IT201800004275A1 - Sistema robotizzato per il taglio di piante d'alto fusto - Google Patents

Description

SISTEMA ROBOTIZZATO PER IL TAGLIO DI PIANTE D’ALTO FUSTO

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE

La presente invenzione si inserisce nel settore tecnico delle attrezzature per il taglio dei rami e degli alberi.

L’abbattimento degli alberi, o di parte dei loro rami, per operazioni di potatura oppure per ricavarne legna, sia da ardere che da costruzione, è stato un lavoro effettuato, per molti degli anni passati, con strumenti totalmente manuali, quali accette e seghe.

Oggigiorno, la maggior parte di tali operazioni sono compiute con l’ausilio di motoseghe, che riducono molto lo sforzo fisico degli operatori, o boscaioli come comunemente chiamati.

In ogni caso, abbattere un albero, in bosco od altrove, è tuttora una manovra ad elevato rischio, soprattutto se si tratta di una pianta ad alto fusto, perché si deve pianificare prima dove si vuole che avvenga la caduta, e occorre parecchia esperienza per capire come realizzare il taglio del tronco, affinché la direzione di caduta sia rispettata secondo il piano.

Purtroppo la cronaca registra periodicamente incidenti anche gravi, causati da alberi la cui traiettoria di caduta non ha seguito il percorso prestabilito.

Inoltre, il taglio dei rami resta un lavoro da fare successivamente all’abbattimento, con la pianta a terra, e se effettuato nel bosco può risultare disagevole.

Scopo della presente invenzione è perciò quello di proporre un sistema robotizzato per il taglio di piante d’alto fusto che permetta di attuare le operazioni di recisione dei rami, ed almeno una parziale sezionatura del tronco, evitando che l’attrezzo di taglio sia brandeggiato direttamente da un operatore, ma permettendo a quest’ultimo di stare a debita distanza, in condizione di sicurezza.

Un altro scopo dell’invenzione è quello di realizzare un sistema robotizzato che possa essere agganciato stabilmente al tronco dell’albero da lavorare, così da consentire le lavorazioni nel bosco ed anche in condizioni di terreno in pendenza.

Ancora uno scopo dell’invenzione prevede che il sistema possa essere dotato di organi in grado di farlo salire e scendere lungo il tronco dell’albero, mantenendo comunque un aggancio sicuro.

Un ulteriore scopo dell’invenzione consiste nel realizzare un sistema che possa essere dotato di organi in grado di farlo ruotare rispetto al tronco, almeno per piccoli angoli.

Ancora un altro scopo dell’invenzione è quello di utilizzare, per gli azionamenti del sistema, organi di potenza che risultino il più possibile leggeri e compatti.

Un altro ulteriore scopo dell’invenzione prevede di poter utilizzare comandi a distanza, per manovrare il sistema, senza cavi di collegamento.

Uno scopo dell’invenzione ulteriormente prestabilito è quello di realizzare un sistema nel quale una parte delle manovre operative siano eseguite in automatico, secondo un programma software gestito da un’unità elettronica di elaborazione.

Questi ed altri scopi sono pienamente raggiunti mediante un sistema robotizzato per il taglio di piante d’alto fusto comprendente:

-� un gruppo di aggancio, nel quale sono previsti organi di presa destinati ad impegnare, in una loro posizione operativa, il tronco di una delle citate piante d’alto fusto, circoscrivendolo per una porzione superiore alla metà della sua circonferenza;

-� un braccio robotico, associato a detto gruppo di aggancio e costituito da sezioni consecutive mutuamente articolate mediante organi di snodo ad assi motorizzati controllati;

-� almeno una testa di taglio, portata da detto braccio robotico e posizionabile con assetti prestabiliti, per recidere rami estesi dal citato tronco ovvero per operare direttamente su quest’ultimo, secondo linee trasversali di taglio prestabilite, disposte superiormente rispetto a detto gruppo di aggancio;

-� un’unità elettronica per il comando ed il controllo degli azionamenti di detti gruppo di aggancio, braccio robotico e almeno una testa di taglio, secondo programmi preimpostati oppure impressi manualmente da un operatore mediante organi di interfaccia. Le caratteristiche dell’invenzione in oggetto risulteranno evidenti dalla seguente descrizione di preferite forme di realizzazione del sistema robotizzato per il taglio di piante d’alto fusto in oggetto, in accordo con quanto proposto nelle rivendicazioni e con l’ausilio delle allegate tavole di disegno, nelle quali:

-� la Fig. 1 illustra, in vista prospettica schematica, una preferita forma di realizzazione del sistema robotizzato in oggetto;

-� le Figg. 2 e 3 illustrano, schematicamente, due condizioni tipiche di lavoro su un albero del sistema robotizzato di Fig.1;

-� le Figg. da 4 a 7 illustrano le fasi con cui il sistema robotizzato può risalire lungo il tronco dell’albero.

Nelle sopraelencate figure è stato indicato con il riferimento 1 il sistema robotizzato oggetto dell’invenzione, nel suo complesso.

Il sistema robotizzato 1 è previsto per essere agganciato al tronco T di un albero o pianta A ad alto fusto, per potere tagliarne i rami R nonché sezionarne il tronco T stesso secondo tagli orizzontali.

Il sistema robotizzato 1 comprende un gruppo di aggancio 2, nel quale sono previsti organi di presa 3 destinati ad impegnare, in una loro posizione operativa W, il citato tronco T, circoscrivendolo per una porzione superiore alla metà della sua circonferenza.

Gli organi di presa 3, in una preferita forma di realizzazione di cui alla Fig. 1, comprendono un gruppo di presa inferiore 3a e un gruppo di presa superiore 3b, operabili in modo fra loro indipendente. In particolare, il gruppo di presa inferiore 3a comprende una pinza inferiore 30 e il gruppo di presa superiore 3b comprende una pinza superiore 31, tra loro sostanzialmente parallele. La pinza inferiore 30 e quella superiore 31 sono movimentate in maniera indipendente tra una posizione aperta N, in cui le rispettive ganasce 32, 33, sagomate ad arco, sono scostate dal tronco T, ed una chiusa operativa W, in cui le stesse ganasce 32, 33 serrano in aderenza quest’ultimo.

Le ganasce 32, 33 delle pinze inferiore 30 e superiore 31 sono articolate a rispettivi supporti inferiore 34 e superiore 35, in ciascuno dei quali sono altresì alloggiati gli attuatori (non illustrati) che agiscono per determinare l’apertura e la chiusura delle stesse pinze inferiore 30 e superiore 31.

Al supporto superiore 35 è articolato un braccio robotico 4 a sei assi, costituito da sezioni consecutive, ad esempio prima e seconda 40, 41, articolate mediante organi di snodo 42 ad assi motorizzati controllati.

Il braccio robotico 4 è preferibilmente del tipo noto come UR, che rispetta le certificazioni ISO per lavoro in ambiente non protetto, ovvero senza che sia necessario segregarne l’area di lavoro mediante recinzioni perimetrali.

All’estremità della seconda sezione 42 del braccio robotico 4, è articolata almeno una testa di taglio 5, che grazie ai sei gradi di libertà permessi allo stesso braccio robotico 4, è posizionabile con assetti prestabiliti, per recidere rami R estesi dal citato tronco T (Fig. 2) ovvero per operare direttamente su quest’ultimo (Fig.3), secondo linee trasversali di taglio, disposte superiormente rispetto al gruppo di aggancio 2.

La testa di taglio 5 comprende noti mezzi di taglio 50 a nastro o a catena, ad esempio simili a quelli che equipaggiano le convenzionali motoseghe da brandeggiare manualmente.

Nel gruppo di aggancio 2, secondo la preferita forma di realizzazione di cui alle figure, sono vantaggiosamente previsti organi di traslazione verticale 20, destinati ad imprimere allo stesso gruppo di aggancio 2 la risalita ovvero la discesa rispetto al citato tronco T.

Gli organi di traslazione verticale 20 sono interposti tra i supporti inferiore 34 e superiore 35 delle pinze 30, 31 e sono costituiti da almeno un attuatore lineare, disposto in verticale; nella soluzione costruttiva illustrata, ne sono previsti due contrapposti 21A, 21B, associati rispettivamente al supporto inferiore 34 ed a quello superiore 35.

L’azionamento in estensione o in rientro degli attuatori lineari 21A, 21B determina rispettivamente l’allontanamento o l’avvicinamento dei supporti inferiore 34 e superiore 35, nonché delle relative pinze 30, 31.

Combinando in idonea sequenza e relazione di fase l’azionamento di uno o ambedue gli attuatori lineari 21A, 21B con le aperture e chiusure delle pinze inferiore 30 e superiore 31, si ottiene una risalita o una discesa, a passo, del citato gruppo di aggancio 2 rispetto a detto tronco T, come meglio descritto nel seguito.

Tra i supporti inferiore 34 e superiore 35 delle pinze 30, 31, interposti tra i due attuatori lineari 21A, 21B, sono inoltre previsti organi per la regolazione angolare 6 che permettono al supporto superiore 35, unitamente alla pinza superiore 31, di ruotare angolarmente in un senso o nell’altro rispetto al supporto inferiore 34 ed alla pinza inferiore 30, secondo un asse verticale pressoché coincidente con quello del tronco T e per un’ampiezza limitata, ad esempio dell’ordine di circa 15°. Tali rotazioni possono essere effettuate durante i movimenti di risalita o discesa del gruppo di aggancio 2, oppure anche indipendentemente dalle operazioni di salita e discesa del medesimo gruppo di aggancio 2. In questo modo il sistema robotizzato 1 è in grado di evitare rami R, irregolarità del tronco T o altro che possa impedire un corretto serraggio delle pinze 30, 31, oppure di riposizionarsi sul tronco T nella posizione più idonea al successivo taglio.

Gli organi per la regolazione angolare 6, non illustrati con particolare dettaglio in quanto di semplice comprensione ed attuazione, possono essere ad esempio realizzati mediante un elemento ad arco di circonferenza 60, solidale all'attuatore lineare inferiore 21A che supporta la pinza inferiore 30, e provvisto nella parte superiore di una cremagliera ad arco. In testa all'attuatore superiore 21B è previsto un pignone motorizzato, impegnato sulla predetta cremagliera, e in grado di ruotare e spostarsi lungo la stessa in entrambi i versi.

Il movimento del pignone sulla cremagliera determina la suddetta rotazione degli associati supporti inferiore 34 e superiore 35 unitamente agli organi da questi portati.

Il sistema robotizzato 1 comprende inoltre mezzi di supporto e scorrimento non illustrati per la pinza inferiore 30, quella superiore 31 e i rispettivi supporti 34,35. In particolare, tali mezzi di supporto e scorrimento possono comprendere un telaio rigido sul quale sono montate due slitte di guida ad arco di circonferenza, destinate a sostenere scorrevolmente i supporti inferiore 34 e superiore 35, insieme alle relative pinze 30,31.

Un'altra forma di realizzazione esemplificativa degli organi per la regolazione angolare 6, illustrata in figura 1, prevede due elementi ad arco di circonferenza inferiore 60 e superiore 61 sovrapposti, rispettivamente solidali agli attuatori inferiore 20 e superiore 21 e impegnati scorrevolmente fra loro per rotazioni attorno al centro del predetto arco di circonferenza. Un'idonea motorizzazione è prevista per consentire al supporto inferiore 34, e agli organi ad esso collegati, rotazioni attorno al medesimo centro di arco di circonferenza, in modo indipendente dal supporto superiore 35. La motorizzazione può, ad esempio, agire in corrispondenza delle sopra citate slitte di guida, e può essere unica o duplicata per il supporto inferiore 34 e per quello superiore 35.

Il sistema robotizzato 1 comprende inoltre un’unità elettronica 7, ad esempio un PLC o simile, per il comando ed il controllo degli azionamenti di detti gruppo di aggancio 2, braccio robotico 4, testa di taglio 5, organi di traslazione verticale 20 e organi per la regolazione angolare 6, secondo programmi preimpostati oppure impressi manualmente da un operatore, mediante organi di interfaccia preferibilmente portatili e senza filo (non illustrati), ad esempio una consolle con joystick, pulsanti e regolatori vari, che permettono all’operatore di posizionarsi a debita distanza di sicurezza dall’albero A e dal sistema robotizzato 1.

Vantaggiosamente, il sistema robotizzato 1 prevede che gli attuatori delle pinze 30, 31, gli organi motore della testa di taglio 5, gli organi di traslazione verticale 20 e gli organi per la regolazione angolare 6 siano azionati idraulicamente, mediante una centralina idraulica 8.

Detta centralina idraulica 8, l’unità elettronica 7 e le batterie (non illustrate) per l’alimentazione elettrica di quest’ultima e dei motori che controllano gli assi del braccio robotico 4, sono preferibilmente situati fuori bordo, rispetto al gruppo di aggancio 2 (Fig. 1), così da ridurre il peso e gli ingombri di quest’ultimo.

Sono tuttavia prevedibili, e pertanto ricompresi nell'invenzione, altri tipi di motorizzazione, ad esempio motorizzazioni elettriche, alimentate tramite cavi provenienti da un generatore collocato a terra, a debita distanza dall'albero da tagliare. Per il motore della testa di taglio è altresì prevedibile, all'occorrenza, una classica motorizzazione a scoppio.

Come già in parte intuibile dalla descrizione precedente, il gruppo di aggancio 2 viene trasportato e posizionato a ridosso dell’albero A prescelto, quindi viene azionato in modo che afferri saldamente il tronco T, eventualmente variandone l’altezza mediante gli organi di traslazione verticale 20, e l’orientamento mediante gli organi per la regolazione angolare 6.

Secondo il programma di lavoro scelto, il braccio robotico 4 porta la testa di taglio 5 a recidere i rami R (Fig.2) oppure a tagliare orizzontalmente il tronco (Fig. 3), per sezionarlo in porzioni verticali, eventualmente dopo aver completato la recisione dei rami R.

Al bisogno, l’operatore interviene sulla consolle di comando per fare salire o scendere il gruppo di aggancio 2 ed il braccio robotico 4 con la testa di taglio 5; la sequenza dei singoli movimenti, ad esempio per la risalita, come sotto descritti, può essere attuata manualmente con relativi singoli impulsi di azionamento oppure in maniera semi-automatica o automatica mediante un idoneo software presente nell’unità elettronica 7.

La sezionatura verticale del tronco T può proseguire sino a lasciare solo la sua porzione più bassa, necessaria per l’ingombro del gruppo di aggancio 2.

Nella Fig. 4 è illustrata la fase in cui il braccio robotico 4 e la testa di taglio 5 sono posizionati in condizione di non interferenza con il tronco T ed i rami R, con la pinza inferiore 30 ad altezza H da terra; nella Fig.5 è illustrata la fase in cui viene fatta risalire ad un’altezza H1>H la pinza inferiore 30, preventivamente disposta in posizione aperta N, mediante il rientro dello stelo del primo attuatore 21A; nella Fig. 6 è illustrata la fase in cui viene ulteriormente fatta risalire la pinza inferiore 30, ancora aperta, mediante il rientro dello stelo del secondo attuatore 21B, con la pinza superiore 31 ad un’altezza H2; nella Fig.7, infine, è illustrata la fase in cui, dopo avere richiuso la pinza inferiore 30 (posizione W) ed aperto quella superiore 31 (posizione N), vengono estratti uno o ambedue gli steli degli attuatori 21A, 21B in modo che l’insieme supporto superiore 35, pinza superiore 31, braccio robotico 4 e testa di taglio 5 vengano a trovarsi ad un’altezza H3 maggiore dell’altezza H2 precedente.

Nella Fig. 3 è illustrato in linea tratteggiata un dispositivo ausiliario 100 che può essere previsto nel sistema 1, costituito da una base a terra 101 dalla quale si eleva, in diagonale, un puntone 102 a cui è associato coassiale un pistone idraulico; allo stelo del puntone 102 è reso solidale uno spintore 103 che viene portato a premere sul tronco T, in posizione più alta rispetto alla linea di taglio di quest’ultimo, in maniera da favorire la caduta della porzione di tronco T superiore al taglio da parte opposta rispetto agli organi operativi del sistema 1.

In una variante costruttiva non illustrata, il sistema 1 è realizzato in versione semplificata, ovvero privo degli organi di traslazione verticale 20 e degli organi per la regolazione angolare 6.

Dalla descrizione di cui sopra risultano con estrema evidenza le peculiari e vantaggiose caratteristiche del sistema robotizzato in oggetto, studiato in special modo per operare su piante d’alto fusto, permettendo di attuare le operazioni di recisione dei rami, ed almeno una parziale sezionatura del tronco, senza sforzo per l’operatore, il quale può stare a debita distanza, in condizione di assoluta sicurezza, manovrando comandi su una consolle.

Grazie al fatto che il sistema robotizzato è previsto agganciato stabilmente al tronco dell’albero da lavorare, è possibile lavorare comodamente anche nel bosco, dove lo spazio tra una pianta e l’altra può essere limitato, ed anche se il terreno è in pendenza.

La forma di realizzazione preferita del sistema, dotata degli organi di traslazione verticale, in grado di farlo salire e scendere lungo il tronco dell’albero, risulta versatile e permette di velocizzare il lavoro.

Il fatto di avere ulteriormente previsto il sistema dotato di organi per la regolazione angolare che permettono una graduale ancorché limitata rotazione dello stesso rispetto al tronco, permette di superare i possibili ostacoli dati dalla presenza di rami o da protuberanze irregolari del tronco che ostano ad una regolare risalita o discesa del gruppo di aggancio.

I previsti azionamenti idraulici per gli organi di potenza del sistema, con la centralina a terra, consentono vantaggiosamente di ridurre il peso e gli ingombri del gruppo che fisicamente è attaccato all’albero

Si intende comunque che quanto sopra descritto ha valore esemplificativo e non limitativo, pertanto eventuali varianti di dettaglio che si rendessero necessarie per ragioni tecniche e/o funzionali, si considerano sin da ora rientranti nel medesimo ambito protettivo definito dalle sottoriportate rivendicazioni.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema robotizzato per il taglio di piante d’alto fusto, caratterizzato dal fatto di comprendere: - � un gruppo di aggancio (2), il quale comprende organi di presa (3) destinati ad impegnare, in una loro posizione operativa (W), il tronco (T) di una delle citate piante d’alto fusto (A), circoscrivendolo per una porzione superiore alla metà della sua circonferenza; - � un braccio robotico (4), associato a detto gruppo di aggancio (2) e costituito da sezioni consecutive (40, 41) mutuamente articolate mediante organi di snodo (42) ad assi motorizzati controllati; - � almeno una testa di taglio (5), portata da detto braccio robotico (4) e posizionabile con assetti prestabiliti, per recidere rami (R) estesi dal citato tronco (R) ovvero per operare direttamente su quest’ultimo, secondo linee trasversali di taglio prestabilite, disposte superiormente rispetto a detto gruppo di aggancio (2); �� un’unità elettronica (7) per il comando ed il controllo degli azionamenti di detti gruppo di aggancio (2), braccio robotico (4) e almeno una testa di taglio (5), secondo programmi preimpostati oppure impressi manualmente da un operatore mediante organi di interfaccia.
2. 2. Sistema secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che in detto gruppo di aggancio (2) sono previsti organi di traslazione verticale (20), destinati ad imprimere la risalita ovvero la discesa del suddetto gruppo di aggancio (2) rispetto al citato tronco (T).
3. 3. Sistema secondo la riv. 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detti organi di presa (3) comprendono un gruppo di presa inferiore (3a) e un gruppo di presa superiore (3b), i primi comprendendo almeno una pinza inferiore (30) e i secondi comprendendo almeno una pinza superiore (31), tra loro sostanzialmente parallele, movimentate in maniera indipendente tra una posizione aperta (N), in cui le rispettive ganasce (32, 33) sono scostate dal tronco (T), ed una chiusa operativa (W), in cui le stesse ganasce (32, 33) aderiscono stabilmente a quest’ultimo.
4. 4. Sistema secondo la riv. 3, caratterizzato dal fatto che le rispettive citate ganasce (32, 33) delle pinze inferiore (30) e superiore (31) sono articolate a rispettivi supporti inferiore (34) e superiore (35), in ciascuno dei quali sono altresì alloggiati mezzi attuatori previsti per determinare l’apertura e la chiusura delle stesse pinze inferiore (30) e superiore (31).
5. 5. Sistema secondo la riv. 1 o 4, caratterizzato dal fatto che detto braccio robotico (4) è associato a detto supporto superiore (35) della pinza superiore (31).
6. 6. Sistema secondo la riv. 2 o 3, caratterizzato dal fatto che detti organi di traslazione verticale (20) sono costituiti da almeno un attuatore lineare, disposto ad interconnettere le suddette almeno una pinza inferiore (30) ed una superiore (31) e previsto per allontanare o avvicinare queste ultime, rispettivamente in conseguenza di un suo azionamento in estensione o in rientro, impresso in idonea sequenza e relazione di fase con le dette aperture e chiusure delle stesse almeno una pinza inferiore (30) ed una superiore (31), per determinare la detta risalita ovvero la discesa del citato gruppo di aggancio (2) rispetto a detto tronco (T).
7. 7. Sistema secondo la riv. 4 o 6, caratterizzato dal fatto che sono previsti due attuatori lineari contrapposti (21A, 21B), associati rispettivamente al supporto inferiore (34) di detta pinza inferiore (30) ed al supporto superiore (35) di detta pinza superiore (31).
8. 8. Sistema secondo la riv. 3, caratterizzato dal fatto che sono previsti organi per la regolazione angolare (6), interposti tra detti gruppi di presa inferiore (3a) e superiore (3b), destinati ad imprimere a detto gruppo di presa inferiore (3a) una rotazione angolare rispetto a detto gruppo di presa superiore (3b), in un senso o nell’altro e con ampiezza prestabilita e limitata, secondo un asse verticale pressoché coincidente con quello del tronco (T), in relazione di fase con detti movimenti di risalita o discesa del gruppo di aggancio (2).
9. 9. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che gli attuatori delle citate pinze superiore (30) ed inferiore (31), gli organi motore di detta testa di taglio (5), i suddetti organi di traslazione verticale (20) e gli organi per la regolazione angolare (6) sono azionati idraulicamente, mediante una centralina idraulica (8) disposta fuori bordo rispetto a detti organi di aggancio (2).
10. 10. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta testa di taglio (5) comprende mezzi di taglio (50) ad anello chiuso.
11. 11. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti organi di interfaccia, utilizzati dall’operatore, sono portatili, con collegamento senza fili e sono costituiti da una consolle con joystick, pulsanti e simili.
12. 12. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre un dispositivo ausiliario (100), comprendente una base a terra (101) dalla quale si eleva, in diagonale, un puntone (102) recante associato coassialmente un pistone idraulico, e uno spintore (103), disposto in testa a detto puntone (102), destinato a premere sul citato tronco (T) in posizione superiore al piano di taglio, così da favorire la caduta della porzione di detto tronco (T), da parte opposta rispetto agli organi operativi del sistema (1).