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WO2011083188A1 - Dispositivo robotizado para la inspeccion de conductos - Google Patents

Dispositivo robotizado para la inspeccion de conductos Download PDF

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Publication number
WO2011083188A1
WO2011083188A1 PCT/ES2010/070688 ES2010070688W WO2011083188A1 WO 2011083188 A1 WO2011083188 A1 WO 2011083188A1 ES 2010070688 W ES2010070688 W ES 2010070688W WO 2011083188 A1 WO2011083188 A1 WO 2011083188A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
modules
inspection
ducts
previous
robotized
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/ES2010/070688
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
David De La Fuente Diez
Juan Carlos Fraile Marinero
Javier Perez Turiel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fundacion Cartif
Original Assignee
Fundacion Cartif
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fundacion Cartif filed Critical Fundacion Cartif
Publication of WO2011083188A1 publication Critical patent/WO2011083188A1/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/26—Pigs or moles, i.e. devices movable in a pipe or conduit with or without self-contained propulsion means
    • F16L55/28—Constructional aspects
    • F16L55/30—Constructional aspects of the propulsion means, e.g. towed by cables
    • F16L55/32—Constructional aspects of the propulsion means, e.g. towed by cables being self-contained
    • F16L55/34—Constructional aspects of the propulsion means, e.g. towed by cables being self-contained the pig or mole being moved step by step
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/26—Pigs or moles, i.e. devices movable in a pipe or conduit with or without self-contained propulsion means
    • F16L55/28—Constructional aspects
    • F16L55/30—Constructional aspects of the propulsion means, e.g. towed by cables
    • F16L55/32—Constructional aspects of the propulsion means, e.g. towed by cables being self-contained

Definitions

  • the present invention deals with a robotic device for the inspection, actuation and collection of samples from inside ducts, specially designed for those pipes of reduced diameter, whose activity is based on the interaction between its construction modules based on the controlled action of electromagnetic forces .
  • the patent ES 2006544 describes a redundant robot of modular type, which allows moving a terminal from an initial situation to a final situation.
  • This device comprises a succession of modules, each consisting of a platform and six actuators arranged according to a closed angled architecture, a collector system associated with each module, and control means that allow determining a configuration of the device corresponding to the final situation to be reached by the terminal and to condition the actuators to arrange the various modules according to this configuration.
  • These control means include, in particular, means for storing the accessible spaces for each platform, means for taking the final situation to be reached, means for calculating the configuration of the device, and means for calculating actuator states and an interface for conditioning of the latter.
  • Patent ES patent 2017909 describes an apparatus for inspecting the interior of pipes that consists of a central body with three arms at 120 ° arranged at each of its ends, said ends being able to rest against the internal surface of the pipe.
  • the displacement technique used is an elementary version of the method known as inchworm gait in the field of mobile robotics. The design of the device makes miniaturization very difficult.
  • Patent ES 2066559 describes a pipeline inspection vehicle comprising a body, an electromagnet to generate magnetic flux and two sheet metal blocks to conduct the flow in and out of the pipe wall. A set of defect detectors is available around the body, each detector being mounted in a set.
  • the described displacement technique combines different technologies, pressure differences between the ends of the duct with the use of wheels and external traction elements.
  • Patent ES 2151 149 describes a duct inspection device whose design facilitates its miniaturization. It uses pneumatic drives and its basic utility is to move inside ducts for inspection, detection, etc.
  • Document ES 2174070 describes a device for duct inspection, being a modular and hyper-redundant mobile device.
  • the structure includes specialized modules for displacement, anchoring, detection, etc.
  • This device despite being modular and hyper-redundant, is not an anode. It uses wheels moved by motors for its displacement, and said displacement is not achieved through the interaction of electromagnetic forces. The same goes for document ES 2249599.
  • Document CN 101486190 describes the design of an electromagnetically operated finger for the hand of an anthropomorphic robot. Applies electromagnetic forces to produce displacements, but it is not a mobile device, its design is not based on different modules, and depending on the implementation the result can be hyper-redundant.
  • EP 0017016 describes a modular and hyper-redundant device.
  • the actuators of the three linear stems, in each of the modules, are electric motors.
  • the design of its structure is obtained by chaining n modules, fixed at one end and with the possibility of placing a tool on the other.
  • the different configurations of the device are achieved by the different tensile forces exerted on four cables that thread the linear sequence of modules.
  • the shape of these and the position relative among them that is achieved by applying the forces determines the configuration obtained and the position and orientation of the effector.
  • the proposed invention describes a robotic device for duct inspection.
  • This device is mobile, bio-inspired, apodal, modular and hyper-redundant, where its displacement and positioning is achieved by electromagnetic actuators, which, together with the morphology of the device, allows its autonomous and / or controlled / supervised movement, making it suitable for the inspection, performance and selective collection of samples inside ducts of reduced diameter.
  • the main object of the invention seeks to obtain a hyper-redundant modular mobile device design whose displacement and positioning is achieved by mutual interaction between modules, based on the controlled action of electromagnetic forces.
  • the device has a cylindrical shape, with a diameter much smaller than currently existing devices. Depending on the needs and the type of application, the device has the ability to function "autonomous" without power supplies or external propulsion, and “non-autonomous”, with power supplies and external propulsion.
  • the device has the possibility of alternating the following control modes:
  • the device is able to move forward and backward interchangeably, and the speed can be regulated, monitored and controlled by an operator.
  • the two ends of the mobile device can be used as airships and adjustable heads, being a highly flexible device.
  • the device also allows the incorporation and proper management of specifically designed removable and interchangeable work tools such as "tweezers”.
  • the elementary constituent element of the robotic device for duct inspection is a circular crown made of rigid material that can be considered formed by circular trapezoids.
  • this crown there are independent elements capable of generating in a controlled way electromagnetic fields by circulating through each of them currents of intensity and controlled sense. These generated electromagnetic fields are capable of generating the electromagnetic force of attraction and / or repulsion necessary to produce a relative displacement on a nearby analogous element.
  • the generated electromagnetic field, and the associated force depends, in magnitude and direction, on the type of material and the geometry of the conductor crossed by a current, the resulting concrete values do not affect the design principle.
  • the calculations, simulations and experimental tests carried out with turns and circular coils of different materials and with different ranges of current allow to determine the appropriate values of the parameters involved to obtain the necessary force of attraction and repulsion between elements located at a certain distance.
  • Each module of the device is formed by two of these adjacent circular crowns, so that the circular trapezoids are facing each other two to two. With this arrangement, each module is formed by two adjacent crowns and each crown is part of two modules.
  • the device is formed by a plurality of modules, so that it has the number of modules plus one of crowns, arranged longitudinally along a common axis that coincides with the center of the circular crowns.
  • Each module of the device allows three degrees of freedom in each module, in turn providing the device with a variety of different morphological configurations.
  • degrees of freedom is achieved through the interaction (attraction and / or repulsion) of the independent elements capable of generating in a controlled way electromagnetic fields by circulating through each of them currents of intensity and controlled sense according to the Law from Biot-Savart. It is through this magnetic interaction between these opposing analog elements that the advancement and precise positioning of the device is achieved.
  • one of the fundamental characteristics is the fact that the device is hyper-redundant.
  • Devices with a number of degrees of freedom greater than the minimum necessary to perform a positioning and / or orientation in their workspace are called “kinematically redundant", or simply "redundant". This feature is associated with an improvement in the performance of the device in complex and unstructured environments.
  • hyper-redundant devices have a very high degree of kinematic redundancy.
  • a hyper-redundant device has many more independent and kinematically actuated degrees of freedom than the number of degrees of freedom in your workspace.
  • the described device is apodal, it is not equipped with differentiated moving parts of its trunk, such as wheels or legs.
  • the degrees of freedom are binary, resulting from an all-nothing control of each degree of freedom.
  • the device is strongly coupled, in the sense that the magnetization pattern of each circular trapezoid influences two adjacent modules.
  • the device for the inspection of ducts is apodal, hyper-redundant or strongly articulated, consisting of equal modules, except for three elements, called "balls", which through a control sequence that allows their synchronized expansion and contraction allows the anchoring of the device and enable its advancement and precise positioning.
  • the anchorage or fixation of the device at any given time is independent of the technique of generating the relative displacement between modules, this second being one of the innovations of the design and that can be used to generate the displacements of the device regardless of the method used to fix it.
  • the expansion and contraction of the modules is generated through interactions between them produced by electromagnetic forces.
  • the strategic control differences that can be used must always maintain two dilated balls to guarantee the anchorage of the device during the movement and allow the precise positioning of the device.
  • the design strategy for the control has been established in order to minimize the number of changes in the state of magnetization of the circular trapezoids that are part of the modules in the transactions between states. In this way, losses are reduced, due to hysteresis and eddy currents, and consumption is optimized, thus increasing the autonomy of the device.
  • the displacements generated by a module corresponding to two opposite directions of circulation of a stationary current by a conductor are shown in FIG. 5. They represent two different physical situations, with binary notation. This notation allows to characterize the two magnetization states and will serve to define the different configurations of a module.
  • the state of a module represents the state of magnetization of the circular trapezoids that make up the module.
  • the number of possible states of a module can be calculated taking into account that each element can adopt two different magnetization states and that the module contains eight elements, facing each other that interact magnetically two to two.
  • the configuration of a module refers to the spatial arrangement of the circular trapezoids with respect to the defined reference system. The same configuration can be represented by multiple states, while a state always represents a single configuration.
  • the basic or elementary transition will be defined as the one that allows us to move from a given state E ⁇ to the next state E ⁇ + 1 , in which only one of the degrees of freedom of the module has changed (implies change configuration), minimizing the number of magnetization state changes of the elements.
  • Figure 1 shows a view of the device of the invention inside a pipe, where two of the balls, in black color, dilated and adhered to the walls of the pipe, while the third contracted balloon moves is shown as a result of the attraction / repulsion between the modules.
  • Figure 2 shows a view of a module of the invention, which comprises two adjacent circular crowns, and where each one belongs at the same time to the module adjacent to the one in the image.
  • Figure 3.- shows a view of a circular crown, seeing the circular trapezoids from which it is formed separately.
  • Figure 4.- shows two consecutive modules of the device of the invention, where each is formed by two crowns, one module being formed by crowns (3) and (3 ') and the second module formed by crowns ( 3 ') and (3 ").
  • Figure 5.- shows the displacements generated by a module, corresponding to two opposite directions of circulation of a stationary current by a conductor.
  • the invention described herein is about a robotic device for duct inspection.
  • This device is hyper-redundant, so that it has many more independent and kinematically actuated degrees of freedom than the number of degrees of freedom in your workspace, these degrees of freedom being binary. It is apodal, it is that is, it is not equipped with differentiated moving parts of its trunk, such as wheels or legs.
  • the robotic device is modular in nature, with coupling between modules, in a cylindrical shape and flexible in nature, which allows the movement of said device through the inside of small diameter ducts for inspection, actuation and selective sample collection.
  • the robotic device for the inspection of ducts comprises two heads (1, 1 ') addressable and at least two modules (2) each formed by two adjacent circular crowns (3, 3') of material rigid with the magnetizable elements that interact with each other, and three anchoring and positioning balls (4).
  • the heads (1, 1 ') airships and orientables are the ends of the device. Both can act as forward or reverse heads independently, through an operator that regulates, monitors and controls the forward and reverse speed. Means are available for the coupling of specifically designed removable and interchangeable work tools, such as tweezers or the like.
  • the minimum number of modules (2) for the existence of the device must be two. All the modules (2) are equal to each other, and each one is formed by two adjacent circular crowns (3, 3 ') of rigid material with the magnetizable elements that interact with each other, being arranged longitudinally along a common axis that coincides with the center of the circular crowns (3, 3 ').
  • Each of said crowns (3, 3 ') is constituted of a plurality of independent magnetizable elements (31, 32, 33, 34) that generate a magnetic field of controlled intensity and direction, each of which is part of said crowns (3, 3 ') of two consecutive modules (2).
  • each crown (3) comprises four circular trapezoids that each correspond to a magnetizable element (31, 32, 33 , 3. 4).
  • the number of crowns (3, 3 ') is always equal to the number of modules (2) plus one.
  • each module (2) has eight circular trapezoids facing each other two to two, with three degrees of freedom in each module (2), and providing the device with a variety of different morphological configurations.
  • anchoring and positioning balls (4) are dilated and contracted through control means that generate a control sequence that allows their synchronized expansion and contraction producing the anchoring, advance, recoil and precise positioning of the device.
  • anchoring, fixing and other actions are independent of the technique used to generate displacement between modules (2).
  • the expansion and contraction of the modules (2) is generated through interactions between said modules (2) produced by electromagnetic forces, always keeping two of the three balloons (4) dilated to guarantee the anchorage of the device during displacement and enable precise positioning of the same, and causing the displacement of the device the orderly sequence of expansions and contractions of the modules (2).
  • the device has the possibility of alternating the following control modes, through appropriate control means: it has control means for supervised and / or controlled operation by qualified personnel,
  • the device has the ability to operate either independently, without power supplies or external propulsion, through appropriate means, or non-autonomously, with power supplies and / or external propulsion to through the appropriate means to do so.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Dispositivo robotizado para la inspección de conductos, ápodo, modular e hiper-redundante, de forma cilíndrica y naturaleza flexible, que comprende -dos cabezales (1, 1') dirigibles y orientables, -al menos dos módulos (2), todos iguales entre sí, cada uno de dichos módulos (2) formado por dos coronas (3, 3') circulares adyacentes de material rígido, estando constituida cada una de dichas coronas (3, 3') de una pluralidad de elementos magnetizables (31, 32, 33, 34) independientes que generan un campo magnético de intensidad y sentido controlados, -tres balones (4) de anclaje y posicionamiento del dispositivo, de manera que la expansión y contracción de los módulos (2) se genera a través de interacciones entre dichos módulos (2) producidas por fuerzas electromagnéticas, originando el desplazamiento del dispositivo la secuencia ordenada de expansiones y contracciones de los módulos (2).

Description

DISPOSITIVO ROBOTIZADO PARA LA INSPECCIÓN DE CONDUCTOS
DESCRIPCIÓN
Dispositivo robotizado para la inspección de conductos Objeto de la invención
La presente invención trata de un dispositivo robotizado para la inspección, actuación y recogida de muestras del interior de conductos, especialmente concebido para aquellas canalizaciones de diámetro reducido, cuya actividad se fundamenta en la interacción entre sus módulos constructivos basada en la acción controlada de fuerzas electromagnéticas.
Antecedentes de la invención
Los sistemas que actualmente existen para la inspección de canalizaciones no permiten, debido a la tecnología utilizada para generar el desplazamiento, ni una miniaturización, ni una precisión, ni una autonomía adecuada a entornos especializados donde cada vez más se demandan soluciones con estas características.
La patente ES 2006544 describe un robot redundante de tipo modular, que permite desplazar un terminal de una situación inicial hacia una situación final. Este dispositivo comprende una sucesión de módulos, cada uno constituido por una plataforma y por seis accionadores dispuestos según una arquitectura angulada cerrada, un sistema de captadores asociado a cada módulo, y unos medios de mando que permiten determinar una configuración del dispositivo que corresponde a la situación final a alcanzar por el terminal y para condicionar los accionadores para disponer los diversos módulos según esta configuración. Estos medios de mando comprenden en particular medios de almacenado de los espacios accesibles para cada plataforma, medios de toma de la situación final a alcanzar, medios de cálculo de la configuración del dispositivo, y medios de cálculo de estados de los accionadores y una interíaz de condicionamiento de estos últimos. Es este robot de diseño convencional de n módulos, cada módulo tiene la estructura de una plataforma de stewart, y los accionadores de los tres vástagos lineales, en cada uno de los módulos, son motores eléctricos.
La patente ES 2017909 describe un aparato para inspeccionar el interior de canalizaciones que consta de un cuerpo central con tres brazos a 120° dispuestos en cada uno de sus extremos, pudiendo apoyarse dichos extremos contra la superficie interna de la canalización. La técnica de desplazamiento utilizada es una versión elemental del método conocido como inchworm gait en el campo de la robótica móvil. El diseño del dispositivo hace muy difícil su miniaturización. En la patente ES 2066559 se describe un vehículo de inspección de canalizaciones que comprende un cuerpo, un electroimán para generar flujo magnético y dos bloques de chapa para conducir el flujo en y fuera de la pared de la canalización. Se dispone de un conjunto de detectores de defectos alrededor del cuerpo, estando montado cada detector en un conjunto. La técnica de desplazamiento descrita combina diferentes tecnologías, diferencias de presión entre los extremos del conducto con el uso de ruedas y elementos de tracción externos. Se hace uso de campos magnéticos para detectar defectos en el conducto mediante la técnica de fugas de flujo. La patente ES 2151 149 describe un dispositivo para la inspección de conductos cuyo diseño facilita su miniaturización. Utiliza accionamientos neumáticos y su utilidad básica es desplazarse por el interior de conductos para labores de inspección, detección, etc.
Ninguno de estos documentos anteriormente citados tiene una estructura modular ni hiper-redundante. Además, los desplazamientos de cada uno de los dispositivos de inspección se realizan a través de diferentes técnicas, pero sin el uso de fuerzas electromagnéticas.
El documento ES 2174070 describe un dispositivo para la inspección de conductos, siendo un dispositivo móvil modular e hiper-redundante. La estructura incluye módulos especializados de desplazamiento, anclaje, detección, etc. Este dispositivo, a pesar de ser modular e hiper-redundante, no es ápodo. Utiliza ruedas movidas por motores para su desplazamiento, y dicho desplazamiento no se consigue mediante la interacción de fuerzas electromagnéticas. Lo mismo ocurre con el documento ES 2249599.
El documento CN 101486190 describe el diseño de un dedo accionado electromagnéticamente para la mano de un robot antropomorfo. Aplica fuerzas electromagnéticas para producir desplazamientos, pero no es un dispositivo móvil, su diseño no se basa en diferentes módulos, y dependiendo de la implementación el resultado puede ser hiper-redundante. El documento EP 0017016 describe un dispositivo modular e hiper- redundante. Los accionadores de los tres vástagos lineales, en cada uno de los módulos, son motores eléctricos. El diseño de su estructura se obtiene al encadenar n módulos, fijo por un extremo y con la posibilidad de colocar un útil en el otro. Las diferentes configuraciones del dispositivo se consiguen mediante las diferentes fuerzas de tracción ejercidas en cuatro cables que ensartan la secuencia lineal de módulos. La forma de estos y la posición relativa entre ellos que se consigue al aplicar las fuerzas determina la configuración obtenida y la posición y orientación del efector. Sin embargo, no es un dispositivo móvil, y los desplazamientos no se consiguen mediante la interacción de fuerzas electromagnéticas.
Descripción de la invención
La invención propuesta describe un dispositivo robotizado para la inspección de conductos. Este dispositivo es móvil, bio-inspirado, ápodo, modular e hiper-redundante, donde su desplazamiento y posicionamiento se consigue mediante accionadores electromagnéticos, lo cual, junto con la morfología del dispositivo, permite su movimiento autónomo y/o controlado/supervisado, haciéndolo adecuado para la inspección, actuación y recogida selectiva de muestras en el interior de conductos de diámetro reducido.
Los sistemas actuales no permiten, debido a la tecnología utilizada para generar el desplazamiento, ni una miniaturización, ni precisión, ni una autonomía adecuada a entornos especializados, donde cada vez más se demandan soluciones con estas características.
Así, el objeto principal de la invención trata de obtener un diseño de dispositivo móvil modular hiper-redundante cuyo desplazamiento y posicionamiento se consigue mediante la interacción mutua entre módulos, basada en la acción controlada de fuerzas electromagnéticas.
El dispositivo presenta forma cilindrica, con diámetro muy inferior a los dispositivos actualmente existentes. Dependiendo de las necesidades y del tipo de aplicación, el dispositivo tiene la capacidad de funcionar de forma "autónoma" sin fuentes de alimentación ni propulsión externa, y de forma "no autónoma", con fuentes de alimentación y propulsión externa.
El dispositivo tiene la posibilidad de alternar los siguientes modos de control:
- Funcionamiento supervisado y/o controlado por personal cualificado.
- Funcionamiento "en modo automático" en base a la/s heurísticas y/o el/los algoritmo/s preprogramados.
Además, el dispositivo es capaz de avanzar y retroceder indistintamente, y la velocidad puede ser regulada, supervisada y controlada por un operador. Los dos extremos del dispositivo móvil pueden ser utilizados como cabezas dirigibles y orientables, siendo un dispositivo altamente flexible.
El dispositivo permite también la incorporación y gestión adecuada de herramientas de trabajo específicamente diseñadas removibles e intercambiables como por ejemplo "pinzas".
El elemento constitutivo elemental del dispositivo robotizado para la inspección de conductos es una corona circular de material rígido que se puede considerar formada por trapecios circulares. En esta corona se disponen elementos independientes capaces de generar de forma controlada campos electromagnéticos al hacer circular a través de cada uno de ellos corrientes de intensidad y sentido controlado. Estos campos electromagnéticos generados son capaces de generar la fuerza electromagnética de atracción y/o repulsión necesaria para producir un desplazamiento relativo sobre un elemento análogo próximo. Aunque el campo electromagnético generado, y la fuerza asociada, depende, en magnitud y dirección, del tipo de material y de la geometría del conductor atravesado por una corriente, los valores concretos resultantes no afectan al principio de diseño. Los cálculos, simulaciones y ensayos experimentales realizados con espiras y bobinas circulares de diferentes materiales y con distintos rangos de corriente, permiten determinar los valores adecuados de los parámetros implicados para obtener la fuerza necesaria de atracción y repulsión entre elementos situados a una distancia determinada.
Cada módulo del dispositivo está formado por dos de estas coronas circulares adyacentes, de tal modo que los trapecios circulares se encuentran enfrentados entre sí dos a dos. Con esta disposición, cada módulo está formado por dos coronas adyacentes y cada corona forma parte de dos módulos. El dispositivo está formado por una pluralidad de módulos, de modo que tiene el número de módulos más uno de coronas, dispuestos longitudinalmente a lo largo de un eje común que coincide con el centro de las coronas circulares. Cada módulo del dispositivo permite tres grados de libertad en cada módulo, consiguiendo a su vez dotar al dispositivo de una variedad de configuraciones morfológicas diferentes. La generación de los grados de libertad se consigue mediante la interacción (atracción y/o repulsión) de los elementos independientes capaces de generar de forma controlada campos electromagnéticos al hacer circular a través de cada uno de ellos corrientes de intensidad y sentido controlado conforme la Ley de Biot-Savart. Es a través de esta interacción magnética entre estos elementos análogos enfrentados como se consigue el avance y posicionamiento preciso del dispositivo. Así pues, una de las características fundamentales es el hecho de que el dispositivo sea hiper-reduntante. Se denominan "cinemáticamente redundantes", o simplemente "redundantes", a los dispositivos con un número de grados libertad superior al mínimo necesario para realizar un posicionamiento y/o orientación en su espacio de trabajo. Esta característica se asocia a una mejora de las prestaciones del dispositivo en entornos complejos y no estructurados. Por extensión del planteamiento, los dispositivos hiper-redundantes poseen un grado muy elevado de redundancia cinemática. Un dispositivo hiper-redundante tiene muchos más grados de libertad independientes y cinemáticamente actuables que el número de grados de libertad de su espacio de trabajo.
El dispositivo descrito es ápodo, no está dotado de partes móviles diferenciadas de su tronco, como puedan ser ruedas o patas. Los grados de libertad son binarios, resultando de un control todo-nada de cada grado de libertad. El dispositivo está fuertemente acoplado, en el sentido de que el patrón de magnetización de cada trapecio circular influye en dos módulos adyacentes. Así, el dispositivo para la inspección de conductos es ápodo, hiper- redundante ó fuertemente articulado, formado por módulos iguales, excepto tres elementos, denominados "balones", que a través de una secuencia de control que posibilita su expansión y contracción sincronizadas permite el anclaje del dispositivo y posibilitan su avance y posicionamiento preciso. En cualquier caso, el anclaje o fijación del dispositivo en un momento dado es independiente de la técnica de generación del desplazamiento relativo entre módulos, siendo esta segunda una de las innovaciones del diseño y que puede ser utilizada para generar los desplazamientos del dispositivo con independencia del método utilizado para la fijación del mismo. La expansión y contracción de los módulos se genera a través de interacciones entre los mismos producidas por fuerzas electromagnéticas. Las diferencias estratégicas de control que pueden utilizarse deben mantener en todo momento dos balones dilatados para garantizar el anclaje del dispositivo durante del desplazamiento y posibilitar el posicionamiento preciso del mismo.
La secuencia ordenada de expansiones y contracciones de los módulos, apoyada por la actuación de los balones, genera el desplazamiento del dispositivo.
La estrategia de diseño para el control se ha establecido con la finalidad de minimizar el número de cambios en el estado de magnetización de los trapecios circulares que forman parte de los módulos en las transacciones entre estados. De esta forma, se reducen las pérdidas, por histéresis y corrientes de Foucault, y se optimiza el consumo, aumentando así la autonomía del dispositivo.
Los desplazamientos generados por un módulo, correspondientes a dos sentidos opuestos de circulación de una corriente estacionaria por un conductor se representan en la FIG. 5. Representan dos situaciones físicas diferentes, con notación en binario. Esta notación permite caracterizar los dos estados de magnetización y servirá para definir las diferentes configuraciones de un módulo.
El estado de un módulo representa el estado de magnetización de los trapecios circulares que forman el módulo. Se puede calcular el número de estados posibles de un módulo teniendo en cuenta que cada elemento puede adoptar dos estados de magnetización diferentes y que el módulo contiene ocho elementos, enfrentados entre sí que interactúan magnéticamente dos a dos. La configuración de un módulo hace referencia a la disposición espacial de los trapecios circulares respecto del sistema de referencia definido. Una misma configuración se puede representar mediante múltiples estados, mientras que un estado representa siempre una única configuración.
Cualquier cambio en el estado de magnetización de uno o más trapecios que modifican el estado de un módulo será la transición. Acorde a la estrategia de diseño, se definirá como transición básica o elemental aquélla que nos permite pasar de un estado dado E¡ al siguiente estado E¡ + 1, en el que únicamente ha variado uno de los grados de libertad del módulo (implica cambio de configuración), minimizando el número de cambios de estado de magnetización de los elementos.
Mediante el análisis cinemático de un módulo se puede concluir que éste posee tres grados de libertad, dos rotaciones y una traslación. En general, para un dispositivo de n módulos se obtendrán el número de grados de libertad igual a 3 x n (n módulos x 3 grados de libertad/módulo).
Descripción de los dibujos
Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de la realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: La Figura 1 .- muestra una vista del dispositivo de la invención en el interior de una tubería, donde se ha representado dos de los balones, en color negro, dilatados y adheridos a las paredes de la tubería, mientras el tercer balón contraído se desplaza como resultado de la atracción/repulsión entre los módulos.
La Figura 2.- muestra una vista de un módulo de la invención, que comprende dos coronas circulares adyacentes, y donde cada una de ellas pertenece al mismo tiempo al módulo contiguo al de la imagen.
La Figura 3.- muestra una vista de una corona circular, viendo los trapecios circulares de los que se encuentra formada por separado.
La Figura 4.- muestra dos módulos consecutivos del dispositivo de la invención, donde cada uno está formado por dos coronas, siendo un módulo el formado por las coronas (3) y (3') y el segundo módulo el formado por las coronas (3') y (3").
La Figura 5.- muestra los desplazamientos generados por un módulo, correspondientes a dos sentidos opuestos de circulación de una corriente estacionaria por un conductor.
Realización preferente de la invención
La invención que aquí se describe trata de un dispositivo robotizado para la inspección de conductos. Este dispositivo es hiper-redundante, de manera que posee muchos más grados de libertad independientes y cinemáticamente actuables que el número de grados de libertad de su espacio de trabajo, siendo estos grados de libertad binarios. Es ápodo, es decir, no está dotado de partes móviles diferenciadas de su tronco, como ruedas o patas.
El dispositivo robotizado es de carácter modular, con acoplamiento entre módulos, de forma cilindrica y naturaleza flexible, que permite el desplazamiento de dicho dispositivo a través del interior de conductos de diámetro reducido para la inspección, actuación y recogida selectiva de muestras. De este modo, el dispositivo robotizado para la inspección de conductos comprende dos cabezales (1 , 1 ') dirigibles y orientables, al menos dos módulos (2) formados cada uno de ellos por dos coronas (3, 3') circulares adyacentes de material rígido con los elementos magnetizables que interaccionan entre sí, y tres balones (4) de anclaje y posicionamiento.
Los cabezales (1 , 1 ') dirigibles y orientables son los extremos del dispositivo. Ambos pueden actuar como cabezas de avance o retroceso independientemente, a través de un operador que regula, supervisa y controla la velocidad de avance y retroceso. Se disponen de medios para el acoplamiento de herramientas específicamente diseñadas de trabajo removibles e intercambiables, como pinzas o similares.
Como se ha descrito anteriormente, el número mínimo de módulos (2) para la existencia del dispositivo ha de ser dos. Todos los módulos (2) son iguales entre sí, y cada uno está formado por dos coronas (3, 3') circulares adyacentes de material rígido con los elementos magnetizables que interaccionan entre sí, estando dispuestos longitudinalmente a lo largo de un eje común que coincide con el centro de las coronas (3, 3') circulares. Cada una de dichas coronas (3, 3') está constituida de una pluralidad de elementos magnetizables (31 , 32, 33, 34) independientes que generan un campo magnético de intensidad y sentido controlados, formando parte cada una de dichas coronas (3, 3') de dos módulos (2) consecutivos. Estos elementos magnetizables tienen geometría variable, y en una realización preferente de la invención, en la Figura 3, podemos ver que cada corona (3) comprende cuatro trapecios circulares que se corresponden cada uno de ellos con un elemento magnetizable (31 , 32, 33, 34). El número de coronas (3, 3') es siempre igual al número de módulos (2) más uno. De este modo, cada módulo (2) dispone de ocho trapecios circulares enfrentados entre sí dos a dos, existiendo tres grado de libertad en cada módulo (2), y dotando al dispositivo de gran variedad de configuraciones morfológicas diferentes.
Otro de los elementos constitutivos del dispositivo son los balones (4) de anclaje y posicionamiento. Estos balones (4) se dilatan y contraen a través de medios de control que generan una secuencia de control que permite su expansión y contracción sincronizada produciendo el anclaje, avance, retroceso y posicionamiento preciso del dispositivo. Además, el anclaje, fijación y demás acciones, son independientes de la técnica empleada para la generación del desplazamiento entre módulos (2). La expansión y contracción de los módulos (2) se genera a través de interacciones entre dichos módulos (2) producidas por fuerzas electromagnéticas, manteniendo siempre dos de los tres balones (4) dilatados para garantizar el anclaje del dispositivo durante el desplazamiento y posibilitar el posicionamiento preciso del mismo, y originando el desplazamiento del dispositivo la secuencia ordenada de expansiones y contracciones de los módulos (2).
El dispositivo dispone de la posibilidad de alternar los siguientes modos de control, a través de medios de control apropiados: dispone de medios de control para el funcionamiento supervisado y/o controlado por personal cualificado,
funcionamiento en modo automático. Dependiendo del tipo de aplicación, el dispositivo tiene la capacidad de funcionar tanto de formar autónoma, sin fuentes de alimentación ni propulsión externa, a través de los medios apropiados, o de forma no- autónoma, con fuentes de alimentación y/o propulsión externa a través de los medios apropiados para ello.

Claims

REIVINDICACIONES
1 .- Dispositivo robotizado para la inspección de conductos, de tipo ápodo, modular e hiper-redundante, de forma cilindrica y naturaleza flexible, que permite el desplazamiento de dicho dispositivo a través del interior de conductos de diámetro reducido para la inspección, actuación y recogida selectiva de muestras caracterizado porque comprende - dos cabezales (1 , 1 ') dirigibles y orientables,
- al menos dos módulos (2), todos iguales entre sí, donde cada uno de dichos módulos (2) está formado por dos coronas (3, 3') circulares adyacentes de material rígido, estando dispuestos longitudinalmente a lo largo de un eje común que coincide con el centro de las coronas (3, 3') circulares, y estando constituida cada una de dichas coronas (3, 3') de una pluralidad de elementos magnetizables (31 , 32, 33, 34) independientes que generan un campo magnético de intensidad y sentido controlados,
- tres balones (4) de anclaje y posicionamiento del dispositivo, que se dilatan y contraen a través de medios de control de manera independiente de la técnica empleada para la fijación de dicho dispositivo, de manera que la expansión y contracción de los módulos (2) se genera a través de interacciones entre dichos módulos (2) producidas por fuerzas electromagnéticas, manteniendo siempre dos de los tres balones (4) dilatados para garantizar el anclaje del dispositivo durante el desplazamiento y posibilitar el posicionamiento preciso del mismo, y originando el desplazamiento del dispositivo la secuencia ordenada de expansiones y contracciones de los módulos (2).
2.- Dispositivo robotizado para la inspección de conductos, según reivindicación 1 , caracterizado porque el número de coronas (3, 3') es siempre igual al número de módulos (2) más uno.
3.- Dispositivo robotizado para la inspección de conductos, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dispone de medios de control para el funcionamiento supervisado y/o controlado por personal cualificado.
4.- Dispositivo robotizado para la inspección de conductos, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dispone de medios de control para el funcionamiento en modo automático.
5. - Dispositivo robotizado para la inspección de conductos, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dispone de medios para el acoplamiento de herramientas específicamente diseñadas de trabajo removibles e intercambiables.
6. - Dispositivo robotizado para la inspección de conductos, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dispone de medios para el funcionamiento de forma autónoma.
7. - Dispositivo robotizado para la inspección de conductos, según reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque su funcionamiento es dependiente de medios tales como de fuentes de alimentación y propulsión externas.
8. - Dispositivo robotizado para la inspección de conductos, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dispone de un operador para regular, supervisar y controlar la velocidad de avance y retroceso, pudiendo ambos cabezales (1 , 1 ') actuar como cabezas dirigibles y orientables.
9. - Dispositivo robotizado para la inspección de conductos, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada módulo (2) está formado por dos coronas (3, 3') circulares adyacentes, comprendiendo cada corona (3, 3') cuatro elementos magnetizables (31 , 32, 33, 34), y formando parte cada una de dichas coronas (3, 3') a dos módulos (2) consecutivos, disponiendo de este modo el módulo (2) de ocho elementos magnetizables enfrentados entre sí dos a dos, existiendo tres grado de libertad en cada módulo (2).
10. - Dispositivo robotizado para la inspección de conductos, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los balones (4) se contraen y dilatan a través de medios que generan una secuencia de control, que permite su expansión y contracción sincronizada de manera que se produce el anclaje, avance, retroceso y posicionamiento preciso del dispositivo.
1 1 .- Dispositivo robotizado para la inspección de conductos, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el anclaje, avance, retroceso y posicionamiento del dispositivo es independiente de la técnica de generación del desplazamiento relativo entre módulos.
12.- Dispositivo robotizado para la inspección de conductos, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la geometría de los elementos magnetizables (31 , 32, 33, 34) es variable, siendo preferentemente trapecios circulares enfrentados entre sí dos a dos.
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