IT202100002651A1 - Dispositivo per il monitoraggio automatizzato delle occlusioni in condotti fognari - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

A corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo: ?Dispositivo per il monitoraggio automatizzato delle occlusioni in condotti fognari?

Stato dell?arte

Le modalit? comunemente adottate per la rilevazione ed eliminazione di occlusioni fognarie sono catalogabili in due macrocategorie. La prima, prevede interventi distruttivi, consistenti nell?apertura di alcuni anelli del condotto fognario a varie distanze in prossimit? della zona di disservizio. La seconda prevede l?inserimento di una sonda all?interno delle tubature interessate. In questa seconda categoria ? possibile prevedere l?assistenza di sistemi meccanici, robotici o meccatronici che siano in grado di far avanzare una sonda o telecamera nel condotto fognario. In quest?ultima categoria si trovano alcuni interessanti esempi in letteratura tra cui il dispositivo KANTARO che si tratta di un robot completamente autonomo capace di esplorare tubazioni complesse e contenenti curve e tombini di derivazione, sviluppato da nel 2007. Questo sistema, per la movimentazione, si affida a 4 ruote deformabili collegate da altrettante molle, cos? da potersi adattare alla superficie del tubo. Tuttavia, l?impiego di ruote crea notevoli problemi all?interno dei condotti fognari a causa della presenza di liquidi e deiezioni che possono determinare la perdita di aderenza delle ruote con conseguente mancato avanzamento del dispositivo nel condotto fognario. A differenza delle soluzioni a ruote come KANTARO, esistono in letteratura alcuni esempi di sistemi che utilizzano una locomozione peristaltica, come ad esempio, quella proposta dal sistema sviluppato da nel 2015. Questa soluzione prevede la possibilit? di aderire alle superfici dei condotti, consentendo l?avanzamento anche in presenza di dislivelli e pendenze, potendo cos? superare tratti verticali non percorribili da sistemi a ruote. Tuttavia le soluzioni peristaltiche, come quella proposta da si basano su un complesso sistema di attuazione ad alimentazione pneumatica con camere d?aria espandibili. La principale limitazione di tale sistema consiste nella scarsa stabilit? strutturale riscontrabile durante le normali condizioni di esercizio, per cui la forza esercitabile risulta molto limitata ed insufficiente a compiere lunghi tragitti nel condotto, pregiudicandone l?utilit? pratica. La soluzione denominata del 2010 consente il superamento delle problematiche esibite dal sistema peristaltico di T. Tormita. In questo caso, il prototipo ? costituito da un corpo munito di 4 cingoli indipendenti capaci di adattarsi alle pareti delle tubazioni. Le alte capacit? di manovra derivano dalla possibilit? di controllare separatamente ciascun cingolo. Il robot ? provvisto di diversi sensori, in particolare: camera CCD, sonar, sensore di temperatura, sensore chimico, sensore di distanza. Tuttavia, la soluzione proposta presenta una elevata complessit? una limitata adattabilit? a diverse geometrie e sezioni nonch? il rischio di usurare i condotti a causa degli slittamenti provocati dai cingoli durante l?avanzamento.

La letteratura presenta numerose varianti delle principali tipologie su menzionate. Ad esempio, il brevetto CN201427125Y descrive un robot avente ruote che assolvono sia al compito della locomozione che al compito della pulitura delle parti con cui si trovano a contatto. Anche il brevetto KR20190043748A mostra un robot per la manutenzione delle tubature che fa impiego di ruote. Ambedue i robot presentano lo stesso meccanismo di avanzamento sulle pareti che, secondo la letteratura ( "Development of in-pipe inspection robot: A review" 2012), ? soggetto a slittamenti e bloccaggi, problematica che viene enfatizzata all?interno di un tubo fognario, con rischio di danneggiamenti dell?intero condotto fognario ispezionati. Inoltre, le soluzioni proposte si presentano molto complesse e predisposte per funzioni aggiuntive non strettamente necessarie allo specifico compito di ispezione e identificazione di ostruzioni nel condotto fognario. Ad esempio, il brevetto CN201427125Y, prevede due ?trolley? che avanzano nel tubo, un riduttore di velocit? e una pistola a spruzzo alternativa rotativa, che non sono necessari alla funzione richiesta e che comportano un notevole incremento della complessit? e dei costi.

Il dispositivo proposto nel presente brevetto permette di superare le limitazioni delle soluzioni esistenti con notevoli vantaggi applicativi. Il dispositivo proposto ? caratterizzato dall?implementazione di un meccanismo composto da tre o pi? manovellismi azionati da altrettanti motori, azionati in maniera semiautomatica per realizzare la locomozione anche in tubature di differente diametro. Il dispositivo ? caratterizzato da una struttura leggera e da un?elevata trasportabilit?. ? munito di specifici sensori che consentono all?operatore di individuare un?occlusione, monitorando il condotto in tempo reale, mediante una telecamera e apposita illuminazione e sensoristica in testa all?apparecchiatura. Il movimento pu? essere automatizzato o controllato manualmente per mezzo di un?apposita interfaccia utente. La soluzione proposta consente di ottenere una elevata versatilit?, leggerezza ed economicit? uniti alla possibilit? di eseguire controlli automatizzati e/o manuali a seguito dell?inserimento del dispositivo nel pozzetto fognario.

Descrizione della realizzazione preferita

L?invenzione ? descritta con riferimento alle Tavole da 1 a 6.

La tavola 1 mostra uno schema d?insieme della parte mobile dell?invenzione proposta composta nella pratica da tre moduli: il modulo anteriore (100), il modulo centrale (101) ed il modulo posteriore (102).

La tavola 2 raffigura un esploso del modulo anteriore del robot. Il meccanismo a manovellismo di spinta che permette il bloccaggio alla parete del tubo ? rappresentato dalla manovella (3) che attraverso dei canotti (6a, b, c) ? collegata alle tre bielle (5) e infine dai tre pistoni sostituibili (4) collegati alle bielle dai tre canotti esterni (6d, e, f) e coperti da rivestimento gommato (20). La manovella (3) si incastra attraverso il foro centrale con l?albero del servomotore (2). Quest?ultimo ? fissato al coperchio anteriore (1) attraverso quattro viti (16) e dai rispettivi dadi (19). Sul coperchio anteriore (1) ? anche fissata una scheda regolatrice di tensione, il cui ingombro massimo ? rappresentato da (13), ed ? fissata da due viti (15) con rispettivi dadi (18). La sensoristica prevede un sensore di temperatura (12), un sensore per misurare la distanza frontalmente al robot (9) e una camera (10) a cui si aggiunge un sistema di illuminazione a led (11). Il sensore di temperatura (12) ? incollato alla faccia piana interna del coprisensori (8). Anche il sensore ad ultrasuoni (9) ? incollato alla faccia piana interna del coprisensori come anche la camera e il sistema di illuminazione. Il sensore ad ultrasuoni (9) ? montato con emettitore e ricevitore sporgenti dai fori pi? vicini tra loro sul coprisensori (8), il sistema di illuminazione presenta l?estremit? dei led uscente dall?unica asola sul coprisensori mentre la camera presenta la parte ottica sporgente dal foro intuibile dall?esploso. Il coprisensori (8) ? fissato tramite viti (14) e dadi (17) al pezzo (7) e poi al coperchio (1).

La tavola 3 rappresenta il corpo centrale dell?invenzione nel quale trova alloggiamento il servomotore (3) responsabile dell?avanzamento. Il motore ? fissato tramite dei supporti (11) al piatto (5) tramite viti M3x30 (14) e relativi dadi (7). Il piatto possiede delle sedi per il montaggio a pressione delle guide lineari (1). Il secondo piatto (4) presenta i fori progettati per il passaggio delle guide lineari. Il movimento ? trasmesso dal motore grazie ad una catena cinematica composta dal componente (13), che si incastra all?interno della manovella (8) ed ? fissato da una vite M2 (10). La manovella ? connessa ad una biella (2) tramite un perno di giunzione (9b). La biella ? accoppiata alla staffa (12) con un ulteriore perno (9a). La staffa trasmette il moto al piatto (4), al quale ? accoppiata con viti M3x12 (6d, 6e, 6f, 6g) e relativi dadi. Completano questo assieme viti M3x12 (6a, 6b, 6c, 6h, 6i, 6l) e relativi dadi che consentono l?accoppiamento con i moduli descritti dalle tavole 2 e 4.

La tavola 4 mostra le componenti che costituiscono il modulo posteriore. In figura ? rappresentato il carter (9) contenente gli organi meccanici che garantiscono la trasmissione di potenza ai pistoni sostituibili (8). Questa struttura ? appositamente ideata per permettere il fissaggio del motore (6) attraverso bulloneria M3 costituita dalle viti (5) e dai dadi (12). La trasmissione avviene tramite la manovella (4), fissata al motore tramite viti M2 (3), e le bielle (2) giuntate con appositi canotti (1) sia ai pistoni sostituibili che alla manovella. All?estremit? dei pistoni sono fissati dei rivestimenti gommati (7) atti a migliorare la presa del robot sulla parete. Nella parte opposta del carter invece si trova la scheda (10) ancorata con viti (13), cui vengono effettuate tutte le connessioni elettriche che si ramificano nel robot. Insieme alla scheda, si pu? trovare anche la batteria (11), in caso di alimentazione on board. Il tutto viene protetto dal coperchio (14), fissato con viti mordenti (15) al carter.

La tavola 5 mostra i membri che compongono il sistema di controllo. Il contenitore base (3) ? provvisto di fori necessari al cablaggio di potenza e di controllo, inoltre, presenta delle sedi per poter accogliere la scheda di controllo (1), il vano batteria (4) con la batteria (5) lasciando la presa dell?alimentazione e la porta USB accessibili. Il contenitore base ? inoltre munito di una sede per poter montare lo switch (6) tramite bulloneria M3 (11), (10), per consentire la scelta di fornire corrente alla scheda per mezzo della batteria da 9V (5) o da un alimentatore esterno non rappresentato e di un coperchio a pressione (7). Quest?ultimo (7) presenta 4 fori nei quali ? previsto il montaggio di 3 interruttori monostabili normalmente aperti (9) e di un interruttore ?a fungo? di emergenza (8). La scheda di controllo (1) ? provvista di una base ?mille fori? (2) utile per i collegamenti elettrici tramite cavi.

La tavola 6 mostra il manovellismo presente nel modulo di testa e nel modulo posteriore che permette il bloccaggio ciclico durante l?avanzamento all?interno del tubo. La manovella (1), mossa dal servo, ? collegata attraverso 3 canotti (2a, 2b, 2c) a delle bielle (3a, 3b, 3c). Queste sono collegate attraverso altri 3 canotti ai pistoni (4a, 4b, 4c) che sono coperti da dei rivestimenti gommati (5a,5b,5c).

La presente invenzione ? descritta con riferimento ad una forma predefinita di realizzazione. ? da intendersi che possano esistere altre forme di realizzazione che afferiscano al medesimo nucleo inventivo, come definito nell?ambito di protezione delle rivendicazioni dichiarate.

Claims (5)

RIVENDICAZIONI

1. Dispositivo automatico, semi-automatico o manuale per il rilevamento di ostruzioni all?interno di tubature fognarie, costituito, da un modulo anteriore (100), un modulo posteriore (102), e un modulo centrale (101), in grado di realizzare la locomozione mediante l?aggrappaggio a pareti di tubature di diverso diametro ed il moto relativo tra il modulo anteriore (100) e posteriore (102), composti, nella loro realizzazione preferita, dai componenti illustrati nelle tavole 1, 2, 3, 4, 5 e 6;

2. Dispositivo automatico, semi-automatico o manuale, come da rivendicazione 1, in cui ? presente un modulo anteriore (100), dotato di un meccanismo di aggrappaggio alle pareti di tubature, adattabile a diametri differenti, composto dai membri (3)(5a)(5b)(5c)(4a)(4b)(4c) e attuato dal servomotore (2), disposto come mostrato in Tavola 2,

3. Dispositivo automatico, semi-automatico o manuale, come da rivendicazione 1, in cui ? presente un modulo centrale (101) di locomozione, realizzata mediante meccanismo di avanzamento e composto, nella sua realizzazione preferita, dai membri (13)(8)(2) costituenti da un meccanismo a lunghezza variabile, attuato dal servomotore (3), come mostrato in Tavola 3;

4. Dispositivo automatico, semi-automatico o manuale, come da rivendicazione 1, in cui ? presente un modulo posteriore (102), contenente il meccanismo di aggrappaggio posteriore alle pareti di tubature adattabile a diametri differenti, composto dai membri (4)(2a)(2b)(2c)(8a)(8b)(8c) e attuato da un servomotore (6) collegati come mostrato in Tavola 4,

5. Dispositivo automatico, semi-automatico o manuale, come da rivendicazione 1, 2, 3, 4 dotato di sensori in testa tra cui i sensori di misura della distanza dall?ostacolo o ostruzione (9), una telecamera (10), un sensore di temperatura (12) di Tavola 2, potendosi prevedere ulteriore sensoristica di ispezione; i sensori sono gestiti dalla scheda di controllo e interfaccia utente (1) come mostrato in Tavola 5.