ITMI20090360A1 - CONTROL UNIT AND CONTROL SYSTEM AND PROPULSION OF A NAVIGATING UNIT - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
- B63H21/21—Control means for engine or transmission, specially adapted for use on marine vessels
- B63H21/213—Levers or the like for controlling the engine or the transmission, e.g. single hand control levers
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
- B63H25/42—Steering or dynamic anchoring by propulsive elements; Steering or dynamic anchoring by propellers used therefor only; Steering or dynamic anchoring by rudders carrying propellers
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- B63H25/02—Initiating means for steering, for slowing down, otherwise than by use of propulsive elements, or for dynamic anchoring
- B63H2025/026—Initiating means for steering, for slowing down, otherwise than by use of propulsive elements, or for dynamic anchoring using multi-axis control levers, or the like, e.g. joysticks, wherein at least one degree of freedom is employed for steering, slowing down, or dynamic anchoring
Description
Descrizione Description
“Apparato di comando e sistema di comando e propulsione di un’unità navigante†⠀ œControl apparatus and command and propulsion system of a sailing unitâ €
Campo tecnico dell’invenzione Technical field of invention
La presente invenzione riguarda gli apparati di comando delle unità naviganti quali, particolarmente ma non limitativamente, sistemi di assistenza alla guida per imbarcazioni. The present invention relates to the control apparatuses of sailing units such as, particularly but not limited to, driving assistance systems for boats.
Tecnica nota Known technique
Sono noti apparati di comando di imbarcazioni, tipicamente yacht, da usare per manovre a bassa velocità che fanno uso di un joystick di comando della forza di spinta richiesta agli organi propulsori. Tale joystick à ̈ impiegato in particolari manovre, in sostituzione delle tradizionali manopole di comando degli organi di propulsione utilizzate durante la navigazione a velocità più elevate. Si ritiene che il joystick possa facilitare la manovra soprattutto per piloti meno esperti. Control apparatuses for boats, typically yachts, are known to be used for low speed maneuvers which make use of a joystick for controlling the thrust force required by the propulsion members. This joystick is used in particular maneuvers, replacing the traditional control knobs of the propulsion organs used during navigation at higher speeds. It is believed that the joystick can facilitate maneuvering especially for less experienced pilots.
A tal proposito, la domanda di brevetto EP-A-1520782 descrive l’uso di un joystick di comando di apparati di propulsione di un’imbarcazione. Mediante il joystick à ̈ regolata la potenza dei motori dell’apparato di propulsione ed à ̈ quindi possibile comandare traslazioni e rotazioni dell’imbarcazione. Altri documenti che descrivono l’uso di un joystick per il governo di imbarcazioni in manovre a bassa velocità sono WO-A-02085702 e WO-A-0013967. In this regard, patent application EP-A-1520782 describes the use of a joystick for controlling propulsion equipment on a boat. The power of the engines of the propulsion system is regulated by means of the joystick and it is therefore possible to control the boatâ € ™ s translations and rotations. Other documents describing the use of a joystick for steering boats in low speed maneuvers are WO-A-02085702 and WO-A-0013967.
Il documento JP-A-9002393 si riferisce ad un sistema di controllo che consente di mantenere in modo automatico una determinata posizione iniziale in cui si trova una nave. Il documento US-A-7366593 descrive un sistema di controllo della traiettoria di una nave avente lo scopo di minimizzare il consumo energetico. The document JP-A-9002393 refers to a control system that allows to automatically maintain a certain initial position in which a ship is located. US-A-7366593 discloses a ship trajectory control system with the purpose of minimizing energy consumption.
Breve sommario dell’invenzione Brief summary of the invention
La Richiedente ha osservato che le tecniche descritte dall’arte nota basate sull’uso del joystick per il comando degli organi propulsori non costituiscono sistemi di assistenza alla guida che consentano una soddisfacente agevolazione e semplificazione delle operazioni di manovra. The Applicant has observed that the techniques described in the known art based on the use of the joystick for the control of the propulsion members do not constitute driving assistance systems which allow a satisfactory facilitation and simplification of the maneuvering operations.
Scopo della presente invenzione à ̈ quello di rendere disponibile un apparato di comando di un’unità navigante che risulti agevole anche per utenti non esperti. The purpose of the present invention is to make available a control apparatus for a sailing unit which is easy even for non-expert users.
La presente invenzione riguarda un apparato di comando di un’unità navigante come definito nell’annessa rivendicazione 1 e da sue forme di realizzazione preferite descritte nelle rivendicazioni dipendenti da 2 a 14. The present invention relates to a control apparatus of a sailing unit as defined in the attached claim 1 and to its preferred embodiments described in the dependent claims 2 to 14.
Forma oggetto della presente invenzione anche un sistema di comando e propulsione definito nell’annessa rivendicazione 15 e un’unità navigante descritta nella rivendicazione 16. The present invention also relates to a control and propulsion system defined in the attached claim 15 and a sailing unit described in claim 16.
Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings
Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi dell’invenzione risulteranno dalla descrizione che segue di una forma di realizzazione preferita e di sue varianti fornite a titolo esemplificativo con riferimento ai disegni allegati, in cui: Further characteristics and advantages of the invention will emerge from the following description of a preferred embodiment and its variants, provided by way of example with reference to the attached drawings, in which:
- la Figura 1 mostra schematicamente un primo sistema di comando e propulsione comprendente un apparato di comando secondo una prima forma di attuazione dell’invenzione; Figure 1 schematically shows a first control and propulsion system comprising a control apparatus according to a first embodiment of the invention;
- la Figura 2 mostra esemplificativamente alcuni possibili spostamenti di un’imbarcazione in seguito a movimentazioni di un dispositivo di comando incluso in detto apparato di comando; Figure 2 shows by way of example some possible movements of a boat following the movement of a control device included in said control apparatus;
- la Figura 3 mostra un esempio di una manovra di attracco ad una banchina effettuabile mediante detto apparato di comando; Figure 3 shows an example of a docking maneuver at a quay that can be carried out by means of said control apparatus;
- la Figura 4 mostra schematicamente un secondo sistema di comando e propulsione comprendente un apparato di comando in accordo con una seconda forma di attuazione dell’invenzione; Figure 4 schematically shows a second control and propulsion system comprising a control apparatus in accordance with a second embodiment of the invention;
- la Figura 5 mostra un esempio di una manovra di attracco ad una banchina effettuabile mediante l’apparato di comando della Figura 4; - Figure 5 shows an example of a docking maneuver at a quay that can be carried out using the control apparatus of Figure 4;
Descrizione dettagliata dell’invenzione Detailed description of the invention
Con riferimento alla Figura 1 à ̈ mostrato in modo schematico un primo sistema di comando e propulsione 100 per un’unità navigante, realizzato secondo una prima forma di attuazione dell’invenzione. Il primo sistema di comando e propulsione 100 à ̈ installato sull’unità navigante. With reference to Figure 1, a first command and propulsion system 100 for a sailing unit is schematically shown, realized according to a first embodiment of the invention. The first 100 command and propulsion system is installed on the sailing unit.
Ai fini della presente invenzione per unità navigante si intende un qualsiasi mezzo di trasporto su acqua provvisto di mezzi di propulsione meccanici, cioà ̈ mezzi diversi dalla propulsione a vela o a remi. Ad esempio, sono unità naviganti, le navi, le imbarcazioni, i natanti o anche piattaforme galleggianti (per esempio, piattaforme off shore). Inoltre, si osservi che gli insegnamenti dell’invenzione sono applicabili ad unità naviganti aventi diverse finalità , quali ad esempio: il diporto, il trasporto di merci o di passeggeri, la pesca o altro. Particolarmente, ma non limitativamente, si farà riferimento nel seguito alle imbarcazioni (per esempio, yacht, panfili, motoscafi), le quali, come noto all’esperto del settore, sono di dimensioni ridotte rispetto alle navi e di dimensioni maggiori rispetto ai natanti. For the purposes of the present invention, a sailing unit means any means of transport on water provided with mechanical propulsion means, that is means other than propulsion by sail or rowing. For example, they are sailing units, ships, boats, watercraft or even floating platforms (for example, off shore platforms). Furthermore, it should be noted that the teachings of the invention are applicable to sailing units having different purposes, such as: pleasure craft, the transport of goods or passengers, fishing or other. Particularly, but not limited to, reference will be made in the following to boats (for example, yachts, yachts, motorboats), which, as known to the expert in the sector, are smaller than ships and larger than boats. .
Ritornando alla Figura 1, il primo sistema di comando e propulsione 100 comprende mezzi di propulsione 40 (EG) e un apparato di comando 20 dei mezzi di propulsione 40 includente mezzi di comando principali 30 (C) dei mezzi di propulsione 40. Returning to Figure 1, the first control and propulsion system 100 comprises propulsion means 40 (EG) and a propulsion means control apparatus 20 including main control means 30 (C) of the propulsion means 40.
I mezzi di propulsione 40 possono essere di vario tipo e sono, vantaggiosamente, di tipo distribuito e cioà ̈ tali da consentire il governo di spostamenti dell’imbarcazione in direzione longitudinale, in direzione trasversale e permettere anche di effettuare accostate cioà ̈, rotazioni dell’imbarcazione. In altre parole, tali mezzi di propulsione consentono anche il governo di manovre quali, per esempio, quelle di attracco e approdo. In particolare, i mezzi di propulsione 40 prevedono uno o più motori che alimentano uno o più organi propulsori (eliche o propulsori a getto) disposti, per esempio, in corrispondenza della prua e della poppa e/o della mezzadria dell’imbarcazione. Tali organi propulsori possono essere, a loro volta orientabili o meno. In particolare, può essere presente un’elica disposta sulla sinistra dell’asse longitudinale dell’imbarcazione ed un’elica disposta sulla dritta dell’asse stesso, ciascuna alimentata da un proprio motore. Preferibilmente, i mezzi di propulsione 40 comprendono un sistema di propulsione trasversale quale, ad esempio, un convenzionale sistema truster, disposto, in particolare, in corrispondenza della prua particolarmente utile pe l’effettuazione di manovre. The propulsion means 40 can be of various types and are advantageously of the distributed type, that is, such as to allow the control of displacements of the boat in the longitudinal direction, in the transverse direction and also allow to carry out side-by-side rotations, that is, rotations of the boat. € ™ boat. In other words, these means of propulsion also allow the steering of maneuvers such as, for example, those of docking and landing. In particular, the propulsion means 40 provide one or more motors which feed one or more propulsion elements (propellers or jet propellers) arranged, for example, in correspondence with the bow and stern and / or the sharecropping of the boat. These propulsion members can, in turn, be orientable or not. In particular, there may be a propeller placed on the left of the longitudinal axis of the boat and a propeller placed on the starboard of the axis itself, each powered by its own engine. Preferably, the propulsion means 40 comprise a transverse propulsion system such as, for example, a conventional truster system, arranged, in particular, at the bow, particularly useful for carrying out maneuvers.
I mezzi di comando principali 30 comprendono, per esempio, almeno un timone o una cloche, tipicamente disposti in una cabina di comando e/o su una plancia esterna, e meccanicamente ed elettronicamente collegati ai mezzi di propulsione 40 per pilotare l’imbarcazione sia imponendo una direzione di avanzamento o una rotazione sia imponendo una spinta propulsiva desiderata. Secondo l’esempio particolare descritto, i mezzi di comando principali 30 sono provvisti di una manopola di comando dell’elica di sinistra ed un’altra manopola di comando dell’elica di destra. The main control means 30 comprise, for example, at least a rudder or a joystick, typically arranged in a control cabin and / or on an external dashboard, and mechanically and electronically connected to the propulsion means 40 to drive the boat either by imposing a direction of advance or a rotation or by imposing a desired propulsive thrust. According to the particular example described, the main control means 30 are provided with a control knob for the left propeller and another control knob for the right propeller.
L’apparato di comando 20 comprende inoltre un’interfaccia utente di manovra 1 e un blocco di controllo 2. L’interfaccia utente 1 à ̈ tale da trasformare movimenti impartiti da un utente (cioà ̈ un pilota) all’interfaccia utente stessa in segnali elettrici indicativi di una velocità vettoriale che l’utente desidera che l’imbarcazione assuma. Preferibilmente, l’interfaccia utente di manovra 1 à ̈ un dispositivo joystick. The control apparatus 20 also comprises a maneuvering user interface 1 and a control block 2. The user interface 1 is capable of transforming movements imparted by a user (i.e. a pilot) to the interface user itself in electrical signals indicative of a vector speed that the user wishes the boat to assume. Preferably, the Maneuvering User Interface 1 is a joystick device.
Il dispositivo joystick 1 à ̈ inclinabile in varie direzioni e con varie angolature ed à ̈ ruotabile intorno ad un asse di riferimento longitudinale, un asse di riferimento verticale e un asse di riferimento traversale. Le movimentazioni del dispositivo joystick 1 consentono all’utente di definire una velocità vettoriale desiderata dell’imbarcazione. In altre parole, mediante il dispositivo joystick 1 à ̈ possibile definire una direzione, un verso di spostamento dell’imbarcazione e anche un’intensità (cioà ̈, il modulo) di tale velocità desiderata. The joystick device 1 can be tilted in various directions and at various angles and can be rotated around a longitudinal reference axis, a vertical reference axis and a transverse reference axis. The movements of the joystick device 1 allow the user to define a desired vector speed of the boat. In other words, by means of the joystick device 1 it is possible to define a direction, a direction of displacement of the boat and also an intensity (that is, the module) of this desired speed.
A tal riguardo si faccia riferimento, per esempio, alle Figure 2 a) e b) nelle quali à ̈ schematizzato uno spostamento di traslazione di un’imbarcazione YT. Nella Figura 2 a) à ̈ mostrato il dispositivo joystick 1, un asse verticale z (coincidente con l’asse del dispositivo joystick a riposo) e un asse di riferimento trasversale xj(parallelo all’asse traversale X dell’imbarcazione YT). L’inclinazione di un angolo α del dispositivo joystick 1 rispetto all’asse verticale z definisce l’intensità della velocità desiderata. In this regard, refer, for example, to Figures 2 a) and b) in which a translation movement of a boat YT is schematized. Figure 2 a) shows the joystick device 1, a vertical axis z (coinciding with the axis of the joystick device at rest) and a transverse reference axis xj (parallel to the transverse axis X of the boat YT ). The inclination of an angle Î ± of the joystick device 1 with respect to the vertical axis z defines the intensity of the desired speed.
Inclinando il dispositivo 1 di un angolo β rispetto all’asse di riferimento trasversale xjl’utente definisce la direzione ed il verso della velocità richiesta. Nel caso delle Figure 2 a) e b) l’utente definisce una velocità vettoriale traslazionale (cioà ̈, lineare) Î1⁄2 (Figura 2 b) esprimibile come funzione degli angoli α e β: Î1⁄2= FÎ1⁄2(α,β). By tilting the device 1 by an angle β with respect to the transverse reference axis xj, the user defines the direction and direction of the required speed. In the case of Figures 2 a) and b) the user defines a translational (i.e. linear) vector velocity Î1⁄2 (Figure 2 b) expressed as a function of the angles Î ± and β: Î1⁄2 = FÎ1⁄2 ( Î ±, β).
Con riferimento alle Figure 2 c) e d), queste si riferiscono ad un esempio relativo ad un movimento di rotazione dell’imbarcazione YT senza traslazione. La Figura 2 c) mostra una rotazione del dispositivo joystick 1 rispetto all’asse verticale z tale da definire sul piano ortogonale all’asse z un angolo γ rispetto ad un asse di riferimento longitudinale yj. In base all’angolo γ con cui à ̈ ruotato dispositivo joystick 1 à ̈ definita una velocità di rotazione ω con la quale si desidera che l’imbarcazione ruoti di un angolo Î ̧, valutato rispetto ad un asse longitudinale Y dell’imbarcazione YT: With reference to Figures 2 c) and d), these refer to an example relating to a rotation movement of the boat YT without translation. Figure 2 c) shows a rotation of the joystick device 1 with respect to the vertical axis z such as to define on the plane orthogonal to the axis z an angle γ with respect to a longitudinal reference axis yj. On the basis of the angle γ with which the joystick device 1 is rotated, a rotation speed Ï ‰ is defined with which the boat is to rotate by an angle Î ̧, evaluated with respect to a longitudinal axis Y of the ™ YT boat:
ω=Fω<(>γ<)>Ï ‰ = FÏ ‰ <(> γ <)>
Nella precedente formula, la velocità angolare ω à ̈ l’integrale sul tempo dell’angolo di orientamento Î ̧. In the previous formula, the angular velocity Ï ‰ is the integral over time of the orientation angle Î ̧.
Il dispositivo joystick 1 à ̈ quindi in grado di fornire segnali elettrici relativi alla direzione, al verso, all’intensità di una velocità di traslazione desiderata e/o al verso e all’intensità (cioà ̈ il modulo) della velocità angolare desiderata. Alternativamente al dispositivo joystick 1 possono essere impiegati altri tipi di interfacce utente quali, ad esempio, una trackball, un mouse o uno schermo tattile (touchscreen). The joystick device 1 is therefore able to provide electrical signals relating to the direction, the direction, the intensity of a desired translation speed and / or the direction and intensity (i.e. the module) of the desired angular speed. . As an alternative to the joystick device 1, other types of user interfaces can be used, such as, for example, a trackball, a mouse or a tactile screen (touchscreen).
Il blocco di controllo 2 à ̈ tale da elaborare i segnali elettrici provenienti dal dispositivo joystick 1 e, ad esempio, anche quelli provenienti dai mezzi di comando principali 30. Secondo la particolare forma di attuazione mostrata in Figura 1 il blocco di controllo 2 à ̈ provvisto di un’unità di controllo e processamento 3 (CPU), una memoria di massa e di lavoro 4 (M) e può essere realizzato, ad esempio, mediante un microprocessore integrato. The control block 2 is such as to process the electrical signals coming from the joystick device 1 and, for example, also those coming from the main control means 30. According to the particular embodiment shown in Figure 1, the control block 2 is equipped with a control and processing unit 3 (CPU), a mass and working memory 4 (M) and can be realized, for example, by means of an integrated microprocessor.
Inoltre, il blocco di controllo 2 à ̈ dotato di un modulo di elaborazione 5 quale, preferibilmente, un modulo software, configurato in modo da elaborare i segnali elettrici provenienti dal dispositivo joystick 1, relativi alla velocità vettoriale desiderata. Il modulo di elaborazione a partire dai segnali ricevuti dal dispositivo joystick 1 à ̈ in grado di fornire ulteriori segnali elettrici indicativi di una forza (oppure potenza) propulsiva da richiedere ai mezzi di propulsione 40 per ottenere uno spostamento dell’imbarcazione corrispondente alla velocità vettoriale desiderata. Furthermore, the control block 2 is equipped with a processing module 5 which, preferably, a software module, configured in such a way as to process the electrical signals coming from the joystick device 1, relating to the desired vector speed. The processing module starting from the signals received from the joystick device 1 is able to supply further electrical signals indicative of a propulsive force (or power) to be requested from the propulsion means 40 to obtain a displacement of the boat corresponding to the vector speed desired.
Secondo una particolare forma di realizzazione, il blocco di controllo 2 à ̈ anche provvisto di un modulo di segnalazione 6 (ad esempio, di tipo software) in grado di individuare e segnalare, come sarà chiarito più avanti, possibili situazioni di pericolo. According to a particular embodiment, the control block 2 is also provided with a signaling module 6 (for example, of the software type) capable of identifying and signaling, as will be clarified below, possible dangerous situations.
Inoltre, l’apparato di comando 20 può essere, preferibilmente, dotato di almeno un dispositivo di rivelazione S1-SN collegato al blocco di controllo 2 e in grado di fornire segnali elettrici di rivelazione rappresentativi di condizioni esterne all’imbarcazione YT. Per esempio i dispositivi di rivelazione S1-SN sono uno o più dei seguenti sensori: sensore di correnti marine, sensore eolico, sonar di rivelazioni ostacoli sottomarini, sonar di rivelazione ostacoli di superficie, radar di rivelazione ostacoli di superficie. Furthermore, the control apparatus 20 can preferably be equipped with at least one detection device S1-SN connected to the control block 2 and capable of supplying electrical detection signals representative of conditions external to the boat YT. For example S1-SN detection devices are one or more of the following sensors: sea current sensor, wind sensor, submarine obstacle detection sonar, surface obstacle detection sonar, surface obstacle detection radar.
L’apparato di comando 20 può essere anche provvisto di almeno un apparato di posizionamento PS tale da fornire al blocco di controllo 2 segnali elettrici di posizione indicativi della posizione dell’imbarcazione YT e/o anche indicativi dell’orientamento assunto dalla stessa. L’apparato di posizionamento PS comprende, vantaggiosamente, uno o più ricevitori satellitari (ad esempio appartenenti al sistema GPS, Global Positioning System) dotati di relative antenne opportunamente disposte sull’imbarcazione YT oppure può comprendere un radar in grado di fornire la posizione e l’orientamento dell’imbarcazione in relazione ad un riferimento stabilito. Inoltre o in alternativa, l’apparato di posizionamento PS può comprendere uno o più sistemi di visione in grado di fornire immagini utili per la ricostruzione della posizione e l’orientamento relativi e/o un sistema che si basi anche su informazioni fornite da bussole presenti a bordo. The control apparatus 20 can also be equipped with at least one positioning apparatus PS such as to supply the control block with 2 electrical position signals indicative of the position of the boat YT and / or also indicative of the orientation assumed by the same . The PS positioning apparatus advantageously includes one or more satellite receivers (for example belonging to the GPS system, Global Positioning System) equipped with relative antennas suitably arranged on the YT boat or it can include a radar capable of providing the position and the orientation of the boat in relation to an established reference. Furthermore or alternatively, the PS positioning apparatus can include one or more vision systems capable of providing images useful for the reconstruction of the relative position and orientation and / or a system that is also based on information provided by compasses on board.
Secondo l’esempio descritto, durante la navigazione l’utente si serve dei mezzi di comando principali 30 disattivando il dispositivo joystick 1, il quale verrà impiegato in alternativa ai mezzi di comando principali 30 solo per manovre a bassa velocità quali quelle da effettuare, ad esempio, nei porti. Per bassa velocità si intende, per esempio, una velocità non superiore ai 3 nodi. Ciononostante, à ̈ anche possibile prevedere che il dispositivo joystick 1 o un’altra interfaccia utente opportuna, sostituisca interamente i mezzi di comando principali 30 (quindi non presenti) e possa essere usato per il governo dell’imbarcazione ad ogni velocità . According to the example described, during navigation the user uses the main control means 30 by deactivating the joystick device 1, which will be used as an alternative to the main control means 30 only for low speed maneuvers such as those to be carried out , for example, in ports. By low speed we mean, for example, a speed not exceeding 3 knots. Nevertheless, it is also possible to provide that the joystick device 1 or another suitable user interface, completely replaces the main control means 30 (therefore not present) and can be used to steer the boat at any speed.
Si faccia ora riferimento alla Figura 3 che rappresenta una manovra di attracco dell’imbarcazione YT in un porto delimitato da banchine QY1-QY3 e in presenza di altre imbarcazioni OB1-OB4. A partire da una posizione iniziale A, l’utente inclina il dispositivo joystick 1 richiedendo quindi una traslazione dell’imbarcazione YT ad una certa velocità Î1⁄21e ruota il joystick stesso attorno all’asse di riferimento verticale z richiedendo quindi una rotazione (cioà ̈, un’accostata) del’imbarcazione con velocità di rotazione ω1. Now refer to Figure 3 which represents a docking maneuver of the YT boat in a port delimited by quays QY1-QY3 and in the presence of other boats OB1-OB4. Starting from an initial position A, the user tilts the joystick device 1 thus requesting a translation of the boat YT at a certain speed Î1⁄21 and rotates the joystick itself around the vertical reference axis z thus requiring a rotation (that is, a turn) of the boat with rotation speed Ï ‰ 1.
Il blocco di controllo 2 riceve i segnali elettrici di velocità SVprovenienti dal dispositivo joystick 1 che definiscono i parametri relativi alla velocità vettoriale richiesta. Inoltre, il modulo di elaborazione 5 elabora tali segnali elettrici di velocità Sve li converte in segnali elettrici di forza Sf, cioà ̈ indicativi della forza di spinta da richiedere ai mezzi propulsori 40 per ottenere la velocità vettoriale desiderata. I segnali elettrici di forza Sfcon i quali pilotare i mezzi di propulsione 40 sono determinati tenendo conto di un modello matematico dell’imbarcazione YT e dei mezzi di propulsione stessi. The control block 2 receives the electrical speed signals SV coming from the joystick device 1 which define the parameters relating to the vector speed required. Furthermore, the processing module 5 processes these electrical speed signals S and converts them into electrical force signals Sf, that is indicative of the thrust force to be required from the propulsion means 40 to obtain the desired vector speed. The electric force signals Sf with which to drive the propulsion means 40 are determined taking into account a mathematical model of the boat YT and the propulsion means themselves.
Il blocco di controllo 2 invia i segnali elettrici di forza ai mezzi propulsori 40. In tal modo l’imbarcazione à ̈ movimentata dalla posizione A a quella B; analogamente avvengono gli altri spostamenti fino alla posizione di attracco E. The control block 2 sends the electric force signals to the propulsion means 40. In this way the boat is moved from position A to position B; similarly, the other movements take place up to the docking position E.
Secondo una prima forma di attuazione, l’apparato di comando 20 può operare in una configurazione detta “semiautomatica†in cui il modulo elaboratore 5 tiene anche conto, per la generazione dei segnali elettrici di forza Sf, dei segnali di posizione dell’imbarcazione YT forniti dall’apparato di posizionamento PS. In maggior dettaglio, il modulo elaboratore 5 calcola il valore della forza di spinta da richiedere alle eliche dei mezzi di propulsione 40 non solo in base alla velocità vettoriale desiderata ma anche in base alla posizione dell’imbarcazione valutata con l’apparato di posizionamento PS. According to a first embodiment, the control apparatus 20 can operate in a configuration called `` semi-automatic '' in which the processing module 5 also takes into account, for the generation of the electrical force signals Sf, the position signals of the YT boat supplied by the PS positioning apparatus. In greater detail, the processing module 5 calculates the value of the thrust force to be requested from the propellers of the propulsion means 40 not only on the basis of the desired vector speed but also on the basis of the position of the boat evaluated with the positioning apparatus PS.
In accordo con una seconda forma di realizzazione, il modulo elaboratore 5 tiene anche conto, per la generazione dei segnali elettrici di forza Sf, anche dei segnali provenienti dai sensori S1-SN in modo da considerare le condizioni ambientali rivelate dai sensori stessi. In questo caso preferito, i valori di forza da applicare mediante le eliche propulsive possono essere anche dipendenti dalle condizioni di vento e correnti rivelate e dalla presenza di ostacoli in superficie (quali le altre imbarcazioni OB1-OB4 e le banchine QY1-QY3) o sotto la superficie dell’acqua. In accordance with a second embodiment, the processing module 5 also takes into account, for the generation of the electrical force signals Sf, also the signals coming from the sensors S1-SN so as to consider the environmental conditions detected by the sensors themselves. In this preferred case, the force values to be applied by the propellers can also be dependent on the wind and current conditions detected and on the presence of obstacles on the surface (such as the other boats OB1-OB4 and the quays QY1-QY3) or below. the surface of the water.
Secondo un esempio, nel caso in cui l’utente manovri il dispositivo joystick 1 in modo da richiedere soltanto una traslazione dell’imbarcazione YT, il modulo elaboratore 5 - tenendo conto delle condizioni di vento e correnti e della posizione ed orientamento dell’imbarcazione rivelate - provvede a determinare dei segnali elettrici di forza Sftali da ottenere la desiderata traslazione, senza provocare anche una rotazione dell’imbarcazione che sarebbe conseguenza, per esempio, del vento e/o delle correnti. Analoghe considerazioni sono valide se l’utente ha richiesto una rotazione e non una traslazione dell’imbarcazione. Inoltre, nel caso in cui il dispositivo joystick 1 sia mantenuto in condizioni di riposo, il modulo elaboratore 5 - sulla base dei segnali provenienti dai sensori S1-SN e dall’apparato di posizionamento PS – genera segnali di forza Sftali da mantenere sostanzialmente immutata la posizione dell’imbarcazione YT. According to an example, in the event that the user maneuvers the joystick device 1 in such a way as to require only a translation of the boat YT, the processing module 5 - taking into account the wind and current conditions and the position and orientation of the Detected boat - determines the Sftali electrical force signals to obtain the desired translation, without also causing a rotation of the boat which would be a consequence, for example, of the wind and / or currents. Similar considerations are valid if the user has requested a rotation and not a translation of the boat. Furthermore, if the joystick device 1 is kept in rest conditions, the processing module 5 - on the basis of the signals coming from the S1-SN sensors and the PS positioning apparatus - generates Sftali force signals to be maintained substantially unchanged the position of the boat YT.
In accordo con una terza forma di attuazione, oltre alle modalità descritte con riferimento alla seconda forma di attuazione, l’apparato di comando 20 può operare in una configurazione “con segnalazione†in cui viene coinvolto, per esempio, il modulo di segnalazione 6 di Figura 1. In questo caso, sulla base dei segnali provenienti dal dispositivo joystick 1, dai sensori S1-SN e dall’apparato di posizionamento PS il modulo di segnalazione 6 può decidere se la velocità vettoriale desiderata sia tale da portare l’imbarcazione YT in una situazione di pericolo. Per esempio, la situazione di pericolo potrebbe essere dovuta al rischio di collisione con un’altra imbarcazione OBi, una delle banchine QYj o con un oggetto subacqueo. All’individuazione di una situazione di pericolo il modulo di segnalazione 6 può segnalare il rischio con diverse modalità . In accordance with a third embodiment, in addition to the methods described with reference to the second embodiment, the control apparatus 20 can operate in a configuration â € œwith signalingâ € in which, for example, the signaling module is involved 6 of Figure 1. In this case, on the basis of the signals coming from the joystick device 1, the S1-SN sensors and the PS positioning apparatus, the signaling module 6 can decide whether the desired vector speed is such as to bring the ™ YT boat in a dangerous situation. For example, the dangerous situation could be due to the risk of collision with another OBi vessel, one of the QYj docks or with an underwater object. When a dangerous situation is identified, the reporting form 6 can signal the risk in various ways.
Secondo una modalità preferita, denominata di “retroazione di forza†, quando la velocità impostata dall’utente mediante il dispositivo joystick 1 risulta tale da causare una situazione di pericolo, il modulo di segnalazione 6 provvede ad attivare mezzi regolabili di resistenza (non mostrati) di cui il dispositivo joystick 1 à ̈ vantaggiosamente dotato. Tali mezzi regolabili di resistenza offrono al’utente che movimenta il joystick una resistenza alla inclinazione di entità dipendente dalla gravità della situazione di pericolo. Si può anche prevedere che i mezzi regolabili di resistenza siano in grado di produrre delle vibrazioni più o meno rilevanti in funzione del pericolo individuato. Le modalità per la realizzazione di tali mezzi regolabili di resistenza e /o di vibrazione non sono descritte in dettaglio in quanto tali mezzi possono essere realizzati in modo di per sé noto al tecnico del ramo. L’utente, movimentando il dispositivo joystick 1, potrà percepire la presenza di un pericolo e sarà portato, per esempio, a ridurre l’inclinazione del joystick riducendo la velocità richiesta. According to a preferred mode, called `` force feedback '', when the speed set by the user through the joystick device 1 is such as to cause a dangerous situation, the signaling module 6 activates adjustable resistance means (not shown) with which the joystick device 1 is advantageously equipped. These adjustable resistance means offer the user who moves the joystick a resistance to inclination of an entity depending on the severity of the dangerous situation. It can also be envisaged that the adjustable means of resistance are capable of producing more or less significant vibrations depending on the danger identified. The modalities for the realization of these adjustable resistance and / or vibration means are not described in detail as these means can be realized in a way known per se to the person skilled in the art. The user, by moving the joystick device 1, will be able to perceive the presence of a danger and will be led, for example, to reduce the inclination of the joystick by reducing the required speed.
In aggiunta o in alternativa alla retroazione di forza, il modulo di segnalazione 6 può inviare segnali di attivazione a un dispositivo di segnalazione acustica (per esempio, una sirena) e/o consentire la visualizzazione su un monitor di un segnale di pericolo visibile dall’utente. In addition to or as an alternative to the force feedback, the signaling module 6 can send activation signals to an acoustic signaling device (for example, a siren) and / or allow the display on a monitor of a warning signal visible from the ™ user.
Con riferimento alla Figura 4 e alla Figura 5 sarà descritto un esempio di un secondo sistema di comando e propulsione 200 di un’imbarcazione. Apparati, dispositivi, blocchi e moduli funzionali e mezzi meccanici uguali o analoghi a quelli già descritti in precedenza saranno indicati nelle figure che seguono con i medesimi riferimenti numerici. With reference to Figure 4 and Figure 5, an example of a second command and propulsion system 200 of a boat will be described. Apparatus, devices, blocks and functional modules and mechanical means identical or similar to those already described above will be indicated in the following figures with the same numerical references.
L’apparato di comando 20 del secondo sistema di comando e propulsione 200 à ̈ provvisto, oltre ai componenti già descritti, di un blocco di rivelazione e comunicazione 50 da disporre su una banchina in prossimità della zona di attracco e/o ormeggio in rada dell’imbarcazione. Il blocco di rivelazione e comunicazione 50 comprende un apparato di posizionamento di terra PS-GR, quale un ricevitore GPS, uno o più sensori 7 (ad esempio, acustici o optoelettronici) in grado di misurare la posizione relativa dell’imbarcazione YT in avvicinamento alla banchina. Inoltre, il blocco di rivelazione e comunicazione 50 à ̈ dotato di un apparato ricetrasmittente di terra 8 (Tx/Rx) in grado di scambiare segnali radio con l’imbarcazione YT. The control apparatus 20 of the second control and propulsion system 200 is equipped, in addition to the components already described, with a detection and communication block 50 to be placed on a quay near the docking and / or mooring area in the roadstead of the boat. The detection and communication block 50 comprises a PS-GR ground positioning apparatus, such as a GPS receiver, one or more sensors 7 (for example, acoustic or optoelectronic) capable of measuring the relative position of the approaching boat YT to the quay. Furthermore, the detection and communication block 50 is equipped with a land transceiver apparatus 8 (Tx / Rx) capable of exchanging radio signals with the boat YT.
Secondo la forma di attuazione mostrata nella Figura 4, l’apparato di comando 20 à ̈ inoltre provvisto di un apparato ricetrasmittente di bordo 9 destinato a ricevere e trasmettere segnali inviati/diretti dal/al blocco di rivelazione e comunicazione 50. Inoltre, il blocco di controllo 2 mostrato nell’esempio di Figura 4 à ̈ provvisto di un modulo selettore della modalità di funzionamento 10 e un modulo supervisore 11 (ad esempio, moduli software) collegati all’unità di processamento e controllo 3. Inoltre, la pluralità di sensori S1-SN include, secondo questo esempio, anche un gruppo di sensori (ad esempio, eco-sensori o sistemi di visione basati su un’elaborazione di immagini acquisite) disposti in modo da circondare sostanzialmente l’imbarcazione YT per rendere disponibili segnali che descrivano in modo adeguato il profilo di ostacoli (ad esempio, altre imbarcazioni, banchine o altri oggetti) disposti in prossimità dell’imbarcazione YT. According to the embodiment shown in Figure 4, the control apparatus 20 is also provided with an on-board transceiver apparatus 9 intended to receive and transmit signals sent / directed from / to the detection and communication block 50. Furthermore, the control block 2 shown in the example of Figure 4 is provided with an operating mode selector module 10 and a supervisor module 11 (for example, software modules) connected to the processing and control unit 3. Furthermore, the According to this example, the plurality of sensors S1-SN also includes a group of sensors (for example, eco-sensors or vision systems based on acquired image processing) arranged in such a way as to substantially surround the boat YT to make available signals that adequately describe the profile of obstacles (for example, other boats, docks or other objects) arranged in the vicinity of the YT boat.
L’utente può selezionare una modalità “automatica†di funzionamento dell’apparato del secondo sistema di comando e propulsione 200. Tale modalità automatica prevede una fase di memorizzazione di una manovra, una fase di conferma e registrazione, fasi di supervisione ed eventuali fasi di ripetizione automatica della manovra registrata. The user can select an â € œautomaticâ € operating mode of the apparatus of the second control and propulsion system 200. This automatic mode includes a phase for storing a maneuver, a confirmation and registration phase, supervision and any phases of automatic repetition of the recorded maneuver.
Con riguardo alla fase di memorizzazione, l’utente può attivare (ad esempio, mediante comandi recepiti dal modulo selettore 10) la memorizzazione (almeno temporanea) dei parametri associati ai segnali elettrici forniti dal dispositivo joystick durante 1 durante una manovra di attracco del’imbarcazione YT dalla posizione iniziale A alla posizione finale E (Figura 5). With regard to the storage phase, the user can activate (for example, by means of commands received from the selector module 10) the storage (at least temporarily) of the parameters associated with the electrical signals supplied by the joystick device during 1 during a docking maneuver of the ... ™ boat YT from the starting position A to the final position E (Figure 5).
Più in dettaglio nella memoria M del blocco di controllo 2 sono memorizzati diversi valori che individuano le velocità vettoriali di traslazione e/o le velocità e i versi di rotazione richiesti dall’utente nel corso dell’intera manovra fra le posizioni A ed E. Vantaggiosamente, nella memoria M sono anche memorizzati i diversi valori di posizione ed orientamento assunti dall’imbarcazione YT nel corso della manovra stessa. In particolare, à ̈ anche effettuata la memorizzazione nella memoria M dei dati provenienti da quei sensori della pluralità di sensori S1-SN che circondano l’imbarcazione YT e dei dati forniti dal blocco di rivelazione e comunicazione 50 che descrivono la posizione della zona di attracco e le pozioni relative assunte dall’imbarcazione YT. More in detail, in the memory M of the control block 2 different values are memorized which identify the vector speeds of translation and / or the speeds and directions of rotation requested by the user during the entire maneuver between positions A and E. Advantageously, the different position and orientation values assumed by the boat YT during the maneuver itself are also stored in the memory M. In particular, the data from those sensors of the plurality of sensors S1-SN surrounding the boat YT and the data supplied by the detection and communication block 50 describing the position of the detection zone are also stored in the memory M. docking and related potions taken by the YT boat.
Nel caso in cui l’utente ritenga valida la manovra effettuata può confermarne la validità e richiedere, tramite il modulo selettore 10 del blocco di controllo 2, la registrazione (non solo temporanea) dell’insieme di valori e dati precedentemente memorizzati. Inoltre, l’utente può, in un’occasione successiva, richiedere al blocco di controllo 2 che il sistema di comando e propulsione 200 ripeta l’intera manovra registrata recuperando i valori di velocità e posizione dell’imbarcazione YT registrati e comandando in modo automatico i mezzi di propulsione 40. In tal caso, l’imbarcazione YT verrà movimentata in modo automatico, cioà ̈ senza che l’utente impartisca comandi tramite il dispositivo joystick 1 o tramite i mezzi di comando principali 30. If the user deems the maneuver performed valid, he can confirm its validity and request, through the selector module 10 of control block 2, the registration (not only temporary) of the set of values and data previously stored. Furthermore, the user can, on a subsequent occasion, request the control block 2 that the command and propulsion system 200 repeats the entire recorded maneuver, recovering the speed and position values of the boat YT recorded and automatically controlling the propulsion means 40. In this case, the boat YT will be moved automatically, ie without the user giving commands through the joystick device 1 or through the main control means 30.
Vantaggiosamente, l’effettiva attivazione della ripetizione automatica della manovra può essere subordinata alla sopra citata fase di supervisione. In questa fase, il blocco di controllo 2 abilita la ripetizione automatica solo se la situazione in cui à ̈ richiesta la ripetizione automatica della manovra non risulti significativamente diversa da quella in cui si à ̈ svolta la manovra registrata. In particolare, quando viene richiesta la ripetizione automatica, il modulo di supervisione 11 colleziona i valori attuali di posizione iniziale dell’imbarcazione YT, i valori attuali o parte dei valori forniti dalla pluralità dei sensori S1-SN relativi alle condizioni ambientali e agli ostacoli presenti sul posto e i dati attuali provenienti dal dispositivo di rivelazione e comunicazione 50. Questi valori e dati attuali sono confrontati con quelli registrati durante la manovra che si vorrebbe ripetere. Nel caso in cui non vi siano differenze rilevanti e tali da compromettere la manovra allora il modulo di supervisione 11 abilita la ripetizione automatica mentre, in caso contrario, non la rende possibile. In questo ultimo caso, il modulo selettore 10 riaffiderà il comando dell’imbarcazione YT al dispositivo joystick 1 segnalando all’utente questa commutazione . Advantageously, the effective activation of the automatic repetition of the maneuver can be subordinated to the aforementioned supervision phase. In this phase, control block 2 enables automatic repetition only if the situation in which automatic repetition of the maneuver is required is not significantly different from that in which the recorded maneuver was carried out. In particular, when automatic repetition is requested, the supervision module 11 collects the current values of the initial position of the boat YT, the current values or part of the values provided by the plurality of S1-SN sensors relating to environmental conditions and obstacles. present on site and the current data from the detection and communication device 50. These current values and data are compared with those recorded during the maneuver that one would like to repeat. If there are no significant differences such as to compromise the maneuver, then the supervision module 11 enables automatic repetition while, otherwise, it does not make it possible. In this last case, the selector module 10 will re-entrust the command of the boat YT to the joystick device 1, signaling this switching to the user.
Secondo una forma di realizzazione particolarmente preferita, il modulo di supervisione 11 potrà accettare la presenza di alcune differenze fra i valori/dati registrati e quelli attuali collezionati ed abilitare una manovra automatica non del tutto identica a quella registrata ma che prevede che i valori di velocità e/o di posizione/orientamento assunti dall’imbarcazione YT siano in parte modificati rispetto a quelli della manovra registrata. Ad esempio, in caso di condizioni ambientali diverse (presenza di forte vento) si potrà richiedere una diversa velocità dell’imbarcazione; o in presenza di un ostacolo si potrà evitare che l’imbarcazione YT assuma una posizione intermedia fra le posizioni A-E che la porti a collidere con l’ostacolo. According to a particularly preferred embodiment, the supervision module 11 can accept the presence of some differences between the recorded values / data and the current ones collected and enable an automatic maneuver that is not entirely identical to the recorded one but which provides that the speed values and / or position / orientation assumed by the boat YT are partially modified with respect to those of the recorded maneuver. For example, in case of different environmental conditions (presence of strong wind) it may be possible to request a different speed of the boat; o in the presence of an obstacle, it will be possible to avoid that the boat YT assumes an intermediate position between the positions A-E which leads it to collide with the obstacle.
Come chiaro dalla descrizione precedente gli insegnamenti dell’invenzione offrono numerosi vantaggi. Si osservi che la possibilità per l’utente di governare l’imbarcazione generando segnali rappresentativi della velocità desiderata per l’imbarcazione e non della forza o potenza richiesta ai motori rende particolarmente agevole ed intuitiva la manovra anche per utenti meno esperti. Poter comandare l’imbarcazione sulla base della velocità risulta particolarmente facile per l’utente rispetto, ad un governo dell’imbarcazione basato sulla forza di spinta. Inoltre, l’eventuale presenza di una retroazione di forza rappresenta una modalità di segnalazione del pericolo molto efficace, in quanto permette all’utente un’immediata rettificazione di un comando non adeguato. As clear from the previous description, the teachings of the invention offer numerous advantages. It should be noted that the possibility for the user to steer the boat by generating signals representing the desired speed for the boat and not the force or power required from the engines makes maneuvering particularly easy and intuitive even for less experienced users. Being able to control the boat on the basis of speed is particularly easy for the user compared to steering the boat based on the thrust force. Furthermore, the eventual presence of a force feedback represents a very effective danger signaling mode, as it allows the user to immediately correct an inadequate command.
La forma di attuazione che consente la ripetizione automatica di una manovra pre-registrata appare estremamente utile e nel contempo, la procedura di supervisione descritta, esclude situazioni di rischio. The embodiment that allows the automatic repetition of a pre-recorded maneuver appears to be extremely useful and at the same time, the supervision procedure described excludes risk situations.
Risulta chiaro che i concetti inventivi qui espressi non sono limitati alle forme di realizzazione esemplificative qui illustrate poiché il presente trovato à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nel principio inventivo, espresso nelle rivendicazioni allegate. Inoltre, risulta evidente che i dettagli tecnici illustrati potranno variare a seconda di particolari esigenze e dello stato della tecnica in continua evoluzione. It is clear that the inventive concepts expressed here are not limited to the exemplary embodiments illustrated here since the present invention is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive principle, expressed in the attached claims. Furthermore, it is evident that the technical details illustrated may vary according to particular requirements and the state of the art in continuous evolution.
Claims (16)
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- 2009-03-11 IT ITMI2009A000360A patent/IT1393135B1/en active
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