2. Sector de la Técnica Maquinaria industrial, en particular robots para la realización de tareas submarinas tales como la limpieza (eliminación de adherencias marinas) de superficies sumergidas de barcos, inspección de las condiciones de dichas superficies y realización de trabajos de reparación.

3. Estado de la técnica Las técnicas aplicadas son conocidas y permiten la limpieza de adherencias marinas en la parte sumergida de los cascos de barcos (patentes WO 0068070, US 5327848, US 5240674, US 5593636). Una limitación de estas soluciones técnicas es la imposibilidad de realizar el proceso de limpieza de forma automática y la eliminación de la contaminación medioambiental causada por los productos derivados de la limpieza.

La solución más próxima a la ofrecida es la patente EP 0787646"Underwater vehicle and method of positioning same". En esta patente se ofrece una solución técnica para la limpieza de superficies sumergidas que se basa en cepillos mecánicos situados en un vehículo submarino que se desplaza por medio de ruedas. Este vehículo se adhiere a la superficie que va a limpiar mediante disminución de la presión en una cámara especial abierta que dispone de una membrana flexible para el sellado de las paredes de la cámara con la superficie de trabajo. En esa patente se describe el método de localización de la posición del vehículo que se basa en el uso de información suministrada por sensores especiales. Los inconvenientes de está solución técnica son su limitado número de aplicaciones (la superficie de trabajo debe ser vertical), las dificultades para su utilización en grandes áreas (los productos derivados de la limpieza deben almacenarse a bordo del vehículo), la incapacidad para trabajar fuera del agua y la imposibilidad de limpieza automática.

4. Descripción de la invención 4.1. Breve descripción de la invención Se ha ideado un robot submarino para limpieza de las superficies sobre las que se desplaza. El dispositivo, dispone de, al menos, un cepillo rotatorio; un sistema de sensores; un sistema de control; una flotador fijo ; una caja con un orificio situada en la parte inferior del cuerpo del robot con un sellado flexible alrededor del orificio y un dispositivo para disminuir la presión dentro del orificio, en este robot se distingue el hecho de que el tamaño y la localización del flotador se selecciona de tal modo que cuando el robot esté totalmente sumergido la diferencia entre la fuerza gravitatoria del robot y la fuerza de empuje que éste experimenta dentro del agua no exceda del 10% de la fuerza gravitatoria del robot y así mismo, el punto de aplicación de la fuerza resultante en el robot está situado en un punto cuya distancia al centro de gravedad del robot es inferior al 10% del tamaño del cuerpo del robot.

Un dispositivo, el hecho de que el dispositivo limpiador de superficies dispone de boquillas de agua a alta presión así como de las correspondientes bombas de presión asociadas.

Un dispositivo, el hecho de que el dispositivo limpiador de superficies dispone de un rascador fijado al cuerpo del robot y este rascador es de un material cuya dureza es menor que la dureza de la película protectora de la superficie.

Un dispositivo, el hecho de que la bomba de vacío fija en el robot proporciona más presión que la situada fuera del robot, existe, además, un filtro separador fijo en el robot, este filtro separador suministra aire al dispositivo de limpieza y, está intercalado en el tubo flexible que une las bombas de vacío.

El método de control automático del robot submarino se distingue por el hecho de que durante el proceso de limpieza, en el que el robot se mueve, se ejecutan las siguientes operaciones al menos en parte de la trayectoria : 1. Con ayuda de una cámara de vídeo situada en la parte delantera del robot se obtienen imágenes de la parte de la superficie que se está limpiando.

II. El sistema de control determina la frontera entre las partes procesada (limpia) y no procesada (aún por limpiar) analizando la diferencia de color entre ambas partes.

III. El sistema de control enviará una señal al controlador de la rueda directriz y la magnitud de la señal dependerá de la distancia del robot al límite entre las zonas procesada y no-procesada, el robot deberá moverse a lo largo de este limite con el dispositivo délimpieza situado en la parte no-procesada.

4.2. Descripción detallada de la invención La solución técnica que se presenta amplía las capacidades de los dispositivos actuales y en particular permite la limpieza de a) grandes superficies con cualquier inclinación y en régimen continuo b) superficies sumergidas c) superficies fuera del agua y d) sirve también para tareas de reparación de superficies en modo automático.

El robot submarino está compuesto de una plataforma 1 con tres ruedas 2. Al menos una de las ruedas 2 tiene un actuador de tracción 3. Esta rueda está fija a la plataforma 1 y tiene un giro relativo a ésta proporcionado por un actuador de dirección 4 que permite la realización de giros de la plataforma 1. Una de las soluciones alternativas (el número de ruedas puede ser mayor de tres) es que todas las ruedas puedan rotar alrededor de su eje y girar alrededor de un eje contenido en el plano de la rueda. Por tanto, cada rueda dispondrá de un actuador de tracción y otro de dirección. Cada motor dispone de un sensor conectado al controlador del sistema que mide el ángulo de giro (por ejemplo, encoder) del eje de dirección. En la plataforma 1 hay una caja fija 5 que está abierta en el fondo y dispone de una membrana con un sellador flexible 6. Este sellador flexible 6 está en contacto con la superficie 7 sobre la cual se mueve el robot. La caja 5 está unida a una bomba de extracción 8, a través de un conducto 32, para el bombeo de agua y

mantener así una baja presión dentro de la caja 5. En el interior de la caja 5 hay un dispositivo de limpieza con uno o varios cepillos 9 accionados por un Actuador.

Existe un flotador 10 sujeto al robot. El tamaño y la colocación del flotador se selecciona de manera que cuando el robot esté inmerso en el agua la diferencia entre la fuerza gravitatoria actuando sobre el robot y la fuerza de empuje del agua sobre el robot no excede del 10 % de la fuerza gravitatoria del robot; y el punto de aplicación de la fuerza resultante no está más alejado del centro de gravedad del robot que el 10% del tamaño del robot. El robot dispone de un panel de control remoto situado en tierra o en el barco 11, cuya superficie se está limpiando, o en un bote especial 12.

El robot submarino funciona de la siguiente forma. En el instante inicial de la tarea el robot está sumergido y se le empuja contra la superficie 7 sobre la que va a trabajar.

Después, la bomba extractora 8 se acciona. Esta bomba 8 crea una baja presión dentro de una parte de la caja 5 que produce una fuerza de empuje del robot sobre la superficie.

El flotador 10 compensa sustancialmente los efectos de la gravedad, lo cual facilita el proceso de instalación del robot en la superficie a limpiar 7. Además, la elección del tamaño y posición del flotador 10 permite trabajar en superficies con cualquier ángulo de inclinación, incluso con pequeñas fuerzas de empuje.

La secuencia de operación sobre el sistema es la siguiente. En primer lugar se activa el actuador de los cepillos que realizan la limpieza de la superficie 7. Después, se activa el actuador de tracción 3 que realiza el desplazamiento del robot a lo largo de la superficie.

Con la ayuda del actuador de dirección 4 se efectúa un cambio de dirección en el robot.

El sistema de control recibe señales de los sensores de giro de los actuadores 3 y 4. Esto permite calcular la posición del robot así como la dirección que éste debe llevar en un instante determinado y finalmente se pueden calcular las consignas necesarias para el actuador 4, el cual mueve la rueda de dirección el ángulo necesario.

Los residuos derivados de la limpieza, que se retiran durante el proceso, se extraen de la caja S junto con el agua y ambos son bombeados al exterior mediante la bomba 8 Además, estos productos junto con el agua se mueven por el interior de un tubo flexible

32. En el caso más simple, estos residuos serán arrojados desde el conducto al agua ambiente. Si el tubo flexible se lleva hasta tierra o hasta un bote 12, los residuos y el agua llegan a un recipiente especial en el cual ambos se séparan para que posteriormente puedan retirarse los derivados de la limpieza.

Como extensiones de las características y funcionalidad del robot submarino pueden mencionarse las siguientes : Para un mantenimiento más fiable del robot sobre la superficie, el tamaño y localización del flotador 10 se seleccionan de tal manera que la fuerza gravitacíonal del robot se compensa completamente con la fuerza de empuje que afecta al robot (cuando éste está completamente inmerso en el agua). Es decir, la magnitud de la fuerza gravitatoria sobre el robot es igual a la fuerza de empuje sobre el robot y el punto de aplicación de la fuerza gravitatoria y el punto de aplicación del empuje coinciden.

Para facilitar el proceso de instalación, el flotador se compone de diversas partes. Al menos una de estas partes está fija en el cuerpo del robot de tal manera que el punto de anclaje ofrece la posibilidad de ajustar el desplazamiento relativo al cuerpo. También, al menos una de las partes del flotador permitirá el cambio de su volumen (por ejemplo, el flotador se puede preparar como el tubo cerrado 33 que dispone de una membrana flexible).

Para mejorar la calidad del proceso de limpieza, el dispositivo de limpieza dispone también de boquillas para chorro de agua a alta presión que están conectadas a las bombas de surtidores de alta presión. El dispositivo de limpieza de la superficie dispone también de un potente emisor de ultrasonidos y un rascador 13 de un material (por ejemplo, madera), cuya dureza es menor que la dureza del recubrimiento de la superficie. La base del rascador se fija en el cuerpo del robot. El rascador está formado de varias partes independientes. Cada una de estas partes se presiona contra la superficie de trabajo con la ayuda del correspondiente resorte 14. El rascador 14 dispone de un actuador 15 que realiza el desplazamiento de éste relativo al punto en que-está fijo al

cuerpo del robot. El rascador 14 también dispone de un actuador 16 que produce vibraciones a lo largo del eje que le sujeta a su base.

Para incrementar la fuerza de sujeción del robot a la superficie y para que el robot pueda desplazarse sobre la superficie aunque no esté totalmente sumergido en el agua, el robot dispone de unos dispositivos imantados 17 fijos en el cuerpo del robot con la posibilidad de interacción con la superficie sobre la que se mueve el robot. El elemento de fijación de los dispositivos imantados contiene un actuador para la regulación de su distancia a la superficie sobre la cual se mueve el robot. Los dispositivos imantados pueden estar formados por diversos imanes independientes. Al menos una de las ruedas 2 debe estar formada por dos discos que se unen por un eje, que los mantiene paralelos, y que permite la colocación de uno de los ímanes entre ellos.

Para mejorar la calidad del control automático del robot y para ampliar su funcionalidad, el sistema sensorial dispondrá de al menos una cámara de vídeo fija en el robot. La cámara de vídeo 18 puede estar conectada a un monitor TV y a un grabador de vídeo, situados en la consola de control, y que permitirá al operario vigilar el proceso y, si fuera necesario, grabar las imágenes. No menos de un cámara de TV estará conectada con el sistema de control y dispondrá de dos actuadores que permiten la rotación de la cámara en alrededor de dos ejes ortogonales.

Para determinar la orientación del robot en el espacio, el sistema sensorial dispondrá de un giróscopo conectado al sistema de control.

Para mejorar la velocidad de procesamiento de información (incluyendo las imágenes de vídeo) el sistema de control dispondrá de al menos dos computadores interconectados, uno de los cuales estará situado en el robot y al menos otro computador estará situado en tierra o en un bote.

Para posibilitar la utilización del equipamiento del robot que no puede estar en contacto con el agua (equipamiento eléctrico y electrónico, por ejemplo), el robot dispondrá en

su cuerpo de al menos una caja hermética y llena de aire que contendrá et equipamiento mencionado.

El robot está ideado para trabajar a diferentes profundidades, por tanto, la presión ambiente puede variar durante su funcionamiento. Para evitar la entrada de agua en la caja hermética, está dispone de válvulas diferenciales en los canales de entrada y salida de aire. De esta forma puede variarse el peso del aire dentro de la cámara y compensar, así, la presión exterior.

El canal de entrada está conectado mediante un tubo flexible a un compresor de aire situado fuera del robot, bien en tierra o en un bote. Las válvulas se ajustan de tal manera que la presión dentro de la cámara sea superior a la presión exterior en una cantidad menor que un límite preestablecido P1, y mayor que un límite preestablecido P2, (por ejemplo, 0.05 bares). Esta parte del sistema puede realizarse mediante sensores de presión dentro y fuera de la caja. En este caso, las señales proporcionadas por los sensores se introducirán en el sistema de control el cual abrirá y cerrará la válvula correspondiente dependiendo de la diferencia de presiones. Otra forma de realización de esta parte del sistema consiste en la utilización de un dispositivo mecánico diferencia ! especial. Este dispositivo consta de una membrana flexible 20, fija en la caja abierta 19.

El presionador 21 se une a la membrana 20. Este presionador 21 se dispone de manera que pueda interaccionar con el resorte de carga de la válvula de entrada 22 y con el resorte de carga de la válvula de salida 23. Los tamaños y las posiciones relativas de estos elementos se eligen de tal forma que cuando la diferencia de presión está entre P 1 y P2 las dos válvulas se cierran. Cuando la diferencia de presión es menor que P2 la válvula de entrada se abre y cuando la diferencia de presión es mayor que P1 se abre la válvula de salida.

Los dispositivos de limpieza de la superficie pueden situarse en el robot fuera de la caja con el orificio situada en la parte inferior del robot. Si el dispositivo de limpieza se coloca dentro de la caja con el orificio es imposible recoger y/o recuperar los productos derivados de la limpieza. En este caso, el dispositivo para disminuir la presión dentro de la caja con el orificio dispondrá de, al menos, dos bombas de vacío instaladas

secuencialmente mediante tubos flexibles. Una bomba de vacío estará situada en el robot y la otra fuera del robot, en tierra o en un bote.

Para la reduccíón del consumo de agua mientras se transportan los productos derivados de la limpieza, la bomba de vacío fija en el robot tiene mucho más flujo (gasto) que la bomba situada en el exterior. Un filtro-separador 28, que dispone de un dispositivo de limpieza, se fija en el robot. Este filtro está intercalado en un tubo flexible 32 que une las bombas de vacío. La superficie externa del filtro está formada por una superficie porosa que permite el paso del agua, directamente o a través de un conducto, al medio ambiente. El filtro 24 es cilíndrico y su dispositivo de limpieza es un tambor 25 (con orificios 26) accionado por un motor. Este tambor rota alrededor de su eje de revolución que coincide con el eje del filtro cilíndrico. El tambor dispone de cuchillas flexibles 27, fijas en el tambor, que pueden contactar con la superficie del filtro. El orificio de salida 34 del filtro no dispone de superficie porosa y, por tanto, permite pasar por ella los productos derivados de la limpieza, con una pequeña cantidad de agua, a través del tubo flexible 32. De hecho, el filtro separador no trabaja como un filtro completo, sino como un filtro que permite el paso de los excedentes de agua y como una bomba centrifugadora que fuerza el paso de los productos derivados de la limpieza, con una pequeña cantidad de agua, por un tubo flexible.

El triturador 29 está fijo en el robot y dispone de un actuador para la retirada de la superficie de los productos derivados de la limpieza. Este triturador está intercalado en el tubo flexible que une las bombas de vacío. Puede construirse, por ejemplo, con. cuchillas de acero que rotan a alta velocidad como una fresadora con base de malla o como un triturador de engranajes.

Para reducir las fuerzas que separan al robot de la superficie, al menos uno de los tubos flexibles o cables que unen el equipo a bordo del robot con el equipo remoto (en tierra o en un bote) dispondrán de flotadores que aseguran flotación nula de los mencionados tubos y cables.

Para aumentar las capacidades funcionales del robot a expensas de aumentar el número de operaciones ejecutables, se dispone sobre el robot de un dispositivo para aplicar un recubrimiento sobre la superficie de trabajo (el dispositivo puede contener un manipulador especial montado rígidamente sobre el robot. El sistema de sensores dispone de un sensor de ultrasonidos para medida del espesor de la superficie sobre la que se trabaja (el sensor de ultrasonidos puede estar fijo en el robot o sobre el manipulador especial dispuesto sobre el robot. También, puede existir un manipulador de soldadura sobre el robot. De esta forma el robot puede también realizar tareas de inspección o reparación (soldadura y pintura).

La disponibilidãd de una cámara de vídeo permite al operario vigilar la superficie de trabajo y controlar manualmente el robot, por ejemplo, desplazándolo a través de la trayectoria 30. El procedimiento de control puede ser automático, al menos en algunas áreas de la superficie. Si el color de la superficie limpiada difiere suficientemente del color de la superficie aún por limpiar entonces es posible operar automáticamente de la siguiente forma : a) Con ayuda de la cámara de vídeo situada en el robot se obtiene una imagen de la superficie que se está limpiando. b) En función de la diferencia de color entre la superficie procesada (limpia) y la superficie no procesada (por ejemplo, sucia), el sistema de control determina la línea que separa ambas superficies. c) El sistema de control proporciona una señal de control al controlador de dirección de las ruedas de manera que el robot se mueva dentro de la superficie no procesada a lo largo de la línea divisoria y con un desplazamiento preestablecido Es necesario que bajo control automático el sistema sea capaz de detectar posibles obstáculos (orificios o protuberancias en la superficie) que puedan impedir el normal funcionamiento del robot. Para detectar el tamaño de estos obstáculos es deseable utilizar dos cámaras de vídeo para asegurar visión estereoscópica.

En este caso se efectuarán las siguiente operaciones : a) Con ayuda de las cámaras de vídeo situadas en la parte delantera del robot se toman imágenes de la superficie que se está procesando. b) Con ayuda del sistema de control, se determina el tamaño de los posibles obstáculos en la trayectoria del robot. c) Cuando aparece un obstáculo mayor que una determinada magnitud preestablecida, el sistema de control detiene el robot e informa al operario de la imposibilidad de continuar en modo automático.

5. Descripciómdetaitada de los dibujos Figura 1. Robot submarino Figura 2. Robot submarino Figura 3. Plataforma con ruedas y motores Figura 4. Tubo cerrado con pared flexible Figura 5. Dispositivo de limpieza Figura 6. Filtro-separador Figura 7. Caja hermética rellena de aire Figura 8. Rascador Figura 9. Trayectoria del robot Figura 10. Vista general del sistema 1. Plataforma 2. Rueda 3. Actuador de tracción 4. Actuador de dirección 5. Caja con orificio 6. Sellador flexible

7. Superficie 8. Bomba de agua 9. Cepillo rotatorio 10. Flotador 11. Barco 12. Bote 13. Rascador 14. Resorte 15. Actuador del rascador 16. Vibrador 17. Imán 18. Cámara de vídeo 19. Caja hermética rellena de aire 20. Membrana flexible 21. Presionador 22. Válvula de entrada 23. Válvula de salida 24. Filtro 25. Tambor 26. Orificio 27. Cuchilla flexible 28. Filtro-separador 29. Triturador 30. Trayectoria del robot 31. Boquilla

32. Tubo flexible 33. Tubo con pared flexible 34. Filtro-separador open hole 6. Ejemplo de realización de la invención El robot submarino está formado por una plataforma 1 con tres ruedas 2. Una de las ruedas tiene un actuador de tracción 3. Esta rueda está fija a la plataforma 1 y puede girar respecto de ésta mediante la acción de un actuador de dirección 4. Los actuadores disponen de medidores de ángulo (por ejemplo, encoders) conectados al sistema de control. En la parte inferior de la plataforma 1 se fija la cámara abierta 5 con el sellador flexible 6. Este sellador está en contacto con la superficie 7 sobre la que se mueve el robot. La caja 6 está conectada con la bomba de extracción 8 a través de un conducto 32 para el bombeo del agua y el mantenimiento de una baja presión en la caja 6. Dentro de la caja 6 hay un dispositivo de limpieza compuesto por cuatro cepillos 9 accionados por un actuador. El dispositivo para la disminución de la presión, que está situado en la caja colocada en la parte inferior del robot, dispone de dos bombas de vacío instaladas secuencialmente y conectadas a través de un tubo flexible. Una bomba de vacío está situada sobre el robot y la otra fuera del robot, bien en tierra o bien en un bote. El flotador 10 está fijo al robot. El tamaño y la localización de este flotador se selecciona de tal modo que la fuerza gravitatoria del robot se compensa completamente con la fuerza de empuje del agua sobre el robot (cuando el robot está completamente sumergido). En otras palabras, la magnitud de la fuerza gravitatoria sobre el robot es igual a la magnitud de la fuerza de empuje del agua sobre et robot. El punto de aplicación de ambas fuerzas coincide.

Hay un dispositivo instalado sobre el robot para el recubrimiento de la superficie sobre la que se mueve.

El sistema sensorial dispone de cámaras de video 18 fijas sobre el robot. Las cámaras de vídeo están conectadas a un monitor y a un video grabador localizados en la consola de control. Estos dispositivos permiten al operario vigilar el proceso y grabar imágenes de

vídeo si fuera necesario. Las cámaras de vídeo también están conectadas al sistema de control.

Si en funcionamiento automático, el color de la superficie limpia no difiere suficientemente de la superficie que se está limpiando, entonces se realizan las siguiente operaciones al menos en parte de la trayectoria : a) Se aplica una banda de un recubrimiento especial sobre la superficie limpia utilizando el dispositivo de aplicación de recubrimientos. b) Con ayuda de la cámara de vídeo situada en el robot se toma una imagen de la superficie-limpiada situada en la parte delantera del robot. c) Con ayuda del sistema de control se determina la banda realizada anteriormente. d) El sistema de control proporciona una señal de control al controlador director de las ruedas. La magnitud y signo de esta señal depende de la distancia del robot a la banda especial de manera que el robot se mueve a lo largo de esta banda, pero con un desplazamiento preestablecido. El desplazamiento depende de la posición relativa del dispositivo de recubrimiento al dispositivo de limpieza así como del tamaño de este último.