Il robot da arrampicata per il monitoraggio e il consolidamento frane

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fig2Frane e smottamenti possono causare gravi danni sia in termini di vittime che di perdite economiche.

La foratura profonda è una pratica affermata per il consolidamento di pareti rocciose e pendii. Solitamente, dopo un’indagine geologica, viene creata una mappa di intervento rappresentante le posizioni, la profondità e l’orientamento dei fori da creare. Ognuno di questi fori viene realizzato per mezzo di aste di perforazione di 1-2 m di lunghezza, inserite nella parete in serie fino a 15-20 metri di profondità. Per accedere alle pareti è pratica comune l’utilizzo di ponteggi e piattaforme che, però, sono di difficile installazione, sono costose e necessitano di manodopera specializzata dato l’elevato tasso di rischio.

I vantaggi

La tecnologia robotica consente lo sviluppo di nuove soluzioni i cui principali vantaggi sono:

  • Riduzione dei costi di gestione.
  • Miglioramento dell’efficienza complessiva.
  • Sicurezza e salute degli operatori.
  • Eco-sostenibilità.
  • Intervento rapido.

Con questa idea in mente, un consorzio europeo di università, centri di ricerca e imprese ha sviluppato Roboclimber, il primo robot appositamente progettato per il consolidamento automatico di pareti rocciose. Il progetto nasce da un’idea originale di Roberto Zannini e uno studio di fattibilità portato avanti dall’università degli studi di Genova, e coinvolgente Comacchio, ICOP, CSIC, Maclysa, D’Appolonia, SAS.

Il sistema

Roboclimber è principalmente composto da una piattaforma mobile e una unità di foratura automatica di bordo. La caratteristica principale della piattaforma mobile è la capacità di muoversi e arrampicarsi su una parete inclinata e di tenere l’unità di foratura in posizione quando questa è in funzione. Per quanto riguarda le zampe, l’architettura e la portata sono funzione alla dimensione massima degli ostacoli che il Roboclimber possa incontrare sulla parete; l’andatura dovrebbe essere una sorta di andatura strisciante intermittente e i parametri andranno scelti di volta in volta a seconda delle irregolarità e della ripidità della parete. La zampa semi-ortogonale è stata progettata, tenendo conto dell’efficienza energetica, della stabilità, della capacità di superamento di un ostacolo, della leggerezza e della robustezza in modo da essere in grado di sostenere carichi pesanti e al contempo eventuali impatti (caduta massi), senza penalizzare il controllo, il montaggio e la manutenzione del sistema. Il telaio è stato concepito cercando di rispettare al meglio la capacità di carico e le singole necessità in termini di ingombri dei dispositivi necessari alla perforazione, del buffer di stoccaggio aste, del sistema di manipolazione delle stesse e del loro sistema di carico e scarico, del sistema idraulico di potenza, del generatore e della zampa portante le articolazioni. L’altra funzione del telaio è quella di permettere lo scorrimento laterale del Roboclimber anche in situazioni particolari: i lati sono, infatti, opportunamente sagomati per consentire il superamento degli ostacoli e il fondo realizzato come un pattino, per i movimenti verticali veloci, e come uno scudo contro le rocce.

Robolift

Per salire su pendenze superiori a 30 °, il Roboclimber coordina i movimenti delle zampe con un appropriato tensionamento delle due funi d’acciaio che pendono dalla cima della parete. La tensione delle funi è regolata da un particolare tipo di argano automatizzato, appositamente sviluppato, chiamato ROBOLIFT, ancorato al telaio robot. La fune scorre attraverso di esso e lungo la parete. Due ganasce, all’interno di ogni ROBOLIFT, bloccano e tensionano ritmicamente le funi, come un uomo che si arrampica con l’ausilio una corda.

Sistema di perforazione

Il sistema di perforazione ha lo scopo di creare fori in completa autonomia fino a una profondità di 20 m secondo un piano pre-programmato utilizzando barre standard di lunghezza 1,50 m. Per consentire la dovuta autonomia, tutte le serie di aste sono caricate a bordo. Un manipolatore (dotato di una pinza appositamente studiata) è dedicato al carico / scarico delle aste.

Buffer

Il buffer ospita fino a 20 canne in uno spazio minimo. Le aste devono essere tenute, impedendone

la caduta, anche quando il Roboclimber è soggetto a carichi impulsivi o shock.

Manipolatore

Il manipolatore ha un grado di libertà rotazionale e uno traslazionale ed è azionato da cilindri idraulici. Esso è dotato di due ganasce aventi due dita ciascuno. Le dita possono scorrere per evitare collisioni con le aste durante le operazioni di posizionamento del manipolatore.

Monitoraggio e controllo

Il monitoraggio e il controllo dei Roboclimber avviene a due livelli tramite due sottosistemi principali: il primo a bordo della piattaforma e l’altro sulla stazione supervisore tramite un’unità di controllo remoto (RCU) collegata a un tablet PC e HMI. La CPU di bordo guida le operazioni di perforazione, raccoglie dati dal sistema multi-sensoriale montato sulla piattaforma ed esegue la prima trasformazione al fine di ottenere informazioni utili da inviare all’unità remota. I sensori principali sono: telecamere CCD, tensione della fune, calibri, indicatore di livello, sensori sulle zampe e sensori di forza. La RCU controlla il movimento della piattaforma attraverso il controllo di più attuatori, l’elaborazione di molteplici segnali provenienti dai vari sensori, il movimento coordinato delle zampe, l’interazione a distanza con l’operatore umano, la capacità di eseguire compiti pre-impostati, comprese le procedure di emergenza, e l’adattabilità al terreno. La comunicazione tra Roboclimper e RCU si basano su un protocollo di comunicazione TCP / IP.

Conclusioni

Roboclimber ha dimostrato di essere in grado di arrampicarsi su pareti rocciose fino a 80 gradi di pendenza, di ricevere comandi dalla console di controllo e di eseguire autonomamente perforazioni anche se alcuni problemi devono ancora essere superati in particolare per quanto riguarda le norme di sicurezza del sito. Tra utilizzatori e sviluppatore è attiva una stretta collaborazione volta al miglioramento dei sistema come attraverso la riduzione del peso totale, la possibilità di superare ostacoli maggiori, l’aumento il livello di intelligenza di bordo e la capacità di arrampicata autonoma.

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