ITUD20110039A1 - Utensile, o macchinario, in particolare per uso agricolo od agro-forestale, provvisto di dispositivo di sicurezza e relativo metodo di controllo della sicurezza - Google Patents

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"UTENSILE, O MACCHINARIO, IN PARTICOLARE PER USO AGRICOLO OD AGRO-FORESTALE, PROVVISTO DI DISPOSITIVO DI SICUREZZA E RELATIVO METODO DI CONTROLLO DELLA SICUREZZA"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Il presente trovato si riferisce ad utensile, o macchinario, in particolare per uso agricolo od agro-forestale, provvisto di dispositivo di sicurezza, ed al relativo metodo di controllo della sicurezza, grazie al quale è possibile individuare condizioni di utilizzo pericoloso per l’incolumità dell’operatore ed arrestare di conseguenza, in modo sostanzialmente immediato, il funzionamento dell’utensile, o macchinario. In particolare, l’utensile, o macchinario, del presente trovato può essere una motosega, uno sramatore, un decespugliatore, un tosaerba, un motocoltivatore ma anche un utensile non tipicamente agricolo od agro-forestale, quale un trapano, od altro.

STATO DELLA TECNICA

È noto che gli utensili, o macchinari, ad esempio per uso agricolo od agro-forestale sono provvisti di un corpo, in cui alloggia il motore ed i vari dispositivi di controllo, e di un elemento attivo, ad esempio una lama, un filo, una catena, una fresa, una punta, che viene movimentato in rotazione dal motore, per eseguire una voluta operazione. Tale rotazione può avvenire ad un numero elevato di giri, il che comporta un potenziale rischio per l’operatore, nel caso in cui venga a contatto con l’elemento attivo in rotazione.

Sono noti dispositivi di sicurezza passivi applicabili ai dispositivi, o macchinari, di cui si discute, quali ad esempio il freno catena delle motoseghe, oppure il blocco motore della fresa quando s’innesta la retromarcia di un motocoltivatore od anche sensori di blocco macchina sui carrelli elevatori o sollevatori per uso agricolo. Tali dispositivi di sicurezza sono attivati manualmente dall’operatore, volontariamente, oppure a seguito di un evento inaspettato che determina una voluta movimentazione reciproca tra utensile, o macchinario, ed operatore, in modo da interagire con un pulsante di blocco della movimentazione, ad esempio nei casi di rinculo, o kick-back.

La motosega è una macchina destinata al taglio della legna, considerata tra le più pericolose, utilizzata nel settore agricolo e nelle attività forestali. Il suo impiego, nello specifico è previsto per l'abbattimento di alberi, ma anche per operazioni di sramatura, taglio di rami, depezzatura per legna da ardere, potatura, ecc. La motosega è una macchina portatile azionata da un motore a scoppio di piccola cilindrata o da un motore elettrico che trasmette il moto ad una catena dentata di taglio montata su di una barra porta-lama attraverso una frizione centrifuga. Viene utilizzata non solo in ambito professionale, ma anche in quello hobbistico, dove queste attrezzature sono sempre usate per la gestione di piccoli giardini e per la pezzatura della legna da ardere. In generale le motoseghe elettriche sono preferibili per uso hobbistico.

Una parte fondamentale è l'impugnatura che si differenzia in presa a due punti per le motoseghe da abbattimento e taglio e ad una sola presa per la potatura. L'impugnatura è comunque sempre protetta da un paramano che previene i ferimenti dovuti alla rottura o sgancio della catena. La grande richiesta di motoseghe ha spinto le ditte costruttrici a proporre macchine sempre più specializzate, per il tipo di lama e per la potenza del motore, e a migliorarne la sicurezza operando sulla riduzione delle vibrazioni e sulla tempestività di arresto della lama. 1 modelli di nuova concezione devono essere infatti dotati della marcatura CE (indicatore di sicurezza dei prodotti che garantisce il rispetto di tutti i requisiti essenziali di sicurezza richiesti dalla Direttiva Macchine) e delle specifiche su marca, anno di costruzione e numero di serie. La norma di riferimento per le motoseghe è la EN ISO 11681-1.

In corrispondenza dell'impugnatura superiore, che si estende spesso anche lateralmente al corpo macchina, si trova il dispositivo di comando a leva del freno catena.

II freno catena è un dispositivo di sicurezza finalizzato principalmente ad interrompere il movimento della catena stessa quando barra di guida e catena di taglio si impennano in direzione dell'operatore, ricevendo una spinta anomala verso l'alto.

L'intervento del freno catena è comandato dall'azione volontaria o involontaria della mano che spinge il paramano o scudo di protezione verso la catena di taglio; il dispositivo può anche intervenire per inerzia della massa dello scudo di protezione ove lo stesso venga sollecitato con la motosega da un brusco spostamento nella direzione in cui si dovrebbe trovare normalmente l'operatore. L'arresto del movimento della catena è conseguente all'azione di un dispositivo frenante (nastro o superficie di contrasto) su un tamburo o disco di frizione. Quando la barra di guida riceve il contraccolpo descrive un arco con direzione verso l'alto che può portare la catena di taglio a contatto con la zona superiore del busto o con la testa dell'operatore. Per questo motivo il freno catena deve attivarsi con uno spostamento in senso opposto a quello del contraccolpo inferiore ai 45° bloccando la catena in un tempo compreso tra i 0,12 e 0,15 secondi. La forza necessaria per attivare il freno deve essere compresa tra i 20N e i 60N.

E' indispensabile che lo scudo del freno catena, una volta azionato, mantenga la posizione dì bloccaggio della catena, infatti, il sistema, una volta azionato, resta attivo sino a quando non viene disattivato manualmente. Il dispositivo deve essere sempre utilizzato in posizione di bloccaggio all'avviamento del motore e durante gli spostamenti con motore acceso.

Il bloccaggio di sicurezza dell'acceleratore impedisce l'azionamento dell'acceleratore quando non si tiene saldamente l'impugnatura posteriore ed evita quindi azionamenti accidentali.

Per ridurre il rischio di ferimento in caso di rottura della catena deve essere presente alla base della barra di guida un nottolino di sicurezza che è in grado di intercettarla, le cui dimensioni e la resistenza meccanica devono essere conformi alla ISO 10726.

In corrispondenza delle impugnature appositi paramano proteggono le mani dell’operatore contro contatti accidentali nel caso di rottura della catena. Tale protezione deve essere lunga quanto l'impugnatura stessa e/o almeno 100mm, deve pronunciarsi sul lato destro almeno 30mm, come richiesto dalla norma EN ISO 11681-1, e deve avere le caratteristiche di resistenza meccanica descritte dalla norma ISO 6534.

Una problematica rilevante durante l'uso della motosega è il grande sforzo muscolare richiesto all'operatore per mantenere la posizione di lavoro ed imprimere la pressione necessaria al taglio. Al fine di ridurre Γ affaticamento, con il conseguente miglioramento delle condizioni di sicurezza, viene richiesto che le motoseghe siano bilanciate. Tale indicazione può essere verificata seguendo le indicazioni della norma ISO 8334.

I dispositivi adottati al momento per ridurre gli incidenti dovuti all'utilizzo della motosega sono:

- freno catena, per interrompere il movimento della catena, attivabile manualmente;

bloccaggio-sicurezza dell'acceleratore, che impedisce l'azionamento dell'acceleratore quando l'impugnatura posteriore non è tenuta saldamente evitando così azionamenti accidentali;

- nottolino di sicurezza, che serve ad intercettare la catena in caso di rottura o di fuoriuscita della barra;

- protezione delle mani, in corrispondenza dell'impugnatura anteriore a protezione in caso di rottura della catena;

- dispositivo di arresto del motore, che ne consente l'arresto completo e il cui azionamento non necessita di un'azione mantenuta;

- impugnature antivibranti;

- bilanciamento.

Esistono corsi di formazione per il taglio del legname e per l'uso appropriato della motosega, dove vengono trattate tematiche come l'organizzazione del taglio del legname, come comportarsi in caso d'infortunio, come vestirsi e proteggersi durante i lavori forestali, la fisiologia del lavoro (uomo e lavoro), pianificazione del lavoro in bosco, predisposizione segnaletica stradale, controllo e conoscenza della motosega, controllo degli attrezzi, taglio pianta in gruppo, sramatura, tagli di sezionamento e selezione del legname, taglio legname con pianta impigliata, manutenzione e regolazione del carburatore, affilatura della catena e normativa sulla sicurezza.

Sono anche noti, ad esempio dal documento US-A-20 10/0064532, sistemi di sicurezza basati su sensori associati alle divise, o tute, degli operatori, quali ad esempio formati da ricevitori di onde radio ed elementi disposti sull’utensile, o macchinario, atti a trasmettere un segnale radio che interagisce con i ricevitori, per valutare la posizione reciproca tra operatore ed utensile, o macchinario, e, sulla base di valori di soglia predeterminati, individuare possibili condizioni di pericolo ed arrestare il funzionamento dell’utensile, o macchinario. Tuttavia, tale sistema necessita di una tuta specifica con i suddetti sensori per l’operatore. Tale soluzione nota prevede, inoltre, l’utilizzo di accelerometri e sensori di prossimità montati sull’utensile, per integrare i dati forniti dai sistemi di ricetrasmissione radio. Tale sistema, in ogni caso, è complesso e costoso e comunque non insegna come realizzare un utensile che sia autonomo in quanto a sicurezza, non dovendo necessitare di dispositivi da indossare od altri accessori e quindi potendo avere una maggiore diffusione sul mercato.

Uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un utensile, o macchinario, provvisto di un dispositivo di sicurezza, e mettere a punto un relativo metodo di controllo della sicurezza, che sia affidabile, attivabile in automatico e non preveda accessori ausiliari da utilizzare per l’operatore.

Altro scopo è quello di ridurre il numero e l’entità degli infortuni che possono occorrere nell’uso di utensili, o macchinari, con elemento attivo in movimento, ad esempio agricoli e/o agro-forestali.

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questo ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni indipendenti, mentre le relative rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell’idea di soluzione principale.

In accordo con il suddetto scopo, un utensile, o macchinario secondo il presente trovato comprende un corpo di alloggiamento di un motore, ad esempio a combustione interna oppure elettrico, e mezzi di controllo elettronici del funzionamento almeno del motore.

Inoltre, l’utensile, o macchinario, del presente trovato comprende almeno un elemento attivo atto ad essere movimentato, ad esempio ruotato o spostato linearmente con moto alternato, dal motore ed un dispositivo di sicurezza comprendente mezzi di arresto asserviti a detti mezzi di controllo, ai fini dell’arresto immediato del funzionamento del motore e/o della movimentazione di detto elemento attivo.

Secondo un aspetto del presente trovato, il suddetto dispositivo di sicurezza comprende, inoltre, almeno due sensori, lineari e/o angolari, di accelerazione, quali accelerometri e/o giroscopi - preferibilmente montati su detto corpo di alloggiamento, vantaggiosamente in corrispondenza o sostanziale prossimità del baricentro per tenere conto in modo uniforme e completa della dinamica dell’utensile, o macchinario -adatti a misurare l’accelerazione dell’utensile, o macchinario, lungo almeno due assi differenti e non paralleli tra loro, e ad inviare un segnale elettrico correlato a detta misura a detti mezzi di controllo, i quali elaborano detti segnali elettrici ed utilizzano detti segnali elaborati, in funzione di dati preimpostati associati a potenziali situazioni pericolose, per condizionare il funzionamento almeno dei mezzi di arresto.

Di conseguenza, il dispositivo di sicurezza rileva le accelerazioni e la posizione dell’utensile a cui è applicato, vantaggiosamente rispetto all’operatore, ed è configurato per discernere - tramite una scheda di controllo elettronico connessa a detti sensori ed adatta allo scopo abbinata od integrata ai suddetti mezzi di controllo elettronici - le situazioni di normale utilizzo dell’utensile da quelle di potenziale pericolo.

Se viene rilevata una situazione potenzialmente pericolosa, il presente trovato attiva mezzi attuatori associati ai mezzi di arresto, per bloccare il funzionamento dell’utensile, o macchinario, riducendo, così, il numero e l’entità degli infortuni.

Il presente trovato, così, grazie alla rilevazione dell’accelerazione lungo assi differenti e non paralleli garantisce la sicurezza dell’operatore utilizzando solamente sensori di accelerazione montati sull’utensile, o macchinario, senza necessità di accessori od altri sensori ausiliari montati sullo stesso od indossati dall’operatore. In alcune forme di realizzazione, il dispositivo di sicurezza comprende inoltre mezzi sensori di geolocalizzazione, quale un dispositivo di localizzazione geografica, ad esempio un sistema di posizionamento globale (GPS), adatti a trasmettere un segnale di posizione dell’utensile, o macchinario, a detti mezzi di controllo elettronici.

Secondo una forma di realizzazione, i suddetti mezzi di controllo elettronici comprendono, o sono associati a, una scheda elettronica che comprende mezzi di acquisizione dei segnali elettrici trasmessi dai sensori, mezzi di elaborazione e mezzi attuatori che condizionano i mezzi di arresto.

In particolare, i mezzi di acquisizione sono adatti ad acquisire in tempo reale i segnali elettrici associati alle accelerazioni, angolari e/o lineari, misurate dai suddetti sensori di accelerazione, ed eventualmente il segnale di posizione dai mezzi sensori di geolocalizzazione se previsti, ed a trasmettere tali segnali ai mezzi di elaborazione. I mezzi di elaborazione sono adatti ad elaborare i segnali acquisiti e confrontare tali segnali con i dati pre-memorizzati per rilevare situazioni di potenziale pericolo durante l’utilizzo ed agire attivamente in base a tali situazioni di pericolo. I mezzi di elaborazione possono comprendere, in alcune varianti realizzative, un microcontrollore, anche programmabile, od altro dispositivo atto all’elaborazione dei segnali di cui si discute. I mezzi attuatori sono adatti ad azionare i mezzi di arresto per determinare il blocco dell’elemento attivo dell’utensile, o macchinario, e delle parti in movimento ad esso associate.

In forme di realizzazione, l’utensile, o macchinario, del presente trovato comprende mezzi di ricetrasmissione dati, quali ad esempio un modulo di comunicazione GSM, oppure GPRS/UMTS. Ciò consente il rilevamento della posizione in cui è avvenuto l’infortunio, la memorizzazione in loco oppure l’invio remoto, ad esempio ad una centrale di soccorso od elaborazione dati, per avviare le procedure di emergenza del caso.

In alcune varianti di realizzazione, l’utensile, o macchinario, del presente trovato comprende mezzi di riarmo attivabili manualmente dall’operatore per ripristinare una condizione di normale funzionamento.

In varianti di soluzione, il trovato può comprendere un’interfaccia utente, ad esempio di tipo grafico, touch-screen, a tastiera o simile, mediante la quale attivare la suddetta procedura di ripristino del funzionamento normale.

L’interfaccia utente può essere associata a mezzi di selezione della sensibilità del dispositivo di sicurezza, mediante i quali selezionare i valori di soglia pre-impostati da confrontare con i segnali misurati dai sensori di accelerazione.

In varianti di soluzione, la trasmissione di dati relativa alla posizione del possibile infortunio alla centrale di soccorso od elaborazione dati avviene nel caso in cui l’operatore non attivi la suddetta procedura di ripristino mediante i mezzi di riarmo entro un lasso temporale prefissato.

Vantaggiosamente, grazie alfutilizzo dei suddetti sensori di accelerazione, ed interfacciando opportunamente questi ultimi, attraverso i mezzi di controllo elettronici, con un elaboratore elettronico esterno ed uno schermo, è possibile utilizzare il presente trovato anche nell’ambito della didattica di utilizzo degli utensili, o macchinari, di cui si discute, e formazione anti-infortunistica, in modo da consentire l’addestramento intelligente dell’operatore.

Infatti, prevedendo un modulo di comunicazione verso detto elaboratore elettronico, ad esempio del tipo cablato, oppure senza fili, è possibile visualizzare all’operatore i movimenti e le situazioni pericolose in cui quest’ultimo è incorso durante l’utilizzo.

Rientra nel presente trovato un metodo di controllo della sicurezza di un utensile, o macchinario del tipo di cui sopra discusso, avente un elemento attivo azionato da un motore, che prevede l’attivazione di mezzi di arresto asserviti a mezzi di controllo, ai fini dell’arresto immediato del funzionamento del motore e/o della movimentazione di detto elemento attivo.

II metodo prevede di misurare l’accelerazione dell’utensile, o macchinario, lungo almeno due assi differenti e non paralleli tra loro mediante almeno due sensori, lineari e/o angolari, di accelerazione, quali accelerometri e/o giroscopi, e di inviare un segnale elettrico correlato a detta misura a detti mezzi di controllo, i quali elaborano detti segnali elettrici secondo un predeterminato algoritmo ed utilizzano detti segnali elaborati, in funzione di dati reimpostati, vantaggiosamente in un’apposita memoria con banca dati, associati a potenziali situazioni pericolose, per condizionare il funzionamento almeno dei mezzi di arresto.

Secondo una forma di esecuzione del trovato, il suddetto algoritmo prevede di associare una terna di assi cartesiani all’utensile, o macchinario, di valutare le accelerazioni lineari e/o angolari lungo i tre assi ad un determinato istante temporale, di effettuare un filtraggio di dette accelerazioni lineari e/o angolari e di individuare i casi in cui dette accelerazioni sono provocate da situazioni di pericolo.

In accordo con alcune forme di esecuzione, una prima fase dell'algoritmo è il filtraggio dei segnali d'ingresso, prevedendo l'eliminazione dei segnali ad alta frequenza dovuti alle vibrazioni dell’utensile, o macchinario, in movimento, in cui, per il filtraggio del segnale d'ingresso sono stati usati almeno due filtri passa basso del primo ordine, oppure di secondo ordine od ordini superiori, rispettivamente uno per le accelerazioni lineari ed uno per quelle angolari. I filtri di ordine superiore al primo sono più lenti ma migliori, in particolare in precisione.

In accordo con alcune forme di esecuzione, una seconda fase dell'algoritmo prevede la ricerca di tutte le combinazioni di accelerazioni in cui con l’utensile, o macchinario, vengono effettuati movimenti sbagliati e/o di pericolo, in cui si determina, in base al calcolo della norma vettoriale, ad esempio euclidea, associata a detta terna di assi cartesiani, dell'accelerazione lineare e dell'accelerazione angolare, un luogo geometrico di punti tridimensionale, ad esempio una sfera, od ellisse, che definisce i limiti di movimento dell’utensile, o macchinario, al cui interno l’utensile, o macchinario, ha accelerazioni, se basse contenute nel luogo geometrico di punti tridimensionale, se alte all’esterno del luogo geometrico di punti tridimensionale, in base alle quali sarà attivato o meno il sistema di sicurezza.

In alcune varianti di soluzione, la segnalazione del pericolo viene fatta nel caso in cui la norma lineare sia maggiore di una certa soglia lineare, la norma angolare sia maggiore di una certa soglia angolare e/o il modulo delle accelerazioni lineari nei tre assi sia minore di una certa soglia.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferenziale di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:

- la fìg. 1 è una rappresentazione schematica di una forma di realizzazione del dispositivo di sicurezza del presente trovato;

- la fig. 2 rappresenta una terna di assi cartesiani X, Y, Z associati all’utensile, o macchinario, del presente trovato;

- la fig. 3 rappresenta uno schema a blocchi di un filtro è utilizzabile nel presente trovato;

- la fig. 4 rappresenta il luogo geometrico di punti tridimensionale che limita i movimenti dell’utensile, o macchinario, del presente trovato;

- la fig. 5 è un grafico dell’andamento dell’accelerazione nel tempo secondo il presente trovato;

- la fig. 6 è un esempio di applicazione del presente trovato ad una motosega;

- la fig. 7 è un esempio di applicazione del presente trovato ad un’elettrosega.

Per facilitare la comprensione, numeri di riferimento identici sono stati utilizzati, ove possibile, per identificare elementi comuni identici nelle figure. Va inteso che elementi e caratteristiche di una forma di realizzazione possono essere convenientemente incorporati in altre forme di realizzazione senza ulteriori precisazioni.

DESCRIZIONE DI UNA FORMA PREFERENZIALE DI REALIZZAZIONE

Con riferimento alla fig. 1, un utensile 10 secondo il presente trovato comprende un corpo 12 di alloggiamento di un motore 14 e di mezzi di controllo 16 elettronici per comandare e controllare il funzionamento del motore 14.

Inoltre, l’utensile 10 del presente trovato comprende un elemento attivo 18 atto ad essere movimentato, ad esempio ruotato o spostato linearmente con moto alternato, dal motore 14 ed un dispositivo di sicurezza 20 associato a mezzi di arresto 22 asserviti a detti mezzi di controllo 16, ai fini dell’arresto immediato del funzionamento del motore e/o della movimentazione di detto elemento attivo 18.

Il dispositivo di sicurezza 20, alimentato da mezzi di alimentazione 21, quali un accumulatore di energia, comprende, inoltre, almeno due sensori 24, lineari e/o angolari, di accelerazione, quali nel caso di specie uno o più accelerometri 24a e/o uno o più giroscopi 24b, adatti a misurare l’accelerazione, rispettivamente lineare e/o angolare, dell’utensile 10 lungo almeno due assi differenti e non paralleli tra loro, e ad inviare un segnale elettrico correlato a detta misura a detti mezzi di controllo 16, i quali elaborano detti segnali elettrici ed utilizzano detti segnali elaborati, in funzione di dati preimpostati associati a potenziali situazioni pericolose, per condizionare il funzionamento almeno dei mezzi di arresto 22. Soluzione vantaggiosa è quella che prevede l’utilizzo di almeno due sensori 24, di cui un primo sensore 24a è un accelerometro ed un secondo sensore 24b è un giroscopio. Vantaggiosamente, i sensori 24 sono disposti sul corpo 12, in prossimità o corrispondenza del baricentro dello stesso.

Il dispositivo di sicurezza 20 comprende nel caso di specie un dispositivo di localizzazione geografica 26, ad esempio un sistema di posizionamento globale (GPS), adatto a trasmettere un segnale di posizione dell’utensile, o macchinario, a detti mezzi di controllo 16.

Secondo una forma di realizzazione, i suddetti mezzi di controllo 16 sono una scheda elettronica che comprende una scheda di acquisizione 28 dei segnali elettrici trasmessi dai sensori 24, 26, una scheda di elaborazione 30 comprendente un microprocessore programmabile ed interfacce di comunicazione da e verso i sensori 24, 26 ed una scheda di attuazione 32 che condiziona i mezzi di arresto 22, mediante mezzi attuatori 34, di tipo meccanico, quali ad esempio un pistoncino od altro attuatore lineare, o di tipo elettrico, elettromeccanico od elettronico. La scheda di attuazione 32 viene influenzata e pilotata nel suo funzionamento dalla scheda di elaborazione 30 cui è collegata. Nel caso di una motosega, il pistoncino aziona il freno catena della motosega stessa, consentendo così il blocco pressoché istantaneo della catena.

Il dispositivo di sicurezza 20 monitora ed elabora in tempo reale - tramite la scheda di elaborazione 30 - i dati provenienti dai sensori 24 ed eventualmente 26, ed è in grado di rilevare e reagire ad eventuali situazioni potenzialmente pericolose, quali a mero titolo di esempio lo scivolamento dell’operatore o il kick-back. Nel caso si verifichi una situazione potenzialmente pericolosa, il dispositivo di sicurezza 20 interviene sugli attuatori 34, bloccando l’elemento attivo 18 e riducendo cosi l’entità e il numero degli infortuni.

Il dispositivo di sicurezza 20 può anche prevedere mezzi di regolazione, ad esempio un potenziometro 36, od altro mezzo di regolazione, connessi alla scheda di elaborazione 30, che consentono la regolazione da parte dell’utente, della sensibilità del dispositivo di sicurezza 20.

Il dispositivo di sicurezza 20 può comprendere anche un modulo di comunicazione 38 GSM, oppure GPRSAJMTS, per la ricetrasmissione dati, connesso alla scheda di elaborazione 30.

Anche il suddetto dispositivo di localizzazione geografica 26 può essere connesso alla scheda di elaborazione 30.

In questo modo è possibile memorizzare e trasmettere in remoto - ad esempio ad un centro di soccorso - la posizione ed i dati dell'infortunio. La memorizzazione e/o la trasmissione dei dati avviene a seguito di una situazione potenzialmente pericolosa, se l'utente non procede al riarmo del dispositivo di sicurezza 20 entro un certo lasso di tempo predeterminato; il riarmo del dispositivo può essere effettuato mediante mezzi di riarmo 40, ad esempio attraverso un apposito pulsante.

Il dispositivo di sicurezza 20 può altresì prevedere un'interfaccia 42 di comunicazione, di tipo senza fili, oppure cablata, verso un personal computer 44 (od altro dispositivo elettronico) di tipo - a mero titolo di esempio - bluetooth, in modo tale da consentire l'analisi delle situazioni pericolose riscontrate durante l'utilizzo della motosega; tale funzionalità si rende particolarmente utile per esempio durante i corsi di formazione all'utilizzo delle attrezzature agro-forestali.

Di seguito viene trattata la spiegazione dell'algoritmo riguardante il dispositivo di sicurezza 20 di una motosega, valendo la medesima trattazione per altri utensili o macchinari cui il presente trovato può essere applicato, considerando come dati di ingresso le accelerazioni lineari e angolari della motosega in movimento, rilevabili, nel caso di specie, attraverso due accelerometri 24a e due giroscopi 24b situati in essa. Con riferimento alla fig. 2, in cui si individua una tema di assi cartesiani X, Y, Z associati all’utensile, o macchinario, 10, si considerino come dati in ingresso al sistema:

- aix(t), aiy(t), aiz(t): accelerazioni lineari lungo i tre assi X, Y, Z, all'istante t;

- aax(t), aay(t), aaz(t): accelerazioni angolari lungo i tre assi X, Y, Z, all'istante t. Si considerino poi i segnali filtrati:

- a<*>ix(t), a<*>iy(t), a<*>iz(t): accelerazioni lineari nei tre assi X, Y, Z, all'istante t, filtrate; - a<*>ax(t), a<*>ay(t), a<*>az(t): accelerazioni angolari nei tre assi X, Y, Z, all'istante t filtrate.

L'obiettivo dell'algoritmo è quello di individuare i casi in cui le accelerazioni nei tre assi sono provocate da situazioni di pericolo nell'uso della motosega.

Definiamo:

- a<®>ix(t), a<®>iy(t), a<®>i iz(t): accelerazioni lineari nei tre assi X, Y, Z, all'istante t, filtrate;

- a<®>ax(t), a<®>ay(t), a<®>az(t): accelerazioni angolari nei tre assi X, Y, Z, all'istante t, filtrate.

Useremo la convenzione per cui si rappresenta con a(k) la variabile campionata a(kT), omettendo il numero di campioni T.

La prima fase dell'algoritmo è il filtraggio dei segnali d'ingresso cioè l'eliminazione dei segnali ad alta frequenza dovuti alle vibrazioni della motosega in movimento. Tali segnali dipendono molto dalla macchina che si usa; ad esempio una motosega con motore a combustione avrà un rumore più elevato rispetto ad una elettrosega. Per il filtraggio del segnale d'ingresso sono stati usati due filtri passa basso del primo ordine, uno per le accelerazioni lineari ed uno per quelle angolari. In altre forme di realizzazione, è possibile utilizzare filtri passa basso di ordine superiore al primo, generalmente più lenti, ma migliori, in particolare più precisi.

Di seguito si descrive la forma numerica del filtro passa basso.

Come è noto la funzione di trasferimento di un filtro passa basso del primo ordine, con ingresso X(t) e uscita Y (t), è data dalla seguente espressione:

ove τ rappresenta la costante di tempo del circuito e si misura in secondi, e dove X(s) e Y (s) sono le trasformate di Laplace di X(t) e Y (t). Risulta immediatamente quanto segue:

Convertendo quest'ultima espressione nella equivalente nel dominio del tempo ris

ulta:

passando ora ad un modello a tempo campionato, con Y(k) ed X(k) campioni dell'uscita y(k) e dell'ingresso x(k), possiamo assumere che:

da cui immediatamente discende la seguente espressione:

avendo posto

Il valore assunto dall'uscita Y(k) dipende dal valore attuale assunto dall'ingresso X(k), per la presenza del termine a*X(k), e dal valore assunto in precedenza dall'uscita Y (k-1), per la presenza del termine(l-a)*Y (k-1). Il parametro a può assumere valori compresi fra 0 e 1.

E' importante mettere in relazione il comportamento del filtro nel dominio della frequenza con la relazione Y(k) = a * X(k) (1 - a) * Y(k - 1), che ne descrive il funzionamento nel dominio del tempo (su sistemi a tempo discreto). La costante di te mpo τ determina, nel dominio della frequenza, la frequenza di taglio data da:

Per ottenere un filtro con frequenza di taglio elevata, bisogna ridurre la costante di tempo τ e quindi incrementare il valore del parametro a. Frequenza di taglio elevata significa che il sistema che risponde meglio alle frequenza elevate; viceversa per eliminare le “alte” frequenze basta ridurre a.

Lo schema a blocchi di questo filtro è rappresentato in fig. 3.

E’ importante sottolineare il fatto che:

- ridurre la frequenza di taglio, elimina i disturbi, ma allunga i tempi di reazione del dispositivo;

- aumentare la frequenza di taglio rende il sistema più reattivo ma corrotto dal rumore .

Sono state fatte quindi delle prove sperimentali, cercando di individuare la frequenza di taglio. Data la frequenza di taglio è possibile ricavarsi la costante di tempo dei due filtri, lineare tline angolare τ^:

Da qui è possibile ricavarsi:

è la frequenza di campionamento di accelerometri e giroscopi misurata in [Hz], Conoscendo questi parametri si possono quindi ricavare le equazioni dei due filtri per ogni coordinata (X, Y, Z ).

i) Accelerazioni lineari filtrate

Di seguito si descrive la determinazione delle condizioni di pericolo.

In questa seconda fase dell'algoritmo, si ricercano tutte le combinazioni di accelerazioni che danno il segnale d'allarme, cioè tutti quei casi in cui con la motosega vengono effettuati movimenti sbagliati e/o di pericolo.

Prendiamo in considerazione che, se la motosega è ferma, ad esempio appoggiata al suolo, l'accelerazione misurata è quella di gravità. Le condizioni di pericolo sono diagnosticate da:

- variazione dell'accelerazione (intesa vettorialmente);

- annullamento dell'accelerazione stessa (caduta).

Per fare questo è stato utilizzato il concetto della norma vettoriali, nel caso di specie euclidea, ed intesa come funzione in uno spazio vettoriale, che associa ad ogni vettore una lunghezza.

Il piano cartesiano composto dagli assi X, Y, Z, può essere considerato uno spazio vettoriale, in questo caso euclideo; la norma, nel caso di specie euclidea, assegna ai tre vettori lungo i tre assi uno spazio vettoriale, rappresentando così un luogo geometrico di punti tridimensionale, in questo caso una sfera (oppure ellisse), nel caso di una norma pesata, avente un determinato volume, rappresentata in fig. 4.

Nel caso di norme non euclidee, lo spazio vettoriale può rappresentare, a seconda dell’utensile, o macchinario, da controllare, un’altra forma geometrica, quale un cono od altro.

Si considera che il suddetto luogo geometrico tridimensionale, nel caso di specie la sfera (od ellisse), rappresenta una “gabbia” che vincola la dinamica della motosega, ovvero la limita nei suoi movimenti. Fintanto che i movimenti hanno basse accelerazioni contenute nel luogo geometrico tridimensionale, nella fattispecie la sfera, non sarà attivato il sistema di sicurezza. Nel momento in cui le accelerazioni diventano elevate (situazioni di pericolo), uscendo dalla sfera, sarà attivato fallarme. L’algoritmo prevede quindi il calcolo della norma vettoriale, nel caso di specie euclidea, dell'accelerazione lineare e dell'accelerazione angolare, data dalla seguente

es

La segnalazione del pericolo viene fatta nel caso in cui:

- la norma lineare sia maggiore di una certa soglia lineare:

normaiin> soglian,,

- la norma angolare sia maggiore di una certa soglia angolare:

normaang> sogliaang

- il modulo delle accelerazioni lineari nei tre assi sia minore di una certa soglia, come avviene nei casi di caduta, quando l'accelerazione è nulla:

Questa ultima condizione deriva dal fatto che, in caso di caduta della motosega, le accelerazioni si annullano, e quindi anche le relative norme.

Risulta quindi necessario aggiungere un'ulteriore condizione relativa a questa situazione, mettendo un controllo solo sulle accelerazioni lineari. Le accelerazioni angolari non sono affette infatti dalla caduta.

Anche i valori delle soglie sono stati determinati sperimentalmente con una serie di prove come per la frequenza di taglio.

Come osservato la frequenza di taglio influenza il tempo di risposta, essendo inversamente proporzionale. Per studiarne il fenomeno consideriamo il caso di accelerazione costante.

Siano dati, con riferimento a fig. 5:

- ao accelerazione di riferimento misurata non filtrata (lineare o angolare);

- a soglia (lineare o angolare);

- trtempo di reazione, ovvero tempo di raggiungimento della soglia.

Si può andare a ricavare il tempo di reazione come segue. Siccome la risposta del filtro è esponenziale, la condizione di raggiungimento della soglia è

dove T=l/fc. Si ha quindi che

La fig. 6 illustra una forma di realizzazione applicata ad una motosega, in cui si vede il dispositivo di sicurezza 20 montato sul corpo 12 della motosega, che funge da sistema integrato per l’analisi, l’acquisizione dati e la trasmissione di un segnale di allarme all’attuatore 34, nel caso di specie meccanico quale un pistone. L’attuatore 34 è integrato nel corpo 12 della motosega ed un dispositivo di azionamento 35, meccanico, idraulico od elettrico provvede al suo azionamento, in base ai segnali trasmessi dalla scheda di attuazione 32, per attivare i mezzi di arresto 22 che provvedono al bloccaggio della catena della motosega.

La fig. 7 illustra una forma di realizzazione applicata ad un’elettromotosega, in cui si vede il dispositivo di sicurezza 20 montato sul corpo 12 della motosega, che funge da sistema integrato per l’analisi, l’acquisizione dati e la trasmissione di un segnale di allarme all’attuatore 34, nel caso di specie di tipo elettrico. L’attuatore 34 elettrico è integrato nel corpo 12 della elettromotosega e svolge funzione di bloccaggio in tempo reale a seguito del disinserimento del potenziometro, per fungere da mezzo di arresto 22 dell’elettromotosega, in base ai segnali trasmessi dalla scheda di attuazione 32.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Utensile, o macchinario, quale per uso agricolo od agro-forestale, comprendente un corpo (12) di alloggiamento di un motore (14), mezzi di controllo (16), almeno un elemento attivo (18) atto ad essere movimentato dal motore (14) ed un dispositivo di sicurezza (20) comprendente mezzi di arresto (22) asserviti a detti mezzi di controllo (16), ai fini dell’arresto immediato del funzionamento del motore (14) e/o della movimentazione di detto elemento attivo (18), caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di sicurezza (20) comprende, inoltre, almeno due sensori (24), lineari e/o angolari, di accelerazione, quali accelerometri (24a) e/o giroscopi (24b), adatti a misurare l’accelerazione dell’utensile, o macchinario, lungo almeno due assi (X, Y, Z) differenti e non paralleli tra loro, e ad inviare un segnale elettrico correlato a detta misura a detti mezzi di controllo (16), i quali elaborano detti segnali elettrici secondo un predeterminato algoritmo ed utilizzano detti segnali elaborati, in funzione di dati preimpostati associati a potenziali situazioni pericolose, per condizionare il funzionamento almeno dei mezzi di arresto (22).
2. 2. Utensile, o macchinario come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto algoritmo prevede di associare una terna di assi cartesiani (X, Y, Z) all’utensile, o macchinario, di valutare le accelerazioni lineari e/o angolari lungo i tre assi (X, Y, Z) all'istante temporale (t), di effettuare un filtraggio di dette accelerazioni lineari e/o angolari e di individuare i casi in cui dette accelerazioni sono provocate da situazioni di pericolo.
3. 3. Utensile, o macchinario come nella rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di sicurezza (20) comprende inoltre mezzi sensori di geolocalizzazione (26), adatti a trasmettere un segnale di posizione dell’utensile, o macchinario, a detti mezzi di controllo (16).
4. 4. Utensile, o macchinario come nella rivendicazione 1, 2 o 3, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo (16) comprendono, o sono associati a, una scheda elettronica che comprende mezzi di acquisizione (28) dei segnali elettrici trasmessi dai sensori (24, 26), mezzi di elaborazione (30) e mezzi attuatori (32, 34) che condizionano i mezzi di arresto (22) ed eventualmente mezzi di ricetrasmissione dati (38).
5. 5. Utensile, o macchinario come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi di selezione (36) della sensibilità del dispositivo di sicurezza (20).
6. 6. Metodo di controllo della sicurezza di un utensile, o macchinario (10), quale per uso agricolo od agro-forestale, avente un elemento attivo (18) azionato da un motore (14), che prevede l’attivazione di mezzi di arresto (22) asserviti a mezzi di controllo (16), ai fini dell’arresto immediato del funzionamento del motore (14) e/o della movimentazione di detto elemento attivo (18), caratterizzato dal fatto che prevede di: - misurare l’accelerazione dell’utensile, o macchinario, (10) lungo almeno due assi (X, Y, Z) differenti e non paralleli tra loro mediante almeno due sensori (24), lineari e/o angolari, di accelerazione, quali accelerometri (24a) e/o giroscopi (24b), - inviare un segnale elettrico correlato a detta misura a detti mezzi di controllo (16), i quali elaborano detti segnali elettrici secondo un predeterminato algoritmo ed utilizzano detti segnali elaborati, in funzione di dati pre-impostati associati a potenziali situazioni pericolose, per condizionare il funzionamento almeno dei mezzi di arresto (22).
7. 7. Metodo come nella rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto algoritmo prevede di associare una terna di assi cartesiani (X, Y, Z) all’utensile, o macchinario, (10), di valutare le accelerazioni lineari e/o angolari lungo i tre assi (X, Y, Z) all’istante temporale (t), di effettuare un filtraggio di dette accelerazioni lineari e/o angolari e di individuare i casi in cui dette accelerazioni sono provocate da situazioni di pericolo.
8. 8. Metodo come nella rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che una prima fase dell’algoritmo è il filtraggio dei segnali d’ingresso, prevedendo l’eliminazione dei segnali ad alta frequenza dovuti alle vibrazioni dell’utensile, o macchinario, (10) in movimento, in cui, per il filtraggio del segnale d’ingresso sono stati usati almeno due filtri passa basso del primo ordine, oppure di ordini superiori, rispettivamente uno per le accelerazioni lineari ed uno per quelle angolari.
9. 9. Metodo come nella rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che una seconda fase dell’algoritmo prevede la ricerca di tutte le combinazioni di accelerazioni in cui con l’utensile, o macchinario, (10) vengono effettuati movimenti sbagliati e/o di pericolo, in cui si determina, in base al calcolo della norma vettoriale, associata a detta terna di assi cartesiani (X, Y, Z), dell’accelerazione lineare e dell’accelerazione angolare, un luogo geometrico di punti tridimensionale, che definisce i limiti di movimento dell’utensile, o macchinario, (10) al cui interno l’utensile, o macchinario, (10) ha accelerazioni, se basse contenute nel luogo geometrico di punti tridimensionale, se alte all’esterno del luogo geometrico di punti tridimensionale, in base alle quali sarà attivato o meno il sistema di sicurezza.
10. 10. Metodo come nella rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che la segnalazione del pericolo viene fatta nel caso in cui la norma lineare sia maggiore di una certa soglia lineare, la norma angolare sia maggiore di una certa soglia angolare, e/o il modulo delle accelerazioni lineari nei tre assi sia minore di una certa soglia