IT202100011501A1 - Sistema di localizzazione con moto basculante e relativo procedimento - Google Patents

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Michele Cattoi
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Marco Ballerini
Michele Cattoi
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Description

Descrizione dell?Invenzione Industriale avente per titolo:
?Sistema di localizzazione con moto basculante e relativo procedimento?
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un sistema di localizzazione, in particolare un sistema di localizzazione di un oggetto in un ambiente e di ricostruzione tridimensionale dell?ambiente.
Altres? la presente invenzione si riferisce ad un procedimento di localizzazione di un oggetto in un ambiente e di ricostruzione tridimensionale dell?ambiente mediante il sistema di localizzazione.
Come noto, l?interazione nell?ambiente di un automa ? gestito attraverso la localizzazione dell?automa stesso rispetto all?ambiente. Gli automi possono essere dotati di elementi quali radar, ultrasuoni, telecamere e misuratori di distanza laser che collegati ad un processore di calcolo ne determinano la posizione riuscendo a rappresentare tridimensionalmente l?ambiente in cui si trovano. L?accuratezza della rappresentazione dell?ambiente ? funzione della libert? di movimento dei noti dispositivi di rilevamento che ruotano intorno ad un asse e che trasmettono i dati raccolti in modo efficace ed efficiente mediante contatti rotanti. E? noto che utilizzando i contatti rotanti in modo continuativo essi sono soggetti ad una veloce usura e rottura dato il loro peso e volume notevole.
E? evidente, come non esiste un dispositivo o un sistema di localizzazione di un oggetto in grado di effettuare una movimentazione spaziale ed una ricostruzione tridimensionale dell?ambiente in cui ? inserito l?oggetto senza l?utilizzo di contatti rotanti.
Scopo della presente invenzione ? quello di risolvere i suddetti problemi fornendo un sistema di localizzazione di un oggetto in un ambiente e di ricostruzione tridimensionale dell?ambiente.
Un altro scopo della presente invenzione ? quello di fornire un procedimento di localizzazione di un oggetto mediante il sistema di localizzazione. I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell?invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un sistema di localizzazione come quello descritto nella rivendicazione 1. Altres? i suddetti e altri scopi e vantaggi dell?invenzione quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un procedimento di localizzazione come quello descritto nella riv.9. Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l?oggetto delle rivendicazioni dipendenti.
Resta inteso che tutte le rivendicazioni allegate formano parte integrante della presente descrizione.
Risulter? immediatamente ovvio che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalit? equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell'invenzione come appare dalle rivendicazioni allegate.
La presente invenzione verr? meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- la FIG. 1 mostra una vista prospettica di una realizzazione del sistema secondo la presente invenzione;
- la FIG. 2 mostra una vista prospettica posteriore del sistema secondo la presente invenzione;
- la FIG. 3 mostra una vista laterale del sistema secondo la presente invenzione;
- la FIG. 4 mostra una vista laterale di una seconda realizzazione del sistema secondo la presente invenzione;
- la FIG. 5 mostra una vista prospettica di una seconda realizzazione del sistema secondo la presente invenzione;
- le FIGG. 6 e 7 mostrano una vista laterale del sistema di localizzazione di un punto di un oggetto da parte del sistema secondo la presente invenzione; e
- le FIGG.8-13 mostrano una rappresentazione grafica di un tracciato di scansione prodotto dal sistema secondo la presente invenzione.
Facendo riferimento alla FIG. 1 un sistema di localizzazione 1 di un oggetto in un ambiente e di ricostruzione tridimensionale dell?ambiente, secondo la presente invenzione, ? composto da un dispositivo di telerilevamento 20, un dispositivo meccanico di brandeggio 30, ed un dispositivo meccanico di elevazione 40 progettati per connettersi reciprocamente ed indurre la movimentazione nelle tre direzioni dello spazio del dispositivo di telerilevamento 20, in grado di diagnosticare e rilevare informazioni qualitative e quantitative sull?oggetto e sull?ambiente circostante mediante almeno un fascio laser incidente 10 sulla superficie dell?oggetto emesso dal dispositivo di telerilevamento 20, producendo un trattato di scansione 11 dell?oggetto in funzione della rotazione e dalla velocit? di rotazione del dispositivo di telerilevamento 20 sul piano orizzontale mediante il dispositivo meccanico di brandeggio 30, e sul piano verticale mediante il dispositivo meccanico di elevazione 40.
Vantaggiosamente, il dispositivo di telerilevamento 20, quale, ad esempio, un componente lidar (Light Detection And Ranging), ? costituito da un emettitore 21 ed un ricevitore laser 22, progettato per determinare la posizione di un oggetto o di una superficie mediante una tecnica di telerilevamento a impulsi laser. Il dispositivo di telerilevamento 20 ? connesso, posteriormente con un elemento di supporto 4 mediante fissaggi meccanici o chimici.
Inoltre il dispositivo meccanico di elevazione 40, progettato per indurre una rotazione lungo un piano verticale del dispositivo di telerilevamento 20 rispetto ad un asse orizzontale, ? costituito: - dall?elemento di supporto 4 solidale al dispositivo di telerilevamento 20, e connesso superiormente con una piattaforma 3 mediante una prima cerniera 41, posteriormente collegata con una biella di elevazione 8, tramite una seconda cerniera 42;
- dalla biella di elevazione 8, collegata con una prima estremit? all?elemento di supporto 4 mediante la seconda cerniera 42, e con una seconda estremit? ad un attuatore di elevazione 7 mediante una terza cerniera 43; e
- dall?attuatore di elevazione 7, quale, ad esempio, un motore rotativo, o un motore lineare, o un motore a rinvii a cinghia o ingranaggi, o un motore piezoelettrico, o altro analogo, collegato alla biella di elevazione 8 mediante la terza cerniera 43, e ad un supporto 45 tramite un primo perno 44.
Il dispositivo meccanico di brandeggio 30, progettato per indurre una rotazione lungo un piano orizzontale del dispositivo di telerilevamento 20 rispetto ad un asse verticale, ? costituito da:
- un elemento di supporto 2 connesso fisicamente con un attuatore di brandeggio 5 mediante un secondo perno 31, e con la piattaforma 3 mediante una quarta cerniera 32;
- una biella di brandeggio 6, collegata con una prima estremit? alla piattaforma 3, mediante una quinta cerniera 33, e con una seconda estremit? all?attuatore di brandeggio 5 mediante la sesta cerniera 34;
- l?attuatore di brandeggio 5, quale, ad esempio, un motore rotativo, o un motore lineare, o un motore a rinvii a cinghia o ingranaggi, o un motore piezoelettrico, o altro analogo, collegato alla biella di brandeggio 6 tramite la sesta cerniera 34, e alla elemento di supporto 2 mediante il secondo perno 31; e
- la piattaforma 3, ? l?elemento di connessione tra il dispositivo meccanico di elevazione 40, e il dispositivo meccanico di brandeggio 30, in particolare ? connessa inferiormente con la porzione superiore dell?elemento superiore 4 del dispositivo meccanico di elevazione 40 mediante la prima cerniera 41 e con l?attuatore di elevazione 7 mediante il supporto 45, ed ? connessa superiormente con l?elemento di supporto 2 e con la biella di brandeggio 6 del dispositivo meccanico di brandeggio 30, rispettivamente mediante la quarta cerniera 32 e la quinta cerniera 33.
Inoltre il dispositivo di telerilevamento 20, il dispositivo meccanico di brandeggio 30, ed il dispositivo meccanico di elevazione 40, sono connessi con l?elaboratore di calcolo 50 mediante un cablaggio elettronico, permettendo ad un utilizzatore del sistema 1 di gestire da remoto il dispositivo di telerilevamento 20, il dispositivo meccanico di brandeggio 30, e il dispositivo di telerilevamento 40 mediante l?elaboratore di calcolo 50.
Vantaggiosamente come mostrato in FIG.6 il movimento generato dall?attuatore di elevazione 7 ? trasmesso, mediante la biella di elevazione 8, all?elemento di supporto 4 connesso con la piattaforma 3 e solidale al dispositivo di telerilevamento 20, inducendo una rotazione del dispositivo di telerilevamento 20 lungo un piano verticale rispetto ad un asse orizzontale, con un angolo di rotazione ? scelto dall?utente mediante l?elaboratore di calcolo 50, in funzione delle informazioni qualitative e quantitative sull?ambiente rilevate dal sistema 1.
Come mostrato in FIG.7 il movimento generato dall?attuatore di brandeggio 5 ? trasmesso, mediante la biella di brandeggio 6, alla piattaforma 3 connessa con la porzione superiore dell?elemento di supporto 4 solidale al dispositivo di telerilevamento 20, inducendo una rotazione del dispositivo di telerilevamento 20 lungo un piano orizzontale rispetto ad un asse verticale, con un con un angolo di rotazione ? scelto dall?utente mediante l?elaboratore di calcolo 50, in funzione delle informazioni qualitative e quantitative sull?ambiente rilevate dal sistema 1.
Procedimento di localizzazione dell?oggetto nell?ambiente e di ricostruzione tridimensionale dell?ambiente, mediante il sistema 1 di localizzazione, secondo la presente invenzione, comprende le fasi di:
a) predisposizione del sistema 1;
b) attivazione del dispositivo di telerilevamento 20, e rilevamento di un punto 9 dell?oggetto proiettando un fascio laser incidente 10 sulla superficie dell?oggetto e rilevando il fascio riflesso prodotto dal fascio laser incidente 10; c) determinazione della distanza del punto 9 rispetto ad un punto di riferimento, disposto sul dispositivo di rilevamento 20, o sul sistema 1; d) ripetizione delle fasi da b) a c), ed individuazione di almeno un tracciato di scansione 11, in funzione di una pluralit? di valori assegnati agli angoli di rotazione (?) e (?) del dispositivo di rilevamento 20.
Come mostrato nelle FIGG.6 - 11 la forma e la densit? del tracciato di scansione 11 dipende dalla pluralit? di valori assegnati agli angoli di rotazione ? e ?, e di conseguenza dalla rotazione e dalla velocit? di rotazione del dispositivo di telerilevamento 20 sul piano orizzontale mediante il dispositivo meccanico di brandeggio 30, e sul piano verticale mediante il dispositivo meccanico di elevazione 40.
? descritto, come mostrato in FIGG. 4 e 5, una realizzazione alternativa del sistema 1, dotato di due o pi? attuatori lineari 13, ed almeno un giunto cardanico 14, progettato per trasmettere la movimentazione dei due o pi? attuatori lineari 13, al supporto 4 solidale al dispositivo di telerilevamento 20, inducendo un moto basculante. La presente invenzione presenta i seguenti vantaggi:
- permette di scansionare l?ambiente con una densit? spaziale di punti elevata favorendo una migliore precisione della ricostruzione tridimensionale dell?ambiente, mediante la movimentazione spaziale del sistema;
- permette una connessione elettrica cablata tra i componenti del sistema favorendo una movimentazione spaziale del sistema senza utilizzare contatti rotanti noti;
- favorisce l?installazione del sistema su apparati di piccole dimensioni essendo il sistema dotato di un volume di ingombro minimo;
- permette costi di produzione bassi e non soggetti ad usura essendo il sistema privo di contatti rotanti.
Si sono descritte alcune forme preferite di attuazione dell?invenzione, ma naturalmente esse sono suscettibili di ulteriori modifiche e varianti nell?ambito della medesima idea inventiva. In particolare, agli esperti nel ramo risulteranno immediatamente evidenti numerose varianti e modifiche, funzionalmente equivalenti alle precedenti, che ricadono nel campo di protezione dell'invenzione come evidenziato nelle rivendicazioni allegate.

Claims (1)

  1. RIVENDICAZIONI
    1. Sistema di localizzazione (1) di un oggetto in un ambiente e di ricostruzione tridimensionale di detto ambiente, caratterizzato dal fatto di essere composto da un dispositivo di telerilevamento (20), un dispositivo meccanico di brandeggio (30), ed un dispositivo meccanico di elevazione (40) progettati per connettersi reciprocamente ed indurre la movimentazione di detto dispositivo di telerilevamento (20) producendo, mediante almeno un fascio laser incidente (10) sulla superficie di detto oggetto emesso da detto dispositivo di telerilevamento (20), un tracciato di scansione (11) di detto oggetto in funzione della rotazione e dalla velocit? di rotazione di detto dispositivo di telerilevamento (20) sul piano orizzontale mediante detto dispositivo meccanico di brandeggio (30), e sul piano verticale mediante detto dispositivo meccanico di elevazione (40), caratterizzato dal fatto di essere dotato di due o pi? attuatori lineari (13), ed almeno un giunto cardanico (14), progettato per trasmettere la movimentazione di detti due o pi? attuatori lineari (13), a detto supporto (4) solidale a detto dispositivo di telerilevamento (20), inducendo un moto basculante.
    2. Sistema (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di telerilevamento (20), ? costituito da un emettitore (21) ed un ricevitore laser (22), progettato per determinare la posizione di detto oggetto o di una superficie di detto oggetto in detto ambiente, ed ? connesso, posteriormente con un elemento di supporto (4) mediante fissaggi meccanici o chimici.
    3. Sistema (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo meccanico di elevazione (40), progettato per indurre una rotazione lungo un piano verticale di detto dispositivo di telerilevamento (20) rispetto ad un asse orizzontale, ? costituito da:
    - detto elemento di supporto (4) solidale a detto dispositivo di telerilevamento (20), e connesso superiormente con una piattaforma (3) mediante una prima cerniera (41), posteriormente collegata con una biella di elevazione (8), tramite una seconda cerniera (42);
    - detta biella di elevazione (8), collegata con una prima estremit? a detto elemento di supporto (4) mediante detta seconda cerniera (42), e con una seconda estremit? ad un attuatore di elevazione (7) mediante una terza cerniera (43); e
    - detto attuatore di elevazione (7) collegato a detta biella di elevazione (8) mediante detta terza cerniera (43), e ad un supporto (45) tramite un perno (44).
    4. Sistema (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo meccanico di brandeggio (30), progettato per indurre una rotazione lungo un piano orizzontale di detto dispositivo di telerilevamento (20) rispetto ad un asse verticale, ? costituito da:
    - un elemento di supporto (2) connesso fisicamente con un attuatore di brandeggio (5) mediante un secondo perno (31), e con detta piattaforma (3) mediante una quarta cerniera (32); - una biella di brandeggio (6), collegata con una prima estremit? a detta piattaforma (3), mediante una quinta cerniera (33), e con una seconda estremit? a detto attuatore di brandeggio (5) mediante detta sesta cerniera (34);
    - detto attuatore di brandeggio (5) collegato a detta biella di brandeggio (6) tramite detta sesta cerniera (34), e a detto elemento di supporto (2) mediante detto secondo perno (31);
    - detta piattaforma (3), elemento di connessione tra detto dispositivo meccanico di elevazione (40), e detto dispositivo meccanico di brandeggio (30), connessa inferiormente con la porzione superiore di detto elemento superiore (4) di detto dispositivo meccanico di elevazione (40) mediante detta prima cerniera (41) e con detto attuatore di elevazione (7) mediante detto supporto (45), ed ? connessa superiormente con detto elemento di supporto (2) e con detto biella di brandeggio (6) di detto dispositivo meccanico di brandeggio (30), rispettivamente mediante detta quarta cerniera (32) e detta quinta cerniera (33).
    5. Sistema (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di telerilevamento (20), detto dispositivo meccanico di brandeggio (30), e detto dispositivo meccanico di elevazione (40), sono connessi con almeno un elaboratore di calcolo (50) mediante un cablaggio elettronico, permettendo ad un utilizzatore di detto sistema (1) di gestire da remoto detto dispositivo di telerilevamento (20), detto dispositivo meccanico di brandeggio (30), e detto dispositivo di telerilevamento (40) mediante detto elaboratore di calcolo (50).
    6. Sistema (1) secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il movimento generato da detto attuatore di elevazione (7) ? trasmesso, mediante detta biella di elevazione (8), a detto elemento di supporto (4) connesso con detta piattaforma (3) e solidale a detto dispositivo di telerilevamento (20), inducendo una rotazione di detto dispositivo di telerilevamento (20) lungo un piano verticale rispetto ad un asse orizzontale, con un angolo di rotazione ? scelto da detto utente mediante detto elaboratore di calcolo (50).
    7. Sistema (1) secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il movimento generato da detto attuatore di brandeggio (5) ? trasmesso, mediante detta biella di brandeggio (6), a detta piattaforma (3) connessa con la porzione superiore di detto elemento di supporto (4) solidale a detto dispositivo di telerilevamento (20), inducendo una rotazione di detto dispositivo di telerilevamento (20) lungo un piano orizzontale rispetto ad un asse verticale, con un con un angolo di rotazione ? scelto da detto utente mediante detto elaboratore di calcolo (50).
    8. Procedimento di localizzazione di un oggetto e di ricostruzione tridimensionale di un ambiente, mediante il sistema di localizzazione (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente le fasi di:
    a) predisposizione di detto sistema (1);
    b) attivazione di detto dispositivo di telerilevamento (20), e rilevamento di almeno un punto (9) di detto oggetto proiettando detto fascio laser incidente (10) sulla superficie di detto oggetto e rilevando almeno un fascio riflesso prodotto da detto fascio laser incidente (10); c) determinazione della distanza di detto punto (9) rispetto ad un punto di riferimento, disposto su detto dispositivo di rilevamento (20), o su detto sistema (1);
    d) ripetizione delle fasi da b) a c), ed individuazione di detto tracciato di scansione (11), in funzione di una pluralit? di valori assegnati a detti angoli di rotazione (?) e (?) di detto dispositivo di rilevamento (20).
    10. Procedimento secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che la forma e la densit? di detto tracciato di scansione (11) dipende dalla pluralit? di valori assegnati a detti angoli di rotazione (?) e (?), e di conseguenza dalla rotazione e dalla velocit? di rotazione di detto dispositivo di telerilevamento (20) sul piano orizzontale mediante detto dispositivo meccanico di brandeggio (30), e sul piano verticale mediante detto dispositivo meccanico di elevazione (40).
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