IT201900006875A1 - VEHICLE ABLE TO MOVE OUTSIDE ON A PIPE - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo Attached to a patent application for INDUSTRIAL INVENTION having the title
“VEICOLO CAPACE DI SPOSTARSI ESTERNAMENTE SU DI UN TUBO” "VEHICLE ABLE TO MOVE OUTSIDE ON A PIPE"
L’invenzione riguarda un veicolo capace di spostarsi su di un tubo. The invention relates to a vehicle capable of moving on a tube.
Essa è oggetto della presente domanda di brevetto che ha ricevuto un finanziamento dal programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell’Unione Europea secondo il Grant Agreement n.779411. It is the subject of this patent application which has received funding from the Horizon 2020 research and innovation program of the European Union according to Grant Agreement n.779411.
US 2010/0275694A1 descrive uno scanner per eseguire prove non distruttive su un tratto esteso della circonferenza di un tubo lungo una dimensione assiale. Lo scanner include un collare dimensionato per adattarsi intorno alla circonferenza esterna del tubo. Ruote sostenute sul collare percorrono la superficie del tubo mantenendo uno spazio fra l’uno e l’altra. Un’unità motrice assiale è collegata al collare avente una pluralità di ruote motrici circonferenzialmente distanziate in contatto col tubo per spostare il collare. US 5698854 descrive un apparecchio atto a ispezionare e a misurare lo spessore di parete di un tratto di tubo. L’apparecchio include un carrello atto a essere montato mobile lungo il tubo. Una sorgente emette un fascio di energia penetrante e una schiera di rivelatori ricevono e misurano l’intensità del fascio di energia. La schiera di rivelatori è montata sul carrello opposta alla sorgente, in maniera che il tubo passi fra l’una e l’altra. L’apparecchio avanza nella direzione longitudinale del tubo. US 2010 / 0275694A1 discloses a scanner for performing non-destructive tests on an extended portion of the circumference of a pipe along an axial dimension. The scanner includes a collar sized to fit around the outer circumference of the tube. Wheels supported on the collar run along the surface of the tube maintaining a space between one and the other. An axial drive unit is connected to the collar having a plurality of circumferentially spaced drive wheels in contact with the tube to move the collar. US 5698854 describes an apparatus adapted to inspect and measure the wall thickness of a pipe section. The device includes a trolley designed to be mobile mounted along the tube. A source emits a penetrating energy beam and an array of detectors receive and measure the intensity of the energy beam. The array of detectors is mounted on the trolley opposite the source, so that the tube passes between one and the other. The device advances in the longitudinal direction of the tube.
US 9874507 descrive un apparecchio per la misura di superfici sommerse. Esso include una sorgente e un rivelatore posizionati all’esterno del tubo diametralmente opposti. Essi sono montati preferibilmente su un veicolo telecomandato (remotely operated vehicle, ROV) che può includere ruote o rulli di trazione che consentono al ROV di avanzare lungo il tubo. Sono previste alcune forme di realizzazione che includono un sistema stabilizzante come un mattone di piombo per funzionare da zavorra. US 9874507 describes an apparatus for measuring submerged surfaces. It includes a source and a detector positioned diametrically opposite to the outside of the tube. They are preferably mounted on a remotely operated vehicle (ROV) which may include traction wheels or rollers that allow the ROV to travel along the tube. Some embodiments are contemplated which include a stabilizing system such as a lead brick to function as a ballast.
CN 202593668U divulga una struttura robotica che avanza all’esterno di un tubo. Essa comprende un corpo anteriore 1 ed un corpo posteriore 2, incernierati l’uno all’altro in maniera che il corpo anteriore 1 possa ruotare verso l’alto rispetto al corpo posteriore 2. Ogni corpo ha inferiormente un rullo di appoggio al tubo. Inoltre, ogni corpo ha un motore che aziona tramite un collegamento a vite e madrevite un telaio articolato sotto il corpo portante rulli che possono mantenersi a contatto con il tubo o allontanarsi da esso. I rulli sono azionati da rispettivi motori per l’avanzamento e l’arretramento della struttura robotica lungo il tubo. CN 202593668U discloses a robotic structure that advances outside a tube. It includes a front body 1 and a rear body 2, hinged to each other so that the front body 1 can rotate upwards with respect to the rear body 2. Each body has a lower support roller to the tube. Furthermore, each body has a motor which drives, through a screw and nut screw connection, an articulated frame under the body carrying rollers which can remain in contact with the tube or move away from it. The rollers are driven by respective motors for the advancement and retraction of the robotic structure along the tube.
I dispositivi sopra menzionati della tecnica anteriore sono capaci di muoversi sulla superficie esterna di tubi nei loro tratti rettilinei, ma non sono in grado spostarsi in tratti curvi. The aforementioned prior art devices are capable of moving on the outer surface of pipes in their rectilinear sections, but are unable to move in curved sections.
Inoltre, tali dispositivi devono essere collocati manualmente o con mezzi meccanici subacquei su di un tubo prima di potersi spostare sulla sua superficie esterna. Furthermore, such devices must be placed manually or by underwater mechanical means on a tube before being able to move on its external surface.
Un altro svantaggio dei dispositivi sopra menzionati è rappresentato dal fatto che essi non sono adatti per spostarsi su tubi di diametri differenti da quello per cui sono stati progettati. Another disadvantage of the devices mentioned above is represented by the fact that they are not suitable for moving on pipes of different diameters from that for which they were designed.
La presente invenzione mira a superare gli inconvenienti sopra accennati. The present invention aims to overcome the drawbacks mentioned above.
In particolare, uno scopo dell’invenzione è quello di consentire ad un veicolo generalmente telecomandato di spostarsi su tubi sia dritti che curvi. In particular, an aim of the invention is to allow a generally remote-controlled vehicle to move on both straight and curved pipes.
Un altro scopo dell’invenzione è quello di permettere ad un veicolo di essere aerotrasportato da un drone sul tubo di interesse, nonché di essere eventualmente aiutato dal drone a mantenersi stabilmente appoggiato sul tubo. Another purpose of the invention is to allow a vehicle to be air-transported by a drone on the tube of interest, as well as to be helped by the drone to remain stably supported on the tube.
Ancora un altro scopo dell’invenzione è quello di permettere ad un veicolo di posizionarsi e spostarsi su tratti di tubo di diverso diametro per compiere misurazioni ed eseguire lavori di manutenzione esterna. Yet another purpose of the invention is to allow a vehicle to position itself and move on pipe sections of different diameters to perform measurements and perform external maintenance work.
Un ulteriore scopo dell’invenzione è quello di realizzare un veicolo di peso leggero e di forme aerodinamiche per essere aerotrasportato in maniera affidabile sul tubo di interesse. A further object of the invention is to create a vehicle of light weight and aerodynamic shapes to be reliably air-transported on the tube of interest.
Gli scopi sopra accennati sono raggiunti da un veicolo capace di spostarsi su di un tubo, il veicolo avendo una struttura dotata di ruote per spostarsi parallelamente all’asse del tubo, comprendente: The aforementioned purposes are achieved by a vehicle capable of moving on a tube, the vehicle having a structure equipped with wheels to move parallel to the axis of the tube, comprising:
- un corpo avente una parte centrale, una parte terminale anteriore ed una parte terminale posteriore; - a body having a central part, a front end part and a rear end part;
- un elemento di attacco anteriore e un elemento di attacco posteriore montati girevoli mediante un giunto rotoidale sulle rispettive parti terminali anteriore e posteriore del corpo in maniera da poter ruotare intorno ad un asse perpendicolare all’asse del tubo; ed - a front attachment element and a rear attachment element mounted rotatably by means of a rotational joint on the respective front and rear end parts of the body so as to be able to rotate around an axis perpendicular to the axis of the tube; and
- un ponte anteriore ed un ponte posteriore ognuno dotato di almeno una ruota e fissato rispettivamente all’elemento di attacco anteriore e all’elemento di attacco posteriore. - a front bridge and a rear bridge each equipped with at least one wheel and fixed respectively to the front attachment element and to the rear attachment element.
Altre caratteristiche dell’invenzione sono definite nelle rivendicazioni dipendenti. Other features of the invention are defined in the dependent claims.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di forme di realizzazione del veicolo mobile sulla superficie esterna di un tubo secondo l’invenzione, illustrato a titolo di esempio indicativo e non limitativo negli uniti disegni in cui: Further features and advantages of the invention will become clearer from the description of embodiments of the mobile vehicle on the external surface of a tube according to the invention, illustrated by way of indicative and non-limiting example in the accompanying drawings in which:
- Figura 1 è una vista prospettica complessiva di una prima forma di realizzazione di un veicolo mobile sulla superficie esterna di un tubo secondo la presente invenzione; Figure 1 is an overall perspective view of a first embodiment of a mobile vehicle on the outer surface of a tube according to the present invention;
- Figura 2 è una vista prospettica parzialmente esplosa della prima forma di realizzazione della figura 1; Figure 2 is a partially exploded perspective view of the first embodiment of Figure 1;
- Figura 3 è una vista prospettica di un corpo del veicolo secondo la prima forma di realizzazione; Figure 3 is a perspective view of a vehicle body according to the first embodiment;
- Figura 4 è una vista prospettica in esploso del corpo del veicolo della figura 3; Figure 4 is an exploded perspective view of the body of the vehicle of Figure 3;
- Figura 5 è una sezione orizzontale centrale in scala ingrandita del corpo del veicolo della figura 3 in un primo assetto; Figure 5 is a central horizontal section on an enlarged scale of the body of the vehicle of Figure 3 in a first configuration;
- Figura 6 è una sezione orizzontale centrale in scala ingrandita del corpo del veicolo della figura 3 in un secondo assetto; Figure 6 is a central horizontal section on an enlarged scale of the body of the vehicle of Figure 3 in a second arrangement;
- Figura 7 è una vista prospettica di un ponte anteriore del veicolo secondo la prima forma di realizzazione; Figure 7 is a perspective view of a front axle of the vehicle according to the first embodiment;
- Figura 8 è una vista prospettica esplosa del ponte anteriore del veicolo della figura 7; Figure 8 is an exploded perspective view of the front axle of the vehicle of Figure 7;
- Figura 9 è una vista prospettica di un ponte posteriore del veicolo secondo la prima forma di realizzazione; Figure 9 is a perspective view of a rear deck of the vehicle according to the first embodiment;
- Figura 10 è una vista prospettica esplosa del ponte posteriore del veicolo della figura 9; Figure 10 is an exploded perspective view of the rear axle of the vehicle of Figure 9;
- Figura 11 è una vista prospettica dal basso del veicolo secondo la prima forma di realizzazione; Figure 11 is a bottom perspective view of the vehicle according to the first embodiment;
- Figura 12 è una vista in pianta dal basso del veicolo secondo la prima forma di realizzazione; Figure 12 is a bottom plan view of the vehicle according to the first embodiment;
- Figura 13 è una vista anteriore del veicolo secondo la prima forma di realizzazione sopra tubi di diverso diametro mostrati schematicamente con linee a tratti; Figure 13 is a front view of the vehicle according to the first embodiment above pipes of different diameters shown schematically with dashed lines;
- Figura 14 è una vista laterale complessiva in esploso del veicolo secondo la prima forma di realizzazione combinato con un drone ed un braccio robotico; - Figure 15a, 15b, 15c sono viste schematiche mostranti le possibilità di spostamento delle ruote del veicolo secondo la prima forma di realizzazione; - Figura 16 è una rappresentazione schematica del veicolo secondo la prima forma di realizzazione su un tratto curvo di un tubo; Figure 14 is an exploded overall side view of the vehicle according to the first embodiment combined with a drone and a robotic arm; - Figures 15a, 15b, 15c are schematic views showing the possibilities of moving the wheels of the vehicle according to the first embodiment; Figure 16 is a schematic representation of the vehicle according to the first embodiment on a curved portion of a tube;
- Figura 17 è una vista anteriore del veicolo secondo la prima forma di realizzazione combinato con un drone e posizionato su di un tubo, essendo mostrate le forze cui è soggetto; Figure 17 is a front view of the vehicle according to the first embodiment combined with a drone and positioned on a tube, the forces to which it is subjected being shown;
- Figura 18 è una vista prospettica complessiva dall’alto di una seconda forma di realizzazione di un veicolo mobile sulla superficie esterna di un tubo secondo la presente invenzione; - Figure 18 is an overall perspective view from above of a second embodiment of a mobile vehicle on the external surface of a tube according to the present invention;
- Figura 19 è una vista prospettica complessiva dal basso della seconda forma di realizzazione del veicolo della figura 18; Figure 19 is an overall perspective view from below of the second embodiment of the vehicle of Figure 18;
- Figura 20 è una vista prospettica di un ponte anteriore del veicolo conformemente alla seconda forma di realizzazione; Figure 20 is a perspective view of a front axle of the vehicle according to the second embodiment;
- Figura 21 è una vista prospettica esplosa parziale del ponte anteriore del veicolo della figura 20; e Figure 21 is a partial exploded perspective view of the front axle of the vehicle of Figure 20; And
- Figure 22a, 22b sono viste frontali del veicolo conformemente alla seconda forma di realizzazione poggiato su tubi rappresentati con linea a tratti di diverso diametro. - Figures 22a, 22b are front views of the vehicle according to the second embodiment resting on pipes represented with dashed line of different diameter.
Si faccia inizialmente riferimento alle figure 1 e 2 che sono rispettivamente una vista prospettica complessiva assemblata e parzialmente in esploso di una prima forma di realizzazione di un veicolo mobile sulla superficie esterna di un tubo secondo la presente invenzione. Il tubo su cui il veicolo è destinato ad avanzare è mostrato schematicamente nelle figure 13 e 16, che sono rispettivamente una vista anteriore del veicolo sopra tubi di diverso diametro e una rappresentazione schematica del veicolo su un tratto curvo di un tubo. Reference is initially made to Figures 1 and 2 which are respectively an overall assembled and partially exploded perspective view of a first embodiment of a mobile vehicle on the external surface of a tube according to the present invention. The tube on which the vehicle is intended to travel is schematically shown in Figures 13 and 16, which are respectively a front view of the vehicle over tubes of different diameters and a schematic representation of the vehicle on a curved section of a tube.
Il veicolo ha una struttura, indicata complessivamente con 1, che comprende un corpo 2, un ponte anteriore 3 e un ponte posteriore 4. La struttura 1 ha un asse di simmetria longitudinale x che, quando il veicolo si sposta su tratti dritti di tubo, è parallelo all’asse del tubo x’, x’’, x’’’. The vehicle has a structure, indicated as a whole with 1, which comprises a body 2, a front axle 3 and a rear axle 4. The structure 1 has a longitudinal axis of symmetry x which, when the vehicle moves on straight pipe sections, is parallel to the axis of the tube x ', x' ', x' ''.
Si faccia riferimento anche alle figure 3 a 6 che sono rappresentazioni del corpo 2 rispettivamente in una vista prospettica assemblata, una vista prospettica in esploso, una sezione orizzontale centrale in un primo assetto e in un secondo assetto. Reference is also made to figures 3 to 6 which are representations of the body 2 respectively in an assembled perspective view, an exploded perspective view, a central horizontal section in a first arrangement and in a second arrangement.
Il corpo 2 ha una parte centrale 5, una parte terminale anteriore 6 ed una parte terminale posteriore 7, entrambe assottigliate. Alla parte terminale anteriore 6 è montato girevole un elemento di attacco anteriore 8 mentre alla parte terminale posteriore 7 è montato girevole un elemento di attacco posteriore 9. Il montaggio girevole delle parti sopra citate è ottenuto mediante un giunto rotoidale 10 descritto in seguito nelle sue parti componenti nella figura 4. The body 2 has a central part 5, a front end part 6 and a rear end part 7, both thinned. A front attachment element 8 is rotatably mounted to the front terminal part 6, while a rear attachment element 9 is rotatably mounted to the rear terminal part 7. components in Figure 4.
Il corpo 2 ha due piastre di chiusura, superiore 11 ed inferiore 12, che delimitano sia la parte centrale 5 del corpo 2, sia le sue parti terminali, anteriore 6 e posteriore 7. Le piastre di chiusura 11 e 12 sono sagomate in maniera da avere una zona centrale rastremata alle sue estremità e due zone terminali assottigliate conformemente alle parti terminali anteriore 6 e posteriore 7. Le piastre di chiusura 11 e 12 delimitano superiormente ed inferiormente il corpo 2; esse sono fissate da parti opposte ad una coppia di pareti che delimitano lateralmente, anche se in modo parziale, il corpo 2. Al fine di ridurre il peso del veicolo le pareti possono essere limitate a due elementi angolari 13 e 14 contrapposti ed uniti l’uno all’altro mediante una lamina di irrigidimento 15. Dovrebbe essere evidente che gli elementi angolari 13 e 14 e la lamina di irrigidimento 15 servono solo a irrigidire la struttura della parte centrale 5 del corpo 2 e che questa funzione può essere svolta in modo analogo con mezzi equivalenti. The body 2 has two closing plates, upper 11 and lower 12, which delimit both the central part 5 of the body 2 and its end parts, front 6 and rear 7. The closing plates 11 and 12 are shaped so as to having a central zone tapered at its ends and two terminal zones thinned in accordance with the front 6 and rear end parts 7. The closing plates 11 and 12 delimit the upper and lower parts of the body 2; they are fixed on opposite sides to a pair of walls which laterally delimit, even if partially, the body 2. In order to reduce the weight of the vehicle, the walls can be limited to two corner elements 13 and 14 opposite each other and joined the to each other by means of a stiffening plate 15. It should be evident that the corner elements 13 and 14 and the stiffening plate 15 serve only to stiffen the structure of the central part 5 of the body 2 and that this function can be performed in a similar way by equivalent means.
L’elemento di attacco anteriore 8 e l’elemento di attacco posteriore 9 sono conformati identicamente simmetrici con una parte cilindrica 16, che è atta a ricevere il giunto rotoidale 10. Ogni elemento di attacco comprende, inoltre, bracci opposti 17, 18 aventi ringrossi prismatici di estremità indicati genericamente con 19. I ringrossi prismatici 19 sono alleggeriti obliquamente per ottenere una riduzione di peso. Gli stessi numeri di riferimento usati per l’elemento di attacco anteriore 8 sono utilizzati anche per l’elemento di attacco posteriore 9. Nel lato opposto alla parte centrale 5 del corpo 2, nei ringrossi prismatici 19 è ricavata una cavità cilindrica, indicata genericamente con 20. Dovrebbe essere evidente che la cavità potrebbe essere prismatica invece che cilindrica. The front attachment element 8 and the rear attachment element 9 are shaped identically symmetrical with a cylindrical part 16, which is adapted to receive the rotoidal joint 10. Each attachment element further comprises opposing arms 17, 18 having ribs prismatic ends generally indicated by 19. The prismatic pads 19 are obliquely lightened to obtain a weight reduction. The same reference numbers used for the front attachment element 8 are also used for the rear attachment element 9. On the side opposite to the central part 5 of the body 2, a cylindrical cavity is obtained in the prismatic pads 19, generically indicated with 20. It should be apparent that the cavity could be prismatic rather than cylindrical.
Nella figura 5 gli elementi di attacco, anteriore 8 e posteriore 9, sono mostrati in posizione ortogonale all’asse di simmetria longitudinale della struttura 1, e nella figura 6 gli stessi elementi di attacco sono mostrati ruotati rispetto all’asse di simmetria longitudinale grazie al giunto rotoidale 10 visibile in dettaglio nella figura 4. Il giunto rotoidale 10, a titolo di esempio, può comprendere un mozzo 21, previsto centralmente nella parte cilindrica 16 di ogni elemento di attacco 8 e 9. La parte cilindrica 16 è circondata da una cavità analogamente cilindrica 22, atta a contenere almeno un cuscinetto 23 delimitato da ralle 24. L’insieme sopra descritto è trattenuto superiormente alla piastra di chiusura 11 mediante una rondella 25 dotata di una coppia di risalti 26 atti ad impegnarsi in fori 27 ricavati nella piastra di chiusura 11. Inoltre, il giunto rotoidale 10 è vincolato mediante un perno non mostrato superiormente e inferiormente alle rispettive piastre di chiusura 11 e 12 in maniera da consentire la rotazione degli elementi di attacco 8 e 9 intorno ai rispettivi assi y1 e y2. Tale rotazione è eseguita mediante una coppia di servoattuatori di spinta 28, 29, rispettivamente anteriore e posteriore, mobili in un rispettivo spazio 30, 31 delimitato dalle pareti formate dagli elementi angolari 14 e 13, e dalla lamina di irrigidimento 15. Come detto in precedenza, le piastre di chiusura 11, 12 sono fissate agli elementi angolari 13, 14. In figure 5 the attachment elements, front 8 and rear 9, are shown in an orthogonal position to the longitudinal axis of symmetry of the structure 1, and in figure 6 the same attachment elements are shown rotated with respect to the longitudinal axis of symmetry thanks to the rotary joint 10 visible in detail in Figure 4. The rotary joint 10, by way of example, may comprise a hub 21, provided centrally in the cylindrical part 16 of each attachment element 8 and 9. The cylindrical part 16 is surrounded by a cavity similarly cylindrical 22, able to contain at least one bearing 23 delimited by washers 24. The assembly described above is held above the closing plate 11 by means of a washer 25 equipped with a pair of projections 26 suitable for engaging in holes 27 obtained in the plate closure 11. Furthermore, the rotoidal joint 10 is constrained by means of a pin not shown above and below to the respective closure plates 11 and 12 so as to allow rotation of the attachment elements 8 and 9 around the respective axes y1 and y2. This rotation is performed by means of a pair of thrust servo-actuators 28, 29, respectively front and rear, movable in a respective space 30, 31 delimited by the walls formed by the corner elements 14 and 13, and by the stiffening plate 15. As previously mentioned , the closing plates 11, 12 are fixed to the corner elements 13, 14.
Ogni servo-attuatore di spinta 28, 29 è articolato da un lato in una boccola 33, 32 montata in un foro 34, 35 ricavato nella piastra di chiusura superiore 11 e dall’altro lato in un punto di articolazione 36, 37 nel rispettivo elemento di attacco anteriore 8 e posteriore 9 in maniera da determinarne la rotazione intorno ai rispettivi assi y1, y2. I servo-attuatori di spinta 28, 29 non sono descritti in maggior dettaglio, potendo essere utilizzati attuatori qualsiasi di tipo noto. I servo-attuatori di spinta 28, 29 sono lineari ma ovviamente potrebbero essere anche utilizzati con appropriati riduttori servo-attuatori rotativi. Each thrust servo actuator 28, 29 is articulated on one side in a bush 33, 32 mounted in a hole 34, 35 obtained in the upper closing plate 11 and on the other side in an articulation point 36, 37 in the respective element of front 8 and rear 9 attachment so as to determine their rotation around the respective axes y1, y2. The thrust servo actuators 28, 29 are not described in greater detail, as any known type actuators can be used. Thrust servo actuators 28, 29 are linear but obviously could also be used with appropriate rotary servo actuator reducers.
Con riferimento alla figura 6, è mostrato l’effetto dei servo-attuatori di spinta 28, 29 sui rispettivi elementi di attacco 8, 9. With reference to Figure 6, the effect of the thrust servo actuators 28, 29 on the respective attachment elements 8, 9 is shown.
Inoltre, come mostrato nelle figure 1 e 2, sulla piastra di chiusura superiore sono montati elementi di collegamento sotto forma di tronchi tubolari contrassegnati genericamente con 38 che, come si vedrà in seguito, consentono il collegamento del veicolo con un drone. Furthermore, as shown in Figures 1 and 2, connecting elements are mounted on the upper closing plate in the form of tubular trunks generically marked with 38 which, as will be seen below, allow the vehicle to be connected to a drone.
Facendo riferimento alla figura 2, si può vedere che gli elementi di attacco anteriore 8 e posteriore 9 ricevono nelle loro cavità cilindriche 20, le estremità di longheroni tubolari anteriori 39 e posteriori 40 di collegamento e irrigidimento, che consentono l’assemblaggio del ponte anteriore 3 e posteriore 4, rispettivamente, al corpo 2 della struttura 1. I longheroni tubolari anteriori 39 e posteriori 40 hanno una sezione circolare per combaciare con le cavità cilindriche 20. Tuttavia, si dovrebbe comprendere che la loro sezione può essere anche diversa e, quindi, anche le cavità potrebbero non essere cilindriche. Tale collegamento sarà maggiormente chiaro dopo la descrizione dei ponti anteriore e posteriore 3, 4 mostrati nelle figure 7 a 10 che sono una vista prospettica assemblata e in esploso del ponte anteriore 3 e una vista prospettica assemblata e in esploso del ponte posteriore 4 del veicolo secondo la prima forma di realizzazione. Referring to Figure 2, it can be seen that the front 8 and rear 9 attachment elements receive in their cylindrical cavities 20, the ends of front 39 and rear 40 connecting and stiffening tubular longitudinal members, which allow the assembly of the front deck 3 and rear 4, respectively, to the body 2 of the structure 1. The front tubular longitudinal members 39 and rear 40 have a circular section to match the cylindrical cavities 20. However, it should be understood that their section can also be different and, therefore, the cavities may also not be cylindrical. This connection will become clearer after the description of the front and rear axles 3, 4 shown in figures 7 to 10 which are an assembled and exploded perspective view of the front axle 3 and an assembled and exploded perspective view of the rear axle 4 of the vehicle according to the first embodiment.
I longheroni tubolari 39, 40 di collegamento e irrigidimento sono paralleli all’asse del tubo su cui si sposta il veicolo e sono vincolati passanti nel ponte anteriore e, rispettivamente, nel ponte posteriore, come mostrato in seguito, per essere inseriti nelle rispettive cavità cilindriche 20 degli elementi di attacco anteriore 8 e posteriore 9. The tubular longitudinal members 39, 40 for connection and stiffening are parallel to the axis of the tube on which the vehicle moves and are constrained through the front axle and, respectively, in the rear deck, as shown below, to be inserted into the respective cylindrical cavities 20 of the front 8 and rear 9 attachment elements.
Il ponte anteriore 3 comprende due travature 41 che hanno concavità rivolta verso la superficie esterna del tubo su cui si sposta il veicolo e sono mutuamente collegate tra loro. Le travature 41 hanno una curvatura fissa, dipendente dalla curvatura del tubo, e sono costituite da componenti modulari mutuamente accoppiati come si vedrà in seguito. Preferibilmente per rendere leggera la struttura le travature e i longheroni tubolari sono realizzati in carbonio. The front bridge 3 comprises two trusses 41 which have concavities facing the outer surface of the tube on which the vehicle moves and are mutually connected to each other. The beams 41 have a fixed curvature, dependent on the curvature of the tube, and are constituted by modular components which are mutually coupled as will be seen below. Preferably, to make the structure light, the tubular beams and longitudinal members are made of carbon.
Al fine di ridurre il peso del veicolo, ogni travatura 41 è formata da una piastra allungata curva, dotata di fori passanti indicati genericamente con 42 atti a sostenere i longheroni tubolari 39. Questi longheroni tubolari 39 sono inseriti da un lato nella rispettiva cavità cilindrica 20 dell’elemento di attacco anteriore 8; e dall’altro lato sono inseriti in corrispondenti cavità, non mostrate, di una chiusura frontale 43 del veicolo. In particolare i longheroni tubolari 39 sono inoltre ricevuti in maniera passante in blocchi intermedi, preferibilmente in materia plastica, indicati genericamente con 44, uniti con barre indicate genericamente con 45, atte a irrigidire la struttura. Le barre 45 sono fissate alle estremità in blocchi terminali 47. Fra le travature 41 del ponte anteriore 8 è montata una coppia di ruote 48 montate con cuscinetti e azionate singolarmente da attuatori rotativi 49. Le ruote 48 per ponte anteriore sono del tipo cosiddetto mecanum in grado quindi di applicare una velocità a 45° rispetto all’asse della ruota. Il collegamento fra la ruota 48 e il rispettivo attuatore rotativo 49 è realizzato con una trasmissione flessibile 50 ma dovrebbe essere evidente che tra le ruote 48 e il rispettivo attuatore rotativo 49 può essere previsto un tipo di trasmissione diverso, ad esempio con ingranaggi (non mostrato). In order to reduce the weight of the vehicle, each truss 41 is formed by an elongated curved plate, equipped with through holes indicated generally with 42 suitable to support the tubular side members 39. These tubular side members 39 are inserted on one side into the respective cylindrical cavity 20 of the front attachment element 8; and on the other side they are inserted in corresponding cavities, not shown, of a front closure 43 of the vehicle. In particular, the tubular longitudinal members 39 are also received in a through way in intermediate blocks, preferably of plastic material, generally indicated with 44, joined with bars generally indicated with 45, suitable for stiffening the structure. The bars 45 are fixed at the ends in terminal blocks 47. A pair of wheels 48 mounted with bearings and operated individually by rotary actuators 49 are mounted between the beams 41 of the front deck 8. The wheels 48 for the front deck are of the so-called mecanum in therefore able to apply a speed at 45 ° with respect to the axis of the wheel. The connection between the wheel 48 and the respective rotary actuator 49 is made with a flexible transmission 50 but it should be evident that a different type of transmission can be provided between the wheels 48 and the respective rotary actuator 49, for example with gears (not shown ).
Su di una parte orizzontale superiore 51 delle travature 41, è fissata una piattaforma di supporto 52, alla quale anteriormente è fissata la chiusura frontale 43 del veicolo dopo l’inserimento dei longheroni tubolari 39 che sono passanti nelle travature 41 e sono fissati alle loro estremità nelle cavità cilindriche 20 dell’elemento di attacco anteriore 8 e della chiusura frontale 43. Come mostrato nella figura 2, sulla piattaforma di supporto 52 è posizionato un motoriduttore 53 per l’azionamento di un utensile, quale un braccio robotico, mostrato nella figura 14 che è una vista laterale complessiva in esploso del veicolo combinato con un drone ed un braccio robotico, come spiegato in seguito. Piattaforme di supporto analoghe possono essere inserite sul ponte posteriore oppure nella parte centrale del corpo 2. A support platform 52 is fixed on an upper horizontal part 51 of the trusses 41, to which the front closure 43 of the vehicle is fixed at the front after the insertion of the tubular side members 39 which pass through the trusses 41 and are fixed at their ends in the cylindrical cavities 20 of the front attachment element 8 and of the front closure 43. As shown in Figure 2, a gear motor 53 is positioned on the support platform 52 for operating a tool, such as a robotic arm, shown in Figure 14 which is an exploded overall side view of the vehicle combined with a drone and robotic arm, as explained below. Similar support platforms can be inserted on the rear deck or in the central part of the body 2.
Con riferimento adesso alle figure 9 e 10, analogamente al ponte anteriore 3, il ponte posteriore 4 comprende due travature 54 che hanno concavità rivolta verso la superficie esterna del tubo su cui si sposta il veicolo e sono mutuamente collegate tra loro. Come per il ponte anteriore, le travature 54 hanno una curvatura fissa, dipendente dalla curvatura del tubo, e sono costituite da componenti modulari mutuamente accoppiati come si vedrà in seguito. With reference now to Figures 9 and 10, similarly to the front axle 3, the rear deck 4 comprises two trusses 54 which have concavities facing the outer surface of the tube on which the vehicle travels and are mutually connected. As for the front bridge, the trusses 54 have a fixed curvature, dependent on the curvature of the tube, and are made up of modular components which are mutually coupled as will be seen below.
Al fine di ridurre il peso del veicolo, ogni travatura 54 è formata da una piastra allungata curva, dotata di fori passanti indicati genericamente con 42 atti a sostenere i longheroni tubolari 39. Questi longheroni tubolari 39 sono inseriti da un lato nella rispettiva cavità cilindrica 20 dell’elemento di attacco posteriore 9; e dall’altro lato sono inseriti in corrispondenti cavità 20 di una chiusura posteriore non mostrata. Analogamente al ponte anteriore 8 i longheroni tubolari 39 del ponte posteriore 9 sono ricevuti in maniera passante in blocchi intermedi, indicati genericamente con 44, uniti con barre indicate genericamente con 45, atte a irrigidire la struttura. Le barre 45 sono fissate alle estremità in blocchi terminali 47. Fra le travature 41 del ponte posteriore 9 è montata una coppia di ruote 55 montate con cuscinetti e azionate contemporaneamente da un attuatore rotativo centrale 56 fissato sulla parte orizzontale superiore delle travature 54 mediante una coppia di appoggi 57, 58. La trasmissione del moto dall’attuatore rotativo centrale 56 alle ruote 55 è realizzata mediante rispettive trasmissioni flessibili 59. Le ruote 55 per ponte posteriore sono del tipo omniwheel, in grado quindi di applicare una velocità tangenziale rispetto alla ruota ma rimanendo libere nella direzione parallela all’asse della ruota grazie a rulli folli che ne fanno parte. Tuttavia, le ruote non sono descritte in dettaglio in quanto di tipo noto. In order to reduce the weight of the vehicle, each truss 54 is formed by an elongated curved plate, equipped with through holes indicated generally with 42 suitable to support the tubular side members 39. These tubular side members 39 are inserted on one side into the respective cylindrical cavity 20 of the rear attachment element 9; and on the other side they are inserted into corresponding cavities 20 of a rear closure not shown. Similarly to the front bridge 8, the tubular longitudinal members 39 of the rear bridge 9 are received in a through way in intermediate blocks, generally indicated with 44, joined with bars generally indicated with 45, suitable for stiffening the structure. The bars 45 are fixed at the ends in terminal blocks 47. Between the beams 41 of the rear bridge 9 there is mounted a pair of wheels 55 mounted with bearings and activated simultaneously by a central rotary actuator 56 fixed on the upper horizontal part of the beams 54 by means of a pair of supports 57, 58. The transmission of motion from the central rotary actuator 56 to the wheels 55 is achieved by means of respective flexible transmissions 59. The wheels 55 for the rear axle are of the omniwheel type, therefore capable of applying a tangential speed with respect to the wheel but remaining free in the direction parallel to the axis of the wheel thanks to idle rollers that are part of it. However, the wheels are not described in detail as they are of a known type.
Si faccia adesso riferimento alle figure 11 e 12 che sono rispettivamente una vista prospettica e una vista in pianta dal basso del veicolo secondo la prima forma di realizzazione. Reference is now made to figures 11 and 12 which are respectively a perspective view and a bottom plan view of the vehicle according to the first embodiment.
Almeno un sensore odometrico di spostamento bidirezionali ad encoder, indicato genericamente con 60, è montato rispettivamente sul ponte anteriore 3, sul ponte posteriore 4 o nella parte centrale 5 del corpo 2 su di un supporto 61 ammortizzato a molla in grado di mantenere il contatto della struttura con il tubo. I sensori 60 permettono la misura esatta dello spostamento del veicolo sul tubo in tutte le direzioni definite dai suoi gradi di libertà. In tal modo è possibile ottenere l’odometria, cioè ricostruirne gli spostamenti del veicolo sul tubo. I sensori 60 possono essere ridotti ad uno solo, anche posizionato sulla parte centrale 5 del corpo 2. Equivalentemente è possibile sostituire i sensori ad encoder con qualsiasi sensore in grado di misurare uno spostamento lineare quale ad esempio sensore ottico anche detto optical flow sensor. Con riferimento alla figura 12, almeno quattro sensori ottici di distanza, indicati genericamente con 62, sono posizionati sulle estremità delle travature dei ponti anteriore 3 e posteriore 4 per la ricostruzione della curvatura del tubo al fine di controllare lo spostamento anche su tubature curve. I sensori potrebbero essere anche in numero maggiore. At least one bidirectional displacement odometric sensor with encoder, generically indicated with 60, is mounted respectively on the front axle 3, on the rear axle 4 or in the central part 5 of the body 2 on a spring-cushioned support 61 capable of maintaining the contact of the frame with tube. The sensors 60 allow the exact measurement of the movement of the vehicle on the tube in all directions defined by its degrees of freedom. In this way it is possible to obtain the odometry, that is to reconstruct the movements of the vehicle on the tube. The sensors 60 can be reduced to a single one, also positioned on the central part 5 of the body 2. Equivalently, it is possible to replace the encoder sensors with any sensor capable of measuring a linear displacement such as for example an optical sensor also called optical flow sensor. With reference to Figure 12, at least four optical distance sensors, generally indicated by 62, are positioned on the ends of the trusses of the front 3 and rear 4 bridges for the reconstruction of the curvature of the pipe in order to control the movement even on curved pipes. The sensors could also be in greater number.
Facendo riferimento alla figura 13 che è una vista anteriore del veicolo secondo la prima forma di realizzazione è mostrata la sua possibilità di posizionamento sopra tubi di diverso diametro mostrati schematicamente con linee a tratti. In particolare, il diametro più piccolo è quello di un tubo da 6 pollici con asse x’, il diametro intermedio è quello di un tubo da 8 pollici con asse x’’, e il diametro più grande è quello di un tubo da 10 pollici con asse x’’’. Ciò mostra la capacità del veicolo di adattarsi a tubi di diametro diverso, pur mantenendo invariata la sua struttura. Tuttavia, è evidente che variando le dimensioni del veicolo, esso possa essere adattato a tubi di diametro diverso. Nella figura 14, che è una vista laterale complessiva in esploso del veicolo secondo la prima forma di realizzazione, è mostrato che il veicolo 1 può essere collegato tramite i tronchi tubolari 38 ad un drone indicato complessivamente con 70, mentre anteriormente sulla piattaforma di supporto 52 del ponte anteriore 3 è montato un braccio robotico 80. Dovrebbe essere evidente che il braccio robotico o altro utensile potrebbe essere collegato nella parte posteriore del veicolo, o anche sotto quella centrale se l’utensile è piccolo. Con riferimento alle figure 15a, 15b, 15c che sono viste schematiche mostranti le possibilità di spostamento delle ruote del veicolo secondo la prima forma di realizzazione, è mostrato che le ruote mecanum 48 del ponte anteriore 3, mosse dai due servo-attuatori rotativi 49, sono in grado, per la loro stessa natura, di applicare un vettore di forza a 45° rispetto all’asse della ruota stessa. Questo permette di ottenere nel moto, in combinazione con le due ruote omniwheel 55 posizionate sul retro, tre differenti gradi di libertà: (i) avanzamento del veicolo lungo il tubo attuando una velocità uguale e contraria sulle ruote meccanum secondo le frecce A e mantenendo le ruote omniwheel 55 ferme (figura 15a); (ii) un moto di stabilizzazione tangente alla superficie del tubo attuando con velocità uguale, ma dimensionata in scala sulla base del raggio delle ruote, le due ruote mecanum 48 e le ruote omniwheel 55 (figura 15b); (iii) un moto intorno all’asse verticale per correggere un non perfetto atterraggio del veicolo sul tubo attuando in maniera combinata le quattro ruote come nella figura 15c. With reference to figure 13 which is a front view of the vehicle according to the first embodiment, its possibility of positioning on pipes of different diameters shown schematically with dashed lines is shown. Specifically, the smallest diameter is that of a 6-inch x-axis pipe, the middle diameter is that of an 8-inch x-axis pipe, and the largest diameter is that of a 10-inch pipe. with x axis' ''. This shows the vehicle's ability to adapt to pipes of different diameters, while maintaining its structure unchanged. However, it is evident that by varying the dimensions of the vehicle, it can be adapted to pipes of different diameters. In figure 14, which is an overall exploded side view of the vehicle according to the first embodiment, it is shown that the vehicle 1 can be connected by means of the tubular trunks 38 to a drone indicated as a whole with 70, while at the front on the support platform 52 of the front bridge 3 a robotic arm 80 is mounted. It should be evident that the robotic arm or other tool could be connected in the rear of the vehicle, or even under the central one if the tool is small. With reference to figures 15a, 15b, 15c which are schematic views showing the possibilities of moving the wheels of the vehicle according to the first embodiment, it is shown that the mechanical wheels 48 of the front axle 3, moved by the two rotary servo-actuators 49, they are able, by their very nature, to apply a force vector at 45 ° with respect to the axis of the wheel itself. This allows to obtain in the motion, in combination with the two omniwheel 55 wheels positioned on the rear, three different degrees of freedom: omniwheel 55 wheels stationary (figure 15a); (ii) a stabilization motion tangent to the surface of the tube by actuating the two mecanum wheels 48 and the omniwheel 55 wheels with equal speed, but dimensioned to scale on the basis of the radius of the wheels (figure 15b); (iii) a motion around the vertical axis to correct an imperfect landing of the vehicle on the tube by implementing the four wheels in a combined manner as in figure 15c.
Si faccia riferimento adesso alla figura 16 che è una rappresentazione schematica del veicolo secondo la prima forma di realizzazione su un tratto curvo di un tubo. La conformazione articolata della struttura 1, che permette di ruotare sia il ponte anteriore 3 che il ponte posteriore 4 rispetto al corpo 2, consente un moto del veicolo sul tubo con curvatura specifica 1.5D (standard industriale), ma altre curvature possono essere realizzate. I due attuatori lineari devono essere attuati per garantire lo spostamento del veicolo sempre in direzione tangente alla linea di mezzeria del tubo anche in presenza di zone curve. Reference is now made to figure 16 which is a schematic representation of the vehicle according to the first embodiment on a curved portion of a tube. The articulated conformation of the structure 1, which allows both the front axle 3 and the rear axle 4 to rotate with respect to the body 2, allows the vehicle to move on the tube with a specific curvature of 1.5D (industrial standard), but other curvatures can be made. The two linear actuators must be implemented to ensure the movement of the vehicle always in a direction tangent to the center line of the pipe even in the presence of curved areas.
In dettaglio il controllo dei due attuatori lineari è matematicamente descritto in seguito (figura 16). In detail, the control of the two linear actuators is mathematically described below (figure 16).
Data una curva rappresentante la linea di mezzeria del tubo parametrizzata rispetto all’ascissa curvilinea s e definita a tratti: Given a curve representing the centerline of the pipe parameterized with respect to the curvilinear abscissa s and defined in pieces:
E dati due punti sul veicolo come nella figura 16 e legati dalle equazioni: And given two points on the vehicle as in Figure 16 and linked by the equations:
Il moto del veico lo sul tubo è specificato risolvendo il seguente problema: Nella figura 17 è mostrata una vista anteriore del veicolo secondo la prima forma di realizzazione combinato con un drone e posizionato su di un tubo. Nella figura 17 sono mostrate le forze cui è soggetto. Il veicolo 1 collegato al drone 70 mediante i tronchi tubolari 38 è posizionato sul tubo T. The motion of the vehicle on the tube is specified by solving the following problem: Figure 17 shows a front view of the vehicle according to the first embodiment combined with a drone and positioned on a tube. Figure 17 shows the forces to which it is subject. The vehicle 1 connected to the drone 70 by means of the tubular trunks 38 is positioned on the tube T.
Il controllo combinato delle ruote 48, 55 e delle eliche 71 del drone 70 può essere adoperato per stabilizzare il veicolo sul tubo T. In dettaglio, le eliche 71 permettono l’applicazione di forze Fp1 e Fp2 che combinate con le forze tangenziali delle ruote Fw1 e Fw2 permettono di generare una forza risultate atta a bilanciare la componente di gravità Fg sul baricentro del sistema C0. Si faccia adesso riferimento alle figure 18 e 19, che sono una vista prospettica complessiva dall’alto e, rispettivamente, dal basso di una seconda forma di realizzazione del veicolo mobile sulla superficie esterna di un tubo secondo la presente invenzione. The combined control of the wheels 48, 55 and the propellers 71 of the drone 70 can be used to stabilize the vehicle on the tube T. In detail, the propellers 71 allow the application of forces Fp1 and Fp2 which combined with the tangential forces of the wheels Fw1 and Fw2 allow to generate a force found to balance the gravity component Fg on the center of gravity of the C0 system. Refer now to figures 18 and 19, which are an overall perspective view from above and, respectively, from below of a second embodiment of the mobile vehicle on the external surface of a tube according to the present invention.
Analogamente alla prima forma di realizzazione, il veicolo ha una struttura, indicata complessivamente con 100, che comprende un corpo 2, un ponte anteriore 300 e un ponte posteriore 400. Anche se non mostrato, la struttura 100 ha un asse di simmetria longitudinale che, quando il veicolo si sposta su tratti dritti di tubo, è parallelo all’asse del tubo. Similarly to the first embodiment, the vehicle has a structure, indicated as a whole with 100, which comprises a body 2, a front axle 300 and a rear axle 400. Although not shown, the structure 100 has a longitudinal axis of symmetry which, when the vehicle moves on straight sections of pipe, it is parallel to the axis of the pipe.
Il corpo 2 ha lo stesso numero di quello della prima forma di realizzazione in quanto è identico ad esso; ha la parte centrale 5, la parte terminale anteriore 6 e la parte terminale posteriore 7, entrambe assottigliate. Alla parte terminale anteriore 6 è montato girevole l’elemento di attacco anteriore 8 mentre alla parte terminale posteriore 7 è montato girevole l’elemento di attacco posteriore 9. Il montaggio girevole delle parti sopra citate è ottenuto mediante il giunto rotoidale 10. The body 2 has the same number as that of the first embodiment as it is identical to it; it has the central part 5, the front end part 6 and the rear end part 7, both thinned. The front attachment element 8 is rotatably mounted to the front end 6 while the rear attachment element 9 is rotatably mounted to the rear end 7.
Il corpo 2 ha le due piastre di chiusura, superiore 11 ed inferiore 12, che delimitano sia la parte centrale 5 del corpo 2, sia le sue parti terminali, anteriore 6 e posteriore 7. Come nella prima forma di realizzazione, all’interno del corpo 2 sono presenti i servo-attuatori di spinta 28, 29 che agiscono sui rispettivi elementi di attacco 8, 9. The body 2 has the two closing plates, upper 11 and lower 12, which delimit both the central part 5 of the body 2 and its end parts, front 6 and rear 7. As in the first embodiment, inside the body 2 there are thrust servo-actuators 28, 29 which act on the respective attachment elements 8, 9.
Inoltre, come mostrato nelle figure 1 e 2 della prima forma di realizzazione, sulla piastra di chiusura superiore 5 sono montati i tronchi tubolari 38 che consentono il collegamento del veicolo con un drone. Furthermore, as shown in Figures 1 and 2 of the first embodiment, the tubular trunks 38 are mounted on the upper closing plate 5, which allow the vehicle to be connected to a drone.
Gli elementi di attacco anteriore 8 e posteriore 9 ricevono nelle loro cavità cilindriche (non mostrate), le estremità di longheroni tubolari anteriori 39 e posteriori 40 di collegamento e irrigidimento, che consentono l’assemblaggio del ponte anteriore 300 e posteriore 400, rispettivamente, al corpo 2 della struttura 100. The front 8 and rear 9 attachment elements receive in their cylindrical cavities (not shown), the ends of front 39 and rear 40 connecting and stiffening tubular longitudinal members, which allow the assembly of the front bridge 300 and rear 400, respectively, to the body 2 of structure 100.
Nelle figure 20 e 21 sono mostrate una vista prospettica e una vista prospettica esplosa parziale del ponte anteriore 300 della struttura 100 del veicolo conformemente alla seconda forma di realizzazione. Figures 20 and 21 show a perspective view and a partial exploded perspective view of the front bridge 300 of the vehicle structure 100 according to the second embodiment.
Il ponte anteriore 300 comprende una travatura frontale 410 ed una travatura posteriore 411 di tipo reticolare assemblate, a mo’ di falda di tetto, con concavità rivolta verso la superficie esterna del tubo su cui si sposta il veicolo. La travatura frontale 410 e la travatura posteriore 411 sono unite da un lato ad un quadrilatero fisso superiore 412 ed inferiormente ad una coppia di bracci porta-ruota 413. Sulla travatura frontale 410 e sulla travatura posteriore 411 è montato inoltre un quadrilatero scorrevole 414 costituito da due traverse 415 e da due cannotti 416. La travatura frontale 410 è costituita da due coppie di tubolari complanari convergenti in alto nel quadrilatero fisso superiore 412 formato da due bracci opposti 417 e da due cannotti opposti 418 tramite cuscinetti 419. Il quadrilatero scorrevole 414 ha i suoi cannotti 416 montati scorrevoli nelle travature anteriore 410 e posteriore 411, essendo guidato verticalmente lungo aste 420 appese ad una piattaforma superiore 421. The front deck 300 includes a front truss 410 and a rear truss 411 of the reticular type assembled, like a roof pitch, with concavity facing the outer surface of the tube on which the vehicle moves. The front truss 410 and the rear truss 411 are joined on one side to an upper fixed quadrilateral 412 and lower to a pair of wheel-carrying arms 413. On the front truss 410 and on the rear truss 411 there is also mounted a sliding quadrilateral 414 consisting of two crosspieces 415 and two sleeves 416. The front truss 410 is made up of two pairs of coplanar tubulars converging at the top in the upper fixed quadrilateral 412 formed by two opposite arms 417 and two opposite sleeves 418 by means of bearings 419. The sliding quadrilateral 414 has its sleeves 416 slidably mounted in the front 410 and rear 411 beams, being guided vertically along rods 420 hanging from an upper platform 421.
Su ognuno dei bracci porta-ruota 413, fra la travatura anteriore 410 e la travatura posteriore 411, è montata una ruota mecanum 48 mossa da un attuatore rotativo 49 mediante una trasmissione flessibile 50 come rappresentata nelle figure 22a e 22b, che sono viste frontali del veicolo conformemente alla seconda forma di realizzazione poggiato su tubi rappresentati con linea a tratti di diverso diametro. On each of the wheel-carrying arms 413, between the front truss 410 and the rear truss 411, is mounted a mechanical wheel 48 moved by a rotary actuator 49 by means of a flexible transmission 50 as shown in Figures 22a and 22b, which are front views of the vehicle according to the second embodiment resting on pipes represented with dashed line of different diameter.
La trasmissione fra ruota e attuatore potrebbe essere diversa da quella flessibile con puleggia e cinghia. Transmission between wheel and actuator may differ from flexible transmission with pulley and belt.
Il ponte posteriore 400, come mostrato nelle figure 18 e 19, comprende due travature 540 che hanno concavità rivolta verso la superficie esterna del tubo su cui si sposta il veicolo e sono mutuamente collegate tra loro. Le due travature 540 hanno fori coassiali per sostenere i longheroni tubolari posteriori 40 inseriti nelle cavità cilindriche 20 dell’elemento di attacco posteriore 9. Le travature 540 si prolungano verso il basso in appoggi verticali 541 portanti una ruota omniwheel 55 (figura 19). Le travature 540 portano una piattaforma 542 atta a sostenere un attuatore rotativo 49 per muovere la ruota omniwheel 55. The rear axle 400, as shown in Figures 18 and 19, comprises two trusses 540 which have concavities facing the outer surface of the tube on which the vehicle travels and are mutually connected to each other. The two beams 540 have coaxial holes to support the rear tubular side members 40 inserted in the cylindrical cavities 20 of the rear attachment element 9. The beams 540 extend downwards in vertical supports 541 carrying an omniwheel 55 (Figure 19). The trusses 540 carry a platform 542 adapted to support a rotary actuator 49 for moving the omniwheel 55.
Con riferimento alle figure 22a e 22b è mostrato l’adattamento del ponte anteriore 400 a diversi diametri di tubo. Con un tubo con asse x’’ di maggior diametro mostrato nella figura 22b rispetto al tubo con asse x’ le travature frontale 410 e posteriore 411 del ponte anteriore 400 si divaricano maggiormente grazie allo spostamento del quadrilatero scorrevole 414. Si comprende che il veicolo con la struttura 100 del veicolo della seconda forma di realizzazione si adatta maggiormente che non la struttura 1 della prima forma di realizzazione dell’invenzione ad una variazione continua di diametri di tubo su cui il veicolo debba spostarsi. With reference to figures 22a and 22b, the adaptation of the front bridge 400 to different pipe diameters is shown. With a tube with an x-axis of greater diameter shown in Figure 22b than the tube with an x-axis, the front beams 410 and rear 411 of the front axle 400 are more widely spread thanks to the displacement of the sliding quadrilateral 414. It is understood that the vehicle with the structure 100 of the vehicle of the second embodiment is more adapted than the structure 1 of the first embodiment of the invention to a continuous variation of pipe diameters on which the vehicle is to travel.
Il veicolo secondo la presente invenzione può essere collegato ad un drone, come mostrato nella figura 17, per essere poggiato su di un tubo da verificare o da sottoporre a manutenzione, anche quando il tubo è irraggiungibile con altri mezzi. The vehicle according to the present invention can be connected to a drone, as shown in figure 17, to be placed on a tube to be checked or maintained, even when the tube is unreachable by other means.
Deve essere permesso l’atterraggio e lo spostamento del veicolo su tubazioni di diametro definito in un determinato intervallo. The vehicle must be allowed to land and move on pipes with a defined diameter within a certain range.
Inoltre, il veicolo deve essere in grado di spostarsi intorno all’asse del tubo, usando la cinematica delle ruote e, se necessario, le eliche del drone, nonché ruotare rispetto ad un asse verticale usando la cinematica delle ruote per correggere eventuali disallineamenti dovuti ad un errato atterraggio sul tubo o ad irregolarità del tubo stesso, quali saldature, ruggine, sporcizia. In addition, the vehicle must be able to move around the axis of the tube, using the wheel kinematics and, if necessary, the drone's propellers, as well as rotate about a vertical axis using the wheel kinematics to correct any misalignments due to incorrect landing on the pipe or irregularities in the pipe itself, such as welds, rust, dirt.
Il veicolo secondo la presente invenzione, come mostrato nella figura 14, è combinato con un drone ed un braccio robotico. In alternativa, uno o più utensili possono essere montati direttamente sul veicolo o articolati tramite braccia robotiche o altri meccanismi articolati. The vehicle according to the present invention, as shown in figure 14, is combined with a drone and a robotic arm. Alternatively, one or more tools can be mounted directly on the vehicle or articulated via robotic arms or other articulated mechanisms.
Il drone è telecomandato in posizione, potendo assegnare ad esso una posizione nello spazio rispetto ad un sistema di riferimento fisso. The drone is remotely controlled in position, being able to assign it a position in space with respect to a fixed reference system.
Si dà nel seguito qualche cenno sulla procedura di pilotaggio. A few notes on the piloting procedure are given below.
Un pilota guida il drone posizionandolo in prossimità della sommità della tubazione su cui deve atterrare. Il pilota seleziona il tubo su cui atterrare mediante interfaccia utente. Un sistema di camere a ricostruzione 3d o laser scanner permette il tracciamento della tubazione riconoscendone le sue caratteristiche principali, quali bordi e giunzioni. A pilot guides the drone by positioning it near the top of the pipe on which it is to land. The pilot selects the tube to land on via the user interface. A system of 3D reconstruction or laser scanner cameras allows the tracing of the pipeline by recognizing its main characteristics, such as edges and joints.
L’insieme di drone e veicolo atterra sul tubo in maniera totalmente autonoma o teleguidata grazie alle informazioni ricostruite nel passo precedente. The set of drone and vehicle lands on the tube in a totally autonomous or remote-controlled manner thanks to the information reconstructed in the previous step.
Una volta atterrato, le eliche del drone vengono spente o fatte girare a velocità ridotta nel caso debbano essere usati da ausilio alla stabilizzazione. Once landed, the drone's propellers are turned off or rotated at reduced speed in case they need to be used as a stabilization aid.
La cinematica delle ruote viene utilizzata per attuare la rotazione intorno all’asse verticale e compensare eventuali disallineamenti rispetto al tubo. Il veicolo si mantiene in equilibrio sul tubo usando le informazioni derivanti dal suo sensore inerziale e muovendo le ruote tangenzialmente al tubo secondo la cinematica indicata nelle figure 15a, 15b, 15c e/o alle eliche per compensare le forze derivanti da uno spostamento angolare rispetto al tubo e quindi per compensare la forza peso dovuta allo spostamento del baricentro rispetto alla linea di mezzeria del tubo. Dal momento che la cinematica del veicolo permette tre moti disaccoppiati, il veicolo può spostarsi lungo la linea di mezzeria del tubo e contemporaneamente attuare il controllo per la stabilizzazione. The kinematics of the wheels are used to rotate around the vertical axis and compensate for any misalignments with respect to the tube. The vehicle maintains itself in equilibrium on the tube using the information deriving from its inertial sensor and moving the wheels tangentially to the tube according to the kinematics indicated in figures 15a, 15b, 15c and / or to the propellers to compensate for the forces deriving from an angular displacement with respect to the tube and therefore to compensate for the weight force due to the displacement of the center of gravity with respect to the center line of the tube. Since the vehicle's kinematics allow for three decoupled motions, the vehicle can move along the centerline of the tube and simultaneously implement the stabilization control.
Il pilota guida a distanza il veicolo lungo il tubo. In particolare, indica al veicolo lo spostamento longitudinale da eseguire e non deve preoccuparsi di eventuali curve della tubazione. The pilot remotely drives the vehicle along the tube. In particular, it indicates to the vehicle the longitudinal movement to be performed and does not have to worry about any bends in the pipe.
Infatti, i sensori di distanza montati sul veicolo, in collaborazione con l’almeno un sensore odometrico, permettono al veicolo di articolarsi in modo automatico nel seguire perfettamente la curvatura del tubo. In fact, the distance sensors mounted on the vehicle, in collaboration with the at least one odometric sensor, allow the vehicle to automatically articulate itself to perfectly follow the curvature of the tube.
Claims (16)
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