ITBO20100659A1

ITBO20100659A1 - SAFETY DEVICE FOR OPERATING MACHINE

Info

Publication number: ITBO20100659A1
Application number: IT000659A
Authority: IT
Inventors: Sandro Ferri; Fausto Lodi
Original assignee: Ferri Srl
Priority date: 2010-11-03
Filing date: 2010-11-03
Publication date: 2012-05-04

Description

DISPOSITIVO DI SICUREZZA PER MACCHINA OPERATRICE SAFETY DEVICE FOR OPERATING MACHINE

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION

La presente invenzione s'inquadra nel settore concernente le macchine per la manutenzione del verde, Γ agricoltura e simili e si riferisce ad un dispositivo di sicurezza particolarmente adatto ad una macchina operatrice comprendente un veicolo, quale un trattore o camion, dotato di un braccio articolato di sostegno di un attrezzo quale, ad esempio, una testa per il taglio d’erba ed arbusti. The present invention falls within the sector relating to machinery for landscaping, agriculture and the like and refers to a safety device particularly suitable for an operating machine comprising a vehicle, such as a tractor or truck, equipped with an articulated arm to support a tool such as, for example, a head for cutting grass and shrubs.

Sono noti bracci decespugliatori in merito ai quali la ditta costruttrice fornisce delle indicazioni/consigli di applicazione alle varie tipologie di veicoli e trattrici idonee per portare quel certo modello di braccio decespugliatore ad esempio fornendo indicazioni di carreggiata e peso della trattrice adatta, in funzione dell’esperienza del costruttore stesso e del comportamento della macchina in piano. Non essendoci però alcun altro tipo di controllo, nulla viene preso in esame circa il comportamento nelle reali condizioni di lavoro della macchina, ad esempio con la trattrice che lavora su un piano sconnesso oppure inclinato. Brushcutter arms are known in relation to which the manufacturer provides indications / recommendations for application to the various types of vehicles and tractors suitable for carrying that certain model of brushcutter arm, for example by providing indications of the track width and weight of the suitable tractor, depending on the experience of the manufacturer himself and of the behavior of the machine on level ground. However, since there is no other type of control, nothing is taken into consideration regarding the behavior of the machine in the real working conditions, for example with the tractor working on an uneven or inclined plane.

Uno svantaggio di tali attrezzi noti montati su veicoli anch’essi noti, consiste nel fatto che l’operatore non conosce e non viene informato sui margini di sicurezza della stabilità della macchina nel suo complesso nelle infinite possibili condizioni operative reali. A disadvantage of these known tools mounted on vehicles that are also known, consists in the fact that the operator does not know and is not informed about the safety margins of the stability of the machine as a whole in the infinite possible real operating conditions.

Uno scopo della presente invenzione è quello di proporre un dispositivo di sicurezza per macchina operatrice in grado di fornire all’operatore un’indicazione preventiva di sicurezza dello stato della macchina e di un eventuale pericolo di ribaltamento del rispettivo veicolo. One purpose of the present invention is to propose a safety device for an operating machine capable of providing the operator with a preventive safety indication of the state of the machine and of a possible danger of overturning the respective vehicle.

Altro scopo della presente invenzione è quello di consentire Γ applicazione di un certo braccio dotato di un qualunque attrezzo pressoché su qualsiasi trattrice. Another object of the present invention is to allow the application of a certain arm equipped with any tool on almost any tractor.

Altro scopo è quello di proporre un dispositivo che possa intervenire sui comandi del braccio e/o del veicolo limitandone l’inviluppo di funzionamento per impedire l’instaurarsi di condizioni di instabilità e di pericolo di ribaltamento. Another purpose is to propose a device that can intervene on the controls of the arm and / or the vehicle by limiting the operating envelope to prevent the establishment of conditions of instability and danger of overturning.

Le caratteristiche dell'invenzione sono nel seguito evidenziate con particolare riferimento agli uniti disegni nei quali: The characteristics of the invention are highlighted below with particular reference to the accompanying drawings in which:

la figura 1 illustra una vista assonometrica e schematica del dispositivo di sicurezza per macchina operatrice, oggetto della presente invenzione, associato ad una macchina operatrice comprendente un veicolo ed un braccio articolato supportante un attrezzo; Figure 1 illustrates an axonometric and schematic view of the safety device for an operating machine, object of the present invention, associated with an operating machine comprising a vehicle and an articulated arm supporting a tool;

la figura 2 illustra una vista frontale ed ingrandita di un mezzo ad interfaccia utente di figura 1. Figure 2 illustrates an enlarged front view of a user interface means of Figure 1.

Con riferimento alle figure 1 e 2, con 1 viene indicato il dispositivo di sicurezza per macchina operatrice associato a detta macchina che comprende un veicolo 2, ad esempio un trattore agricolo, dotato di un braccio articolato 3 avente almeno un mezzo di base 4 fissato al veicolo 2 ed avente un mezzo di articolazione 12, di tipo a perno con asse di rotazione perpendicolare al piano del veicolo 2, per la connessione girevole ad una estremità di un primo membro 5 la cui seconda estremità è girevolmente connessa, tramite un perno di rotazione da asse orizzontale, ad una estremità di un secondo membro 6 la cui restante estremità supporta un attrezzo 7, ad esempio una barra falciante, una trinciatrice o simili. With reference to Figures 1 and 2, 1 indicates the safety device for operating machine associated with said machine which comprises a vehicle 2, for example an agricultural tractor, equipped with an articulated arm 3 having at least one base means 4 fixed to the vehicle 2 and having an articulation means 12, of the pin type with axis of rotation perpendicular to the plane of the vehicle 2, for the rotatable connection to one end of a first member 5 whose second end is rotatably connected, by means of a rotation pin from horizontal axis, to one end of a second member 6 whose remaining end supports a tool 7, for example a cutter bar, a shredder or the like.

Detto dispositivo 1 comprende un mezzo d’elaborazione 10, ad esempio di tipo elettronico digitale, provvisto almeno di memorie per dati e per programmi, di unità di elaborazione a microprocessore in grado di eseguire programmi, di una pluralità di ingressi per segnali e di una interfaccia utente 11 destinata all’ inserimento di dati e a fornire segnali recepibili dall’utente. Opzionalmente il mezzo d’elaborazione 10 può essere dotato di una pluralità di uscite digitali e/o analogiche per fornire dati e comandi ad altri apparati del veicolo o del braccio articolato. Il dispositivo 1 comprende inoltre un insieme di sensori di posizione 15, 16 dei membri 5, 6 in comunicazione di dati con dette porte d’ingresso. In una condizione operativa le memorie del mezzo d’elaborazione 10 contengono almeno dati sulla geometria, sul peso e sulla posizione del baricentro del veicolo 2 a cui è associato il dispositivo e degli elementi ad esso rigidamente fissati, e dati sulle geometrie, pesi e posizioni relative dei baricentri dei membri primo 5 e secondo 6 e dell’attrezzo 7. Tali memorie contengono inoltre almeno un programma di calcolo della stabilità istantanea della macchina in funzione dei dati di posizione dei membri primo 5 e secondo 6 e dell’attrezzo 7 forniti dai sensori di posizione 15, 16. Said device 1 comprises a processing means 10, for example of the digital electronic type, provided at least with data and program memories, a microprocessor processing unit capable of executing programs, a plurality of signal inputs and a user interface 11 intended for data entry and for supplying signals that can be received by the user. Optionally, the processing means 10 can be equipped with a plurality of digital and / or analog outputs to provide data and commands to other equipment of the vehicle or of the articulated arm. The device 1 also comprises a set of position sensors 15, 16 of the members 5, 6 in data communication with said entrance doors. In an operating condition, the memories of the processing means 10 contain at least data on the geometry, weight and position of the center of gravity of the vehicle 2 to which the device is associated and of the elements rigidly fixed to it, and data on geometries, weights and positions relative to the center of gravity of the first 5 and second 6 members and of the tool 7. These memories also contain at least one program for calculating the instantaneous stability of the machine as a function of the position data of the first 5 and second members 6 and of the tool 7 provided by position sensors 15, 16.

Il mezzo d’elaborazione 10 fornisce, in base al programma ed applicando un certo coefficiente di sicurezza, ad esempio di circa il 35%, almeno un allarme quando il valore della stabilità istantanea calcolata è inferiore ad una predeterminata soglia di instabilità della macchina. The processing means 10 provides, according to the program and applying a certain safety coefficient, for example of about 35%, at least one alarm when the instantaneous stability value calculated is lower than a predetermined instability threshold of the machine.

L’interfaccia utente 11 del mezzo di elaborazione 10 comprende mezzi d’allarme ottici e/o acustici ed almeno uno tra schermo di visualizzazione; tastiera, pulsantiera, schermo sensibile al tocco per inserimento manuale dati e/o selezione programmi e/o parametri; porta USB e/o altro collegamento dati per ingresso dati da dispositivi esterni e/o per interscambio di dati; il mezzo di elaborazione può comprendere una porta opzionale di tipo CAN-BUS o ISOBUS. I dati geometrici e ponderali sulla posizione del baricentro e del peso dei vari elementi della macchina possono essere inseriti in memoria manualmente, ad esempio tramite la tastiera o pulsantiera sulla base di un formulario o questionario visualizzato dal dispositivo sullo schermo, oppure tramite memorie esterne, ad esempio chiavi USB flash memory oppure tramite collegamento a dispositivi esterni contenenti, ad esempio, banche dati delle macchine. The user interface 11 of the processing means 10 comprises optical and / or acoustic alarm means and at least one of the display screen; keyboard, push-button panel, touch sensitive screen for manual data entry and / or program and / or parameter selection; USB port and / or other data connection for data input from external devices and / or for data exchange; the processing means can comprise an optional CAN-BUS or ISOBUS port. The geometric and weight data on the position of the center of gravity and the weight of the various elements of the machine can be entered in the memory manually, for example through the keyboard or push-button panel on the basis of a form or questionnaire displayed by the device on the screen, or through external memories, for example. for example USB flash memory keys or by connecting to external devices containing, for example, machine databases.

I sensori di posizione 15, 16 consistono in un primo sensore d’inclinazione 15 fissato al primo membro 5 ed in un secondo sensore d’inclinazione 16 fissato al secondo membro 6. Tali sensori d’inclinazione, ad esempio di tipo gravitazionale piezoelettrico, forniscono l’angolo d’inclinazione assoluto, rispetto alla verticale o rispetto al piano orizzontale. The position sensors 15, 16 consist of a first inclination sensor 15 fixed to the first member 5 and a second inclination sensor 16 fixed to the second member 6. Such inclination sensors, for example of the piezoelectric gravitational type, provide the absolute angle of inclination, with respect to the vertical or with respect to the horizontal plane.

Opzionalmente il dispositivo può comprendere un sensore d’inclinazione trasversale 17, oppure di tipo a due canali trasversale e longitudinale, fissato al mezzo di base 4 del braccio articolato 3 od al telaio del veicolo 2 ed è collegato al mezzo di elaborazione 10 per fornirgli dati sulla inclinazione trasversale ed eventualmente longitudinale del veicolo per calcolare la stabilità tenendo conto dell’ orientamento del veicolo ad esempio causato dalla inclinazione del terreno su cui si muove. Optionally, the device can comprise a transversal inclination sensor 17, or of the type with two transverse and longitudinal channels, fixed to the base means 4 of the articulated arm 3 or to the chassis of the vehicle 2 and is connected to the processing means 10 to provide it with data on the transverse and possibly longitudinal inclination of the vehicle to calculate the stability taking into account the orientation of the vehicle, for example caused by the inclination of the ground on which it moves.

Il dispositivo 1 comprende un sensore d’angolo che può essere interposto tra il mezzo di base 4 ed il primo elemento 5 del braccio articolato 3 e collegabile al mezzo d’elaborazione 10 per fornirgli l’inclinazione della proiezione del braccio articolato 3 sul piano del veicolo 2 rispetto all’asse longitudinale di tale veicolo 2 ovvero l’angolo di rotazione del primo elemento del braccio attorno all’asse verticale del mezzo di articolazione 12. La misura di tale angolo fornisce al dispositivo la possibilità di calcolare la stabilità trasversale e longitudinale. The device 1 comprises an angle sensor which can be interposed between the base means 4 and the first element 5 of the articulated arm 3 and connectable to the processing means 10 to provide it with the inclination of the projection of the articulated arm 3 on the plane of the vehicle 2 with respect to the longitudinal axis of said vehicle 2 or the angle of rotation of the first element of the arm around the vertical axis of the articulation means 12. The measurement of this angle provides the device with the possibility of calculating the transverse and longitudinal stability .

Se il secondo elemento 6 del braccio articolato 3 è di tipo telescopico, il dispositivo 1 può comprendere un sensore d’estensione del secondo elemento 6 fissabile a quest’ultimo 6 e collegato al mezzo d’elaborazione 10 per fornirgli dati sulla lunghezza di tale secondo elemento 6. In tal modo il dispositivo potrà calcolare la stabilità in funzione dell’ estensione del secondo elemento 6 che, quando è totalmente esteso, allontana il baricentro dell’attrezzo 7 dal veicolo spostando il baricentro della macchina verso Γ esterno e ri ducendo così la stabilità. If the second element 6 of the articulated arm 3 is of the telescopic type, the device 1 can comprise an extension sensor of the second element 6 which can be fixed to the latter 6 and connected to the processing means 10 to provide it with data on the length of said second element element 6. In this way the device will be able to calculate the stability as a function of the extension of the second element 6 which, when fully extended, moves the center of gravity of the tool 7 away from the vehicle by moving the center of gravity of the machine towards Γ outside and thus reducing the stability.

Se l’attrezzo 7 è di tipo orientabile, è possibile che possa spostare la posizione del proprio baricentro. In tal caso il dispositivo 1 può comprendere un mezzo di rilevazione dell’ orientamento dell’attrezzo 7 fissabile a quest’ultimo e collegato al mezzo d’elaborazione 10 per fornirgli dati d’orientamento di tale attrezzo 7 e quindi sullo spostamento del suo baricentro, per il calcolo della stabilità della macchina. E previsto che il braccio articolato 3 possa essere dotato d’attrezzi 7 intercambiabili; in questo caso il dispositivo 1 può comprendere un mezzo d’identificazione per ciascun attrezzo 7, ad esempio consistente in una memoria di sola lettura associata ad un connettore elettrico o ad un’etichetta di radio identificazione tipo RFID contenente l’identificazione del tipo di attrezzo od i dati geometrici e ponderali dell’attrezzo. Tale mezzo d’identificazione è fissabile a tale attrezzo ed è collegato, ad esempio tramite un cablaggio o tramite un collegamento senza fili assicurato da un interrogatore RFID del mezzo d’elaborazione 10, a quest’ultimo per fornirgli dati su tale attrezzo 7 per il calcolo della stabilità. If the tool 7 is of the orientable type, it is possible that it can shift the position of its center of gravity. In this case the device 1 can comprise a means for detecting the orientation of the tool 7 which can be fixed to the latter and connected to the processing means 10 to supply it with orientation data of this tool 7 and therefore on the displacement of its center of gravity, for calculating the stability of the machine. It is envisaged that the articulated arm 3 can be equipped with interchangeable tools 7; in this case the device 1 can comprise an identification means for each tool 7, for example consisting of a read-only memory associated with an electrical connector or an RFID-type radio identification label containing the identification of the type of tool or the geometric and weight data of the apparatus. Said identification means can be fixed to said tool and is connected, for example by means of a harness or by means of a wireless connection ensured by an RFID interrogator of the processing means 10, to the latter in order to provide it with data on said tool 7 for the stability calculation.

In caso di veicolo 2 dotato di una centralina che riceve i dati di funzionamento del veicolo stesso, ad esempio la velocità, e/o che ne comanda gli organi di propulsione, ad esempio i giri del motore tramite sistema FADEC o simili, il mezzo d’elaborazione 10 è collegabile tramite CAN-BUS o ISOBUS od altra connessione dati, a tale centralina del veicolo 2 per ricevere dati di velocità e/o inclinazione del veicolo e/o per inviare a tale centralina comandai di limitazione della velocità del veicolo 2 in base a dati fomiti dal programma in funzione della stabilità calcolata. In the case of vehicle 2 equipped with a control unit which receives the operating data of the vehicle itself, for example the speed, and / or which controls its propulsion elements, for example the engine revolutions through the FADEC system or the like, the vehicle The processing 10 can be connected via CAN-BUS or ISOBUS or other data connection to this control unit of the vehicle 2 to receive speed and / or inclination data of the vehicle and / or to send to said control unit the speed limitation commands of the vehicle 2 in based on data provided by the program as a function of the calculated stability.

In caso di braccio articolato 3 dotato di un mezzo di controllo digitale degli organi d’azionamento del braccio stesso, il mezzo di elaborazione 10 è collegabile a tale mezzo di controllo per limitare le posizioni e/o i movimenti del braccio 3 e dell’attrezzo 7 in base a dati forniti dal programma in funzione della stabilità calcolata. In the case of an articulated arm 3 equipped with a means for digitally controlling the actuating members of the arm itself, the processing means 10 can be connected to this control means to limit the positions and / or movements of the arm 3 and of the tool 7 based on data provided by the program as a function of the calculated stability.

E anche previsto che il veicolo od il mezzo di base possano essere dotati di un accelerometro ad almeno un asse trasversale collegato ad una porta d’ingresso del mezzo di elaborazione 10 per fornirgli dati sull’asperità e/o accelerazioni trasversali indotte al veicolo ad esempio per utilizzare un coefficiente di sicurezza maggiorato in caso di fondo sconnesso. In alternativa, se il sensore d’inclinazione ha una costante di tempo sufficientemente bassa, i segnali da essi forniti possono essere utilizzati per stimare le sollecitazioni ad esempio prodotte dalle irregolarità del suolo. Il funzionamento del dispositivo prevede che il mezzo d’elaborazione 10 utilizzi tramite i suoi programmi, i dati in ingresso per calcolare un valore di stabilità, corretto sulla base del coefficiente di sicurezza, e per fornire allarmi quando tale valore si avvicina ad una o più soglie d’allarme di allerta crescente. It is also envisaged that the vehicle or the base means can be equipped with an accelerometer with at least one transverse axis connected to an input port of the processing means 10 to provide it with data on the asperity and / or transverse accelerations induced to the vehicle, for example to use an increased safety coefficient in the event of a bumpy bottom. Alternatively, if the inclination sensor has a sufficiently low time constant, the signals provided by them can be used to estimate the stresses produced, for example, by ground irregularities. The operation of the device provides that the processing means 10 uses, through its programs, the input data to calculate a stability value, corrected on the basis of the safety coefficient, and to provide alarms when this value approaches one or more alarm thresholds of increasing alert.

Se il dispositivo è collegato anche ad organi di controllo del motore e/o del braccio, può anche intervenire sulla velocità o sulla configurazione del veicolo o sulla velocità del braccio quando la stabilità calcolata scende sotto certe soglie prefissate. II programma può essere predisposto per tener conto anche di contrappesi e di particolari configurazioni del veicolo, o del braccio, comunicati al mezzo di elaborazione 10 tramite rispettivi valori di peso e di posizione o tramite rispettivi parametri correttivi. If the device is also connected to engine and / or boom control members, it can also intervene on the vehicle speed or configuration or on the boom speed when the calculated stability falls below certain predetermined thresholds. The program can be set up to take into account also counterweights and particular configurations of the vehicle, or of the arm, communicated to the processing means 10 through respective weight and position values or through respective corrective parameters.

Un vantaggio della presente invenzione è di fornire un dispositivo di sicurezza per macchina operatrice in grado di fornire all’operatore un’indicazione preventiva di sicurezza dello stato della macchina e di un’eventuale pericolo ribaltamento del rispettivo veicolo. An advantage of the present invention is to provide a safety device for an operating machine capable of providing the operator with a preventive safety indication of the state of the machine and of any danger of the respective vehicle overturning.

Altro vantaggio della presente invenzione è quello di consentire l’applicazione di un certo braccio dotato di attrezzo pressoché su qualsiasi trattrice. Another advantage of the present invention is to allow the application of a certain arm equipped with a tool on almost any tractor.

Ulteriore vantaggio è quello di fornire un dispositivo che possa intervenire sui comandi del braccio e/o del veicolo limitandone l’inviluppo di funzionamento per impedire l’instaurarsi di condizioni di instabilità e di pericolo di ribaltamento. Another advantage is to provide a device that can intervene on the controls of the arm and / or the vehicle by limiting the operating envelope to prevent the establishment of conditions of instability and danger of overturning.

Claims

CLAIMS 1) Safety device for operating machine which can be associated with a machine comprising a vehicle (2) equipped with an articulated arm (3) having at least a base means (4), a first member (5) and a second articulated member (6) in cascade, where the second member (6) supports a tool (7); said device (1) being characterized in that it comprises a processing means (10) provided at least with memories, a processing unit capable of executing programs, a plurality of signal inputs and a user interface (11) intended for inserting data and providing signals that can be received by the user and comprising a set of position sensors (15, 16) of the members (5, 6) in data communication with said gates; in an operating condition the memories of the processing means (10) contain at least data on the geometry, weight and position of the center of gravity of the vehicle (2) and of the elements rigidly fixed to it, and data on the geometries, weights and relative positions of the centers of gravity of the first (5) and second (6) members and of the tool (7), these memories also contain at least one program for calculating the instantaneous stability of the machine as a function of the position data of the first (5) and second (6) members and of the tool (7) supplied by the position sensors (15, 16), the processing means (10) provides at least one alarm according to the program when the value of the instantaneous stability calculated is lower than a predetermined threshold.

2) Device according to claim 1 characterized by the fact that the user interface (11) of the processing means (10) includes optical and / or acoustic alarm means and at least one of the display screen; keyboard, push-button panel, touch sensitive screen for manual data entry and / or program and / or parameter selection; USB port and / or other data connection for data input from external devices and / or for data exchange; the processing means can comprise an optional CAN-BUS or ISOBUS port.

3) Device according to claim 1 or 2 characterized in that the position sensors (15, 16) consist of a first inclination sensor (15) fixed to the first member (5) and a second inclination sensor (15) attached to the second member (6).

4) Device according to any one of the preceding claims characterized in that it comprises an at least transverse inclination sensor (17) fixed to the base means (4) of the articulated arm (3) or to the vehicle frame (2) and connected to the processing (10) to provide him with data at least on the transverse inclination of the vehicle at least for the calculation of stability.

5) Device according to any one of the preceding claims, characterized in that in correspondence with a base means (4) provided with an articulation means (12) with an axis of rotation perpendicular to the plane of the vehicle (2) for the pivotal connection of the first element (5) to the base medium (4); the device (1) comprises an angle sensor which can be interposed between the base means (4) and the first element (5) of the articulated arm (3) and can be connected to the processing means (10) to provide it with the inclination the projection of the articulated arm (3) on the plane of the vehicle (2) with respect to the longitudinal axis of that vehicle (2) at least for the calculation of stability.

6) Device according to any one of the preceding claims characterized in that in correspondence with a second element (6) of the articulated arm (3) of the telescopic type, the device (1) comprises an extension sensor of the second element (6) which can be fixed to the latter (6) and connected to the processing means (10) to provide it with data on the length of this second element (6) at least for the calculation of the stability.

7) Device according to any one of the preceding claims, characterized in that in correspondence with an orientable tool (7), the device (1) comprises a means for detecting the orientation of the tool (7) which can be fixed to the latter and connected to the processing means (10) to provide it with orientation data of such gear (7) at least for the calculation of stability.

8) Device according to any one of the preceding claims characterized in that in correspondence with an articulated arm (3) equipped with interchangeable tools (7), the device (1) comprises an identification means for each tool (7) and can be fixed to said tool, said identification means contains data relating to the tool, such as its weight and is connected to the processing means (10) to provide it with data on said tool (7) at least for the calculation of stability.

9) Device according to claim 2 characterized by the fact that in the case of a vehicle (2) equipped with a control unit that receives the vehicle operating data and / or controls its propulsion elements, the processing means (10) is connectable via CAN-BUS or ISOBUS or other data connection, to the vehicle control unit (2) to receive vehicle speed and / or inclination data and / or to send vehicle speed limitation commands (2) to this control unit (2) based on to data provided by the program as a function of the calculated stability.

10) Device according to any one of the preceding claims, characterized in that in the case of an articulated arm (3) equipped with a means for digitally controlling the actuating members of the arm itself, the processing means (10) can be connected to this control means for limit the positions and / or movements of the arm (3) and of the implement (7) on the basis of data provided by the program according to the calculated stability.