante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, equipado con motores sin escobillas planos (1011,1021) para su propulsión.

5. Robot rodante según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una función de protección del brazo (1040; 2040), que controla su recogida hasta la configuración integrada cuando se detecta que el robot tiene una velocidad o aceleración superior a un umbral de seguridad.

6. Robot rodante según una de las reivindicaciones anteriores, que tiene un comando para que, cuando el robot esté inmovilizado en una posición atascada, utilice el brazo (1040, 2040, 4040) para desatascarse, pasando de la configuración recogida (R) a una de las configuraciones de despliegue (D1, D2).

7. Robot rodante según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el brazo (1040; 2040) comprende una estructura en forma de pinza para recibir una carga útil (3000).

8. Robot rodante según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el brazo (1040; 2040) comprende un conector eléctrico (3012) para transmitir información desde o hacia una carga útil (3000) instalada en el brazo, o energía eléctrica a la carga útil (3000).

9. Robot rodante según la reivindicación anterior, que comprende además un colector rotatorio (3013) para hacer funcionar una carga útil (3000) instalada en el brazo (1040; 2040) con una rotación libre multivuelta.

10. Robot rodante según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende también un sensor de posición angular (3014) para una carga útil (3000) instalado de forma giratoria en el brazo (1040; 2040).

11. Robot rodante según una de las reivindicaciones anteriores, cuyo brazo (1040, 2040) está equipado para recibir una carga útil (3000) que se sujeta por enganche a presión.

12. Robot rodante según una de las reivindicaciones anteriores, donde el brazo (1040; 2040) está equipado con una carga útil (3000) como un dispositivo de neutralización de personas, un explosivo y un medio de propulsión de dicho explosivo, o un telémetro.

13. Robot rodante según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el brazo (1040; 2040) comprende una antena de radio.

14. Robot rodante según una de las reivindicaciones anteriores, equipado con ruedas (1010, 1020; 2010, 2020) u orugas.

15. Robot rodante según una de las reivindicaciones anteriores, adaptado para operaciones militares en exteriores.