IT201800009584A1 - Cancello automatico ad ante battenti - Google Patents

Description

“CANCELLO AUTOMATICO AD ANTE BATTENTI.”

La presente invenzione è relativa a un cancello automatico.

In particolare, l’invenzione in oggetto viene vantaggiosamente impiegata nel settore dei cancelli, porte o sistemi equivalenti a barriera battente provvisti di ante battenti fulcrate/incernierate apribili automaticamente, cui la descrizione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità, al fine di rilevare e controllare la corretta e in sicurezza movimentazione in apertura e in chiusura delle ante stesse.

In generale, al fine di delimitare l'accesso a una proprietà in maniera pratica e funzionale è universalmente noto l’impiego di cancelli provvisti di una o più ante fulcrate e movimentabili automaticamente in apertura e in chiusura.

La movimentazione delle ante di un cancello è normalmente affidata a un motore di apertura/chiusura delle ante applicabile alle ante stesse ed atto ad essere azionato da una centralina di comando su impulso di attivazione inviato da un’unità remota (radio/telecomando).

La citata centralina è atta ad acquisire anche ulteriori segnali, ad esempio quelli rilevati da dispositivi di controllo della movimentazione delle ante: in tal modo, se è presente un ostacolo nel raggio d'azione delle ante apribili, il dispositivo di controllo lo rileverà e provvederà ad arrestare immediatamente il motore, bloccando la movimentazione delle ante.

I dispositivi di controllo maggiormente utilizzati comprendono sostanzialmente una coppia di sensori, ad esempio ottici, ciascun sensore della coppia essendo disposto su un montante verticale opposto del cancello, e ad atto a cooperare con l’altro sensore per generare una linea orizzontale di controllo che verrà interrotto al rilevamento di un ostacolo.

Tali dispositivi di controllo noti non sono, però, in grado di assicurare un controllo efficace e, soprattutto, sicuro.

Sono infatti numerose le zone cieche assolutamente non rilevabili che si vengono a creare immediatamente oltre la citata linea orizzontale di controllo fra la coppia di sensori, come ad esempio quelle situate nei settori circolari di azione delle ante in movimento.

Tali zone cieche sono pericolosissime e fonti di rilevanti problematiche, in particolare per l’incolumità fisica di persone che inavvertitamente si dovessero trovare ad attraversarle, con le gravissime conseguenze - numerosi sono i casi realmente avvenuti documentati - create da schiacciamenti fra le ante in movimento. E’ da notare che nemmeno l’aggiunta di ulteriori mezzi di visualizzazione esterni e atti a controllare l’eventuale presenza di persone o cose nei settori circolari di azione delle ante sarebbe efficacemente in grado di evitare pienamente l’insorgenza di tali gravissime problematiche dei cancelli automatici attualmente noti.

Lo scopo della presente invenzione è, pertanto, quello di superare i gravi inconvenienti e le notevoli problematiche della tecnica nota sopradescritta.

In particolare, uno scopo della presente invenzione è quello di realizzare un cancello automatico ad almeno un’anta mobile e provvisto di un dispositivo di controllo in grado di rilevare, in modalità sostanzialmente dinamica, l’efficace e in sicurezza movimentazione in apertura e in chiusura dell’anta in tutto l’intero settore di azione dell’anta medesima.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un cancello automatico ad almeno un’anta mobile apribile anche senza l’impiego di un telecomando remoto.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di realizzare un cancello automatico ad almeno un’anta mobile attraverso il quale sia possibile effettuare anche un efficace controllo in automatico degli accessi di persone o veicoli.

Le caratteristiche strutturali e funzionali della presente invenzione e i suoi vantaggi nei confronti della tecnica conosciuta risulteranno ancora più chiari ed evidenti dalle rivendicazioni sottostanti, ed in particolare da un esame della descrizione che segue fatta con riferimento ai disegni allegati che mostrano alcune preferite ma non limitative forme di attuazione di un cancello automatico in cui:

- la Figura 1 rappresenta in vista frontale una prima preferita forma di attuazione del cancello automatico a due ante battenti secondo la presente invenzione;

- le Figure 2 e 3 mostrano schematicamente e a blocchi il cancello automatico della figura 1 in rispettive viste in pianta e con esplicitati alcuni componenti applicati, per semplicità, su un'unica anta battente;

- le Figure 4 e 5 mostrano schematicamente e a blocchi il cancello automatico della figura 1 in rispettive viste in pianta e con esplicitati alcuni dettagli esplicativi;

- le Figure da 6 a 10 mostrano schematicamente e a blocchi il cancello automatico della figura 1 in rispettive viste in pianta e con esplicitati ulteriori dettagli esplicativi;

- le Figure 11 e 12 rappresentano un’altra forma di attuazione del cancello automatico in oggetto, mostrate rispettivamente in una vista schematica frontale ed in pianta dall’alto;

- la Figura 13 mostra in scala ingrandita una variante di un componente del cancello automatico in oggetto;

- la Figura 14 rappresenta una vista schematica frontale del cancello automatico in oggetto supportante il componente della Figura 13; e

- la Figura 15 mostra una vista schematica in pianta del cancello automatico della Figura 14.

Con riferimento alla Figura 1, con CA viene globalmente indicato cancello automatico ad ante battenti A1 e A2, rispettivamente ancorate incernierate su colonne fisse L1 ed L2, e movimentabili automaticamente per muovere in rotazione le ante A1 e A2 stesse rispetto alle colonne L1 ed L2 e quindi determinare l’apertura o la chiusura del cancello CA medesimo.

La movimentazione delle ante A1 e A2 del cancello CA è realizzata da un gruppo motore (noto e non illustrato, ad esempio del tipo ad attuatore (elettrico, pneumatico o idraulico) di apertura/chiusura delle ante A1 e A2, applicabile alle ante A1 e A2 stesse ed atto ad essere azionato da una centralina di comando (nota e non illustrata) su impulso di attivazione inviato da un’unità remota del tipo a telecomando (anch’essa nota e non illustrata).

Ciascuna anta A1,A2 è sostanzialmente formata da un montante A1’,A2’ provvisto di relativi gruppi di cardini C1, C2 di cerniera alle colonne L1,L2 e da una struttura sostanzialmente a barriera che si diparte dal montante A1’,A2’ dell’anta A1,A2.

Le ante A1,A2 portano inoltre montati solidali, ad una altezza determinata e preferita, rispettivi elementi a banda orizzontale K1 e K2 atti a definire un dispositivo D di rilevamento e controllo della movimentazione motorizzata delle ante A1 e A2. Secondo quanto illustrato nelle Figure 2 e 3 (con esplicitati alcuni componenti mostrati applicati, per semplicità, solo sull’anta A1 battente), ciascun elemento a banda K1, K2 comprende una pluralità P1,P2 (array) di mezzi sensori R1i, R2i di rilevamento e controllo, i quali sono disposti uniformemente distribuiti lungo l’elemento a banda K1, K2 per agire sia verso l’esterno che verso l’interno del cancello CA della banda K1, K2 medesima, e sono atti, in uso, a determinare efficacemente la distanza dell’anta A1,A2 rispetto ad un eventuale ostacolo O (persone o cose) disposto davanti o dietro l’anta A1,A2 stessa e la relativa disposizione angolare reciproca rispetto all’altra anta A2,A1.

Specificatamente, i citati mezzi sensori R1i, R2i di rilevamento e controllo comprendono, montati su di una scheda elettronica, i seguenti:

- mezzi rilevatori della distanza, preferibilmente del tipo a trasduttore ad ultrasuoni bidirezionale oppure del tipo ToF (Time of flight) o equivalenti;

- mezzi rilevatori della disposizione angolare, i quali sono definiti da sensori giroscopici cooperanti con sensori accelerometri a tre assi, ed inoltre da elementi a magnete permanente, così da ottenere informazioni stabili sulla posizione angolare assoluta dell’anta: in tal modo viene impedita pertanto la possibilità che i mezzi rilevatori su un’anta possano interpretare come ostacolo la vicinanza dell’altra anta in corrispondenza della parziale sovrapposizione che le ante hanno fra loro in prossimità della chiusura del cancello CA (Falso ostacolo FO – Figure 4 e 5). Preferibilmente ma non limitatamente, tali mezzi rilevatori della posizione angolare sono realizzati con tecnologia MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) ed aventi al proprio interno almeno un giroscopio a tre assi, un accelerometro a tre assi ed un magnetometro a tre assi;

- un’unità a microprocessore (collegata alla citata centralina di comando);

- mezzi ad interfaccia di comunicazione fra le ante del cancello CA;

- mezzi di alimentazione elettrica.

In sostanza, con il dispositivo D di rilevamento e controllo sopradescritto applicato al cancello CA, viene pertanto a crearsi un volume V1,V2 di controllo operativo dinamico in corrispondenza di ogni anta A1,A2 del cancello CA (Figure 6, 7 e 9), all’interno del quale volume V1,V2, che segue dinamicamente l’anta A1,A2 stessa nel suo movimento, la presenza di ostacoli provoca l’invio da parte della citata unità a processore di un corrispondente segnale di blocco alla citata centralina di comando, in modo tale che la centralina stessa sia a sua volta in grado di attivare efficacemente e automaticamente all’istante l’arresto della movimentazione delle ante A1 e A2 medesime, così da soddisfare requisiti di elevata sicurezza e preservando pienamente l’incolumità di persone che inavvertitamente si dovessero trovare in prossimità delle ante in movimento.

Più specificatamente, il dispositivo D, tramite l’unità a microprocessore presente al suo interno, è atto ad elaborare continuamente i segnali provenienti dai sensori R1i R2i (ognuno specificatamente per la propria relativa anta) ed i segnali provenienti dal dispositivo MEMS (o similare) al fine di estrarre istantaneamente le informazioni di distanza di ogni singolo sensore R1i R2i e la posizione angolare assoluta dell’anta specifica. L’elaborazione delle informazioni di distanza unitamente a quella della posizione angolare consente di determinare efficacemente un ostacolo presente lungo il cammino di movimentazione dell’anta A1,A2.

E’ di fondamentale importanza sottolineare che in fase di installazione del dispositivo D viene eseguita una calibrazione del dispositivo attuando un’apertura senza ostacoli.

A seguito di tale calibrazione il dispositivo D memorizza all’interno della memoria del processore di cui è dotato una mappa che associa ad ogni posizione angolare delle ante A1 e A2 rilevata durante il movimento i valori di distanza rilevati dai sensori R1i R2i.

Ciò consente di avere una descrizione sotto forma di una matrice relativa ad una situazione corrispondente ad assenza di ostacoli, ad esempio:

Nell’esempio di matrice sopra riportata si evidenzia un caso molto frequente, ovvero il caso in cui l’anta al termine della sua apertura (corrispondente ad ex. alla posizione angolare 90°) si trovi molto vicina ad una siepe od ad una parete.

Se il dispositivo D rilevasse semplicemente la distanza dei sensori R1i R2i e determinasse una situazione di allarme quando la distanza rilevata è inferiore ad una soglia prefissata (ad ex. 30 per rimanere al caso della tabella di esempio) l’avvicinarsi dell’anta ad una siepe genererebbe una situazione di allarme.

Utilizzando invece i dati presenti nella matrice di calibrazione il dispositivo D è in grado di non generare allarmi qualora fra l’anta e la citata siepe non siano presenti ostacoli.

Il dispositivo D quindi rileva un reale ostacolo O quando in una certa posizione angolare una qualsiasi delle distanze rilevate dai sensori R1i e R2i è inferiore al valore riportato in tabella per quella posizione angolare.

Il meccanismo di calibrazione con conseguente generazione e memorizzazione della matrice descritta consente anche di risolvere il problema della sovrapposizione o “sormonto” delle ante A1 e A2 (Figura 8), ovvero il fatto che all’approssimarsi della chiusura di ciascuna delle due ante A1,A2 i sensori R1i R2i possono rilevare come ostacolo la vicinanza dell’altra anta A2,A1.

Per ovviare a questo problema ciascun sensore R1i,R2i presente sulla rispettiva anta A1,A2 conosce istante per istante non solo la propria posizione angolare ma anche quella dell'altra anta A2,A1.

Così facendo il dispositivo D è in grado di ridurre la soglia di scatto per la generazione di allarme quando rileva che la posizione angolare dell’altra anta la pone nel raggio di rilevamento dei suoi sensori.

Il fatto di conoscere la posizione angolare di ciascuna anta A1,A2 rispetto all’altra anta A2,A1 consente anche di compensare le variazioni nel corso del tempo dell’angolo di “sormonto” ovvero di quella distanza angolare fra un’anta e l’altra che consente l’apertura del cancello C. Tipicamente, a causa di attriti, deformazioni dovute alla temperatura, variazioni di potenza dei motori, le posizioni di sormonto nel corso del tempo variano rispetto a quanto impostato in fase di installazione dell’apertura automatica.

Il dispositivo D descritto è vantaggiosamente in grado di compensare queste variazioni grazie alla conoscenza reciproca delle posizioni angolari; per fare ciò i due sensori R1i e R2i del dispositivo D sono collegati fra loro tramite un canale di comunicazione (filare o wireless).

E’ da notare come nella soluzione proposta la determinazione della posizione angolare giochi un ruolo essenziale.

Questa informazione può essere ottenuta in due modi:

1) dalla centralina di azionamento del cancello, centralina che tipicamente ha a disposizione l’informazione di encoder presenti sui motori di movimentazione. Tale soluzione comporta una stretta interazione con il costruttore dell’azionamento del cancello, interazione non sempre possibile soprattutto nei casi in cui il dispositivo D venga montato in un secondo tempo su un cancello C già installato.

2) Tramite l’elaborazione di un dispositivo composto da un giroscopio a 3 assi ed un accelerometro a tre assi.

In questo secondo caso i dispositivi disponibili sono preferibilmente dispositivi elettronici di tipo MEMS normalmente impiegati in molti dispositivi portatili consumer e si caratterizzano per il loro basso costo. Il giroscopio fornisce la velocità angolare sui tre assi: integrando questa informazione si rileva la posizione angolare sui 3 assi ma le continue vibrazioni ed ondulazioni che caratterizzano il movimento di un anta di un cancello automatico portano ad un’informazione errata della posizione angolare. Per ovviare a ciò si compensano gli errori utilizzando un accelerometro a 3 assi tramite algoritmi noti in letteratura (ex. Madgwick). Il risultato di questi algoritmi è un’informazione stabile nel tempo anche a fronte di vibrazioni ed ondulazioni del movimento dell’anta. Purtroppo però l’informazione della posizione angolare così ottenuta è relativa e non assoluta: per l’utilizzo nell’applicazione descritta è necessaria la posizione angolare assoluta.

Per ottenere questo risultato si è utilizzato un ulteriore componente (che può essere presente all’interno dello stesso dispositivo MEMS contenente già giroscopio ed accelerometro ma non necessariamente) composto da un magnetometro a tre assi. Tale magnetometro è montato all’estremità dell’anta e rileva la presenza di un piccolo magnete permanente montato sull’estremità della seconda anta (è sufficiente un magnetometro ed un magnete per una coppia di ante).

Durante la fase di calibrazione il dispositivo D tramite il suo microprocessore memorizza le informazioni del magnetometro durante la fase in cui il cancello è chiuso: in tal modo il dispositivo D, elaborando le informazioni del campo magnetico sui tre assi, è in grado di riconoscere quando il cancello è in posizione di chiusura e solo in questo caso genera un segnale di azzeramento della posizione angolare. Questo punto è di grande importanza per il corretto funzionamento del dispositivo D. L’azzeramento della posizione angolare potrebbe essere fatto anche con dispositivi più semplici (ad ex. un semplice interruttore di fine corsa): l’impiego di un magnetometro integrato nel dispositivo MEMS consente una maggiore facilità di integrazione del dispositivo in casi in cui il cancello sia già dotato di automazione. Secondo la forma alternativa illustrata nelle Figure 11 e 12, il dispositivo D comprende dei mezzi W1,W2 lampeggianti disposti, rispettivamente sulle sommità della colonna L1 e della colonna L2: in tal caso su ogni anta A1,A2 in sostituzione della banda K1, K2 (qui non presente) è montato solidale un solo mezzo rilevatore della posizione angolare del tipo citato a tecnologia MEMS, e indicato con S1, S2 nella Figura 11, ciascun mezzo rilevatore S1,S2 essendo elettricamente collegato con i rimanenti componenti dei citati mezzi R1i, R2i che sono opportunamente disposti ed allocati all’interno del contenitore E1,E2 esterno del relativo citato mezzo lampeggiante W1,W2.

Secondo la forma alternativa illustrata nelle Figure da 13 a 15, i citati mezzi sensori R1i, R2i di rilevamento e controllo di una relativa anta A1,A2 del cancello CA comprendono inoltre, oltre ai già menzionati mezzi rilevatori della distanza a trasduttore ad ultrasuoni bidirezionale oppure del tipo ToF (Time of flight) e ai già menzionati mezzi rilevatori della disposizione angolare, anche almeno un sensore SM1,SM2 rilevatore di immagini, preferibilmente di tipo matriciale.

Il sensore SM1,SM2 rilevatore di immagini è opportunamente provvisto di mezzi ottici di rilevamento e di mezzi di illuminazione ed è collegato ad una propria unità di elaborazione che potrebbe portare integrata anche la sopracitata unità a microprocessore.

Preferibilmente ma non limitatamente, i citati mezzi ottici comprendono un’ottica fissa ed i mezzi di illuminazione sono del tipo a raggi infrarossi.

Secondo quanto meglio illustrato nelle Figure 14 e 15, un sensore SM1 rilevatore di immagini è atto ad essere orientato per agire come rilevatore verso l’esterno del cancello CA, mentre l’altro sensore SM2 di immagine è orientato per agire come rilevatore verso l’interno del cancello CA.

In tal modo, in uso, nella condizione di cancello CA chiuso la rilevazione di un oggetto prossimo all'anta da parte dei sensori ad ultrasuoni o TOF attiva l'acquisizione di una serie di immagini da parte del sensore SM1,SM2 di immagine. La posizione del sensore SM1,SM2 è tale da riuscire ad inquadrare in modo molto efficace una parte di un autoveicolo Z, ad esempio la parte anteriore dell’autoveicolo Z come nella Figura 15, oppure la sua parte posteriore, oppure di persone che si approssimino al cancello CA: non appena l'autoveicolo Z, oppure una persona viene rilevato/a dai sensori ad ultrasuoni o TOF vengono acquisite una o più immagini della parte frontale del veicolo Z medesimo, immagini che sono rilevate tramite il citato illuminatore ad infrarossi per far evidenziare la targa del veicolo Z, oppure visualizzare la citata persona.

L'unità di elaborazione integrata nel sensore riceve l'immagine e la elabora estraendo il contenuto della targa del veicolo Z utilizzando algoritmi noti in letteratura.

La targa o la persona rilevata viene poi confrontata con una lista di targhe o persone abilitate all'accesso, lista precedentemente inserita all'interno dell'unità di elaborazione: se il confronto dà esito positivo il sensore abilita l'apertura del cancello CA utilizzando i segnali di “open” normalmente disponibili in tutte le automazioni cancello (ad ex. si può utilizzare il segnale proveniente dal blocchetto di apertura a chiave del cancello posto di solito sul montante del cancello).

Si noti che l'attivazione dell'acquisizione dell'immagine viene comandata da uno o più sensore ad ultrasuoni (o TOF) in modo da garantire che l'immagine venga acquisita ad una distanza più o meno costante, con grande vantaggio in termini di messa a fuoco.

Ciò permette quindi l’efficace gestione di un'apertura automatica del cancello CA senza fare uso di telecomandi in modo molto efficace e sicuro.

E’ da evidenziare come sia possibile aggiungere la memorizzazione in una memoria non volatile presente sulla citata unità di elaborazione di una serie di immagini acquisite in modo da poter fornire, in caso di necessità, una cronistoria degli accessi o dei tentativi di accesso nel corso del tempo.

Tali immagini potrebbero essere anche resi disponibili su cloud e conseguentemente su dispositivi mobili.

In sostanza, vantaggiosamente è possibile effettuare l’apertura senza telecomando del cancello CA e un efficace controllo degli accessi attraverso il varco delimitato dal cancello CA stesso, in totale sicurezza evitando l’incolumità fisica delle persone. Inoltre, è possibile prevedere alternativamente di inserire i sensori SM1 e SM2 di immagini anche nella forma di attuazione del cancello CA illustrata nelle Figure 11 e 12, ad esempio posizionati integrati nei rispettivi mezzi W1 e W2 lampeggianti, oppure nei rispettivi citati sensori S1 e S2.

E’ da evidenziare, infine, che il dispositivo D sopradescritto può essere vantaggiosamente applicato a tutte le tipologie di cancelli automatici ad ante battenti attualmente presenti sul mercato e/o già installati, in sostituzione dei tradizionali dispositivi ottici di controllo.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Cancello automatico (CA) ad almeno un’anta (A1,A2) battente, comprendente mezzi di motorizzazione atti a movimentare la detta anta (A1,A2) in apertura o in chiusura, mezzi di azionamento e comando dei detti mezzi di motorizzazione, mezzi (D) di controllo dell’apertura/chiusura della detta anta (A1,A2) definiti da mezzi sensori (R1i,R2i) atti a rilevare e controllare dinamicamente, rispetto ad un valore di calibrazione di riferimento, la distanza e la disposizione angolare della detta anta (A1,A2) in relazione ad un eventuale ostacolo (O) posto in corrispondenza della detta anta (A1,A2), caratterizzato dal fatto che i detti mezzi sensori (R1i,R2i) comprendono inoltre mezzi rilevatori (SM1,SM2) di immagini atti a rilevare e a controllare veicoli o persone per abilitare l'accesso in modo automatico.
2. 2. Cancello automatico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi rilevatori (SM1,SM2) di immagini sono provvisti di mezzi ottici di rilevamento e di mezzi di illuminazione.
3. 3. Cancello automatico secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi ottici sono ad ottica fissa e che i detti mezzi di illuminazione sono a raggi infrarossi.
4. 4. Cancello automatico secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi sensori (R1i,R2i) della distanza comprendono mezzi a trasduttore ad ultrasuoni bidirezionale.
5. 5. Cancello automatico secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi sensori (R1i,R2i) della disposizione angolare comprendono almeno un giroscopio a tre assi, un accelerometro a tre assi ed un magnetometro a tre assi.
6. 6. Cancello automatico secondo la rivendicazione 1 o 5, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi sensori (R1i,R2i) della disposizione angolare comprendono inoltre un sensore (S1,S2) fissato solidale alla detta anta (A1); ed inoltre mezzi (W1,W2) lampeggianti collegati al detto sensore (S1,S2) solidale alla detta anta (A1,A2).
7. 7. Cancello automatico secondo una o più delle rivendicazioni precedenti da 1 a 6, caratterizzato dal fatto di comprendere due ante (A1,A2) battenti disposte opposte tra loro su rispettivi elementi fissi (L1,L2) di ancoraggio del detto cancello (CA); i detti mezzi sensori (R1i,R2i) della disposizione angolare essendo atti a rilevare anche la disposizione angolare reciproca di una detta anta (A1) rispetto all’altra detta anta (A2) per controllare e compensare le variazioni dell’angolo di sovrapposizione fra una detta anta (A1) e l’altra (A2) consentendo l’apertura/chiusura del detto cancello (CA).
8. 8. Cancello automatico secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi rilevatori (SM1,SM2) di immagini comprendono almeno un sensore (SM1;SM2) rilevatore di immagini atto ad essere applicato ad una rispettiva ciascuna detta anta (A1,A2) del detto cancello (CA), ciascun detto sensore (SM1) di una detta anta (A1) essendo orientato per operare in una direzione determinata opposta rispetto a quella in cui opera il sensore (SM2) dell’altra detta anta (A2).