BR102018015016A2 - mechanized pruning system in an urban area - Google Patents

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BR102018015016A2
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BR
Brazil
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arm
pruning
control
equipment
sensors
Prior art date
Application number
BR102018015016A
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Portuguese (pt)
Inventor
José Menatti Ednilson
Duarte Cherfan Felipe
Prestupa Neto Frederico
Donato Pagliarini Guilherme
Henrique Navas José
Original Assignee
Companhia Paulista De Forca E Luz Cpfl
I2 Inst De Inovacao Tecnologia E Pesquisa Aplicada Ltda ? Epp
Tecar Tecnologia Em Cargas Eireli
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G3/00Cutting implements specially adapted for horticultural purposes; Delimbing standing trees
    • A01G3/08Other tools for pruning, branching or delimbing standing trees

Abstract

sistema para poda mecanizada em área urbana a presente invenção se refere a um equipamento constituído de um braço mecânico articulado e telescópico (4) com alcance de 14m para ser instalado na carroceria de um veículo urbano de carga - vuc (1), dispondo de três ferramentas de corte cambiáveis (6) (motosserras e tesoura hidráulica) e de uma garra (6.c) para segurar e mover o galho cortado, dispondo ainda de câmeras que permitem ao operador remoto visualizar o corte dos galhos. mais especificamente, a presente invenção possui sensores (23,25,27,29,30,32,33 e 35) instalados nas articulações, que informam continuamente o posicionamento espacial do braço (4), e de um sistema residente de controle dinâmico, que mantém a estrutura estável dispensando o uso de patolas no veículo (1). o braço (4) dispõe também de sensores de campo elétrico para detecção da proximidade da linha de distribuição de energia (28,31 e 34) que aliados à própria estrutura, que é revestida de material isolante (5), asseguram um alto índice de segurança nas operações e a possibilidade de realizar a poda de árvores em condições de visibilidade restrita, como é o caso da poda noturna. no período noturno e em condições onde haja restrição legal ao nível de ruído, o equipamento opera com baterias (3), que compõem um sistema híbrido de alimentaçãosystem for mechanized pruning in an urban area the present invention refers to an equipment consisting of a articulated and telescopic mechanical arm (4) with a range of 14m to be installed in the body of an urban cargo vehicle - vuc (1), having three exchangeable cutting tools (6) (chainsaws and hydraulic shears) and a claw (6.c) to hold and move the cut branch, also having cameras that allow the remote operator to view the cut of the branches. more specifically, the present invention has sensors (23,25,27,29,30,32,33 and 35) installed in the joints, which continuously inform the spatial positioning of the arm (4), and a resident dynamic control system, which keeps the structure stable, eliminating the need for foot pads on the vehicle (1). the arm (4) also has electric field sensors to detect the proximity of the power distribution line (28,31 and 34) which, together with the structure itself, which is covered with insulating material (5), ensure a high index of safety in operations and the possibility of pruning trees under conditions of restricted visibility, as is the case with night pruning. at night and under conditions where there is a legal restriction on the noise level, the equipment operates with batteries (3), which make up a hybrid power system

Description

“SISTEMA PARA PODA MECANIZADA EM ÁREA URBANA”“MECHANIZED PRUNING SYSTEM IN URBAN AREA”

Campo da Invenção [0001] A presente invenção se refere a um equipamento, instalado sobre um veículo urbano de carga, que efetua a poda urbana de árvores com maior facilidade e rapidez, dotado de sensores de campo elétrico que auxiliam a atividade em situações de galhos próximos às linhas de distribuição de energia elétrica; sistema de equilíbrio dinâmico que controla a estabilidade do veículo e; um sistema de baterias, que em conjunto ao motor diesel do caminhão, forma um sistema híbrido de alimentação da ferramenta de poda. A ferramenta é controlada sob o comando de um único operador que efetua manobras através de um controle remoto, em solo e com absoluta segurança.Field of Invention [0001] The present invention refers to equipment, installed on an urban cargo vehicle, that performs urban pruning of trees with greater ease and speed, equipped with electric field sensors that assist the activity in situations of branches close to the electricity distribution lines; dynamic balance system that controls the vehicle's stability and; a battery system, which together with the truck's diesel engine, forms a hybrid system for feeding the pruning tool. The tool is controlled under the command of a single operator that performs maneuvers through a remote control, on the ground and with absolute safety.

Antecedentes da Invenção [0002] Dentre os problemas associados à poda manual, encontram-se os seguintes:Background of the Invention [0002] Among the problems associated with manual pruning, are the following:

- risco à integridade física dos operadores - contato com a linha viva (rede energizada), queda do operador, arremesso involuntário, etc.- risk to the physical integrity of the operators - contact with the live line (energized network), fall of the operator, involuntary throwing, etc.

- corte indevido dos galhos - colocando em risco a saúde da árvore e/ou causando o desequilíbrio na distribuição do seu peso, podendo, com isto, fragilizar sua estrutura e abreviar sua queda e, consequentemente, o rompimento das linhas de energia.- improper cutting of the branches - putting the health of the tree at risk and / or causing an imbalance in the distribution of its weight, which may, thus, weaken its structure and shorten its fall and, consequently, the rupture of the power lines.

- qualidade dos serviços diretamente associada ao treinamento dos operadores e à aplicação dos procedimentos recomendados.- quality of services directly associated with the training of operators and the application of recommended procedures.

Petição 870180063447, de 23/07/2018, pág. 14/41Petition 870180063447, of 07/23/2018, p. 14/41

2/15 [0003] O pedido de Patente Brasileiro n° BR 10 20152/15 [0003] Brazilian Patent Application No. BR 10 2015

012722 7, publicado em 4 de julho de 2017, sob o título:012722 7, published on July 4, 2017, under the title:

“EQUIPAMENTO ROBOTIZADO TELECOMANDADO PARA PODA DE ÁRVORES JUNTO À REDE ELÉTRICA ENERGIZADA, em nome de INSTITUTO DE TECNOLOGIA PARA O DESENVOLVIMENTO - LACTEC e FEERGS FERRAMENTAS E EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS LTDA, refere-se a um equipamento robotizado telecomandado para poda de árvores junto à rede elétrica energizada que, de acordo com as suas características, propicia a formação de um equipamento robotizado telecomandado em estrutura do tipo eletromecânica disposta acoplada sobre um caminhão e baseada em um braço robótico com apoio, posicionador, manipulador e efetuador final, um coletor e um triturador. O equipamento descrito no documento BR 10 2015 012722 7 compreende sensores do tipo encoders incremental ou absoluto para identificação do posicionamento real de cada junta do braço robótico. O dito equipamento compreende, também, uma câmera disposta perpendicular e simetricamente na extremidade superior do manipulador. Diferentemente da presente invenção, este pedido de patente não utiliza um mecanismo de equilíbrio dinâmico, não possui sensores de campo elétrico para detecção de proximidade das linhas energizadas e não contém um sistema híbrido de fornecimento de energia para o circuito hidráulico do braço de poda.“ROBOTIZED EQUIPMENT, REMOTE CONTROL FOR TREE PRUNING NEXT TO THE ENERGIZED ELECTRICAL NETWORK, on behalf of INSTITUTE OF TECHNOLOGY FOR DEVELOPMENT - LACTEC and FEERGS TOOLS AND ELECTRICAL EQUIPMENT LTDA, refers to a robotized equipment remote controlled to the electrical network for pruning of the electrical network. which, according to its characteristics, provides the formation of a remote-controlled robotic equipment in an electromechanical type structure, mounted on a truck and based on a robotic arm with support, positioner, manipulator and final effector, a collector and a crusher. The equipment described in document BR 10 2015 012722 7 comprises sensors of the type incremental or absolute encoders to identify the actual positioning of each joint of the robotic arm. Said equipment also comprises a camera arranged perpendicularly and symmetrically at the upper end of the manipulator. Unlike the present invention, this patent application does not use a dynamic balancing mechanism, does not have electric field sensors for detecting the proximity of energized lines and does not contain a hybrid power supply system for the hydraulic circuit of the pruning arm.

[0004] O pedido de Patente Chinês n° CN 105830755 (A), publicado em 10 de agosto de 2016, sob o título: “DYNAMIC COUNTERWEIGHT DEVICE OF HIGH-BRANCH PRUNING MACHINE AND CONTROL METHOD FOR DYNAMIC COUNTERWEIGHT DEVICE, em nome de UNIV SHANDONG AGRICULTURAL se refere a um dispositivo[0004] Chinese Patent Application No. CN 105830755 (A), published on August 10, 2016, under the title: “DYNAMIC COUNTERWEIGHT DEVICE OF HIGH-BRANCH PRUNING MACHINE AND CONTROL METHOD FOR DYNAMIC COUNTERWEIGHT DEVICE, on behalf of UNIV SHANDONG AGRICULTURAL refers to a device

Petição 870180063447, de 23/07/2018, pág. 15/41Petition 870180063447, of 07/23/2018, p. 15/41

3/15 de contrapeso dinâmico de uma máquina de poda de galhos altos e a um método de controle para o dispositivo de contrapeso dinâmico. Contudo, o documento CN 105830755 utiliza patolas de apoio para suportar o peso das lanças. Além disso, este pedido de patente não utiliza um mecanismo de equilíbrio dinâmico, não possui sensores de campo elétrico para detecção de proximidade das linhas energizadas e não contém um sistema híbrido de alimentação do braço de poda.3/15 dynamic counterweight of a high branch pruning machine and a control method for the dynamic counterweight device. However, CN 105830755 uses support brackets to support the weight of the lances. In addition, this patent application does not use a dynamic balancing mechanism, does not have electric field sensors to detect the proximity of energized lines and does not contain a hybrid pruning arm feeding system.

[0005] O documento de patente US 6,990,770 B2, concedido em 31 de janeiro de 2006, por Terrel Steven J et al, descreve um aparelho preferivelmente acoplado a uma lança em um caminhão que pode simultaneamente cortar e tratar quimicamente árvores ou outra vegetação com um herbicida. O aparelho, além de ter um conjunto de lâmina de serra padrão com mordentes, inclui um conjunto pulverizador. Esta implementação do conceito de poda mecanizada é inadequada para podas de árvores em áreas urbanas, tendo em vista o caminhão de grande porte utilizado e a falta de articulação para contornar a linha. Além disso, ao contrário da presente invenção, não são utilizados sensores de campo elétrico ou sensores de proximidade nas lanças.[0005] US patent document 6,990,770 B2, issued on January 31, 2006, by Terrel Steven J et al, describes an apparatus preferably attached to a spear in a truck that can simultaneously cut and chemically treat trees or other vegetation with a herbicide. The device, in addition to having a standard saw blade set with jaws, includes a sprayer set. This implementation of the mechanized pruning concept is unsuitable for pruning trees in urban areas, in view of the large truck used and the lack of articulation to circumvent the line. In addition, unlike the present invention, electric field sensors or proximity sensors are not used on the booms.

Sumário da Invenção [0006] Existem grandes vantagens ao empregar um sistema de poda mecanizada, dentre elas destacam-se:Summary of the Invention [0006] There are great advantages when employing a mechanized pruning system, among which the following stand out:

aumento da produtividade no processo, pois reduz a quantidade de operários envolvidos e melhora a qualidade do serviço com a aplicação de procedimentos padrões que podem ser executados com menos interferência direta do homem;increased productivity in the process, as it reduces the number of workers involved and improves the quality of service with the application of standard procedures that can be performed with less direct interference from man;

minimização da exposição ao risco de acidentes;minimizing exposure to the risk of accidents;

Petição 870180063447, de 23/07/2018, pág. 16/41Petition 870180063447, of 07/23/2018, p. 16/41

4/15 redução de custos operacionais;4/15 reduction of operating costs;

melhoria na qualidade ambiental via padronização da poda (redução do número de reclamações de clientes da concessionária de energia); e corte de galhos próximos a linhas energizadas em períodos noturnos. Máquinas que realizam a poda de árvores de diversas maneiras, utilizando diferentes dispositivos cortantes (serra circular, moto serra, barra de corte e alicate) tanto em áreas urbanas como em regiões rurais, existem há muito tempo. Mas, dentre as máquinas atualmente disponíveis no mercado, nenhuma realiza adequadamente o corte de galhos contornando a rede elétrica, nem viabiliza a poda (segura) noturna.improvement in environmental quality through standardization of pruning (reduction in the number of complaints from customers of the energy concessionaire); and cutting branches close to energized lines at night. Machines that prune trees in different ways, using different cutting devices (circular saw, chain saw, cutting bar and pliers) in both urban and rural areas, have been around for a long time. However, among the machines currently available on the market, none adequately cuts branches bypassing the power grid, nor does it make nighttime (safe) pruning feasible.

[0007] A proposta deste pedido é de uma máquina para ser instalada na carroceria de um caminhão VUC (veículo urbano de carga), que realize a poda de árvores, atingindo a altura das redes primárias de distribuição de energia elétrica (Média tensão), sob o comando de um operador em solo. O equipamento proposto é capaz de contornar a rede elétrica, dispondo de recursos de detecção de campo elétrico que evitam a sua aproximação além dos limites de segurança, além de ter isolação elétrica intrínseca. Com estes recursos pode garantir uma operação segura e ainda viabilizar a poda em período noturno. O equipamento dispõe também de câmeras instaladas no braço articulado, as quais permitem a ampla visualização da rede nas vizinhanças da parte superior do braço articulado, onde se encontram as ferramentas de corte.[0007] The proposal for this order is for a machine to be installed on the body of a VUC truck (urban cargo vehicle), which performs the pruning of trees, reaching the height of the primary electricity distribution networks (Medium voltage), under the command of an operator on the ground. The proposed equipment is capable of bypassing the electrical network, having features of detection of electric field that prevent its approach beyond the safety limits, in addition to having intrinsic electrical insulation. With these resources you can guarantee safe operation and still make pruning possible at night. The equipment also has cameras installed on the articulated arm, which allow a wide view of the network in the vicinity of the upper part of the articulated arm, where the cutting tools are located.

[0008] Os sensores de campo elétrico de corrente alternada (AC) instalados neste equipamento não são[0008] The alternating current (AC) electric field sensors installed in this equipment are not

Petição 870180063447, de 23/07/2018, pág. 17/41Petition 870180063447, of 07/23/2018, p. 17/41

5/15 encontrados em nenhum outro sistema mecanizado de poda, e sinalizam ao operador quando o braço articulado ultrapassa o limite de segurança em que este deve operar, detectando de forma ininterrupta quais são as intensidades do campo elétrico nas posições em que estes se encontram. Esta sinalização é feita mostrando ao operador, na tela que o mesmo dispõe em solo para comandar a máquina, quais são a direção e a intensidade relativa de onde o campo elétrico é mais intenso na posição em que se encontra cada sensor. Em sua implementação preferida, porém não única, o sensor de campo elétrico usado é do tipo “corpo livre”, contendo três pares de eletrodos paralelos ortogonais entre si. Os sinais produzidos pelo campo elétrico nos três pares de eletrodos informam quais são as intensidades das suas componentes cartesianas. Desse modo, o vetor a que correspondem estas componentes tem origem no sensor e aponta a direção e o sentido de onde o campo elétrico é mais intenso.5/15 found in no other mechanized pruning system, and signal the operator when the articulated arm exceeds the safety limit in which it must operate, detecting in an uninterrupted way what are the intensities of the electric field in the positions in which they are. This signaling is done showing the operator, on the screen that he has on the ground to control the machine, which are the direction and the relative intensity of where the electric field is most intense in the position where each sensor is. In its preferred implementation, but not the only one, the electric field sensor used is of the “free body” type, containing three pairs of parallel electrodes orthogonal to each other. The signals produced by the electric field in the three pairs of electrodes inform the intensities of their Cartesian components. In this way, the vector to which these components correspond originates from the sensor and points out the direction and direction from which the electric field is most intense.

[0009] O equipamento proposto tem uma estrutura compacta, graças ao uso de metais de alta resistência mecânica e, quando em operação, através do uso de um mecanismo de equilíbrio dinâmico, dispensa o uso dos apoios laterais (patolas), normalmente usadas nos caminhões que possuem em sua carroceria estruturas que se projetam verticalmente e a grandes alturas.[0009] The proposed equipment has a compact structure, thanks to the use of metals with high mechanical resistance and, when in operation, through the use of a dynamic balance mechanism, it does not require the use of side supports (legs), normally used on trucks that have in their body structures that project vertically and at great heights.

[0010] Em operação, o braço é manobrado para agarrar um galho, cortá-lo com a ferramenta selecionada e trazê-lo para o solo ou para um triturador ou reservatório rebocado pelo caminhão de poda. No instante em que o galho é cortado, todo o seu peso passa a ser suportado pelo braço, causando[0010] In operation, the arm is maneuvered to grab a branch, cut it with the selected tool and bring it to the ground or to a crusher or reservoir towed by the pruning truck. The moment the branch is cut, all of its weight is supported by the arm, causing

Petição 870180063447, de 23/07/2018, pág. 18/41Petition 870180063447, of 07/23/2018, p. 18/41

6/15 com isso um movimento indesejável desta estrutura, cuja amplitude depende do seu próprio posicionamento e do peso do galho. As consequências desta movimentação podem ser bastante graves, tendo em vista a proximidade da fiação. Esta simples característica do funcionamento do braço se estabelece por ser um importante problema de controle, cuja solução é um dos requisitos cruciais propostos pela presente invenção.6/15 with this an undesirable movement of this structure, whose amplitude depends on its own position and the weight of the branch. The consequences of this movement can be quite serious, given the proximity of the wiring. This simple characteristic of the functioning of the arm is established because it is an important control problem, whose solution is one of the crucial requirements proposed by the present invention.

[0011] Quando não controlada, a amplitude da oscilação causada por esta perturbação de movimento pode fazer com que algum seguimento do braço toque a linha viva, ou mesmo que o galho podado provoque um curto entre fases da linha viva ou entre fases e corpos localizados ao redor do braço, causando surtos na rede elétrica. Em consequência disso, os sistemas de proteção entram em ação desligando a alimentação da rede afetada, deixando a área momentaneamente sem o fornecimento de energia elétrica, o que causa desconforto ao usuário da rede e, muitas vezes, prejuízos à companhia de distribuição de energia.[0011] When not controlled, the amplitude of the oscillation caused by this movement disturbance can cause some segment of the arm to touch the live line, or even that the pruned branch causes a short between phases of the live line or between phases and bodies located around the arm, causing surges in the electrical network. As a result, protection systems take action by turning off the power to the affected network, leaving the area momentarily without the supply of electricity, which causes discomfort to the network user and, often, damage to the power distribution company.

[0012] O equipamento de poda mecanizada da presente invenção é constituído de um implemento composto por um braço mecânico articulado e telescópico instalado na carroceria de um VUC, comandado através de um controle remoto pelo operador em solo, dispondo de três ferramentas de corte (motosserras e tesoura hidráulica) cambiáveis, de uma garra para segurar e mover o galho cortado e câmeras que permitem ao operador remoto visualizar o corte dos galhos. Por meio de sensores instalados nas articulações, que informam continuamente o posicionamento espacial do braço, e de um sistema residente[0012] The mechanized pruning equipment of the present invention consists of an implement consisting of an articulated and telescopic mechanical arm installed in the body of a VUC, controlled by a remote control by the operator on the ground, with three cutting tools (chainsaws) and hydraulic scissors) exchangeable, with a claw to hold and move the cut branch and cameras that allow the remote operator to view the cut of the branches. Through sensors installed in the joints, which continuously inform the spatial positioning of the arm, and through a resident system

Petição 870180063447, de 23/07/2018, pág. 19/41Petition 870180063447, of 07/23/2018, p. 19/41

7/15 de controle dinâmico, a estrutura se mantém estável, dispensando o uso de patolas no veículo. O braço dispõe de sensores de proximidade da linha de distribuição de energia que, aliados à própria estrutura que é revestida de material isolante, asseguram um alto índice de segurança nas operações e a possibilidade de realizar a poda de árvores em condições de visibilidade restrita, como é o caso da poda noturna. No período noturno e em condições onde haja restrição legal ao nível de ruído, o equipamento pode operar com baterias. Breve Descrição dos Desenhos [0013] Os objetivos e vantagens do presente modelo de utilidade se tornarão mais claros através da descrição detalhada de uma concretização preferida, mas não limitativa, tendo em vista as figuras anexas, em que:7/15 dynamic control, the structure remains stable, eliminating the use of foot pads on the vehicle. The arm has proximity sensors of the energy distribution line that, together with the structure itself, which is coated with insulating material, ensure a high level of safety in operations and the possibility of pruning trees in conditions of restricted visibility, such as it is the case of night pruning. At night and in conditions where there is a legal restriction on noise level, the equipment can operate with batteries. Brief Description of the Drawings [0013] The objectives and advantages of the present utility model will become clearer through the detailed description of a preferred, but not limiting, embodiment, in view of the attached figures, in which:

A FIGURA 1 apresenta uma visão geral do equipamento de poda e seus elementos principais;FIGURE 1 presents an overview of the pruning equipment and its main elements;

A FIGURA THE FIGURE 2 apresenta 2 features o equipamento the equipment com with o braço the arm recolhido; collected; A FIGURA 3 FIGURE 3 apresenta a presents the ferramenta de tool of corte cut “alicate "pliers hidráulico; hydraulic; A FIGURA 4 FIGURE 4 apresenta as presents the ferramentas de tools corte cut “sabres Sabers

de diferentes dimensões;of different dimensions;

A FIGURA 5 apresenta a ferramenta “garra hidráulica;FIGURE 5 shows the tool “hydraulic claw;

A FIGURA 6 apresenta a distribuição das juntas prismáticas e rotativas do equipamento;FIGURE 6 shows the distribution of the equipment's prismatic and rotating joints;

A FIGURA 7 apresenta os movimentos de giro da base do equipamento;FIGURE 7 shows the turning movements of the equipment base;

A FIGURA 8 apresenta os movimentos de giro do jib;FIGURE 8 shows the turning movements of the jib;

A FIGURA 9 apresenta o detalhe da instalação do contrapeso;FIGURE 9 shows the detail of the installation of the counterweight;

Petição 870180063447, de 23/07/2018, pág. 20/41Petition 870180063447, of 07/23/2018, p. 20/41

8/158/15

A FIGURA 10 apresenta uma visão geral dos componentes do sistema de operação e controle do equipamento;FIGURE 10 presents an overview of the components of the equipment's operation and control system;

A FIGURA 11 apresenta a distribuição dos sensores instalados no equipamento;FIGURE 11 shows the distribution of sensors installed in the equipment;

A FIGURA 12 apresenta um diagrama esquemático da malha de controle do braço;FIGURE 12 shows a schematic diagram of the control arm of the arm;

A FIGURA 13 apresenta um diagrama esquemático do sistema híbrido; eFIGURE 13 shows a schematic diagram of the hybrid system; and

A FIGURA 14 mostra uma ilustração de uso do equipamento de poda mecanizada.FIGURE 14 shows an illustration of the use of mechanized pruning equipment.

Descrição Detalhada da Invenção [0014] O equipamento proposto é constituído de um braço mecânico articulado e telescópico (4) para ser instalado na carroceria de um caminhão VUC (1). Na Figura 1 apresenta-se o equipamento montado sobre o caminhão (1), com a indicação de cada elemento que o compõe. A Figura 2 apresenta o equipamento com o braço (4) recolhido. O equipamento dispõe de três ferramentas de corte cambiáveis (6): alicate hidráulico (6.a), sabres de diferentes dimensões (6.b), além de uma garra (6.c) para segurar e mover o galho cortado. O equipamento dispõe ainda de câmeras de visão diurna e noturna que permitem ao operador remoto visualizar o entorno da zona de trabalho das ferramentas (6) e o corte dos galhos.Detailed Description of the Invention [0014] The proposed equipment consists of an articulated and telescopic mechanical arm (4) to be installed in the body of a VUC truck (1). Figure 1 shows the equipment mounted on the truck (1), with the indication of each element that composes it. Figure 2 shows the equipment with the arm (4) retracted. The equipment has three exchangeable cutting tools (6): hydraulic pliers (6.a), sabers of different dimensions (6.b), as well as a claw (6.c) to hold and move the cut branch. The equipment also has day and night vision cameras that allow the remote operator to view the surroundings of the tools working area (6) and the cut of branches.

[0015] O equipamento possui três juntas prismáticas (9,11 e 14) e sete juntas rotativas (7,8,10,12,13,15 e 16), sendo que das sete juntas rotativas três utilizam sistema de coroa e rosca sem fim (7,12 e 13) e duas são compostas por atuadores rotativos de rosca helicoidal (15 e 16). As dez[0015] The equipment has three prismatic joints (9,11 and 14) and seven rotating joints (7,8,10,12,13,15 and 16), of which seven of the rotating joints use a crown and thread system without end (7.12 and 13) and two consist of rotary helical thread actuators (15 and 16). At ten

Petição 870180063447, de 23/07/2018, pág. 21/41Petition 870180063447, of 07/23/2018, p. 21/41

9/15 juntas distribuídas ao longo do braço (vide Figura 6) dão ao equipamento uma facilidade de manobra que facilita o acesso da ferramenta de poda (6) à área de trabalho. As juntas mais próximas da ferramenta de poda (6) permitem movimentos mais precisos e sem a necessidade de movimentar vários segmentos do braço (5) para se atingir o alvo da poda.9/15 joints distributed along the arm (see Figure 6) give the equipment an easy maneuver that facilitates the access of the pruning tool (6) to the work area. The joints closest to the pruning tool (6) allow for more precise movements and without the need to move several arm segments (5) to reach the pruning target.

[0016] A facilidade de manobra da ferramenta é também determinada pela adoção de atuadores rotativos de rosca sem fim e helicoidal, que possibilitam uma solução muito mais compacta e com torque e precisão adequados, quando comparado com a solução motor e redutor.[0016] The tool's maneuverability is also determined by the adoption of helical and helical rotary actuators, which enable a much more compact solution with adequate torque and precision, when compared to the motor and reducer solution.

[0017] As Figuras 7 e 8 apresentam os movimentos de giro da base do equipamento (17) e do jib (18), respectivamente.[0017] Figures 7 and 8 show the turning movements of the equipment base (17) and jib (18), respectively.

[0018] A Figura 9 apresenta o detalhe da instalação do contrapeso (2) do equipamento e a Figura 10 apresenta um desenho esquemático dos componentes do sistema de operação e controle do equipamento.[0018] Figure 9 shows the detail of the installation of the counterweight (2) of the equipment and Figure 10 presents a schematic drawing of the components of the equipment's operation and control system.

[0019] O sistema de equilíbrio dinâmico embarcado é composto por:[0019] The on-board dynamic balance system consists of:

a. Sensores (19 ao 36) instalados nas articulações e base do equipamento, informando continuamente o posicionamento espacial do braço (4) e a inclinação da base (17). A Figura 11 apresenta a distribuição dos sensores instalados no equipamento;The. Sensors (19 to 36) installed in the joints and base of the equipment, continuously informing the spatial positioning of the arm (4) and the inclination of the base (17). Figure 11 shows the distribution of the sensors installed in the equipment;

b. Atuador equipado com um sistema de contrapeso (2) com movimentação em duas direções;B. Actuator equipped with a counterweight system (2) with movement in two directions;

c. Software residente com algoritmo de controle dinâmico que calcula a movimentação necessária do contrapesoç. Resident software with dynamic control algorithm that calculates the necessary counterweight movement

Petição 870180063447, de 23/07/2018, pág. 22/41Petition 870180063447, of 07/23/2018, p. 22/41

10/15 (2) para manter estável o centro de gravidade do equipamento, dispensando assim o uso de patolas no veículo.10/15 (2) to keep the equipment's center of gravity stable, thus eliminating the use of foot pads on the vehicle.

[0020] O braço (4) dispõe também de câmeras e de sensores de campo elétrico (28,31 e 34) para a detecção de proximidade da linha de distribuição de energia, que aliados à própria estrutura que é revestida de material isolante (5), asseguram um alto índice de segurança nas operações e a possibilidade de realizar a poda de árvores em condições de visibilidade restrita, como é o caso da poda noturna.[0020] The arm (4) also has cameras and electric field sensors (28,31 and 34) for the proximity detection of the power distribution line, which, together with the structure itself, which is coated with insulating material (5 ), ensure a high level of safety in operations and the possibility of pruning trees under conditions of restricted visibility, as is the case of night pruning.

[0021] No período noturno e em condições onde haja restrição legal ao nível de ruído, o equipamento opera com baterias (3), que compõem um sistema híbrido de alimentação. SISTEMA DE CONTROLE DE MOVIMENTAÇÃO [0022] O sistema de controle de movimentação implementado compreende dois tipos de controle: O primeiro, já consolidado e mais comum nos braços hidráulicos de poda, é o método de controle junta a junta. Nesse método o operador tem autonomia para movimentação das juntas uma a uma sem que elas interfiram na movimentação uma da outra.[0021] At night and under conditions where there is a legal restriction on the noise level, the equipment operates with batteries (3), which make up a hybrid power system. MOVEMENT CONTROL SYSTEM [0022] The implemented motion control system comprises two types of control: The first, already consolidated and most common in hydraulic pruning arms, is the joint-to-joint control method. In this method, the operator has autonomy to move the joints one by one without interfering with each other's movements.

[0023] O segundo método desenvolvido para movimentação do braço é o método de controle utilizando um controlador tipo “Computed Torque Control” (CTC). O CTC ou Controle de Torque Computadorizado” faz o controle do posicionamento do braço com base no monitoramento do torque de cada junta. É importante salientar que o diferencial dessa arquitetura de controle é o cálculo do torque junta a junta em tempo real, dando velocidade e flexibilidade à planta a ser controlada.[0023] The second method developed for arm movement is the control method using a “Computed Torque Control” (CTC) controller. The CTC or Computerized Torque Control ”controls the positioning of the arm based on monitoring the torque of each joint. It is important to note that the differential of this control architecture is the calculation of the torque joint to joint in real time, giving speed and flexibility to the plant to be controlled.

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11/15 [0024] Os métodos de controle obedecerão às regras de segurança e estarão cercados de intertravamentos os quais impedem o operador de encostar o braço robótico nas linhas vivas de distribuição ou, até mesmo, de negligenciar a capacidade máxima de extensão do braço, deixando todo o sistema vulnerável à possível falha mecânica.11/15 [0024] The control methods will obey the safety rules and will be surrounded by interlocks which prevent the operator from touching the robotic arm in the live distribution lines or, even, from neglecting the maximum arm extension capacity, leaving the entire system vulnerable to possible mechanical failure.

[0025] No modo junta a junta, o controle proporcional derivativo foi utilizado para garantir a dinâmica de deslocamento requerida.[0025] In joint-to-joint mode, the derivative proportional control was used to guarantee the required displacement dynamics.

[0026] Como ilustrado na Figura 12, o controlador foi inserido em uma malha de controle composta por um comparador, planta (sistema de poda) e um ganho de malha fechada, o qual garante o balanço de grandezas entre a resposta medida pelos sensores de posição e o setpoint, assegurando o cálculo do erro atuante de maneira coerente.[0026] As illustrated in Figure 12, the controller was inserted in a control loop composed of a comparator, plant (pruning system) and a closed loop gain, which guarantees the balance of quantities between the response measured by the sensors. position and setpoint, ensuring the calculation of the error acting in a coherent way.

[0027] O controlador está submetido às regras de movimentação em função das limitações da planta, como angulação máxima permitida, distância mínima da linha viva, que é função da umidade do ar, dinâmica do caminhão e velocidades máximas de movimentação.[0027] The controller is subject to the movement rules depending on the plant's limitations, such as maximum allowed angulation, minimum distance from the live line, which is a function of air humidity, truck dynamics and maximum movement speeds.

[0028] Além do controle de movimentação junta a junta do braço, o mesmo possui sistemas embarcados capazes de realizar movimentações autônomas a partir de comandos préprogramados.[0028] In addition to movement control joint to arm joint, it has embedded systems capable of performing autonomous movements from pre-programmed commands.

Funções autônomas de recolhimento e expansão do braço [0029] A presente invenção fornece ainda a oportunidade de ganho de produtividade da operação com a implementação das funções de recolhimento e expansão do braço (4) de maneira automática, já que as mesmas exigem umAutonomous functions of retracting and expanding the arm [0029] The present invention also provides the opportunity to gain productivity of the operation by implementing the functions of retracting and expanding the arm (4) automatically, since they require a

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12/15 posicionamento fino de cada junta do braço (7 a 16) . Toda a movimentação autônoma pode ser deterministicamente interrompida desabilitando a mesma, acionando o botão de emergência ou acionando o sistema “homem morto”.12/15 fine positioning of each arm joint (7 to 16). All autonomous movement can be deterministically interrupted by disabling it, pressing the emergency button or activating the “dead man” system.

[0030] Assim, são adicionados comparadores ao sistema, que verificam a todo instante a posição atual do sistema e a comparam com um offset de uma posição predefinida, que permitiria o seguro recolhimento automático do braço (4). Em seguida, a Interface Homem Máquina adverte o operador da possibilidade de recolhimento automático. Caso seja de desejo do operador recolher o braço (4), ele aciona o switch de recolhimento automático. Assim que o controle de posição é acionado, a posição atual de cada junta é armazenada em um vetor que alimenta um programa capaz de calcular a melhor rota possível para recolhimento do braço (4) até à “Posição Zero” conhecida (Braço recolhido).[0030] Thus, comparators are added to the system, which check the current position of the system at all times and compare it with an offset from a predefined position, which would allow safe automatic retraction of the arm (4). Then, the operator terminal warns the operator of the possibility of automatic retraction. If the operator wishes to retract the arm (4), he activates the automatic retraction switch. As soon as the position control is activated, the current position of each joint is stored in a vector that feeds a program capable of calculating the best possible route for retracting the arm (4) to the known “Zero Position” (arm retracted).

[0031] A função de expansão do braço (4) para uma posição predefinida também foi implementada. Antes de iniciar o posicionamento do braço (4), o operador pressiona o switch de abertura automática e o programa, com conhecimento das posições inicial e final, levam o braço (4) através do trajeto ótimo da “Posição Zero” à “Posição Final”. SISTEMA DE EQUILÍBRIO DINÂMICO [0032] O sistema de controle do equilíbrio dinâmico é composto por dois subsistemas:[0031] The function of expanding the arm (4) to a predefined position has also been implemented. Before starting the positioning of the arm (4), the operator presses the automatic opening switch and the program, with knowledge of the initial and final positions, takes the arm (4) through the optimal path from “Zero Position” to “Final Position ”. DYNAMIC BALANCE SYSTEM [0032] The dynamic balance control system consists of two subsystems:

a. Sistema de controle do equilíbrio de todo o conjunto de poda;The. Balance control system for the entire pruning set;

b. Sistema de controle de estabilidade da lança e braço (4).B. Boom and stick stability control system (4).

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13/15 [0033] O controle de equilíbrio do conjunto de poda é proporcionado pela movimentação do contrapeso (2) fixado ao braço de poda (4) em função dos dados obtidos no sensoriamento da inclinação da base do equipamento (17) e do posicionamento do braço de poda (4).13/15 [0033] The pruning set balance control is provided by the movement of the counterweight (2) attached to the pruning arm (4) according to the data obtained in the sensing of the inclination of the base of the equipment (17) and the positioning the pruning arm (4).

[0034] Este controle permite que a operação de poda seja efetuada sem a necessidade de utilização das patolas do caminhão (1), resultando em maior produtividade, com a mesma segurança.[0034] This control allows the pruning operation to be carried out without the need to use the truck legs (1), resulting in greater productivity, with the same safety.

[0035] O sistema de controle de estabilidade da lança e braço (4) foi desenvolvido com um controlador PID que visa reduzir a amplitude da movimentação que sofre a extremidade solta do braço de poda (4) nos instantes em que um galho, seguro por uma garra (6.c) do braço (4), é cortado.[0035] The boom and arm stability control system (4) was developed with a PID controller that aims to reduce the amplitude of the movement that the loose end of the pruning arm (4) undergoes in the moments when a branch, held by a claw (6.c) of the arm (4), is cut.

[0036] Resultados de simulações mostram que o controlador reduz em até 74% a amplitude da movimentação da extremidade do braço (4), em relação à atuação do braço (4) sem o controlador. Desse modo, o sistema torna mais segura a operação de poda, impedindo o toque do braço (4) na fiação aérea.[0036] Simulation results show that the controller reduces the amplitude of movement of the arm end (4) by up to 74%, in relation to the action of the arm (4) without the controller. In this way, the system makes the pruning operation safer, preventing the arm (4) from touching the aerial wiring.

[0037] O grande desafio do sistema de estabilidade é assegurar que o atuador responsável pela movimentação da lança na vertical responda mais rápido do que a perturbação do sistema, garantindo que a interação da oscilação não seja construtiva ou ocupe a frequência de algum harmônico do sistema. Para tal, o sistema foi modelado em ambiente computacional, sendo possível o projeto e dimensionamento de todos os componentes do sistema de controle.[0037] The great challenge of the stability system is to ensure that the actuator responsible for the vertical movement of the boom responds faster than the system disturbance, ensuring that the oscillation interaction is not constructive or occupies the frequency of any system harmonic. . For this, the system was modeled in a computational environment, making it possible to design and dimension all the components of the control system.

SISTEMA HÍBRIDO DE ALIMENTAÇÃO DO BRAÇO DE PODAHYBRID PRUNING ARM POWER SUPPLY SYSTEM

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14/15 [0038] Com o objetivo de aumentar a produtividade dos operadores e flexibilizar o processo de poda de árvores, uma das principais funcionalidades implementadas é a possibilidade de operação noturna com nível de ruído reduzido.14/15 [0038] With the objective of increasing operator productivity and making the tree pruning process more flexible, one of the main functionalities implemented is the possibility of night operation with reduced noise level.

[0039] A maior preocupação com relação à poda realizada fora do horário comercial é proveniente do ruído gerado pelo motor do caminhão (1), o qual pode incomodar e gerar reclamação da população em torno do local onde deve ser realizada a poda.[0039] The biggest concern with pruning performed outside business hours is due to the noise generated by the truck's engine (1), which can disturb and generate complaints from the population around the place where pruning should be carried out.

[0040] Com o intuito de viabilizar a poda noturna, foi idealizado um sistema de acionamento via pack de baterias (3) para suprir as necessidades do equipamento de poda com o caminhão (1) desligado, ou seja, sem a energia diretamente provida pelo motor à combustão do veículo (1), minimizando o ruído e distúrbios decorrentes.[0040] In order to make night pruning feasible, a drive system via battery pack (3) was devised to meet the pruning equipment needs with the truck (1) off, that is, without the energy directly provided by the vehicle's combustion engine (1), minimizing noise and resulting disturbances.

[0041] Como pode ser observado na figura 13, o sistema hibrido é composto por:[0041] As can be seen in figure 13, the hybrid system is composed of:

a. Um motor elétrico acoplado ao motor a combustão do caminhão (1), o qual é responsável pela geração de energia;The. An electric motor coupled to the truck's combustion engine (1), which is responsible for generating energy;

b. Um drive que atua na quantidade de energia gerada pelo motor;B. A drive that acts on the amount of energy generated by the motor;

c. Um pack de baterias (3) de íons de lítio que armazena a energia para futura utilização no sistema;ç. A lithium-ion battery pack (3) that stores energy for future use in the system;

d. Um BMS (Battery Management System) para controle e supervisão da carga e descarga da bateria (3), se comunicando diretamente com o drive do motor gerador;d. A BMS (Battery Management System) for control and supervision of battery charge and discharge (3), communicating directly with the generator motor drive;

e. Um drive e motor para gerenciamento da potência da bomba hidráulica;and. A drive and motor to manage the power of the hydraulic pump;

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15/1515/15

f. Uma bomba hidráulica para funcionamento do sistemaf. A hydraulic pump for system operation

hidráulico; hydraulic; g. Um g. a software de software supervisão e acionamento supervision and activation do of conjunto. set. [0042] [0042] A autonomia Autonomy de funcionamento com o operating with the sistema system híbrido de hybrid of alimentação é power is função do tamanho do function of the size of the pack pack de in baterias de batteries of íons de lítio lithium ions 3). 3). SENSORES DE SENSORS OF CAMPO ELÉTRICO ELECTRIC FIELD [0043] [0043] O sensor de The sensor campo elétrico (28,31 e electric field (28.31 and 34) 34) tem has

por objetivo sinalizar ao operador quando o braço articulado (4) ultrapassa o limite de segurança em que este deve operar;for the purpose of signaling to the operator when the articulated arm (4) exceeds the safety limit in which it must operate;

[0044] Este sensor detecta de forma ininterrupta a intensidade do campo elétrico nas proximidades do mesmo, e também a direção de crescimento do campo elétrico de maior intensidade;[0044] This sensor detects uninterruptedly the intensity of the electric field in its vicinity, and also the direction of growth of the electric field of greater intensity;

[0045] A intensidade do campo e o sentido de crescimento do mesmo são mostrados, ao operador do equipamento de poda, na tela do rádio controle operado remotamente no solo;[0045] The intensity of the field and the direction of its growth are shown, to the operator of the pruning equipment, on the radio control screen operated remotely on the ground;

[0046] Em sua implementação preferida, porém não única, o sensor de campo elétrico usado é do tipo “corpo livre”, contendo três pares de eletrodos paralelos ortogonais entre si. Os sinais produzidos pelo campo elétrico nos três pares de eletrodos informam quais são as intensidades das suas componentes cartesianas. Desse modo, o vetor a que correspondem estas componentes tem origem no sensor e aponta a direção e o sentido de onde o campo elétrico é mais intenso.[0046] In its preferred implementation, but not the only one, the electric field sensor used is of the “free body” type, containing three pairs of parallel electrodes orthogonal to each other. The signals produced by the electric field in the three pairs of electrodes inform the intensities of their Cartesian components. In this way, the vector to which these components correspond originates from the sensor and points out the direction and direction from which the electric field is most intense.

Claims (2)

REIVINDICAÇÃOCLAIM 1. Sistema para poda mecanizada em área urbana, comandado por um operador remoto, constituído por um braço de poda hidráulico articulado telescópico (4) revestido de material isolante (5) contendo régua potenciométrica (24) e encoders (23,25,29,32 e 33) dispondo de ferramentas de corte cambiáveis (6), uma garra (6.c) e câmeras em sua extremidade superior, caracterizado pelo fato de que compreende:1. Mechanized pruning system in an urban area, controlled by a remote operator, consisting of a telescopic articulated hydraulic pruning arm (4) coated with insulating material (5) containing a potentiometric ruler (24) and encoders (23,25,29, 32 and 33) having exchangeable cutting tools (6), a claw (6.c) and cameras at its upper end, characterized by the fact that it comprises: um sistema de controle de movimentação do braço hidráulico (4) constituído por um controle do tipo junta a junta e um controlador em que a expansão e o recolhimento do braço de poda (4) de forma autônoma são acionados por um operador através de uma Interface Homem Máquina, na qual o controle de posição é acionado, a posição atual de cada junta é armazenada em um vetor que alimenta um programa capaz de calcular a melhor rota possível para expansão/recolhimento do braço (4);a movement control system of the hydraulic arm (4) consisting of a joint-to-joint control and a controller in which the expansion and retraction of the pruning arm (4) are autonomously triggered by an operator through an interface Man Machine, in which the position control is activated, the current position of each joint is stored in a vector that feeds a program capable of calculating the best possible route for expansion / retraction of the arm (4); um sistema de controle do equilíbrio dinâmico composto por um subsistema de controle de equilíbrio de todo o conjunto de poda pela movimentação de um contrapeso (2) fixado ao braço de poda (4) em função de dados obtidos a partir do sensoriamento da inclinação (26) da base do equipamento (17) e do posicionamento do braço de poda (4), e um sistema de controle de estabilidade da lança e braço (4) que compreende um controlador PID responsivo ao sobrepeso detectado por meio de sensores (36) causado por um galho seguro por uma garra (6.c) disposta na extremidade do braço de poda (4);a dynamic balance control system composed of a balance control subsystem of the entire pruning set by moving a counterweight (2) attached to the pruning arm (4) according to data obtained from the inclination sensing (26 ) of the base of the equipment (17) and the positioning of the pruning arm (4), and a stability control system of the boom and arm (4) that comprises a PID controller responsive to the overweight detected by sensors (36) caused by a branch held by a claw (6.c) arranged at the end of the pruning arm (4); Petição 870180063447, de 23/07/2018, pág. 29/41Petition 870180063447, of 07/23/2018, p. 29/41 2/2 um sistema híbrido de alimentação do braço de poda composto por um pack de baterias (3) ligado a um sistema de gerenciamento de baterias e a um conjunto de acionamento elétrico do sistema hidráulico; e sensores de campo elétrico (28,31 e 34) orientados nas direções dos três eixos cartesianos ligado ao sistema de controle de movimentação do braço de poda (4).2/2 a hybrid pruning arm feeding system consisting of a battery pack (3) connected to a battery management system and to an electric drive set for the hydraulic system; and electric field sensors (28,31 and 34) oriented in the directions of the three Cartesian axes connected to the pruning arm movement control system (4).
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