Funzionamento dei comandi

[mpj]

Buon giorno, per la mia tesi di laurea dovrei progettare una cabina per macchine movimento terra e avrei bisogno di alcune informazioni tecniche sui comandi.
Come "comunica" un joystick o un pedale con il resto della macchina?
Cosa sta "dentro" o meglio "sotto" a un joystick (componenti)?
Quello che vorrei capire è come funzionano i comandi, come tramettono gli "impulsi" alla macchina affinchè esegua il movimento?
Immaginiamo di prendere una cabina, compreso tutto l'interno, e "sradicarla" dalla macchina: ci sono dei cavi/fili che collegano la parte dei comandi con la macchina, giusto? Non sono collegamenti "meccanici"? Qualcuno ha qualche foto come chiarimento?

Infine, ultimo quesito: è possibile che i comandi inviino i loro segnali alla macchina senza fili? come un telecomando (alcune gru idrauliche hanno telecomandi se non sbaglio)?

Grazie a tutti quelli che mi aiuteranno.

[Engineman]

Ciao, senza fili non credo sia (ancora) possibile, ma penso che come sui camion/autobus ormai tutte le macchine MMT e agricole abbiano il multiplex e quindi innumerevoli centraline elettroniche collegate da numerose linee CAN.

[mpj]

Ciao Engineman, potresti spiegare un pò più in dettaglio (calcola che non sono un esperto!) sia quello che hai scritto sia qualcosa in più sui comandi se lo sai? GRAZIE MILLE!

[Engineman]

Allego un esempio dell'architettura Multiplex che adesso c'è su tutti i camion, vetture, trattori, mietitrebbia, scavatrici e quant'altro.
Questo è del TRAKKER Euro 4/5 (molto meno complicato dello STRALIS e anche se posseggo la documentazione non so spiegarti meglio perchè non è il mio mestiere.
A grandi linee sulla rete di cavi bipolari twistati non viaggiano correnti ma informazioni digitali 1-0 come dentro i computer e le varie centraline pescano in quel traffico solo le informazioni che gli servono.
Oltre a questo rinuncio, ma se non conosci in modo approfondito queste cose, la vedo dura ... ormai tutto gira così, l'elettromeccanica ha lasciato il posto all'elettronica pura.

[urbo83]

Purtroppo non è il mio campo ma posso ipotizzare qualcosa.

Il progetto del sistema viene fatto tenendo contro della decentralizzazione dei sistemi di controllo per questo esistono diverse centrali all'interno di un sistema da controllare (anche perché pensare di avere un unica centralina vorrebbe dire avere svariati chilometri di cavi dentro un'auto).

Penso che il joystick non sia altro che una serie di interuttori di corrente mossi dalla leva del joystick. Le trasmissioni sono quasi sempre digitali per migliorare l'immunità ai forti disturbi elettromagnetici presenti in automazione. Digitale significa che l'informazione è trasmessa secondo il codice binario cioé attraverso la trasmissione di bit "1" o bit "0" che corrispondono a determinati valori di tensione, ad esempio -12V e +12V. Quando abbiamo un segnale anologico conviene convertirlo il prima possibile in digitale tramite un covertitore analogico digitale che si trova in prossimità del sensore.

La comunicazione digitale tra sensori, centraline ed attuatori avviene tramite i CAN BUS (le tesi si iniziano sempre leggendo su wikipedia inglese per cui: http://en.wikipedia.org/wiki/CAN-bus) che ad esempio puoi vedere anche nel disegno di engineman. Si parla di BUS perchè permette a più centraline di comunicare insieme senza avere un collegamento dedicato. Bisogna quindi gestire l'accesso multiplo al BUS tramite l'algortimo del CSMA-CR (Carrier Sense Multiple Access Collision Resolution) che in poche parole significa che ogni centralina può scrivere sul BUS solo quando è libero e che in caso di collisione (due stazioni scrivono contemporaneamente) vince quella più prioritaria.

Volendo si potrebbe pensare anche ad una connessione wireless a brevissimo raggio (qualche metro) tipo la morente Bluetooth o i nuovi sistemi UWB a banda estremamente larga a brevissimo raggio (qualche metro) tipo la Wireless USB (WUSB) che però dovrebbe essere ancora in fase di studio. Esiste anche la ZigBee che è un altro protocollo per la comunicazione wireless di sensori... Quindi diciamo che le possibilità ci sono, il problema è capire se sono effettivamente utili.

Tutte i nomi e le sigle che ho messo le puoi trovare su wikipedia se eventualmente vuoi approfondire. Altrimenti chiedi pure qui sul forum.

[Astra]

Quello che ha spiegato Urbo è esatto, in parole povere comunque (neanche io sono del mestiere!!) ti faccio un esempio; fino a qualke anno fa sui mezzi c'era la centralina motore che (solitamente) comandava l'iniezione e di conseguenza tutti i segnali che servivano per gestire essa al meglio, e poi le altre centraline (ad esempio quella del cambio) che gestiva solamente la parte cambio. Con la nascita dei sistemi can-bus, e con la continua aggiunta di centraline sui mezzi (basti pensare che su certe macchine ce ne sono 4 solo per i 4 finestrini... ), si è reso necessario un sistema di gestione di questi dati più veloce e che permettesse a tutti i sistemi di comunicare tra di loro per poter lavorare al meglio, e per eliminare anche qualche filo che non serviva..

La "rete CAN" (Controller Area network) è una soluzione software ed hardware che ha il preciso scopo di gestire in maniera sempre più ottimale tutte le risorse che ci sono nel veicolo, e in grado di consentire:
- una condivisione di informazioni fra le diverse centraline
- integrazione di più centraline attraverso una rete
- alta velocità di circolazione delle informazioni
- riduzione di cavi\cablaggi all'interno del veicolo
il vantaggio nell'uso di questo sistema è che la gestione del motore ha luogo mediante numerose centraline, e di conseguenza anche il numero di segnali da gestire aumenta. Per questo motivo i segnali vengono trasmessi su bus seriali (doppino) di tipo Can dove un filo è associato al livello alto (H) e l'altro ad un livello basso (L). Questi segnali sul can bus sono di tipo differenziale, cioè il valore che viene assegnato al bit è rappresentato dalla differenza tra i livelli di tensione sul can-h e can-l .Le diverse centraline che costituiscono il sistema, che vengono ora chiamate NODI, sono collegate alla rete can per mezzo di interfacce di comunicazione dette TRANSCEIVER: queste interfacce sono integrate nella centralina stessa, costituiscono la porta (GATE) per inviare e/o ricevere le info sulla rete can o sulle linee seriali.
La circolazione di dati sulla linea can seriale è possibile solo attraverso un protocollo di trasmissione che non è altro che l'insieme di "regole" che permette la comunicazione tra 2 o più nodi mediante lo scambio di informazioni.

L'ELEMENTO PRINCIPALE DELLA RETE E' IL BODY COMPUTER
Al body computer (nodo body computer) è affidato il compito di "risvegliare la rete" quando la chiave viene messa in posizione di marcia.
Il body computer controlla inoltre la rete e permette di sapere lo stato di attività della rete, lo stato di avaria funzionale delle singole centraline e l'eventuale avaria della rete CAN.
Le varie centraline elaborano i segnali provenienti dai sensori che esse gestiscono, inviandoli sulla rete can, così da poter essere utilizzati anche da altre centraline.

Questo sistema può avere varie linee, ordinate per priorità dei segnali che portano, e/o per la velocità di trasferimento dati che hanno. Ad esempio nodo motore e nodo cambio viaggiano su una rete can ad alta velocità, mentre il nodo porta anteriore dx e quello dei sensori di parcheggio viaggia su una rete a bassa velocità.



per quanto riguarda il funzionamento dei comandi, è esatto quello che è già stato detto, ci sono vari interruttori e ad ogni spostamento della joistik (a seconda dell'uso ke ha) viene inviato un segnale dall'interruttore interessato, che deve avere però a sua volta una riconferma perchè sia valido: ad esempio per il cambio, se tu innesti la 1 marcia c'è il segnale che arriva dal joistk in centralina,e, a sua volta però dovrà essere confermato da un segnale proveniente da un sensore posto sul cambio, che confermi che è stata effettivamente innestata la 1 marcia. altrimenti il sistema va in modalità "recovery" o "limp home", che fa entrare varie funzioni, quali tagli di coppia, o funzionamento (in questo caso si faceva riferimento a un cambio automatizzato) del cambio sono in modalità sequenziale o addirittura manuale, per evitare ulteriori danni.
Questo è quello ke so sulle linee can, per il resto se ti serve qualche altro chiarimento basta ke fai un fischio, se posso darti una mano, volentieri!

[mpj]

Grazie a tutti ragazzi, domani leggo bene con calma e se ho dubbi o altre domande le scriverò! Grazie di cuore!!

[renotcha]

MPJ, intendi specificatamente controlli elettronici o ti riferisci più genericamente ai comandi in cabina, che possono essere meccanici (obsoleti), idraulici (i più comuni), pneumatici (rari) o, appunto, elettronici (il futuro prossimo)?
Se i comandi sono elettronici, molto facilmente (ehm...) si può ricavare un radiocomando a distanza (senza fili), vedi già oggi gru da camion e da edilizia, pompe calcestruzzo, ecc... La cabina dovrà avere una elettronica emittente collegata al circuito elettrico (tradizionale o CAN che sia) e la macchina la corrispondente elettronica ricevente.

[mpj]

Ciao Renotcha, io non me intendo molto di queste cose (si capisce??!!), vorrei capire come funzionano i comandi (diciamo i comandi idraulici, i più comuni), cioè come viene trasmesso il segnale (dal movimento del joystick al movimento del braccio dell'escavatore ad es.). I comandi elettronici che hai citato possono sostituire i comandi idraulici mantenendone le stesse "prestazioni" oppure sono utilizzati solo in determinati ambiti (es interruttori on/off)? Perchè in tal caso vorrei capire se si può trasferire un joystick (o una leva o un volante) su un radiocomando e trasmettere gli impulsi a distanza (manovrare la macchina a distanza) con le stesse prestazioni (ovvero comandi proporzionali e non di tipo on/off). Grazie.

[riccardo281063]

il joystick di un escavatore è collegato al circuito di servopressione e, attraverso 4 piccole valvole chiamati "spintori" manda olio (quando spinto avanti-indietro-dx-sx) ai rispettivi cassetti del distributore principale. Anche le gru funzionano con lo stesso principio solo che il distributore, anzichè essere semplicemente idraulico, è elettroidraulico ovvero attuato elettricamente (ma sempre proporzionale).
Quando un distributore è attuato elettricamente, può facilmente essere disposto un controllo remoto.

[pederz_]

Che io sappia i controlli elettronici per l'olio nascono prima dei servomotori elettrici, e nascono per motivi militari, gestione delle piattaforme di tiro e dei timoni degli aerei, poi sono passati all'industria, dove il primo robot industriale era un unimate idraulico, con servovalvole moog.
Il problema delle servovalvole proporzionali, é che sono un pó delicate e soprattutto molto sensibili alla sporcizia, vanno pulite con gli ultrasuoni, inoltre l'elettronica di comando, soprattutto per le valvole a ''ricoprimento zero'' o senza isteresi, deve essere molto buona e reattiva a causa del diverso comportamento con olio freddo o caldo.
E' un pó come tenere in bilico una sedia , il ilindro asservito é sempre al limite del movimento in fuga.
Io personalmente quando facevo assistenza e programmavo i robot idraulici un paio di begli spaventi me li sono presi

[mpj]

il joystick di un escavatore è collegato al circuito di servopressione e, attraverso 4 piccole valvole chiamati "spintori" manda olio (quando spinto avanti-indietro-dx-sx) ai rispettivi cassetti del distributore principale. Anche le gru funzionano con lo stesso principio solo che il distributore, anzichè essere semplicemente idraulico, è elettroidraulico ovvero attuato elettricamente (ma sempre proporzionale).
Quando un distributore è attuato elettricamente, può facilmente essere disposto un controllo remoto.

Ma quindi l'olio attualmente arriva fin "sotto" al joystick?
Mentre nel circuito elettroidraulico di cui parli il collegamento tra il comando (joystick) e il distributore è solo elettronico (cioè viene inviato un impulso elettrico)? E quindi in questo caso potrebbe anche essere wireless (se ho capito bene... )

[renotcha]

Joystick è una definizione tipica per comandi elettronici. Nel caso di comandi idraulici, si parla normalmente di "servocomandi" o "manipolatori".
Di base, un servocomando è costituito da una leva, un cuffiotto di protezione ed un corpo a 4 attacchi idraulici P, T, A e B (tutti da 1/4" o 3/8").
Sull'attaco P arriva la pressione di pilotaggio, fornita esternamente da un sistema dedicato, sempre di almeno 30 bar.
L'attacco T è collegato al serbatoio, possibilmente senza contropressioni nè "strozzature". Gli altri due attacchi A e B sono collegati, a mezzo di tubini idraulici, ai cappellotti di comando di una spola del distributore. Dentro al corpo, su A e B, vi sono due valvole riduttrici di pressione comandate meccanicamente dal movimento della leva.
1) Con la leva in posizione centrale, A e B sono collegati a T e P è tappato. Le riduttrici sono tarate a 0 bar, mantenendo i 30 bar a monte e 0 bar a valle. Sui tubini A e B non c'è quindi pressione e la spola del distributore comandato sta in posizione neutra, centrata da molle. Nota che su P hai comunque sempre i 30 bar, ma non passano a valle. Di conseguenza, l'olio della pompa principale circola a vuoto dentro al distributore e non si ha movimento dell'utilizzo
2) Muovendo la leva del servocomando in una direzione (per es. verso A), la riduttrice comincia a tararsi a pressioni sempre più alte, da 0 fino a 30, proporzionalmente all'angolo della leva, generando una pressione crescente sul tubino da A al distributore. Questa pressione arriva al cappellotto, vince la molla di centraggio e provoca il movimento della spola, da cui l'olio della pompa va all'utilizzo e lo muove. La corsa della spola, quindi l'apertura del passaggio dell'olio di potenza, è proporzionale alla pressione inviata dal servocomando, a sua volta proporzionale al movimento della leva. Il cappellotto opposto, collegato a B, è in questa fase collegato a T e quindi non genera forze di contrasto. Con un leggero e poco faticoso movimento della leva, attraverso dei tubini di piccola dimensione, siamo riusciti a controllare il movimento di una grande potenza
3) Invertendo il movimento della leva, è ovvio che invertiamo il movimento dell'utilizzo.
4) I servocomandi "monoleva" sopra descritti possono essere montati in batteria, per esempio 4, per il comando di 4 spole. Il gruppo avrà un P ed un T in comune più 4 A e 4 B.
5) Esiste infine il servocomando detto impropriamente Joystick: una leva centrale con snodo comanda 4 riduttrici disposte a croce, oltre ai soliti P e T. Con una mano puoi comandare quindi due assi, uno avanti/indietro e uno destra/sinistra, quindi due utilizzi con una sola mano. Nota che la leva può assumere anche posizioni inclinate, ottenendo il comando contemporaneo di due spole
6) Ulteriori varianti: il servocomando monoattacco, con la leva sostituita da un volantino, e il "pedipolatore", dove la leva è sostituita da un pedale basculante o due pedali a "V", uno per A e uno per B (piede destro/piede sinistro).
7) Ogni costruttore di distributori ha la propria "curva" di comando spola. Tipicamente, 6 - 19 bar, ma esisono range diversi, sempre più o meno nell'intorno di questi valori. E' chiaro che per ottenere un buon matrimonio (o PACS...) fra servocomando e distributore, per una risposta precisa ed un controllo fine, il servocomando va scelto con le riduttrici che hanno la stessa caratteristica del range di pressione del distributore

Passando ai Joystick propriamente detti, cioè agli elettronici, le riduttrici interne al corpo sono sostituite da potenziometri con uscita tipica 0 - 10 Volt. Il segnale analogico generato dal movimento della leva, che corrisponde ad una variazione di tensione sul potenziometro, viene portato, a mezzo cavi elettrici, a delle schede che trasformano il segnale di tensione in segnale di corrente, tipicamente 0 - 700 milli Ampere. Il segnale di corrente va ad alimentare una riduttrice idraulica di pressione proporzionale che, a sua volta ed in funzione della corrente, genera una pressione di pilotaggio di 6 - 19 bar (o altro,a seconda del costruttore) per il comando della spola distributore. Queste riduttrici sono normalmente montate direttamente sul distributore, mentre l'elettronica è esterna. Solo Danfoss, sui suoi distributori, ha anche l'elettronica integrata, affogata in resina sul cappellotto del distributore.

Con l'avvento del Can Bus, si stanno affermando Joystick che si interfacciano direttamente sull'anello Can con tecnologia digitale, come ben spiegato sopra da altri amici. Alla fine però, lato cappellotto distributore, c'è sempre la parte di conversione da segnale elettrico a segnale idraulico di pilotaggio, attraverso la riduttrice proporzionale. Questo perchè le basse correnti in gioco non hanno la potenza necessaria e sufficiente a muovere le spole, tagliando e gestendo flussi d'olio di potenza. Caso tipico di elettronica che fa il cervello e idraulica che fa il muscolo.

Se hai un sistema elettronico, analogico o digitale che sia, è un gioco da ragazzi (...) applicare, fra servocomandi e distributori, un sistema di radiocomando senza fili.

MPJ, sei ancora sveglio? Ciao

[Peppo]

Che dire.... non sapri aggiungere altro...
Ciao
Peppo

[riccardo281063]

Ma quindi l'olio attualmente arriva fin "sotto" al joystick?
Mentre nel circuito elettroidraulico di cui parli il collegamento tra il comando (joystick) e il distributore è solo elettronico (cioè viene inviato un impulso elettrico)? E quindi in questo caso potrebbe anche essere wireless (se ho capito bene... )

esatto! come ha detto renotcha l'olio di servopressione (circa 30 bar, poi dipende dalle case costruttrici) arriva fin sotto ai pedibolatori ed ai manipolatori di un escavatore (quelli che vengono chiamati joystick).
un impianto per le gru invece ha i distributori che possono essere azionati sia idraulicamente che elettricamente. il segnale elettrico è solitamente distribuito attraverso un radiocomando ad infrarossi
Quindi per non perdere di vista la tua domanda:
se "sradichi" una cabina da un escavatore troverai: 1) tutti i cavi elettrici necessari; 2) per ogni manipolatore: un tubo di alimentazione in arrivo dai servocomandi, un tubo in scarico verso il serbatoio, 4 tubi in uscita verso 2 cassetti a doppio effetto del distributore; 3) sotto i pedibolatori: un tubo di alimentazione in arrivo dai servocomandi, un tubo in scarico verso il serbatoio, 2 tubi verso un cassetto a doppio effetto

[mpj]

Mi inchino di fronte alla vostra sapienza e alla vostra grande disponibilità!!!!!!!!!
Grazie davvero!!!
Il mio obiettivo sarebbe quello di realizzare un abitacolo che possa essere adattato a diverse tipologie di macchine (pale, escavatori, ecc), perciò se ci fosse la possibilità di comunicare "senza fili" tra i comandi e la macchina, avrei risolto ogni problema di "interfaccia" tra cabina e macchina, e potrei tranquillamente applicare la cabina stessa a macchine diverse. In ogni caso anche un collegamento tramite tubi idraulici mi pare sia comunque condiviso in quasi tutte le macchine, si tratterebbe di predisporre degli "spinotti" di connessione dei tubi tra cabina e macchina (mi vengono in mente ad esempio gli escavatori che montano e smontano un attrezzo e collegano/scollegano i tubi di alimentazione dell'attrezzo stesso).

[renotcha]

se ci fosse la possibilità di comunicare "senza fili" tra i comandi e la macchina, avrei risolto ogni problema di "interfaccia" tra cabina e macchina, e potrei tranquillamente applicare la cabina stessa a macchine diverse.

Scusa mpj, non vorrei raffreddare le tue ottime intenzioni, ma mi sembra che il tuo problema non stia nel "senza fili" (non sarà il problema di staccare/attaccare un malloppetto di cavi o tubini da cabina a macchina), ma piuttosto:
1) cabina: comandano problemi di spazio, estetica, visibilità ecc... Bello ma difficile renderla universale
2) posto di comando: ergonomia, tipo e numero di controlli, funzioni accessorie (uomo morto, pulsanti aggiuntivi sulle impugnature), disposizione e logica dei comandi, range di controllo dei distributori comandati, ecc... (non mi dilungo)

Forse la tua soluzione, scusa se mi permetto, sta in un posto di comando a controlli tutti elettronici, con un microprocessore programmabile dal cliente, per la configurazione e taratura dei comandi secondo le proprie necessità. Se la macchina ha distributori eletroproporzionali, vai con i cavi o radio. Se li ha idraulici, devi mettere una interfaccia costituita da una batteria di riduttrici elettroproporzionali, che convertano i segnali elettrici in pressioni idrauliche di pilotaggio. I costi salgono di molto, visto che, nell'ottica della standardizzazione universale, per accontentare pochi dovrai mettere ciò che a tanti non serve.

La Kiepe fa già qualcosa di vicino alla tua idea: un sedile completo di comandi, ma modulare per specifiche esigenze del cliente.
Ma una cabina completa proprio no. In bocca al lupo.

[mpj]

Ciao Renotcha, grazie per la tua risposta. La "cabina universale" come l'ho chiamata io vuole essere un riassunto degli elementi in comune tra le diverse cabine (ad es visibilità, sicurezza, accessibilità, ecc) ed essere predisposta per accogliere internamente le diverse configurazioni dei comandi (logicamente all'interno ci saranno delle belle differenze tra macchina e macchina). Nella progettazione della cabina (struttura) però dovrò tener conto del fatto che l'interno dovrà essere riconfigurabile a seconda delle necessità: ecco che allora non è vero che "per accontentare pochi dovrai mettere ciò che a tanti non serve", ma dovrò predisporre la cabina in modo che possa accogliere di volta in volta i comandi di una pala (nella versione per pala), o quelli di un escavatore (nella versione per escavatore) e così via, ma non contemporaneamente.
Il problema del "senza fili" è secondario, ma per partire col mio progetto devo "aprirmi" tutte le strade possibili, anche se poi magari le abbandonerò!

L'azienda Kiepe che hai citato è questa? http://www.kiepe-electric.com/home/
Perchè io non ho trovato informazioni sul sedile di cui hai parlato. Grazie.

[renotcha]

Sì, è quello l'indirizzo. Ho controllato: non c'è traccia sul sito nè del sedile universale, nè di altri componenti che so per certo di produzione. Boh! Prova a contattarli direttamente.
A proposito, che dici del Rops e Fops? Ciao

[mpj]

Proverò a contattarli!
FOPS è la protezione della cabina da oggetti che cadono accidentalmente mentre ROPS è la protezione dal ribaltamento. Ma dati precisi (valori numerici) non li ho trovati, anche perchè la resistenza delle protezioni si misura per lo più in via sperimentale. Comunque bisognerebbe realizzare una cabina protetta ma al tempo stesso con un'ottima visibilità, il che è abbastanza contradditorio (si troverà un compromesso).