ES2691145B2 - Vehículo ferroviario no tripulado, sistema y procedimiento para la inspección de infraestructura y superestructura ferroviaria. - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

Vehículo ferroviario no tripulado, sistema y procedimiento para la inspección de infraestructura y superestructura ferroviaria.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un vehículo ferroviario no tripulado, a un sistema para la inspección de infraestructura y superestructura ferroviaria y a un procedimiento para la inspección de infraestructura y superestructura ferroviaria.

Un objeto de la invención consiste en proporcionar un vehículo ferroviario no tripulado desplazable sobre los carriles de vía férrea y capaz de efectuar labores automáticas de inspección, mantenimiento y vigilancia de la superestructura e infraestructura ferroviaria.

Otro objeto de la invención consiste en proporcionar un vehículo ferroviario no tripulado ultraligero, autónomo y con máxima autonomía, de dimensiones limitadas y con capacidad para ser manipulado por un solo operario manualmente sin necesidad de herramientas o medios mecánicos auxiliares de elevación para levantarlo y colocarlo sobre la vía o para retirarlo de la misma.

Así mismo, es objeto de la invención proporcionar un vehículo ferroviario no tripulado capaz de efectuar maniobras de repliegue durante las labores de inspección de la superestructura e infraestructura ferroviaria para permitir la circulación de los trenes o del material móvil ferroviario.

Así mismo, es objeto de la invención proporcionar un procedimiento capaz de inspeccionar la infraestructura y superestructura ferroviaria de una forma rápida y fiable.

Antecedentes de la invención

El sector del ferrocarril ha experimentado a nivel mundial una expansión notable, siendo el principal problema derivado de este crecimiento de las redes, el elevado coste de mantenimiento necesario para mantener las condiciones de seguridad de las circulaciones, así como la fiabilidad, confort y calidad de la rodadura necesarias. Por esta razón, es esencial optimizar el mantenimiento de las infraestructuras ferroviarias, de forma que las redes actuales puedan ser económica y técnicamente sostenibles.

La optimización de la inspección y mantenimiento en las extensas redes es un problema muy complejo. En la actualidad, la inspección se aborda mediante diversos equipos y sistemas, que podemos clasificar de forma general en las siguientes tipologías: en primer lugar se encuentran los grandes trenes auscultadores, coches-laboratorio específicos y otros vehículos o máquinas de auscultación, vehículos pesados y de grandes dimensiones que efectúan diferentes tipos de inspecciones, los cuales recorren las redes o efectúan el trabajo en los intervalos libres de circulaciones comerciales o en cortes de servicio. En alguna ocasión se ha empleado el concepto "no tripulado” para describir en realidad un funcionamiento satélite o telemandado (por ejemplo, el conocido EM-Sat de Plasser&Theurer, o la patente US 8606439 B2), en el cual, un vehículo de menor tamaño que el tren de medida principal, pero aún de considerables dimensiones, se adelanta respecto al tren de auscultación principal de forma telemandada desde éste, para funcionar como vehículo auxiliar tomando ciertas referencias o medidas auxiliares o realizando ciertas tareas en una posición avanzada.

En un segundo orden de soluciones, se encuentran los sistemas de auscultación embarcados en los propios trenes comerciales, que consisten en sensores y equipos de diferentes tipos para diferentes tipos de inspecciones instalados directamente en los vehículos que efectúan el servicio habitual, por lo que no requieren cortes de circulación.

En tercer lugar, se encuentran los equipos manuales, que bien transportados y manejados por un operario o bien empujados por él sobre ruedas, sirven para realizar inspecciones en zonas puntuales o reducidas de parámetros muy concretos, como parámetros geométricos (ancho de vía y peralte, geometría de la junta soldada, perfil del carril,...), tensión interna del carril, ultrasonidos, perfil de un túnel, e tc .

En línea con lo anterior, en el estado de la técnica se conoce la solicitud de patente US 2015/0330033 A1 que describe un vehículo de mantenimiento de la vía que incluye un cuerpo, una cabeza de trabajo, y un controlador. La cabeza de trabajo realiza el mantenimiento de la vía y se acopla al cuerpo. El controlador está configurado para operar el vehículo en un modo autónomo.

También se conoce la solicitud de patente US 2015/0375765 A1, la cual, describe un sistema para realizar operaciones de mantenimiento de vía que comprende un vehículo de cabeza, para la identificación de las secciones de carril que se han pre-marcado para realizar el mantenimiento, y para recibir y transmitir las coordenadas de dichas secciones. El sistema además comprende un vehículo satélite capaz de recibir las coordenadas de las secciones de vía a mantener. El vehículo satélite tiene un vehículo de obra de cabeza para realizar operaciones de mantenimiento de vía en los tramos de vía previamente marcados.

También se conoce la solicitud de patente US2016159380 A1 que da a conocer a un dispositivo que circula sobre las vías y que analiza, mediante distintos sensores, las condiciones de las mismas. Con esta información es capaz de medir una serie de propiedades físicas relevantes que geoetiqueta y envía por radio a una estación base.

Sin embargo, ninguno de los vehículos descritos por las solicitudes anteriormente mencionadas, ni del estado de la técnica, describe un vehículo ultraligero capaz de navegar de forma autónoma por la vía mientras realiza tareas de inspección automáticas, que además permite la circulación de trenes durante las labores de inspección, y que además puede ser manipulado por un solo operario que lo levante y lo coloque sobre los carriles de la vía o lo retire de la misma manualmente sin necesidad de emplear herramientas o medios mecánicos auxiliares de elevación.

Es por tanto deseable en el estado de la técnica proporcionar medios técnicos que permitan disponer de un vehículo ultraligero, autónomo, con comportamiento inteligente, capaz de simultanear las labores automáticas de inspección de la vía con la circulación de trenes o material móvil ferroviario.

Descripción de la invención

La invención consiste en un vehículo ferroviario no tripulado para la inspección de infraestructura y superestructura ferroviaria que se presenta como una mejora frente a lo conocido en el estado de la técnica, puesto que consigue alcanzar satisfactoriamente los objetivos anteriormente señalados como idóneos para la técnica.

En términos de la presente invención, se entiende por superestructura de vía a los materiales que se encuentran situados encima de la capa de forma, integrados por los carriles, contracarriles, las traviesas o, en su caso, la placa, las sujeciones, los aparatos de vía y, en su caso, el lecho elástico formado por el balasto, así como las demás capas de asiento, sobre el que estos elementos apoyan, y pudiéndose entender dentro de este conjunto de elementos la catenaria, instalaciones de seguridad y otros elementos superficiales necesarios para el correcto funcionamiento del sistema; por otro lado se entiende por infraestructura al conjunto de obras de tierra y de fábrica necesarias para construir la plataforma sobre la que se apoya la superestructura de vía, encontrándose entre estas obras de tierra los terraplenes, las trincheras y los túneles y, entre estas obras de fábrica, los puentes, viaductos, drenajes, pasos a nivel, etc...

Asimismo es conocido que los gálibos tanto para la construcción de vehículos ferroviarios como para la colocación de elementos próximos a la vía están establecidos y tipificados en las normativas vigentes en todo el mundo -en particular en España en la Instrucción ferroviaria de gálibos del Ministerio de Fomento que incorpora la correspondiente Directiva europea sobre la interoperabilidad del sistema ferroviario europeo-, y son fundamentales a fin de garantizar la seguridad de la circulación ferroviaria, al evitarse las interferencias entre los vehículos, y de éstos con la infraestructura o superestructura. Se define gálibo como el conjunto de normas que incluyen un contorno de referencia y sus reglas de cálculo asociadas, que permiten la definición de las dimensiones exteriores del vehículo ferroviario y del espacio exento de obstáculos de las instalaciones fijas. En particular, en las normativas vigentes se definen los gálibos de implantación de obstáculos a considerar, y en concreto, las ‘partes bajas’ son las que se sitúan por debajo de los 0,40 m de altura sobre el plano de rodadura.

A efectos de la presente invención se considera esencial el espacio limitado en distancia vertical entre el gálibo de implantación de obstáculos de partes bajas entre ruedas paralelo al plano de rodadura y la superficie superior de la traviesa, y limitado horizontalmente por el gálibo de implantación de obstáculos entre ruedas. A efectos de la presente invención podemos denominar este espacio como Espacio Disponible para el Plegado, y se puede definir por tanto como el espacio máximo disponible para el plegado del vehículo para que puedan circular sobre él trenes según las normativas vigentes y con total seguridad, quedando la altura limitante por tanto definida por la suma de alturas (superficie superior de traviesa-plano de rodadura) (plano de rodadura - límite inferior del gálibo de implantación de obstáculos o gálibo del vehículo entre ruedas).

Los gálibos se definen en la normativa para diferentes tipos de tren y de vía, sufriendo por tanto ligeras variaciones en función de estas así como en función de otras variables. Asimismo en la altura desde la superficie superior de la traviesa hasta el plano de rodadura pueden existir también ligeras variaciones. No obstante, a pesar de estas variaciones, se puede considerar que la altura total disponible queda comprendida en un rango bastante definido, pudiéndose establecer dicho rango en unos 285mm hasta unos 230mm en sus dimensiones más restrictivas, siendo en todo caso muy reducida respecto a cualquier otro desarrollo existente en el estado de la técnica, ya que en esta ningún vehículo sobre vía ha sido ideado expresamente para cumplir esta restricción dimensional que le permita un plegado hasta una altura igual o inferior a 230mm - 285 mm y que, ligado a ello, le permita disponer de un peso reducido tal que un solo operario de forma manual y sin ayuda de ninguna herramienta o medio auxiliar de elevación sea capaz de colocarlo sobre los carriles de la vía y retirarlo de ellos sin esfuerzo.

En un primer aspecto, la invención se refiere a un vehículo ferroviario no tripulado ultraligero para la inspección de una superestructura e infraestructura ferroviaria que comprende un chasis que alberga un módulo de inspección, una unidad de procesamiento, y una unidad motriz capaz de generar movimientos. El chasis está formado por al menos un par de ruedas conectadas a un cuerpo central a través de unos ejes, donde dichas ruedas están adaptadas para rodar sobre cada uno de los dos carriles que comprende la vía férrea de la superestructura ferroviaria, y donde dicho cuerpo central está dimensionado para alojarse en el espacio disponible entre ambos carriles limitado horizontalmente por el gálibo de implantación de obstáculos entre ruedas y comprendido verticalmente entre la superficie superior de la traviesa y el gálibo de implantación de obstáculos de partes bajas entre ruedas paralelo al plano de rodadura (espacio definido como Espacio Disponible de Plegado).

De esta forma, la invención proporciona un vehículo de tamaño reducido (anchura menor que el ancho de vía y altura menor que la altura libre definida para respetar el gálibo de implantación de obstáculos), muy ligero, y capaz además de ofrecer elevada autonomía.

De forma preferente, el cuerpo central tiene una longitud reducida, inferior a 400-500 mm, una anchura inferior a 400-500 mm, y una altura igual o inferior a un rango comprendido entre 230mm y 285mm. De esta forma, el vehículo puede quedar completamente comprendido en el espacio definido como Espacio Disponible de Plegado y permitir el paso de los trenes sin invadir el gálibo de implantación de obstáculos.

Además, el vehículo de la invención es manualmente manejable. Así, el cuerpo central está dimensionado además para que un solo operario pueda colocar el vehículo manualmente sobre los carriles de la vía y retirarlo sin necesidad de emplear para ello herramienta o medio auxiliar alguno.

El módulo de inspección comprende sensores adaptados para realizar la inspección de la superestructura y la infraestructura ferroviaria.

La unidad de procesamiento está adaptada para procesar la información captada y suministrada por el módulo de inspección.

La unidad motriz está adaptada para permitir la movilidad del vehículo. La movilidad incluye el avance/retroceso y el pliegue/despliegue del vehículo.

De esta forma, la invención presenta un vehículo ultraligero, concebido con un peso y un tamaño mínimo, con comportamiento inteligente y con máxima autonomía, que extrapola el concepto de un vehículo aéreo ultraligero o dron al ámbito de la vía férrea. El vehículo está adaptado para poder avanzar/retroceder sobre la vía férrea rodando sobre los carriles de forma autónoma o teledirigida y efectuar sobre ellos y sobre el resto de elementos de la superestructura e infraestructura labores de inspección.

Según una realización preferente, la unidad motriz comprende unos actuadores encargados de la movilidad del vehículo, donde la unidad de procesamiento está adaptada para ordenar el avance o retroceso del vehículo sobre la vía y además el repliegue del vehículo desde su posición sobre los carriles hasta su posición de plegado en el espacio disponible entre ambos carriles y comprendido verticalmente entre la superficie superior de la traviesa y el gálibo de implantación de obstáculos de partes bajas entre ruedas paralelo al plano de rodadura, respetando por tanto el gálibo de implantación de obstáculos establecido para permitir el paso de un tren sobre los carriles de la estructura ferroviaria que está siendo inspeccionada, y donde dicho repliegue comprende la retracción de los ejes, el descenso del vehículo, y la fijación firme y segura del vehículo en esa posición de plegado. Además, la unidad de procesamiento está adaptada para ordenar el despliegue del vehículo para situarlo de nuevo sobre los carriles desde la posición de plegado, donde dicho despliegue comprende la extensión de los ejes del vehículo y el ascenso del vehículo por parte de los actuadores.

De esta forma, el vehículo está adaptado para replegarse y situarse en el Espacio Disponible de Plegado, sobre la traviesa y por debajo del límite inferior del gálibo de implantación de obstáculos de partes bajas entre carriles, liberando de esta forma el gálibo de partes bajas del tren entre ruedas, y permitiendo por tanto su circulación de forma segura y según las normativas vigentes. El repliegue reduce la envergadura del vehículo, mediante la retracción de sus ejes, para permitir que el vehículo pueda ubicarse entre los carriles de la vía. Durante el repliegue, el vehículo desciende para situarse entre los carriles en el Espacio Disponible de Plegado y permitir el paso de los trenes, quedando firmemente amarrado en esta posición.

De forma similar, el vehículo está adaptado para desplegarse y situarse nuevamente sobre los carriles una vez que el tren ha pasado. El despliegue aumenta la envergadura del vehículo, mediante la extensión de sus ejes. Así, el vehículo sitúa nuevamente sus ruedas sobre la cabeza de los carriles de la vía en inspección.

Los carriles de la vía férrea están formados por cabeza, alma y patín. Según otra realización preferente, el vehículo además comprende unas zapatas de amarre dimensionadas para encajar en el alma y/o entre la cara inferior de la cabeza y la cara superior el patín de los carriles de la vía férrea, donde la unidad de procesamiento está adaptada para ordenar el despliegue de dichas zapatas de amarre para su fijación a los carriles, constituyendo sendos puntos de apoyo en ambos carriles que una vez establecidos permiten al vehículo efectuar los movimiento de retracción de los ejes y de descenso. Así, el vehículo asegura su fijación a la zona del alma de los carriles antes de retraer las ruedas, y liberar el apoyo de su cuerpo sobre la cabeza de los mismos.

De forma similar, la unidad de procesamiento está además adaptada para ordenar el repliegue de las zapatas de amarre y por tanto la liberación de los puntos de apoyo una vez situado el vehículo sobre los carriles tras la extensión de los ejes y el ascenso del vehículo. De esta forma, primeramente, el vehículo asegura su apoyo sobre los carriles a través de las ruedas, y a continuación, libera su fijación al alma de los carriles.

Según otra realización preferente, el vehículo además comprende un módulo de localización, una unidad de registro, una unidad de comunicación y una unidad de alimentación.

El módulo de localización comprende un receptor de navegación por satélite para permitir la localización del vehículo. Preferentemente, el módulo de localización comprende un receptor de navegación por satélite, preferentemente GNSS (Global Navigation Satellite System) para permitir la localización del vehículo. De esta forma, puede conocerse la posición exacta del vehículo en todo momento para efectuar el control del mismo.

La unidad de registro está capacitada para almacenar la información obtenida por los sensores del módulo de inspección. De esta forma, el procesamiento de la información procedente del módulo de inspección para tareas de mantenimiento puede realizarse sin estar conectado (offline), ya que en algunos casos el procesamiento de esta información en línea (online) implicaría el uso de un sistema de computación demasiado grande y pesado como para ser embarcado en un vehículo ferroviario no tripulado. La información recogida se almacena preferentemente en una tarjeta SSD (Solid State Drive) en el vehículo para el posprocesamiento relacionado con tareas de mantenimiento.

La unidad de comunicación está adaptada para conectarse a una red de comunicaciones, que puede ser una red móvil de telefonía u otro tipo de red, y permitir la recepción y emisión de información a una estación base. El vehículo está diseñado para poder funcionar de forma autónoma durante las tareas de inspección de la superestructura e infraestructura ferroviaria. No obstante, puede ser remotamente teleoperado desde una estación base o desde un punto de operación, desde la que puede realizarse el seguimiento del vehículo. Además, el vehículo puede enviar constantemente datos de interés e imágenes, a dicha estación base.

La unidad de alimentación está capacitada para almacenar y proporcionar energía al vehículo, y está dimensionada para proporcionar la máxima autonomía manteniendo los parámetros definidos para el vehículo en cuanto a dimensiones limitadas y peso reducido.

De forma preferente, el módulo de inspección comprende un sensor láser de barrido para permitir tanto la inspección de la superestructura y la infraestructura ferroviaria como también para permitir el posicionamiento del vehículo relativo a referencias o elementos fijos en el espacio mediante la emisión y recepción de luz láser. Asimismo esta última función de posicionamiento mediante sensor láser de barrido puede utilizarse de forma independiente o bien puede ser utilizada en conjunto con el módulo de localización con el objeto de aumentar la precisión o bien apoyar la función de localización del vehículo mediante las mediciones del sensor láser de barrido. Dichas mediciones láser facilitan también la localización (posicionamiento) con precisión del vehículo no tripulado en zonas denegadas a los sistemas GNSS, como son: los túneles, las trincheras o las zonas boscosas.

Según otra realización preferente, la unidad de procesamiento está adaptada para realizar el emparejamiento de medidas instantáneas proporcionadas por el láser de barrido con medidas futuras obtenidas por el láser de barrido para estimar -además de la localización- la velocidad de avance del vehículo.

Preferentemente, el módulo de inspección además comprende al menos una cámara, preferentemente monocular CCD (Charged Coupled Device), que permite realizar una inspección visual en la infraestructura y superestructura ferroviaria.

Según otra realización preferente, el módulo de inspección incluye un sensor inercial que permite captar las aceleraciones y los cambios en aceleración y giro durante el avance del vehículo, y donde la unidad de procesamiento está además adaptada para procesar la información suministrada por el sensor inercial para detectar defectos en la geometría de la vía sobre la que se está circulando o incluso fallos en cada uno de los dos carriles.

Según otra realización preferente, el módulo de inspección además comprende un sensor de temperatura para obtener la temperatura a la que se encuentra el sensor inercial, donde la unidad de procesamiento está adaptada para corregir las medidas de aceleración y giro suministradas por el sensor inercial a partir del valor obtenido por el sensor de temperatura. De esta forma, la invención consigue una detección de fallos más precisa y fiable.

De forma preferente, la unidad de procesamiento está adaptada para integrar la información procedente de los sensores -láser de barrido, cámara, sensor inercial- y del receptor de navegación por satélite para permitir la inspección efectiva de la superestructura y la infraestructura ferroviaria y para obtener además una posición más exacta que la obtenida únicamente con el receptor de navegación por satélite (GNSS).

De forma preferente, la unidad de comunicación está adaptada para establecer una conexión bidireccional mediante una arquitectura cliente-servidor implementada sobre un protocolo TCP/IP con una estación base, donde la unidad de comunicación del vehículo está programada para funcionar como cliente.

En una realización preferente de la invención se utilizan redes de telefonía móviles para conectarse, la dirección IP asignada al vehículo (y a la estación base) es dinámica, y por lo tanto distinta en cada conexión. Para poder establecer una conexión de datos entre el vehículo y la estación base, es necesario conocer al menos la IP de uno de los dos. De forma preferente, el vehículo (cliente) conoce la dirección IP de la estación base (servidor), la cual debe permanecer constante. De este modo, el vehículo puede conectarse a la estación base en cuanto esta última comience a escuchar nuevas conexiones. En su camino hacia la zona de inspección el vehículo puede perder la cobertura de la señal móvil y perder con ello la conexión a internet. Sin embargo, es más difícil que esto ocurra en la estación base. Dado que la conexión de la estación base es más estable, ésta actúa como servidor y el vehículo como cliente. De esta forma, aunque el vehículo pierda su conexión a internet durante el trayecto y la recupere obteniendo una dirección IP distinta, seguirá conociendo la dirección de la estación base, con lo que podrá volver a conectarse a ella sin problemas y reanudar las comunicaciones.

De forma preferente, la unidad de comunicación está adaptada para solicitar la dirección IP de la estación base (servidor) a través de SMS o de la red móvil a la que está conectada. Así, el vehículo (cliente) puede reclamar, en caso de necesidad, la dirección IP de la estación base en cualquier momento a través de SMS o de una conexión de datos a través de GSM. Ambas opciones utilizan el número de teléfono asignado a la estación base, con lo que dicha petición de datos se puede realizar en cualquier momento. Esto es utilizado para establecer la conexión inicial y en casos extremos en el que se produzca una caída de la red de datos móvil y ambas partes pierdan la conexión. La estación base también puede utilizar este mismo mecanismo para reclamar la dirección IP del cliente en caso de necesidad.

Según otra realización preferente, la unidad de procesamiento está adaptada para obtener un código de control asociado al contenido de cada paquete de información a enviar por parte de la unidad de comunicación, donde dicha unidad de comunicación está adaptada para enviar cada paquete de información junto con su código de control para asegurar la inviolabilidad de su contenido. Éste código de control ofrece un sistema auxiliar de detección de errores. Preferentemente, la obtención del código de control consiste en el cálculo de un código de verificación por redundancia cíclica (CRC, Cyclic Redundancy Check). Este código CRC se envía junto con cada paquete de transmisión de información. Estos paquetes se refieren a paquetes completos de información enviada entre el vehículo y la estación base, no a los paquetes de información que maneja el protocolo TCP/IP. Estos pueden ser por ejemplo una orden de movimiento concreta. Cuando estos paquetes llegan a su destino se calcula el código CRC correspondiente a la información transmitida y se compara con el enviado. En caso de no coincidir, la estación base vuelve a pedir el envío del paquete de información completo.

Según otra realización preferente, la unidad de procesamiento está adaptada para geoetiquetar las imágenes capturadas por el módulo de inspección a partir de la información proporcionada por el módulo de localización.

De forma preferente, la unidad de procesamiento está adaptada para ejecutar un funcionamiento tipo autómata o telemandado del vehículo.

En un segundo aspecto, la invención se refiere a un sistema para la inspección de superestructura e infraestructura ferroviaria, que comprende el vehículo ferroviario no tripulado anteriormente descrito y una superestructura ferroviaria que comprende dos carriles para la circulación de trenes, donde dichos carriles están distanciados entre sí entre 600mm y 1800mm, y donde dicho vehículo ferroviario tiene un cuerpo central dimensionado para alojarse en el espacio comprendido verticalmente entre la superficie superior de la traviesa y el contorno inferior entre ruedas del gálibo de implantación de obstáculos de la vía férrea (espacio definido como Espacio Disponible de Plegado).

Según una realización preferente, el sistema para la inspección de superestructura e infraestructura ferroviaria además comprende una estación base que comprende una segunda unidad de procesamiento adaptada para controlar el funcionamiento de la unidad motriz del vehículo cuando el vehículo está en modo telemandado, y una segunda unidad de comunicación adaptada para establecer una conexión bidireccional con el vehículo.

Preferentemente, la unidad de procesamiento del vehículo y la segunda unidad de procesamiento de la estación base están programadas para establecer una arquitectura cliente-servidor implementada sobre un protocolo TCP/IP, donde la unidad de comunicación del vehículo está programada para funcionar como cliente y la unidad de comunicación de la estación base está programada para funcionar como servidor.

De forma preferente, la unidad de procesamiento del vehículo está adaptada para enviar información a la estación base en caso de fallo, y volver a la ubicación de la estación base en caso de no recibir información por parte de la estación base.

El vehículo descrito supone un concepto novedoso, que permite la adquisición y tratamiento de enormes cantidades de información de forma rápida, versátil, eficaz y sin restricciones de acceso a la vía y desplazamiento sobre ella. Su coste es muy reducido, incomparablemente inferior al de los grandes trenes auscultadores y al de las instrumentaciones fijas puntuales empleadas en la actualidad, evitando sus inconvenientes en cuanto a limitación de unidades e incompatibilidad con las labores de mantenimiento y circulaciones. Por tanto, la invención ofrece una solución de aplicación directa, que supone una herramienta inestimable para la adquisición y gestión de información de la vía, y por consiguiente para facilitar la implantación de estrategias preventivas y predictivas lo que supone avanzar en la optimización del mantenimiento ferroviario.

En un tercer aspecto, la invención se refiere a un procedimiento de inspección de superestructura e infraestructura ferroviaria, que comprende las etapas de colocar manualmente un vehículo ferroviario no tripulado sobre los carriles de una vía férrea, donde dicho vehículo al menos comprende un par de ruedas conectadas a un cuerpo central a través de unos ejes, donde dichas ruedas están adaptadas para rodar sobre los carriles, y donde dicho vehículo además comprende una unidad motriz adaptada para permitir la movilidad del vehículo y sensores adaptados para realizar la inspección de la superestructura y la infraestructura ferroviaria; e inspeccionar la superestructura y la infraestructura ferroviaria mediante los sensores del vehículo.

Según una realización preferente, el procedimiento puede además comprender las etapas de recibir, el vehículo, una orden de repliegue para permitir el paso de trenes, y una orden de despliegue para situar el vehículo sobre los carriles. La recepción de la orden de repliegue activa las siguientes acciones: desplegar unas zapatas de amarre dimensionadas para encajar en el alma, y/o entre la cabeza y el patín de los carriles, retraer los ejes, y descender el vehículo hasta alojarlo en el espacio disponible entre carriles, limitado horizontalmente por el gálibo de implantación de obstáculos entre ruedas y comprendido verticalmente entre la superficie superior de la traviesa y el gálibo de implantación de obstáculos de partes bajas entre ruedas paralelo al plano de rodadura. La recepción de la orden de despliegue activa las siguientes acciones: elevar el vehículo para situarlo de nuevo sobre los carriles, extender los ejes hasta situar las ruedas sobre los carriles, y replegar las zapatas de amarre.

El procedimiento puede además comprender avanzar/retroceder por parte del vehículo hasta una nueva zona de inspección o retorno a punto de retirada de la vía. Este avance/retroceso puede realizarse de forma autónoma o telemandada.

Así mismo, la recepción de la orden de repliegue y de despliegue puede proceder del propio vehículo, por ejemplo, de los sensores encargados de realizar la inspección, o de una unidad exterior, como una estación base. La orden de repliegue/ despliegue procedente de los sensores se generará de forma automática tras el análisis de la información captada por los sensores.

Descripción de los dibujos

Para complementar 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 realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, unos dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1.- Muestra una vista en perspectiva del vehículo ferroviario no tripulado para la inspección de superestructura e infraestructura ferroviaria, según una realización preferente de la invención.

La figura 2.- Muestra una vista frontal del vehículo mostrado en la figura 1.

La figura 3.- Muestra una vista en perspectiva del vehículo ferroviario no tripulado para la inspección de una vía ferroviaria, según otra realización preferente de la invención.

La figura 4.- Muestra una vista frontal del vehículo mostrado en la figura 3.

La figura 5.- Muestra el repliegue del vehículo para permitir el paso de un tren sobre los carriles de la vía férrea que se está inspeccionando. La figura 5a muestra una vista frontal del vehículo con las ruedas situadas sobre los carriles en posición de avance e inspección; la figura 5b muestra el vehículo con las zapatas de amarre desplegadas y fijadas al alma de los dos carriles de la vía; las figura 5c muestra la retracción de los ejes del vehículo; y la figura 5d muestra el descenso del vehículo hasta situarse en el Espacio Disponible de Plegado, y fijado a las almas de los carriles de la vía para permitir el paso del tren.

Realización preferente de la invención

Las figuras 1-4 muestran dos realizaciones del vehículo (1) ferroviario no tripulado ultraligero para la inspección de superestructura e infraestructura ferroviaria que la presente invención propone. En ambas realizaciones el vehículo (1) comprende un chasis que alberga un módulo de inspección, una unidad de procesamiento, y una unidad motriz capaz de generar movimientos de desplazamiento (avance y retroceso) y retracción (repliegue y despliegue).

El chasis está formado por al menos un par de ruedas (3) conectadas mediante ejes (4) a un cuerpo central (5) de pequeño tamaño y altura reducida para poder alojarse en el Espacio Disponible de Plegado, dejando libre el gálibo requerido para que los trenes y material móvil circulen. Las ruedas (3) están adaptadas para rodar sobre cada uno de los dos carriles (9) que integran la vía ferroviaria.

El módulo de inspección comprende un sensor láser de barrido (6) capacitado para permitir la inspección del entorno del vehículo (1) mediante la emisión y recepción de la luz láser, así como una cámara y un sensor inercial. Como se observa en las figuras 1 a 4, el sensor láser de barrido (6) está preferentemente dispuesto sobre el cuerpo central (5). El sensor inercial está preferentemente dispuesto en el interior del cuerpo central (5)

La unidad de procesamiento está adaptada para inspeccionar el entorno del vehículo (1) a partir de la información suministrada por el módulo de inspección, y está dispuesto en el interior del cuerpo central (5).

La unidad motriz está dotada de al menos un motor (7) - visible en la realización mostrada en las figuras 3 y 4 - acoplado a las ruedas (3) del vehículo (1) para transmitir potencia a las mismas y permitir su rodadura sobre los carriles (9) de la vía férrea, sin necesidad de reductores. La energía procedente de la unidad de alimentación, dispuesta en el interior del cuerpo central (5), entra directamente al motor. En las figuras 1 y 2, el motor (7) está acoplado a las ruedas (3) por medio de los ejes (4), los cuales permiten la rodadura de las mismas. Mientras que en la realización del vehículo (1) mostrada de las figuras 3 y 4, el motor (7) está directamente acoplado a las ruedas (3).

La unidad motriz comprende también actuadores para efectuar el repliegue y despliegue del vehículo (1).

La invención propone un vehículo no tripulado, ultraligero, de dimensiones mínimas y peso mínimo, desplazable sobre los carriles de la vía férrea de forma estable y con elevada autonomía, y que permite albergar los sensores y equipos embebidos necesarios para permitir su movilidad y desplazamiento en la inspección de la infraestructura y superestructura ferroviaria. El vehículo goza de una autonomía mínima de 100 km y puede alcanzar una velocidad como mínimo de 40 km/h.

El chasis del vehículo (1) puede además alojar un módulo de localización, una unidad de registro, una unidad de comunicación y una unidad de alimentación, situados preferentemente en el cuerpo central (5).

El módulo de localización comprende un receptor GNSS para permitir la localización del vehículo.

La unidad de registro está capacitada para almacenar la información obtenida por el sensor inercial, el receptor GNSS, la cámara y el sensor láser de barrido (6).

La unidad de comunicación está adaptada para conectarse a una red móvil de telefonía u otro tipo de red y permitir la recepción y emisión de información a una estación base.

La unidad de alimentación está capacitada para almacenar y proporcionar energía al vehículo.

El vehículo que la presente invención presenta puede desplazarse y realizar sus funciones de forma automática o incluso telemandada desde una estación base.

Una de las propiedades fundamentales del vehículo (1) consiste en su compatibilidad con las circulaciones ferroviarias. Para ello, el vehículo (1) comprende actuadores (10) adaptados para permitir el repliegue de dicho vehículo (1), estando el control de la actuación de los mismos realizado por la unidad de procesamiento.

Este repliegue se efectúa en las siguientes fases:

1- Orden de repliegue. Se recibe por parte de la estación base o es generada por la unidad de procesamiento del vehículo al determinar el paso de un tren. En caso de recibir la orden de repliegue por parte de la estación base, el vehículo confirma la recepción de la señal. La figura 5a muestra el vehículo (1) en situación de inspección y detección de fallos, en la que sus ruedas (3) están situadas sobre los carriles (9) de la vía ferroviaria en inspección.

2- Maniobra de amarre. La unidad de procesamiento ordena a la unidad motriz el despliegue de las zapatas de amarre (8) mientras el vehículo (1) mantiene la posición de las ruedas (3) sobre los carriles (9). Las zapatas de amarre (8) encajan en el la zona del alma (9b) de ambos carriles (9). Una vez finalizada la maniobra de amarre, los sensores internos verifican el correcto amarre -de forma que la comprobación es inequívoca y completamente segura-, y emiten la señal de fin de maniobra de amarre. La figura 5b muestra el vehículo (1) con las zapatas de amarre (8) desplegadas por los actuadores (10) y fijadas a los carriles.

3- Bloqueo de la posición de amarre. Una vez que los actuadores (10) han desplegado las zapatas de amarre (8) y éstas se han encajado en el alma (9b) de los carriles (9), una unidad de control de los actuadores comprueba que el bloqueo es correcto y emite la señal de fin de bloqueo, lo que implica la confirmación de que el vehículo (1) está amarrado en posición correcta centrada entre los carriles (9). Una vez se inicie la siguiente maniobra -el repliegue-, el peso del vehículo (1) quedará transmitido a los carriles (9) a través de las zapatas de amarre (8).

4- Maniobra de repliegue. La unidad de control de los actuadores inicia la retracción de los ejes (4), alejando las ruedas (3) del carril (9) en dirección al eje de la vía. El peso del vehículo (1) se transmite en ese momento desde la superficie superior de los carriles -a través de las ruedas (3)-, al alma (9b) del carril (9) -a través de las zapatas de amarre (8)-.

Asimismo, el vehículo (1) empieza a replegarse en sentido descendente. La distancia de repliegue tanto de las ruedas (3) hacia el eje de la vía como del equipo verticalmente son las que se considere oportuno, y como mínimo se establecen las necesarias para liberar los gálibos de implantación de obstáculos definidos en las normativas en ambos casos. Los sensores internos del equipo verificarán de forma segura la correcta finalización de ambos repliegues, dándose por concluida la maniobra. Las figuras 5c y 5d muestran la retracción de los ejes (4) del vehículo (1).

5- Bloqueo de posición, confirmación de bloqueo y envío de señal de fin de maniobra de repliegue. La figura 5e muestra el vehículo (1) situado en la caja de la vía, y fijado a las almas (9b) de los carriles (9) para permitir el paso del tren.

El despliegue del vehículo (1) se efectuará siguiendo la secuencia inversa, con protocolo equivalente de verificación de cada uno de los pasos intermedios antes mencionados. Para iniciar el despliegue, será nuevamente necesaria una instrucción activa de la estación base o de la unidad de procesamiento del vehículo (1), a partir de la información suministrada por los sistemas de señalización de la vía ferroviaria.

En todo caso, el vehículo dispone de protocolos programados de seguridad para llevar a cabo operaciones completamente seguras, de forma que la vía no quedará liberada si no se materializan y verifican todos los movimientos intermedios correspondientes a la secuencia completa.

Finalmente, a la vista de esta descripción y figuras, el experto en la materia podrá entender que la invención ha sido descrita según algunas realizaciones preferentes de la misma, pero que múltiples variaciones pueden ser introducidas en dichas realizaciones preferentes, sin salir del objeto de la invención tal y como ha sido reivindicada.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1.- Vehículo (1) ferroviario no tripulado para la inspección de superestructura e infraestructura ferroviaria que comprende:

- un chasis formado por al menos un par de ruedas (3) conectadas a un cuerpo central (5) a través de unos ejes (4), donde dichas ruedas (3) están adaptadas para rodar sobre cada uno de los dos carriles (9) que comprende la vía férrea, y donde dicho cuerpo central (5) está dimensionado para alojarse en el espacio disponible entre ambos carriles limitado horizontalmente por el gálibo de implantación de obstáculos entre ruedas y comprendido verticalmente entre la superficie superior de la traviesa y el gálibo de implantación de obstáculos de partes bajas entre ruedas paralelo al plano de rodadura,

- un módulo de inspección que comprende sensores adaptados para realizar la inspección de la superestructura y la infraestructura ferroviaria,

- una unidad de procesamiento adaptada para procesar los datos de la superestructura y la infraestructura obtenidos por el módulo de inspección, y

- una unidad motriz adaptada para permitir la movilidad del vehículo (1), que es manualmente manejable, donde dicha unidad motriz comprende unos actuadores (10) encargados de la movilidad del vehículo (1), y donde la unidad de procesamiento está adaptada para ordenar el repliegue del vehículo (1) para permitir el paso seguro de un tren sobre los carriles (9) de la vía férrea que está siendo inspeccionada, y donde dicho repliegue comprende la retracción de los ejes (4), el descenso del vehículo (1) y la fijación del vehículo a los carriles por parte de los actuadores (10), y donde la unidad de procesamiento está además adaptada para ordenar el despliegue del vehículo (1) para situar el vehículo (1) sobre los carriles (9) tras su repliegue, donde dicho despliegue comprende la extensión de los ejes (4) y el ascenso del vehículo (1) por parte de los actuadores (10), caracterizado por que los carriles (9) comprenden cabeza (9a), alma (9b) y patín (9c), y por que el vehículo (1) además comprende unas zapatas de amarre (8) dimensionadas para encajar en el alma (9b) y/o entre la cabeza (9a) y el patín (9c) de los carriles (9), donde la unidad de procesamiento está adaptada para ordenar el despliegue de dichas zapatas de amarre (8) para su fijación a los carriles (9), la retracción de los ejes (4) y el descenso del vehículo (1), y donde la unidad de procesamiento está además adaptada para ordenar el repliegue de dichas zapatas de amarre (8) tras el ascenso del vehículo (1) y la extensión de los ejes (4) para volver a situar el vehículo (1) sobre los carriles (9).

2. - Vehículo (1) ferroviario no tripulado para la inspección de superestructura e infraestructura ferroviaria, según la reivindicación 1, caracterizado por que además comprende:

- un módulo de localización que comprende un receptor de navegación por satélite para permitir la localización del vehículo (1),

- una unidad de registro capacitada para almacenar la información obtenida por los sensores del módulo de inspección,

- una unidad de comunicación adaptada para conectarse a una red móvil de telefonía o cualquier tipo de red de comunicaciones y permitir la recepción y emisión de información a una estación base, y

- una unidad de alimentación capacitada para almacenar y proporcionar energía al vehículo (1).

3. - Vehículo (1) ferroviario no tripulado para la inspección de superestructura e infraestructura ferroviaria, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el módulo de inspección comprende un sensor láser de barrido (6) para permitir la inspección de la superestructura y la infraestructura ferroviaria y el posicionamiento relativo del vehículo (1) respecto a elementos fijos externos.

4. - Vehículo (1) ferroviario no tripulado para la inspección de superestructura e infraestructura ferroviaria, según la reivindicación 3, caracterizado por que el procesamiento de datos de la superestructura y la infraestructura ferroviaria por parte de la unidad de procesamiento comprende el emparejamiento de medidas instantáneas proporcionadas por el láser de barrido (6) con medidas futuras obtenidas por el láser de barrido (6) para estimar la localización y la velocidad de avance del vehículo (1).

5. - Vehículo (1) ferroviario no tripulado para la inspección de superestructura e infraestructura ferroviaria, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el módulo de inspección además comprende un sensor inercial, y por que la unidad de procesamiento está además adaptada para detectar defectos en la geometría de la vía por la que se está circulando y fallos en cada uno de los dos carriles (9) a partir de la información suministrada por el sensor inercial.

6. - Vehículo (1) ferroviario no tripulado para la inspección de superestructura e infraestructura ferroviaria, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el módulo de inspección además comprende una cámara digital con sistema óptico de captura de imagen para permitir la inspección de la superestructura y la infraestructura ferroviaria.

7. - Vehículo (1) ferroviario no tripulado para la inspección de superestructura e infraestructura ferroviaria, según cualquiera de las reivindicaciones 2-6, caracterizado por que la unidad de procesamiento está adaptada para integrar la información del sensor inercial, el láser de barrido (6), la cámara, el receptor de navegación por satélite para realizar la inspección del entorno del vehículo (1) y para obtener la posición del mismo.

8. - Vehículo (1) ferroviario no tripulado para la inspección de superestructura e infraestructura ferroviaria, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la unidad de procesamiento está adaptada para ejecutar un funcionamiento tipo autómata o telemandado del vehículo (1).

9. - Vehículo (1) ferroviario no tripulado para la inspección de superestructura e infraestructura ferroviaria, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el cuerpo central (5) tiene una altura menor o igual a 230 mm - 285 mm, por que tiene una anchura inferior a 400-500 mm y una longitud inferior a 400-500 mm.

10. - Sistema para la inspección de superestructura e infraestructura ferroviaria, caracterizado por que comprende un vehículo (1) ferroviario no tripulado según las reivindicaciones 1 a 9, y una vía férrea que comprende dos carriles (9) para la circulación de trenes, donde dichos carriles (9) están distanciados entre sí entre 600mm y 1800mm, y donde dicho vehículo (1) ferroviario tiene un cuerpo central (5) dimensionado para alojarse en el espacio comprendido verticalmente entre la superficie superior de la traviesa y el contorno inferior entre ruedas del gálibo de implantación de obstáculos de la vía férrea.

11.- Sistema para la inspección de superestructura e infraestructura ferroviaria, según la reivindicación 10, caracterizado por que además comprende una estación base que comprende una segunda unidad de procesamiento adaptada para controlar el funcionamiento de la unidad motriz del vehículo (1) cuando éste está en modo telemandado, y una segunda unidad de comunicación adaptada para establecer una conexión bidireccional con el vehículo (1).

12.- Procedimiento de inspección de superestructura e infraestructura ferroviaria, caracterizado por que comprende:

- colocar manualmente un vehículo (1) ferroviario no tripulado sobre los carriles (9) de una vía férrea, donde dicho vehículo (1) al menos comprende un par de ruedas (3) conectadas a un cuerpo central (5) a través de unos ejes (4), donde dichas ruedas (3) están adaptadas para rodar sobre los carriles (9), y donde dicho vehículo (1) además comprende una unidad motriz adaptada para permitir la movilidad del vehículo (1) y sensores adaptados para realizar la inspección de la superestructura y la infraestructura ferroviaria,

- inspeccionar la superestructura y la infraestructura ferroviaria mediante los sensores del vehículo (1),

- recibir, el vehículo (1), una orden de repliegue para permitir el paso de trenes, donde la recepción de dicha orden de repliegue activa las siguientes acciones:

- desplegar unas zapatas de amarre (8) dimensionadas para encajar en el alma (9b) y/o entre la cabeza (9a) y el patín (9c) de los carriles (9),

- retraer los ejes (4),

- descender el vehículo (1) hasta alojarlo en el espacio disponible entre carriles, limitado horizontalmente por el gálibo de implantación de obstáculos entre ruedas y comprendido verticalmente entre la superficie superior de la traviesa y el gálibo de implantación de obstáculos de partes bajas entre ruedas paralelo al plano de rodadura,

- recibir, el vehículo (1), una orden de despliegue para situar el vehículo (1) sobre los carriles (9), donde la recepción de dicha orden de despliegue, activa las siguientes acciones:

- elevar el vehículo (1) para situarlo de nuevo sobre los carriles (9),

- extender los ejes (4) hasta situar las ruedas (3) sobre los carriles (9),

- replegar las zapatas de amarre (8).