2 Taglio della vegetazione - Intro Page - Università degli Studi di ...

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI GENOVA
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
_________
TESI DI LAUREA
PROGETTAZIONE DEL MODULO
DI TAGLIO-VEGETAZIONE
PER UN ROBOT DI SMINAMENTO UMANITARIO
RELATORE: Chiar.ma Prof. Ing. Rezia Molfino
CORRELATORI: Ing. Emanuela Elisa Cepolina
Ing. Matteo Zoppi
ALLIEVO: Paolo Silingardi
A.A. 2004-2005

A mio nonno
Giuliano Giuliani

Ringraziamenti
I miei più sentiti ringraziamenti vanno innanzitutto a chi con i suoi consigli ha dato un
contributo inestimabile alla realizzazione di questo lavoro: la professoressa Molfino
sempre, stoicamente, alla guida del laboratorio, Emanuela, correttrice attenta e minuziosa
del mio troppo “aulico” linguaggio, il mitico Matteo, vera anima del PMAR, l’ingegner
Pinza della Grillo, sempre disponibile e professionale, e il grande Nic, il guru di Visual
Basic.
Un grazie particolare va inoltre a tutti coloro che, nel corso degli anni, hanno contribuito
alla mia formazione, tecnica e non; a chi con le sue parole e i suoi silenzi mi ha supportato
(e sopportato) durante questo lungo cammino; a chi mi ha spronato senza stressarmi e a chi
mi ha stressato senza spronarmi ma lo ha fatto armato delle migliori intenzioni.
E infine, last but not least, grazie ai miei genitori senza l’aiuto dei quali nulla di tutto
questo sarebbe stato possibile.
Genova 17 Marzo 2006

Abstract
The goal of the thesis is to design a vegetation cutting module to be attached to a
humanitarian demining robot, currently under studying at the PMAR lab, specifically
designed to work in the Vanni region in Sri Lanka.
The robot is adapted from a power tiller and it is designed to be economic, robust and easy
to repair. The vegetation cutter has to cut light and medium vegetation, constituted by
grass and bushes, as well as heavy vegetation constituted by palm leaves (the Sri Lankan
law forbids to cut palm trees). The vegetation cutting module has also to cut tripwires
activating fragmentation anti personnel landmines.
The module designed is composed by three cutting bars supported by a frame attached to
the power take off of the power tiller. Two of the three bars are hold vertically for cutting
palm leaves and bushes on the side, one is hold by the frame horizontally for cutting grass.
Each bar is actuated by a double effect oil cylinder: cylinders are connected in series.
A double effect cylinder moved by an eccentric wheel connected to the power take off
provides pressure to three actuators.
A navigation software for the robot has also been created.
II

Presentazione
Lo scopo dello sminamento umanitario è quello di rendere agibile una porzione di
territorio da parte della popolazione. Perché questo avvenga è necessario rimuovere dalla
zona oggetto dello sminamento qualsiasi ordigno esplosivo presente sulla superficie e nel
terreno fino ad una profondità assegnata dagli organi locali competenti.
Il Laboratorio di Progettazione Meccanica Applicata alla Robotica (PMAR lab), in
collaborazione con il Centro Internazionale per lo Sminamento Umanitario di Ginevra
(GICHD) e la Peradeniya University dello Sri Lanka, sta lavorando dal 2005 allo sviluppo
di un piccolo robot a basso costo che sia in grado di assolvere i compiti si sminamento
richiesti e che possa poi essere utilizzato, a lavoro finito, per normali impieghi agricoli.
A seguito di un’accurata indagine condotta con il personale operante nella regione Vanni
in Sri Lanka, si è scelto di utilizzare come base di partenza una piccola macchina agricola
opportunamente modificata cui vengano collegati due moduli deputati uno al taglio della
vegetazione ed uno alla rimozione delle mine interrate.
Obiettivo della tesi è stato quello di progettare interamente il modulo i taglio della
vegetazione; tale modulo, posto anteriormente al robot, deve essere in grado di tagliare la
vegetazione a terra, di tagliare le foglie di palma e di neutralizzare eventuali fili di
attivazione di mine a frammentazione. La necessità di tagliare le foglie di palma nasce
dall’ obbligo, in ottemperanza alle leggi locali, di preservare dall’abbattimento gli alberi di
palma in quanto essi costituiscono un’importante risorsa economica per la popolazione del
paese.
Dopo una raccolta di dati generali sui campi minati, sulle mine e sui sistemi meccanici di
sminamento si è proceduto all’analisi dei sistemi attualmente disponibili sul mercato per il
taglio della vegetazione, sia in applicazioni specifiche di sminamento sia in normali
applicazioni agricole.
Sono state elaborate, con l’ausilio del modellatore solido Pro Engineer, alcune soluzioni
costruttive; è stato quindi scelto di utilizzare una struttura modulare composta da tre barre
falcianti commerciali. Come fornitore di tali barre è stata selezionata la Grillo S.p.A. che
ha messo a disposizione per gli esperimenti il suo modello Mulching 650 e ha fornito, nella
persona dell’Ing. Pinza, utili informazioni e suggerimenti.
Dopo aver condotto alcune prove pratiche e un’analisi qualitativa delle capacità di taglio in
relazione alle caratteristiche della vegetazione, si è quindi proceduto alla progettazione
vera e propria.
La barra falciante Mulching da 650 mm, destinata al taglio della vegetazione a terra, e la
sua gemella da 1050 mm, destinata al taglio della vegetazione ai lati e dei fili di attivazione
delle mine a frammentazione, sono state modellate con l’ausilio del modellatore solido.
Dopo aver esaminato i principali sistemi di attuazione disponibili, è stato deciso di adottare
un sistema idraulico per la movimentazione delle barre. Si è quindi condotto uno studio
III

che ha analizzato diverse architetture per il sistema idraulico al fine di stabilire quale
soluzione consentisse di raggiungere gli scopi prefissi al costo minimo e con la maggiore
semplicità possibili.
Per la semplicità, la robustezza e il basso costo della soluzione, è stato scelto di utilizzare
un cilindro a doppio effetto che, ricevendo il movimento da un eccentrico, lo trasmette a
tre cilindri in serie che movimentano, con uguale legge di moto, le tre barre falcianti.
I cilindri a doppio effetto sono stati dimensionati e la loro realizzazione è stata affidata alla
Commercio Oleodinamica Pneumatica Elettronica S.r.l. che fornisce anche i giunti sferici
per il collegamento alla macchina. Sono stati scelti inoltre l’olio idraulico Agip OSO 15 ed
i tubi FlexIT/SC216 della Intertraco (Italia) S.p.A.
La scelta della restante componentistica minore per l’impianto idraulico è stata lasciata, per
motivi logistici ed economici, al personale in Sri Lanka.
Si è quindi proceduto alla progettazione del telaio che sostiene e collega le tre barre
falcianti e che alloggia il cilindro motore e l’eccentrico.
Dopo aver modellato con il software Pro Engineer alcune soluzioni costruttive, sono stati
condotti opportuni confronti tra le stesse versioni realizzate in alluminio e in acciaio; per
tale operazione è stato utilizzato il pacchetto di analisi statica agli elementi finiti del
modellatore solido.
Nonostante il peso maggiore è stato scelto di utilizzare come materiale l’acciaio in quanto
più rigido e facile da saldare. E’stata quindi progettata la versione definitiva del telaio e ne
è stato analizzato il comportamento statico in risposta alle sollecitazioni possibili sul
campo.
Dopo aver assemblato, sempre con l’ausilio del modellatore solido, il telaio e le barre
falcianti si è proceduto alla progettazione di due attacchi che consentissero di collegare i
cilindri attuatori alle barre falcianti.
Sono state infine descritte le operazioni di montaggio e manutenzione ed è stata progettata
un’unica chiave speciale che consente da sola di assemblare il modulo di taglio della
vegetazione in ogni sua parte.
In aggiunta alla progettazione meccanica del modulo di taglio è stato implementato, con il
linguaggio di programmazione Visual Basic .NET, il software di navigazione del robot
sminatore. Tale software consente di inserire una mappa del campo minato suddivisa in
quadrati elementari delle dimensioni del robot. L’utente provvede ad assegnare ad ogni
quadrato un peso che tiene conto della sua importanza strategica all’interno del campo
minato e della probabilità che al suo interno possa trovarsi una mina.
Il software, attraverso una sequenza di regole elaborate in cascata, guida quindi il robot
ottimizzandone il percorso.
IV

Indice
1 Introduzione 1
1.1 Campi minati, mine e ordigni inesplosi 1
1.2 Impatto socio-economico delle mine 3
1.3 Le mine in Sri Lanka 5
1.3.1 Type 72 6
1.3.2 P4 Mk1 7
1.3.3 Comparazione 8
1.3.4 Jony-95 8
1.3.5 Claymore 10
1.4 Sistemi di sminamento 12
1.4.1 Sminamento manuale 12
1.4.2 Sminamento con animali addestrati 14
1.4.3 Sistemi meccanici di sminamento 15
2 Taglio della vegetazione 22
2.1 Ausilio della tecnologia nelle operazioni di sminamento 22
2.2 Vegetazione 23
2.3 Taglio della vegetazione 24
2.4 Sicurezza 25
2.5 Efficienza 25
2.6 Sistemi meccanici di taglio della vegetazione 26
2.7 Obiettivo della tesi 31
3 Analisi preliminari 34
3.1 Considerazioni preliminari 34
3.2 Requisiti della macchina 34
3.3 Scelta di massima della macchina e sue caratteristiche 35
3.4 Tipologia del territorio e requisiti di taglio 36
3.5 Requisiti tecnici 38
3.5.1 Basso costo 38
3.5.2 Robustezza 39
3.5.3 Minima manutenzione 39
3.5.4 Facilità di montaggio e smontaggio 39
3.5.5 Facilità di riparazione 39
3.5.6 Modularità 39
3.6 Stato dell’arte 40
3.6.1 Decespugliatori 40
3.6.2 Rasaerba 41
3.6.3 Trinciaerba o trinciatutto 42
3.6.4 Barre falcianti 44
3.7 Architetture esaminate 45
3.7.1 Soluzione 1 45
3.7.2 Soluzione 2 46
3.7.3 Soluzione 3 47
3.8 Scelta dell’architettura e del sistema di taglio 48
V

4 La barra falciante 49
4.1 Scelta della barra falciante 49
4.2 Descrizione di massima della barra falciante 49
4.3 Cinematica della barra falciante 51
4.4 Dinamica della barra falciante 53
4.5 Denti 54
4.6 Modelizzazione della barra falciante 56
5 Il sistema di attuazione 59
5.1 Considerazioni preliminari 59
5.2 Requisiti di base 59
5.3 Attuazione elettrica 60
5.4 Attuazione meccanica 61
5.5 Attuazione pneumatica 61
5.6 Attuazione idraulica 62
5.7 Conclusioni 63
6 Architettura dell’impianto idraulico 64
6.1 Scelta dell’architettura di movimentazione 64
6.2 Soluzione Pompa – Pistone 64
6.3 Soluzione Pompa-Motore idraulico 65
6.4 Soluzione Cilindro-Cilindro 66
6.5 Schema a impianti indipendenti 67
6.6 Schema con cilidri attuatori in parallelo 70
6.7 Schema con cilindri in serie 73
6.8 Schemi misti 76
6.8.1 Schema con barre verticali in parallelo 77
6.8.2 Schema con barre vericali in serie 78
6.9 Conclusioni 78
7 Progettazione impianto idraulico 79
7.1 Dimensionamento impianto 79
7.1.1 Calcolo della pressione di colpo d'ariete 79
7.1.2 Calcolo della pressione di esercizio dell'impianto 81
7.1.3 Pressione massima dell'impianto 85
7.2 Scelta dei cilindri 85
7.3 Scelta dei collegamenti a telaio 86
7.4 Scelta dei tubi flessibili 87
7.5 Scelta dell'olio idraulico 88
7.6 Componenti vari 89
8 Progettazione del telaio 90
8.1 Requisiti di base 90
8.2 Forze e sollecitazioni 91
8.3 Soluzioni scartate e relative analisi 92
8.4 Soluzione definitiva 95
8.4.1 Considerazioni preliminari e descrizione generale 95
VI

8.4.2 Calcolo delle sollecitazioni 97
8.4.3 Analisi delle sollecitazioni e delle deformazioni 98
8.5 Conclusioni 106
9 Montaggio e manutenzione 107
9.1 Attrezzatura 107
9.2 Montaggio 108
9.2.1 Assemblaggio delle barre falcianti 109
9.2.2 Fissaggio delle barre falcianti alla struttura 111
9.2.3 Collegamento dei cilindri attuatori alle barre falcianti 111
9.2.4 Collegamento del cilindro motore al telaio e all’eccentrico 113
9.3 Smontaggio 113
9.4 Manutenzione 114
9.4.1 Regolazione dei registri premilama 114
9.4.2 Verniciatura 114
9.4.3 Lubrificazione 115
10 Simulatore del sistema di navigazione 116
10.1 Procedura di sminamento in uso 116
10.2 Obiettivi del sistema di navigazione 117
10.3 Strategia di navigazione del robot 117
10.4 Logica di navigazione del robot 118
10.5 Costruzione della mappa del campo minato 119
10.6 Analisi del funzionamento 121
11 Conclusioni e sviluppi futuri 126
11.1 Conclusioni 126
11.2 Sviluppi futuri 128
11.2.1 Taglia-vegetazione 128
11.2.2 Software di navigazione 129
12 Bibliogafia 131
13 Siti Internet 133
14 Produttori consultati 134
A Disegni costruttvi 138
B Codice sorgente del software di navigazione 142
VII

Abstract
The goal of the thesis is to design a vegetation cutting module to be attached to a
humanitarian demining robot, currently under studying at the PMAR lab, specifically
designed to work in the Vanni region in Sri Lanka.
The robot is adapted from a power tiller and it is designed to be economic, robust and easy
to repair. The vegetation cutter has to cut light and medium vegetation, constituted by
grass and bushes, as well as heavy vegetation constituted by palm leaves (the Sri Lankan
law forbids to cut palm trees). The vegetation cutting module has also to cut tripwires
activating fragmentation anti personnel landmines.
The module designed is composed by three cutting bars supported by a frame attached to
the power take off of the power tiller. Two of the three bars are hold vertically for cutting
palm leaves and bushes on the side, one is hold by the frame horizontally for cutting grass.
Each bar is actuated by a double effect oil cylinder: cylinders are connected in series.
A double effect cylinder moved by an eccentric wheel connected to the power take off
provides pressure to three actuators.
A navigation software for the robot has also been created.
II

Presentazione
Lo scopo dello sminamento umanitario è quello di rendere agibile una porzione di
territorio da parte della popolazione. Perché questo avvenga è necessario rimuovere dalla
zona oggetto dello sminamento qualsiasi ordigno esplosivo presente sulla superficie e nel
terreno fino ad una profondità assegnata dagli organi locali competenti.
Il Laboratorio di Progettazione Meccanica Applicata alla Robotica (PMAR lab), in
collaborazione con il Centro Internazionale per lo Sminamento Umanitario di Ginevra
(GICHD) e la Peradeniya University dello Sri Lanka, sta lavorando dal 2005 allo sviluppo
di un piccolo robot a basso costo che sia in grado di assolvere i compiti si sminamento
richiesti e che possa poi essere utilizzato, a lavoro finito, per normali impieghi agricoli.
A seguito di un’accurata indagine condotta con il personale operante nella regione Vanni
in Sri Lanka, si è scelto di utilizzare come base di partenza una piccola macchina agricola
opportunamente modificata cui vengano collegati due moduli deputati uno al taglio della
vegetazione ed uno alla rimozione delle mine interrate.
Obiettivo della tesi è stato quello di progettare interamente il modulo i taglio della
vegetazione; tale modulo, posto anteriormente al robot, deve essere in grado di tagliare la
vegetazione a terra, di tagliare le foglie di palma e di neutralizzare eventuali fili di
attivazione di mine a frammentazione. La necessità di tagliare le foglie di palma nasce
dall’ obbligo, in ottemperanza alle leggi locali, di preservare dall’abbattimento gli alberi di
palma in quanto essi costituiscono un’importante risorsa economica per la popolazione del
paese.
Dopo una raccolta di dati generali sui campi minati, sulle mine e sui sistemi meccanici di
sminamento si è proceduto all’analisi dei sistemi attualmente disponibili sul mercato per il
taglio della vegetazione, sia in applicazioni specifiche di sminamento sia in normali
applicazioni agricole.
Sono state elaborate, con l’ausilio del modellatore solido Pro Engineer, alcune soluzioni
costruttive; è stato quindi scelto di utilizzare una struttura modulare composta da tre barre
falcianti commerciali. Come fornitore di tali barre è stata selezionata la Grillo S.p.A. che
ha messo a disposizione per gli esperimenti il suo modello Mulching 650 e ha fornito, nella
persona dell’Ing. Pinza, utili informazioni e suggerimenti.
Dopo aver condotto alcune prove pratiche e un’analisi qualitativa delle capacità di taglio in
relazione alle caratteristiche della vegetazione, si è quindi proceduto alla progettazione
vera e propria.
La barra falciante Mulching da 650 mm, destinata al taglio della vegetazione a terra, e la
sua gemella da 1050 mm, destinata al taglio della vegetazione ai lati e dei fili di attivazione
delle mine a frammentazione, sono state modellate con l’ausilio del modellatore solido.
Dopo aver esaminato i principali sistemi di attuazione disponibili, è stato deciso di adottare
un sistema idraulico per la movimentazione delle barre. Si è quindi condotto uno studio
III

che ha analizzato diverse architetture per il sistema idraulico al fine di stabilire quale
soluzione consentisse di raggiungere gli scopi prefissi al costo minimo e con la maggiore
semplicità possibili.
Per la semplicità, la robustezza e il basso costo della soluzione, è stato scelto di utilizzare
un cilindro a doppio effetto che, ricevendo il movimento da un eccentrico, lo trasmette a
tre cilindri in serie che movimentano, con uguale legge di moto, le tre barre falcianti.
I cilindri a doppio effetto sono stati dimensionati e la loro realizzazione è stata affidata alla
Commercio Oleodinamica Pneumatica Elettronica S.r.l. che fornisce anche i giunti sferici
per il collegamento alla macchina. Sono stati scelti inoltre l’olio idraulico Agip OSO 15 ed
i tubi FlexIT/SC216 della Intertraco (Italia) S.p.A.
La scelta della restante componentistica minore per l’impianto idraulico è stata lasciata, per
motivi logistici ed economici, al personale in Sri Lanka.
Si è quindi proceduto alla progettazione del telaio che sostiene e collega le tre barre
falcianti e che alloggia il cilindro motore e l’eccentrico.
Dopo aver modellato con il software Pro Engineer alcune soluzioni costruttive, sono stati
condotti opportuni confronti tra le stesse versioni realizzate in alluminio e in acciaio; per
tale operazione è stato utilizzato il pacchetto di analisi statica agli elementi finiti del
modellatore solido.
Nonostante il peso maggiore è stato scelto di utilizzare come materiale l’acciaio in quanto
più rigido e facile da saldare. E’stata quindi progettata la versione definitiva del telaio e ne
è stato analizzato il comportamento statico in risposta alle sollecitazioni possibili sul
campo.
Dopo aver assemblato, sempre con l’ausilio del modellatore solido, il telaio e le barre
falcianti si è proceduto alla progettazione di due attacchi che consentissero di collegare i
cilindri attuatori alle barre falcianti.
Sono state infine descritte le operazioni di montaggio e manutenzione ed è stata progettata
un’unica chiave speciale che consente da sola di assemblare il modulo di taglio della
vegetazione in ogni sua parte.
In aggiunta alla progettazione meccanica del modulo di taglio è stato implementato, con il
linguaggio di programmazione Visual Basic .NET, il software di navigazione del robot
sminatore. Tale software consente di inserire una mappa del campo minato suddivisa in
quadrati elementari delle dimensioni del robot. L’utente provvede ad assegnare ad ogni
quadrato un peso che tiene conto della sua importanza strategica all’interno del campo
minato e della probabilità che al suo interno possa trovarsi una mina.
Il software, attraverso una sequenza di regole elaborate in cascata, guida quindi il robot
ottimizzandone il percorso.
IV

Indice
1 Introduzione 1
1.1 Campi minati, mine e ordigni inesplosi 1
1.2 Impatto socio-economico delle mine 3
1.3 Le mine in Sri Lanka 5
1.3.1 Type 72 6
1.3.2 P4 Mk1 7
1.3.3 Comparazione 8
1.3.4 Jony-95 8
1.3.5 Claymore 10
1.4 Sistemi di sminamento 12
1.4.1 Sminamento manuale 12
1.4.2 Sminamento con animali addestrati 14
1.4.3 Sistemi meccanici di sminamento 15
2 Taglio della vegetazione 22
2.1 Ausilio della tecnologia nelle operazioni di sminamento 22
2.2 Vegetazione 23
2.3 Taglio della vegetazione 24
2.4 Sicurezza 25
2.5 Efficienza 25
2.6 Sistemi meccanici di taglio della vegetazione 26
2.7 Obiettivo della tesi 31
3 Analisi preliminari 34
3.1 Considerazioni preliminari 34
3.2 Requisiti della macchina 34
3.3 Scelta di massima della macchina e sue caratteristiche 35
3.4 Tipologia del territorio e requisiti di taglio 36
3.5 Requisiti tecnici 38
3.5.1 Basso costo 38
3.5.2 Robustezza 39
3.5.3 Minima manutenzione 39
3.5.4 Facilità di montaggio e smontaggio 39
3.5.5 Facilità di riparazione 39
3.5.6 Modularità 39
3.6 Stato dell’arte 40
3.6.1 Decespugliatori 40
3.6.2 Rasaerba 41
3.6.3 Trinciaerba o trinciatutto 42
3.6.4 Barre falcianti 44
3.7 Architetture esaminate 45
3.7.1 Soluzione 1 45
3.7.2 Soluzione 2 46
3.7.3 Soluzione 3 47
3.8 Scelta dell’architettura e del sistema di taglio 48
V

4 La barra falciante 49
4.1 Scelta della barra falciante 49
4.2 Descrizione di massima della barra falciante 49
4.3 Cinematica della barra falciante 51
4.4 Dinamica della barra falciante 53
4.5 Denti 54
4.6 Modelizzazione della barra falciante 56
5 Il sistema di attuazione 59
5.1 Considerazioni preliminari 59
5.2 Requisiti di base 59
5.3 Attuazione elettrica 60
5.4 Attuazione meccanica 61
5.5 Attuazione pneumatica 61
5.6 Attuazione idraulica 62
5.7 Conclusioni 63
6 Architettura dell’impianto idraulico 64
6.1 Scelta dell’architettura di movimentazione 64
6.2 Soluzione Pompa – Pistone 64
6.3 Soluzione Pompa-Motore idraulico 65
6.4 Soluzione Cilindro-Cilindro 66
6.5 Schema a impianti indipendenti 67
6.6 Schema con cilidri attuatori in parallelo 70
6.7 Schema con cilindri in serie 73
6.8 Schemi misti 76
6.8.1 Schema con barre verticali in parallelo 77
6.8.2 Schema con barre vericali in serie 78
6.9 Conclusioni 78
7 Progettazione impianto idraulico 79
7.1 Dimensionamento impianto 79
7.1.1 Calcolo della pressione di colpo d'ariete 79
7.1.2 Calcolo della pressione di esercizio dell'impianto 81
7.1.3 Pressione massima dell'impianto 85
7.2 Scelta dei cilindri 85
7.3 Scelta dei collegamenti a telaio 86
7.4 Scelta dei tubi flessibili 87
7.5 Scelta dell'olio idraulico 88
7.6 Componenti vari 89
8 Progettazione del telaio 90
8.1 Requisiti di base 90
8.2 Forze e sollecitazioni 91
8.3 Soluzioni scartate e relative analisi 92
8.4 Soluzione definitiva 95
8.4.1 Considerazioni preliminari e descrizione generale 95
VI

8.4.2 Calcolo delle sollecitazioni 97
8.4.3 Analisi delle sollecitazioni e delle deformazioni 98
8.5 Conclusioni 106
9 Montaggio e manutenzione 107
9.1 Attrezzatura 107
9.2 Montaggio 108
9.2.1 Assemblaggio delle barre falcianti 109
9.2.2 Fissaggio delle barre falcianti alla struttura 111
9.2.3 Collegamento dei cilindri attuatori alle barre falcianti 111
9.2.4 Collegamento del cilindro motore al telaio e all’eccentrico 113
9.3 Smontaggio 113
9.4 Manutenzione 114
9.4.1 Regolazione dei registri premilama 114
9.4.2 Verniciatura 114
9.4.3 Lubrificazione 115
10 Simulatore del sistema di navigazione 116
10.1 Procedura di sminamento in uso 116
10.2 Obiettivi del sistema di navigazione 117
10.3 Strategia di navigazione del robot 117
10.4 Logica di navigazione del robot 118
10.5 Costruzione della mappa del campo minato 119
10.6 Analisi del funzionamento 121
11 Conclusioni e sviluppi futuri 126
11.1 Conclusioni 126
11.2 Sviluppi futuri 128
11.2.1 Taglia-vegetazione 128
11.2.2 Software di navigazione 129
12 Bibliogafia 131
13 Siti Internet 133
14 Produttori consultati 134
A Disegni costruttvi 138
B Codice sorgente del software di navigazione 142
VII

1 Introduzione
1.1 Campi minati, mine e ordigni inesplosi
Un campo minato è una porzione di territorio caratterizzata dalla presenza di ordigni
esplosivi, le mine. Le mine sono attivate da persone o veicoli e sono costruite in modo da
esplodere provocando danni al soggetto che le attiva. Le mine sono posizionate in modo
tale da inibire l’utilizzo del territorio e il transito da parte di persone e/o veicoli.
L’obiettivo di un campo minato è quello di proteggere posizioni strategiche e inibirne
l’accesso al nemico.
I campi minati, una volta cessate le ostilità nel territorio, permangono per il tempo
necessario a rimuovere le mine, in genere anni. Ciò determina un ostacolo permanente alla
riqualificazione della zona.
A causa dell’utilizzo strategico delle mine i campi minati spesso impediscono l’acceso alle
porzioni più importanti del territorio. Queste zone sono infatti più contese e vengono
spesso a trovarsi in posizione di frontiera tra gli schieramenti nemici. Tipicamente queste
zone sono terreni agricoli, canali di irrigazione, strade, sponde di fiumi, rovine di industrie,
di complessi residenziali o di bunker.
“Una mina è un oggetto posizionato sopra o sotto il terreno o qualunque superficie
concepito per esplodere con la semplice presenza, la vicinanza o il contatto di una persona
o un veicolo.” 1 .
Una mina comprende una determinata quantità di materiale esplosivo in un involucro di
plastica, metallo o legno ed un meccanismo di innesco e detonazione dell’esplosivo. La
mina esplode in presenza del soggetto cui è destinata, tipicamente un veicolo o una
persona.
E’ possibile individuare due tipi principali di mine:
• Mine Anticarro AT (Anti Tank) o antiveicolo. Sono progettate per esplodere al
passaggio di un veicolo e l’attivazione può avvenire per pressione (oltre 100 kg) o
mediante controllo remoto o magnetico. La carica esplosiva è solitamente compresa tra
i 5 e i 10 kg ed il diametro è di 300 - 350 mm.
• Mine Antiuomo AP (Anti Personal). Sono progettate per esplodere in presenza,
vicinanza o contatto di una persona e l’attivazione avviene per una pressione compresa
tra i 3 e i 20 kg nel caso di mine a pressione o per trazione di un filo nel caso di mine a
frammentazione. La carica esplosiva è di 80 – 250 g e il diametro è compreso tra 70 e
150 mm.
Per la loro destinazione le mine anticarro hanno dimensioni maggiori delle mine antiuomo
e contengono una quantità di esplosivo superiore.
A causa delle elevate pressioni di attivazione le mine anticarro risultano innocue per le
persone a piedi.
1 Cepolina E., 2003, Progetto di un dispositivo per la localizzazione di mine anti-uomo, Università
degli studi di Genova, Genova.
1

Si distinguono inoltre due tipi di mine, caratterizzati da due diversi sistemi di attivazione:
• A frammentazione. L’obiettivo di questo tipo di mine è di creare danni in un ampio
raggio (30 – 100 m) al loro intorno mediante la proiezione di frammenti metallici. La
quantità di moto dei frammenti è tale da penetrare spessori di acciaio di alcuni
millimetri, quando il raggio è sufficientemente ridotto.
Mina a
frammentazione
Si distinguono due tipi fondamentali di mine a frammentazione.
(Disegno: cortesia del Prof. J. Trevelyan)
Le mine a picchetto sono fissate nel terreno con il filo d’attivazione teso all’altezza del
ginocchio. La mina esplode appena la vittima inciampa nel filo di attivazione.
Le mine a espulsione sono invece seppellite nel terreno. Quando il filo di attivazione
viene sollecitato la mina salta fuori esplodendo e proiettando i frammenti metallici tutto
intorno a sé, all’altezza della cintura.
• Mine a pressione. Questo tipo di mina viene seppellita nel terreno. La mina esplode
quando calpestata. L’esplosione porta alla distruzione del piede e di parte della gamba.
(Disegno: cortesia del Prof. J. Trevelyan)
Il suo rilevamento avviene mediante metal detector tranne nei casi di mine cosiddette
“metal free”. Le mine metal free sono così dette perché contengono una quantità di metallo
così bassa da rendere inefficace l’uso del metal detector.
2

Per rendere più complesso lo sminamento, questi due tipi di mine sono spesso combinate;
ciò avviene specialmente nei campi minati difensivi in cui le mine a pressione sono
posizionate vicino a quelle a frammentazione; queste infatti sono più efficaci ma anche più
visibili perché non interrate.
Oltre alle mine vere e proprie è infine possibile individuare un’altra vasta categoria, quella
degli ordigni inesplosi UXO (UneXploded Ordnance). Questa categoria include tutti quegli
ordigni progettati per esplodere al contatto col suolo o con l’obiettivo cui mirano ma che
per qualche motivo rimangono inesplosi. Questi ordigni sono bombe, proiettili, granate…
La percentuale di fallimento può variare da valori dal 1 %, fino al 40 % in relazione all’età,
alle condizioni di stoccaggio, alla metodologia di utilizzo, alla situazione ambientale in cui
si trovano gli ordigni 2 .
Allo stato attuale manca una definizione formale per gli UXO nella legislatura
internazionale; l’International Mine Action Standards (IMAS) pubblicato dalle Nazioni
Unite descrive gli UXO come: “explosive ordnance that has been primed, fuzed, armed or
otherwise prepared for use or used. It may have been fired, dropped, launched or
projected yet remains unexploded either through malfunction or design or for any other
reason 3 ”.
1.2 Impatto socio-economico delle mine
Il 18 ottobre 1997 è stata ratificata la “Convenzione sul divieto di uso, immagazzinamento,
produzione e traffico delle mine antiuomo e sulla loro distruzione”, nota come trattato di
Ottawa. Alla convenzione hanno aderito fino ad ora 146 paesi e 130 l’hanno convalidata.
Il numero di vittime decedute a causa delle mine documentato dal Landmine Monitor
Report 4 nel periodo 1999-2004 è di 42.500 in 75 Paesi. Il numero di vittime sopravvissute
fino ad ora è tra le 300.000 e le 400.000.
Nel 2003 il Landmine Monitor ha potuto documentare 8.065 nuovi casi accertati di vittime
da mine (il 23% dei quali bambini) in 66 paesi. Considerazioni sulla scarsa affidabilità dei
sistemi di registrazione in molti dei paesi affetti da mine portano tuttavia ad una stima
superiore del numero delle vittime e compresa tra le 15.000 e le 20.000 all’anno.
A livello mondiale, nel 2003 sono stati bonificati da mine ed ordigni inesplosi 149 milioni
di metri quadrati di terreno, e sono state distrutte 174.167 mine antipersona, 9.330 mine
anticarro e 2.570.000 ordigni inesplosi di vario tipo (dei quali quasi la metà nel solo
Afghanistan).
2 Geneva International Centre for Humanitarian Demining, 2003, A guide to mine action
3 “ordigno esplosivo che è stato caricato, munito di innesco, armato o altrimenti preparato per l’uso
o usato. Può essere stato sparato, lasciato cadere, lanciato o proiettato e tuttavia rimane inesploso per
malfunzionamento o progettazione o per qualunque altra ragione”, IMAS 04.10 Second Editions, 1 January
2003, Standard 3.218.
4 Organo di censimento annuale delle mine e delle loro conseguenze nel mondo
3

A tutto il 2004, 83 paesi nel mondo risultano affetti da mine. Nel corso dell’anno è stato
documentato da organi governativi l’utilizzo di mine in 4 paesi: Birmania, Nepal, Georgia
e Russia mentre in altri 16 il loro uso è avvenuto da parte di gruppi armati non statali.
(Disegno: Landmine Monitor Report,2004, http://www.icbl.org )
Nel 2004 gli stati membri sono arrivati a 140 ma rimangono esclusi ancora i più importanti
produttori mondiali di mine: USA, Russia, Ucraina e Cina.
I risultati conseguiti dalle organizzazioni che si occupano di sminamento nel mondo, a
partire dall’entrata in vigore del trattato di Ottawa fino a tutto il 2004, sono stati molti e
significativi:
• Sono stati distrutti 37 milioni di mine.
• L’uso di mine si è ridotto drasticamente, anche negli stati che non hanno ratificato il
trattato.
• La produzione di mine è scesa in modo significativo; 36 paesi hanno cessato la
produzione.
• Il traffico di mine si è quasi universalmente interrotto e anche gli stati produttori al di
fuori del trattato hanno imposto opportune moratorie.
• Nei 50 stati che hanno dichiarato di essere affetti da mine sono iniziate operazioni di
bonifica. Dette operazioni si sono già concluse in Bulgaria, Costa Rica, Honduras e
Gibuti.
• Lo stanziamento di fondi destinati alla bonifica dei territori, all’assistenza delle vittime
e alle attività correlate è stato di oltre un bilione di dollari USA, di cui 190 milioni
stanziati dai paesi affetti.
• Il numero delle vittime è ridotto di una percentuale che, in alcune zone, arriva al 67%.
4

La maggior parte dei paesi colpiti dispone di varie forme di assistenza alle vittime di mine;
queste tuttavia risultano spesso inadeguate, specialmente nelle zone rurali (dove si verifica
la maggior parte degli incidenti).
La presenza di mine condiziona direttamente e indirettamente l’economia dei paesi affetti
in vari modi:
• col danno derivante dall’impossibilità di utilizzare i territori minati
• col costo sociale delle vittime in termini di assistenza sanitaria e ausili di invalidità
• col costo derivante dalla perdita di mano d’opera e capacità operative. Un elevato
numero di vittime appartiene infatti alla fascia d’età produttiva (18-65 anni) e potrebbe
contribuire positivamente al Prodotto Interno Lordo (in un paese in via di sviluppo il
contributo è stimato intorno ai 750 US$) 5 .
La situazione è inoltre resa più grave dal fatto che il 34% delle vittime è sotto i 18 anni 6 .
I processi di bonifica sono infine lunghi e costosi. Un’ulteriore complicazione è data dai
mutamenti del territorio in seguito a modifiche della vegetazione, movimenti dei terreni,
innondazioni etc. che rendono inattendibili eventuali mappe dei campi minati.
Nello Sri Lanka la già pesante situazione economica si è ulteriormente aggravata in seguito
allo Tsunami del 26 dicembre 2004. I rapporti del personale operante sul posto riferiscono
che, per fortuna, il numero di mine portate in superficie dall’ondata di marea è del tutto
trascurabile (soltanto due avvistate), ciò a dispetto di quanto diffuso dalla maggioranza
degli organi di stampa. Le operazioni di bonifica degli anni passati avevano infatti
riguardato soprattutto le zone costiere.
1.3 Le mine in Sri Lanka
La situazione politica in Sri Lanka ha visto contrapporsi per più di 20 anni di sanguinosa
guerra civile l’esercito governativo contro l’esercito delle “Tigri Tamil”, il Liberation
Tamil Tiger Eclam (LTTE). La situazione delle mine nello Sri Lanka si presenta complessa
per la gran varietà di ordigni utilizzati nei vari periodi e nelle varie regioni.
Al fine di concentrare al meglio gli sforzi progettuali e rendere più efficiente il lavoro si è
quindi scelto di esaminare solamente la regione di Vanni, cui il sistema di sminamento
oggetto del presente lavoro è destinato.
Un accurato censimento nella regione di Vanni ha permesso di circoscrivere la varietà di
mine utilizzate alle mine a pressione Type 72, P4 Mark1 e, in misura molto minore, alle
Jony-95 di fabbricazione artigianale locale. Sono state inoltre trovate mine a
frammentazione di tipo Claymore.
5 Study Report: Socio-economic Impact of Mine Action in Afghanistan (SIMAA), 2001.
6 Socio-Economic Impact Study of Landmines and Mine Action Operations in Afghanistan (SEIS), 1999.
5

1.3.1 Type 72
La mina antiuomo Type 72, nelle sue varianti A, B e C, è un ordigno di fabbricazione
cinese estremamente diffuso in Sri Lanka grazie al basso costo (3 $ nella versione A, più
semplice dal punto di vista costruttivo e più economica) e alla sua facile reperibilità data la
vicinanza alla Cina.
La Type 72 è una piccola mina antiuomo a esplosione in plastica verde oliva dalla forma
circolare progettata per ferire gli arti inferiori della vittima
(Foto: cortesia del Prof. J. Trevelyan)
Il diametro alla base risulta leggermente minore di quello superiore dove la mina presenta
una membrana in plastica che ricopre una piastra di pressione a sezione completa, in grado
cioè di assicurare l’innesco indipendentemente dalla zona calpestata.
Il largo coperchio è centrato nella parte inferiore della mina e contiene il detonatore e
l’esplosivo. La vite previene i contatti incidentali tra la parte superiore e quella inferiore.
La Type 72A, identica nell’aspetto alle sue varianti B e C, ha un semplice meccanismo di
attuazione a pressione che utilizza una molla di Belleville come sistema di innesco e può
essere riconosciuta dal suo perno circolare di armamento. Nel momento in cui il perno
viene rimosso una molla radiale provvede a ruotare tre alette cui ne corrispondono altre tre
nel piatto di pressione e che fungono da distanziatori: una volta ruotate, le alette inferiori
non sono più in opposizione con quelle superiori ma sono libere di incastrarsi tra esse
permettendo quindi al piatto di pressione di scendere sotto il peso del soggetto che la attiva
e la mina risulta pertanto armata. Una pressione sufficiente (circa 5 kg) sulla membrana
superiore provoca la rotazione della molla di Belleville che va a colpire un percussore il
quale a sua volta innesca il detonatore e quindi la carica esplosiva principale.
Le versioni B e C risultano più complesse in quanto hanno un funzionamento elettrico con
sistema di armamento ritardato e meccanismo antimanipolazione. L’alimentazione è a
batteria, ciò ne limita la durata operativa a 3 mesi. La versione C presenta inoltre un
sistema sensibile alle distorsioni del campo magnetico che ne provocano la detonazione in
presenza di metal detector.
Una volta armate tutte le versioni hanno lo stesso aspetto esteriore ma la Type A risulta di
più difficile rilevamento poiché il suo basso contenuto metallico la rende praticamente
invisibile ai metal detector. L’assenza della batteria protrae inoltre l’operatività della Type
A per un tempo teoricamente infinito.
6

1.3.2 P4 Mk1
Oltre a quella delle Type 72 è stata inoltre rilevata la presenza di P4 Mk1, mine a pressione
di costruzione Pakistana. La loro diffusione, come per le Type 72 A, è dovuta al basso
costo e alla vicinanza con il paese di produzione.
La P4 Mk1 è una mina antiuomo in plastica di forma circolare e di colore marrone scuro
con segni gialli stampigliati sopra.
(Foto: http://ndmic -cidnm.forces.gc.ca)
La mina ha un involucro di plastica con un piatto di pressione centrale che sporge dalla
superficie superiore. Nella parte inferiore il piatto di pressione ha un pistone che spinge su
un sistema di percussione libero di muoversi.
(Disegno: http://ndmic -cidnm.forces.gc.ca)
Il sistema di percussione è caricato a molla ed è dotato di un percussore a spillo trattenuto
da un filo metallico che passa al centro del collare e vi gira intorno per essere quindi
giuntato alle due estremità. Al centro della base vi è un serbatoio filettato e munito di
innesco che accoglie il detonatore; quest’ultimo è posizionato immediatamente sotto al
percussore ed è a sua volta circondato dall’esplosivo principale, 30 grammi di Tetrile.
Durante il trasporto è presente un tappo di sicurezza che impedisce di premere il piatto di
pressione. Quando viene rimosso la mina è innescata; a quel punto una pressione maggiore
di 10 kg sul piatto di pressione fa si che il filo metallico venga tranciato. A questo punto la
molla è libera e spinge con violenza il percussore che, impattando con la carica detonante,
innesca l’esplosione.
La P4 Mk1 non può essere rilevata da metal detector nella maggior parte dei terreni.
Il suo disarmo si ottiene svitando il sistema di detonazione dalla parte inferiore del corpo
della mina o avvitando un tappo di sicurezza sulla parte superiore.
7

1.3.3 Comparazione
Come si nota dalla seguente tabella comparativa le due mine sono molto simili sotto tutti i
punti di vista e si possono adottare strategie comuni per il loro sminamento.
Type 72 A P4 Mk1
Paese di origine Pakistan Cina
Azionamento A pressione A pressione
Materiale Plastica Plastica
Forma Circolare Circolare
Colore Verde Verde; Sabbia
Peso (grammi) 150 95
Contenuto di esplosivo 34 g di TNT oppure 30 g di tetrile
Altezza (mm): TNT/RDX 37 (50/50) 45
Diametro (mm):
Sistemi speciali
78 72
Anti-sollevamento NO NO
Auto-neutralizzazione NO NO
Auto-distruzione NO NO
Innesco Primario Meccanismo a pressione Meccanismo a pressione
Innesco Secondario
Rilevamento
No No
A vista No No
Metal Detector Difficile Difficile
Pungolo Si Si
Cani
Sminamento
Sconosciuto Sconosciuto
Manuale Si Si
Metodi esplosivi Si Si
Aratro Si Si
Rulli Si Si
1.3.4 Jony-95
Anche conosciuta come Johny-95, Jonny-95 e RANGAN 95, questa mina antiuomo a
esplosione è stata costruita in Sri Lanka dalla fazione Tamil.
Il fatto che abbia un’etichetta stampata e che ne siano state trovate molte implica che ci sia
una produzione locale.
8

La mina è costituita da una scatola di legno di 105 x 67 mm con un foro di 53 mm di
diametro praticato nella base dentro il quale viene pressato l’esplosivo al plastico.
(Foto: cortesia del Dott. Andy Smith)
In un altro buco su un fianco della mina viene inserita una batteria da 9 Volt. Un filo
collega la batteria al piatto di fondo e questo ultimo al labbro superiore del corpo della
mina attraverso un altro foro.
Un altro filo è collegato ad un piatto metallico nel coperchio della mina che è tenuto
sollevato da una cinghia di gomma nera perché si mantenga aperto.
107 mm
67 mm
(Foto: cortesia del Dott. Andy Smith)
I disegni precedenti mostrano la mina da entrambi i lati; sono visibili lo scomparto della
batteria, la cinghia di gomma e il piatto metallico di fondo della mina, originariamente
assicurato con due chiodi corti.
La pressione del coperchio fa si che le parti metalliche tocchino gli elettrodi chiudendo il
circuito che innesca un detonatore elettrico affondato nell’esplosivo al plastico.
E’ stato stimato che la mina possa contenere tra i 120 e i 150 g di esplosivo. I campioni
esaminati erano fortemente deteriorati in quanto il legno, non trattato, era stato mangiato
dagli insetti e la batteria era corrosa e completamente scarica.
9

1.3.5 Claymore
La Claymore è una mina a frammentazione direzionale lunga 216 mm, larga 35 mm e alta
83 mm, del peso di 1.6 kg. La mina contiene 700 sfere d’acciaio da 0.7 g e 700 g di
esplosivo C4.
(Disegno: www.fas.org)
La Claymore è nata principalmente come arma di difesa ma ha le stesse prerogative di base
delle mine antiuomo ed è stata spesso utilizzata in molte delle applicazioni nelle quali sono
state impiegate le mine antiuomo tradizionali.
La mina ha un involucro rettangolare in plastica ricurvo e contiene uno strato di composto
esplosivo C3. E’ dotata di un lato di frammentazione con sfere d’acciaio.
Il lato anteriore contenente le sfere d’acciaio è progettato per produrre una raffica di
frammenti con una rosata che può essere direzionata sull’area bersaglio prescritta.
(Disegno: www.fas.org)
10

La Claymore, quando attivata, proietta una raffica di sfere d’acciaio in una rosata arcuata
di 60° in un piano orizzontale. I proiettili vengono sparati ad un’altezza massima di 2 m e
ad una distanza massima di 100 m anche se la pericolosità massima si ha in un raggio di
50 m. Nella letteratura militare è tuttavia prescritta una distanza di sicurezza di 250 m.
In mancanza di protezioni, è da considerare pericolosa anche l’area dietro alla mina per un
raggio di 16 m; inoltre, schegge secondarie possono essere proiettate in un raggio di 100 m
sul retro e ai lati della mina.
Le caratteristiche della mina sono le seguenti:
• Armamento: manuale
• Testata: a frammentazione direzionale
• Meccanismi anti-manipolazione: assenti
• Autodistruzione: assente
• Peso dell’esplosivo: 700 g
• Tipo di esplosivo: C4
• Peso della mina: 1.6 kg
(Disegno: www.fas.org)
11

1.4 Sistemi di sminamento
Esistono due diversi tipi di sminamento, quello militare e quello umanitario.
Lo sminamento militare è finalizzato a scopi militari per favorire le manovre belliche
tramite l'apertura di passaggi per i mezzi e per rendere sicure le aree utilizzate dai
contingenti stessi.
Lo sminamento umanitario è invece finalizzato alla completa agibilità da parte della
popolazione, con lo scopo di permettere la ripresa in piena sicurezza degli spostamenti,
delle attività sociali, educative, ricreative, agricole e altrimenti produttive, economiche.
Dura spesso anni ed è realizzato metro quadro per metro quadro.
Mentre lo sminamento militare è eseguito principalmente con grossi veicoli bellici, lo
sminamento umanitario è prevalentemente manuale. Esistono comunque diversi metodi di
sminamento umanitario, in cui diverse tecnologie vengono affiancate allo sminamento
manuale.
1.4.1 Sminamento manuale
Lo sminamento manuale prevede la ricerca e la successiva rimozione delle mine in modo
manuale.
Gli sminatori sono provvisti di uno specifico equipaggiamento in genere costituito da:
• un sensore per la localizzazione delle mine (l’unico sensore vero e proprio usato sul
campo è, fino ad ora, il metal detector)
• vari attrezzi per la rimozione della vegetazione come il falcetto e le cesoie
• equipaggiamento di protezione personale (Personal Protective Equipment, PPE)
Ogni sminatore una volta indossato l’equipaggiamento di protezione personale, costituito
essenzialmente da una visiera per proteggere il viso, una veste antiproiettile per il corpo e
speciali scarpe, procede allo sminamento lungo un corridoio di 1 m di larghezza. In
sequenza le operazioni effettuate sono: la rimozione della vegetazione per permettere al
sensore di lavorare il più possibile vicino al terreno, l’utilizzo del sensore, la rimozione
della terra per scoprire dove è la mina individuata dal sensore e la rimozione della mina.
Nel caso non si possa usare il metal detector in presenza di terreni ferrosi, per evitare
troppi falsi allarmi, si può usare il prodder, una bacchetta che viene infilata nel terreno per
tastarlo e rilevare la presenza di mine meccanicamente oppure non usare nessun sensore e
procedere al vaglio di tutto il terreno fino alla profondità specificata dalle organizzazioni
locali.
La profondità a cui bisogna garantire che il terreno sia libero da mine, il tipo di mine
presenti sul territorio e in generale tutti gli standard operativi sono stabiliti localmente da
apposite organizzazioni.
In Sri Lanka, dove il terreno è ferroso, si procede al vaglio di tutto il terreno con comuni
rastrelli con il manico allungato fino a 2 m, per scavare la terra fino alla profondità stabilita
di 15 cm.
12

La distanza di 2 m tra la possibile mina e l’operatore è considerata sufficientemente sicura.
In genere gli sminatori lavorano a gruppi di 30 e puliscono corridoi di 1 m distanziati tra
loro di 25 m per motivi di sicurezza.
La procedura avviene in genere nella seguente sequenza:
1. Si procede per corridoi larghi 1 m.
2. Si rimuove la vegetazione e si rilevano eventuali fili di attivazione di mine a
frammentazione.
3. L’operatore ispeziona il terreno col metal detector e contrassegna le zone sospette.
4. Quando il metal detector rileva la presenza di metallo si procede allo scavo della
superficie fino a raggiungere la profondità stabilita dallo Standar Operational
Procedures (SOP); nel terreno molle è anche possibile utilizzare una sottile bacchetta
come sonda.
5. Quando l’operatore trova un frammento metallico lo rimuove e ricontrolla la zona col
metal detector.
Nel caso invece che venga trovata una mina il corridoio viene chiuso fino a quando
l’ordigno non viene rimosso o distrutto mediante una carica esplosiva dal capo-squadra.
Quando il suolo si può ritenere sgombro da mine per la profondità stabilita l’operatore può
avanzare alla porzione di territorio successiva.
I problemi dello sminamento manuale sono i seguenti:
• Il pericolo e le condizioni faticose di lavoro cui sono esposti gli sminatori, spesso
costretti a lavorare in climi e terreni ostili, oppressi dal caldo e dagli indumenti
protettivi.
• La lentezza estrema con cui viene portato avanti il processo: si è calcolato che nei
campi minati afgani, ad esempio, la distribuzione delle mine è tale che uno sminatore
può lavorare per mesi senza trovarne nemmeno una.
• L’affidabilità dei metal detector può talvolta dimostrarsi insufficiente, come nel caso di
mine “metal free”, cioè contenenti una bassa quantità di metallo. Un altro fattore che
diminuisce l’efficacia del metal detector è la presenza di terreno ferroso. In questi casi
è necessario procedere allo scavo dell’intera superficie da sminare.
13

1.4.2 Sminamento con animali addestrati
Cani
Viene sfruttato il fiuto di cani addestrati per individuare gli ordigni esplosivi.
La tecnica prevede le seguenti fasi:
1. Si pulisce un corridoio di circa un metro di larghezza intorno alla zona da controllare
2. Un cane addestrato con un guinzaglio lungo quanto il corridoio (tipicamente da 8 a 15
metri) percorre il corridoio fiutando la presenza di esplosivi
3. Quando il cane avverte l’odore del TNT si ferma
4. La zona sopravvento viene ricontrollata da un secondo cane e, ove l’esito sia positivo,
viene contrassegnata
5. La zona viene sminata manualmente.
Dopo che una certa porzione di territorio è stata ripulita un secondo cane procede per
maggior sicurezza ad un ulteriore controllo.
(Disegno: Prof.J.Trevelyan)
Nel caso in cui ci siano discordanze tra i due cani interviene un operatore che procede
manualmente alla localizzazione o meno dell’ordigno.
L’uso di cani addestrati risulta più economico rispetto allo sminamento manuale (il costo a
metro quadro è di meno di un quarto).
L’utilizzo di cani addestrati presenta tuttavia i seguenti inconvenienti:
• L’addestramento richiesto è lungo e costoso (tra i 10.000$ e i 100.000$)
• L’addestramento va ripetuto al variare di alcuni parametri delle mine.
• Poiché i cani vedono il processo di sminamento come un gioco non è possibile imporre
loro più di un certo numero di ore al giorno, tipicamente quattro.
• E’ difficile quantificare l’affidabilità dei cani al variare delle caratteristiche del
territorio.
14

Galline
Si tratta di una nuova tecnica, ancora in fase sperimentale, che consiste nell’addestrare
delle galline a localizzare le mine in modo olfattivo. Quando la gallina localizza l’ordigno
esplosivo vi si mette sopra e comincia a covare. Grazie al peso ridotto dell’animale la mina
non esplode e la gallina è libera di deporvi un uovo. Al fine di consentire la localizzazione
dell’uovo, viene somministrato alla gallina uno speciale mangime che rende l’uovo
fosforescente e quindi facile da individuare.
Tale tecnica sta dando buoni frutti ma presenta l’inconveniente che le galline, in
determinati periodi, diventano aggressive e attaccano chiunque si avvicini alla loro cova.
1.4.3 Sistemi meccanici di sminamento
Lo sminamento con sistemi meccanici prevede l’impiego di macchine. Esistono diversi tipi
di macchine che vengono impiegate in diversi modi ma sempre a fianco dello sminamento
manuale, eccetto che per le macchine che scavano che possono essere considerate le uniche
vere macchine sminatrici.
Flail
Questo sistema risale alla prima guerra mondiale ma è stato riportato alla ribalta nel suo
sviluppo solo a partire dagli anni ’90 con l’emergenza dello sminamento umanitario.
Il sistema si basa, nelle sue molteplici varianti, sul principio comune di colpire la mina
interrata mediante un sistema rotante “a perdere”.
In pratica il sistema, montato nella parte anteriore di un trattore o di un apposito veicolo, è
costituito da un’asse cui sono attaccate, per tutta la larghezza, delle catene con un peso
all’estremità.
(Foto: www.gichd.ch)
Dette catene, poste in rotazione, percuotono il terreno sul quale la macchina sta avanzando.
15

Quando la catena impatta la mina, a seconda dell’impatto, si possono verificare tre eventi:
la rottura, l’espulsione o l’esplosione dell’ordigno con conseguente distruzione della
catena.
C)
B)
Senso del moto
(Disegno: www.gichd.ch)
Questo tipo di macchine è principalmente usato in fase di verifica: dopo che un campo è
stato sminato manualmente, una flail machine viene guidata sul campo in modo da
neutralizzare mine eventualmente sfuggite agli operatori. Se delle mine sono attivate, la
zona viene di nuovo controllata manualmente.
Vantaggi:
• Questo sistema assicura una rapida e completa pulizia del terreno non solo da mine a
pressione tradizionali ma anche da mine a frammentazione e UXO.
• Il margine di sicurezza è facilmente elevabile mediante l’aumento del numero di
passate.
Svantaggi:
• E’ possibile che l’espulsione di una mina dal terreno porti quest’ultima a ricadere su
una traccia già pulita: in questo caso, ove sia possibile accorgersi dell’accaduto, è
conveniente procedere alla sua rimozione mediante operatore piuttosto che affidare la
sua distruzione ad una nuova passata sulla traiettoria
• Le possibilità di impiego di questo tipo di macchine sono limitate da diversi fattori
ambientali:
− terreno troppo roccioso con sassi di grosse dimensioni o troppo paludoso
− presenza di alberi fittamente distribuiti
− salite di elevata pendenza.
• Su terreni fortemente rocciosi si ha inoltre il pericolo che le mine, invece di essere
rimosse o distrutte, vengano spostate in anfratti nascosti tra le rocce, questo problema
ha portato al divieto di utilizzo in alcune zone come il sud del Libano.
• Le dimensioni e la complessità del macchinario ne rendono difficile la logistica e la
gestione in scenari disagiati (come accade per molti paesi interessati da progetti di
sminamento umanitario e nello Sri Lanka particolarmente) in cui la mancanza di strade
e infrastrutture possono rendere un problema il semplice spostamento o la riparazione
in officina specializzata.
A)
A) Impatto distruttivo
B) Impatto esplosivo
C) Impatto espulsivo
16

Tiller
Il sistema tiller, solitamente montato su grandi trattori, carri armati o veicoli specifici,
consiste in un tamburo rotante fornito di denti o punte in acciaio legato.
Il tamburo viene calato nel terreno ad una profondità compresa tra 0 e 40 cm, messo quindi
in rotazione comincia il suo lavoro di triturazione.
Nel suo avanzamento i denti macinano tutto ciò che incontrano sul loro percorso, nel caso
specifico mine (anche anticarro ove previsto) e piccoli UXO
(Foto: www.gichd.ch)
Quando una mina entra in contatto con il tamburo esso ne provoca la distruzione
l’espulsione o l’esplosione.
Il meccanismo di funzionamento è illustrato in figura:
Esplosione
Espulsione
Avanzamento
Distruzione
(Disegno: www.gichd.ch)
I flail non colpiscono un bersaglio solo direttamente ma anche con l’onda di pressione
attraverso una certa porzione di terreno; i tiller limitano invece la loro azione al contatto
diretto e la loro efficacia si annulla al di sotto della profondità di passata impostata.
Test condotti dallo Swedish Explosive Ordnance Disposal and Demining Centre
(SWEDEC) hanno evidenziato alcuni fenomeni che possono portare a un decadimento
delle prestazioni del tiller:
• Grumi di detriti tra il tamburo e il terreno sottostante possono inglobare mine
permettendo loro di sfuggire alla distruzione con danni conseguenti da ininfluenti a
gravi; il fenomeno può essere limitato riducendo la velocità di rotazione.
17

• Si può avere seppellimento delle mine nel suolo ad una profondità maggiore di quella
di passata; ciò dovrebbe però accadere, secondo il SWEDEC, solo per mine fuori uso o
interrate troppo in profondità in quanto quelle operative dovrebbero essere portate ad
esplodere dalla grande massa del macchinario sovrastante.
• Rigonfiamenti grumosi del suolo intorno al tamburo possono nascondere all’interno
ordigni invisibili ad occhio nudo.
• Si può avere l’espulsione delle mine in direzione del moto, ciò è possibile nel caso in
cui il tamburo, per limitare il seppellimento, ruoti in senso opposto a quello del moto;
di solito l’ordigno viene poi intercettato più avanti.
• Si possono formare davanti al tamburo delle onde di terreno che possono trascinare con
sé mine poco profonde, queste mine scivolano sull’onda come un surf senza mai venire
intercettate se non in un secondo tempo da un esame degli accumuli di terreno alla fine
delle corsie ripulite.
I sistemi tiller presentano il vantaggio di una grande profondità di passata (che soddisfa
ampiamente le richieste degli standard internazionali).
Anche per i tiller valgono tuttavia le limitazioni già viste per i flails:
• limitate pendenze superabili (non oltre i 30°)
• caduta di prestazioni su terreni rocciosi o troppo molli
• grandi ingombri
Quest’ultimo difetto è insormontabile in quanto le masse in gioco (fino ad oltre 50
tonnellate) sono necessarie per fornire il peso necessario a mantenere il tamburo alla
profondità desiderata ed assorbire le onde d’urto delle esplosioni delle mine.
I tiller, pur essendo destinati alla rimozione di mine antiuomo, possono tuttavia resistere
quasi sempre (tranne un modello attualmente in commercio) anche all’esplosione di una
mina anticarro. Per migliorare questa capacità e preservare meglio il tamburo alcuni tiller 7
combinano il sistema a denti con un sistema a catene di tipo flail; quest’ultima soluzione
presenta inoltre il vantaggio, già visto precedentemente, di poter distruggere o far
esplodere una mina anche mediante la sola onda d’urto, senza un contatto diretto.
Scavo meccanico
Il sistema di scavo è il più semplice ed è anche quello che offre maggiori garanzie nella
rimozione degli ordigni. Una pala montata su un buldozer, una macchina da lavoro o un
qualunque veicolo ad uso civile adatto allo scopo raccoglie una determinata quantità di
terreno potenzialmente minato e la trasferisce in luogo adibito a compiere un’ispezione
completa. La terra e i detriti, una volta ripuliti da ordigni pericolosi, vengono quindi
riportati al loro posto.
Il processo di sminamento con scavo meccanico consta di quattro fasi principali:
1. Viene individuato e delimitato il perimetro dell’area da sminare
2. Il terreno potenzialmente minato viene scavato con macchine di uso comune ponendo
attenzione a non caricare le pale oltre il 75% della loro capienza (circa 2.5 mc) per
evitare tracimamenti di terreno. Alcuni macchinari sono in grado di compiere già il
7 Il Rheinmetall Landsysteme Rhino e il STS MineWolf
18

processo di separazione del terreno dalle mine in loco mentre percorrono la loro
traiettoria all’interno della zona pericolosa.
3. Il terreno scavato viene processato in vari modi: mediante un setaccio montato
direttamente sulla pala o in una zona adiacente al terreno, mediante ispezione da parte
di un operatore o, infine, mediante un trituratore meccanico che sbriciola il terreno
preventivamente ripulito, mediante metal detector, da UXO e mine anticarro.
4. Il terreno processato viene a questo punto abbandonato sul posto oppure ridistribuito;
ciò avviene in maniera automatica quando il setaccio è a bordo della macchina.
I macchinari utilizzati sono spesso macchinari di uso comune più o meno modificati;
alcuni buldozer vengono ad esempio dotati di una griglia davanti alla pala per garantire la
protezione dalle mine anticarro, altri scavatori sono muniti di setacci…
Per migliorare la logistica dello sminamento si tende a ridurre quanto possibile la distanza
tra la zona di scavo e la zona di ispezione. Le caratteristiche delle macchine di scavo
permettono, rispetto a flail e tiller, una maggiore flessibilità nel superamento di ostacoli
come fossi, macerie etc.
Quando la macchina non è in grado di eseguire da sola le operazioni di setaccio è
necessario adottare un altro macchinario per provvedervi in zona di ispezione. Allo scopo
si utilizzano i sistemi Land Mine Disposal System (LMDS); il Mineworm della Redbus, ad
esempio, vede integrati in una stessa macchina sia il sistema di scavo che il quello di
setaccio: è infatti presente un magnete in grado di trattenere i pezzi metallici più grandi; il
terreno ripulito viene poi rilasciato dal retro.
(Foto: www.gichd.ch)
La tecnica di scavo presenta i seguenti vantaggi economici rispetto alle tecniche usate nelle
macchine flail e tiller:
• I macchinari di scavo sono spesso disponibili facilmente essendo modificabili da altri
di uso civile
• Una volta concluso il lavoro i macchinari possono essere riconvertiti alla loro funzione
originale.
• Il processo assicura una maggiore affidabilità in termini di mine neutralizzate in
rapporto al totale di mine presenti.
19

Il trituratore – setacciatore è costruttivamente più complesso e di più difficile reperibilità
rispetto ai semplici escavatori.
La maggiore lentezza del procedimento rispetto a flail e tiller è compensata dalla qualità
superiore e dall’accuratezza del processo.
Anche questo tipo di macchine hanno il difetto di avere grandi dimensioni che ne limitano
l’utilizzo in zone impervie o difficilmente raggiungibili da mezzi pesanti.
Sistema a rotolamento
Consistono in un insieme di dischi o ruote d’acciaio di massa elevata collegati ad un asse
flessibile e posti in rotazione. La macchina avanza calpestando le mine antiuomo (non è
generalmente in grado di resistere a mine anticarro) provocandone, ove attive, l’esplosione.
(Foto: www.gichd.ch)
La limitazione fondamentale consiste nel fatto che si possono distruggere solo le mine
attive e la cui profondità ne permette l’innesco. Questo sistema risulta essere dunque utile
non tanto per lo sminamento vero e proprio quanto per la rilevazione dei confini di un
campo minato o la verifica dell’effettiva bonifica di un’area sminata con altri metodi
Questa machina ha la qualità di essere semplice nell’architettura tanto che molte versioni
sono fatte in modo quasi artigianale nei luoghi di utilizzo.
Un’alternativa è quella di montare ruote in acciaio su veicoli pesanti commerciali e adibiti
ad utilizzi diversi.
(Foto: www.gichd.ch)
20

Questa soluzione ha tuttavia il difetto di lasciare del tutto inesplorato lo spazio tra le ruote
rendendo lenta l’operazione di controllo.
La parte logistica risulta in questo caso semplificata in quanto è sufficiente raggiungere il
luogo di lavoro con il veicolo attrezzato con normali ruote gommate e con a bordo le ruote
in acciaio; queste vengono quindi montate, utilizzate e smontate a lavoro effettuato.
21

2 Taglio della vegetazione
2.1 Ausilio della tecnologia nelle operazioni di sminamento
Il largo uso che si è fatto negli anni passati delle mine anti-uomo e anti-veicolo e la
presenza di UXO (Unexploded Ordnance, Munizioni Inesplose) sui territori di guerra rende
estremamente vasta l’estensione delle zone da sminare e mettere in sicurezza.
Ancora oggi la tecnica principale di sminamento è manuale: l’operatore provvede in prima
persona alla rimozione degli ordigni.
Questo rende le operazioni di rimozione di materiale esplodente da un territorio lente
(0.0037 m/s nella regione Vanni dello Sri Lanka) e potenzialmente pericolose per gli
operatori.
Appare quindi evidente come compito della tecnologia sia quello di fornire al personale
operante nel settore nuovi sistemi per renderne i compiti più facili, veloci e sicuri.
La tecnologia che viene messa a disposizione degli addetti allo sminamento deve
rispondere a determinate caratteristiche tali da renderla preferibile al sistema tradizionale.
Tali caratteristiche sono le seguenti:
• Deve avere un costo così ridotto da poter essere competitiva con il sistema
manuale. Lo stipendio di uno sminatore, in Sri Lanka, è di 100 $.
• Deve essere più rapida del sistema manuale. Ciò comporta una velocità di processo
superiore a 0.0037 m/s.
• Deve avere grado di sicurezza ed efficienza paragonabile a quello del sistema
manuale.
• Deve essere adeguata, nel suo livello di sofisticazione, alle capacità e alle
conoscenze degli operatori. Questo comporta la possibilità degli stessi di poterla
utilizzare senza tempi di addestramento eccessivi; di poterla riparare senza dover
fare ogni volta ricorso a strumenti e conoscenze di cui non siano in possesso; di
poterla infine utilizzare avendo completa fiducia nelle sue capacità
Da uno studio condotto dal PMARlab nell’ambito del progetto Europeo EUDEM2 durante
il 2004, risulta che gli operatori sentono la necessità di una macchina in grado di rimuovere
la vegetazione e sono unanimi nel richiedere che tale macchina sia di peso e dimensioni
contenute. Tale macchina deve inoltre avere le seguenti caratteristiche:
• Deve essere facile da utilizzare nella maggior parte delle condizioni di lavoro per
cui è stata pensata: una macchina considerata poco ergonomica o complicata da
utilizzare tende infatti a restare inutilizzata essendogli preferiti i sistemi
tradizionali.
• Deve essere robusta ed affidabile in tutte le condizioni operative per la quale è stata
progettata: una macchina soggetta a guasti frequenti risulta costosa e fa rallentare il
processo di sminamento.
Il sistema che ci si propone di sviluppare dovrà quindi rispondere a queste caratteristiche e
dovrà quindi essere economico, veloce, facile da utilizzare e da mantenere e di concezione
così semplice da poter essere facilmente accettato e utilizzato dagli operatori sul campo.
22

2.2 Vegetazione
I campi minati sono spesso ricoperti da fitta vegetazione.
Un campo minato, in quanto tale, rimane inoltre inaccessibile per lungo tempo e la
vegetazione è quindi libera di crescere incontrastata.
Se si guarda inoltre alla figura di pag. 4 che riporta la mappa delle aree minate del pianeta,
si noterà come molte di esse si trovino in zone climatiche tali fa favorire in modo
particolare la crescita di una fitta vegetazione: alcune zone del centro America, l’Africa
sub-sahariana, i paesi dell’ex Jugoslavia, il sud est asiatico…
Nella foto seguente, scattata al confine tra Bosnia e Repubblica Serba, si può notare quanto
sia cresciuta la vegetazione in soli 8 anni.
(Foto: Prof. J. Trevelyan)
Nelle due fotografie seguenti, sempre scattate nell’ex-Jugoslavia, si intravede una casa
minata abbandonata per un uguale periodo.
(Foto: Prof. J. Trevelyan)
Il processo di sminamento è fortemente ostacolato dalla presenza di vegetazione.
In paesi come la Croazia e la Cambogia, dove la vegetazione cresce molto velocemente, la
rimozione della vegetazione assorbe il 75% del tempo totale di sminamento.
I sensori, per assolvere al loro compito in modo ottimale, hanno bisogno di essere
posizionati quanto più vicini possibile al suolo. Anche i cani possono lavorare meglio se la
vegetazione consente loro di avvicinare il più possibile il naso al terreno e se non ne
ostacola i movimenti.
23

Il compito di rimuovere la vegetazione spetta spesso agli stessi operatori che procedono
manualmente all’operazione.
(Foto: Prof.J.Trevelyan)
L’operazione viene condotta progressivamente col procedere dello sminamento e presenta
rischi elevati soprattutto in presenza di mine a frammentazione attivate da filo.
Una mina a frammentazione è un ordigno esplosivo posato sul terreno in grado di
scagliare, esplodendo, proiettili metallici in tutte le direzioni o in una direzione stabilita per
un raggio che raggiunge i 150 m.
Questa mina è attivata dalla trazione di un filo e ciò può avvenire, durante il taglio della
vegetazione, anche per il semplice movimento di un cespuglio.
Il taglio della vegetazione, pur non essendo un‘operazione di sminamento in senso stretto,
aggiunge ulteriori tempo, rischio e fatica a quelli già spesi dagli operatori per la rimozione
vera e propria delle mine.
Appare quindi evidente come sia opportuno che i sistemi meccanici di ausilio allo
sminamento siano equipaggiati con un sistema che provveda innanzitutto alla rimozione
della vegetazione.
2.3 Taglio della vegetazione
Il presente lavoro è focalizzato sulla progettazione di un sistema di taglio della vegetazione
da applicare ad un robot sminatore di piccole dimensioni comandato da operatore o in
remoto.
La progettazione e lo sviluppo di tale robot sono condotti dal Laboratorio di Progettazione
Meccanica Applicata alla Robotica PMAR Lab dell’Università degli studi di Genova.
Il modulo di taglio della vegetazione oggetto della tesi deve processare la vegetazione in
modo tale che essa non costituisca intralcio per il lavoro di sminamento del robot. Ciò vuol
24

dire che esso dovrà essere in grado sia di tagliare la vegetazione sia di rimuoverla o di
spostarla ove questo sia necessario all’avanzamento e al lavoro del robot.
Tale dispositivo è destinato ad essere impiegato nella regione Vanni in Sri Lanka; per
questo motivo, nonostante la sua struttura possa consentirne l’impiego anche in scenari
differenti, esso è progettato espressamente per essere utilizzato con il tipo di vegetazione di
questa regione.
2.4 Sicurezza
Le mine antiuomo sono ordigni progettati allo scopo di mutilare più che di uccidere il
soggetto che ne provoca l’attivazione: questo perché in uno scenario bellico è più utile
ferire un soldato nemico piuttosto che ucciderlo. Un soldato ferito ha infatti bisogno di un
medico che lo assista o di uno o due soldati che si prendano cura del suo trasporto al più
vicino centro di assistenza e questo moltiplica il danno prettamente numerico che viene
inflitto al nemico dall’ordigno esplodente.
Ogni sistema che preveda un controllo diretto da parte dell’operatore deve quindi fare in
modo che lo stesso si venga a trovare dalla mina ad una distanza superiore a quella minima
di sicurezza, diversa a seconda del luogo e stabilita dalle organizzazioni non governative
presenti in loco sulla base dei tipi di mina presenti.
Molte delle mine in circolazione sono costruite in modo da frantumarsi in schegge che,
proiettate intorno dall’esplosione, feriscano conficcandosi nel corpo delle vittime.
Analogamente, gli UXO se sollecitati con forti pressioni o sottoposti a movimenti bruschi
come quelli che può indurre una macchina, si comportano come mine a frammentazione,
espellendo a velocità molto elevate frammenti dell’involucro in metallo.
Il sistema di sminamento deve quindi provvedere ad un’adeguata protezione dell’operatore
mediante blindatura o schermatura della sua postazione a bordo del mezzo.
Questi accorgimenti non sono necessari nel caso in cui la macchina sia controllata
dall’operatore in remoto o sia autonoma.
2.5 Efficienza
Il sistema di sminamento deve essere in grado di rimuovere la totalità degli ordigni
esplosivi presenti nell’area in cui opera alla profondità stabilita. Il valore di tale profondità
varia ed è caratteristico di ogni paese
Il tempo necessario a portare a termine l’operazione deve essere inferiore a quello
impiegato da un operatore che processi il terreno manualmente (0.0037 m/s).
Il costo dell’operazione deve essere inferiore al costo che avrebbe la stessa nel caso che
fosse condotta manualmente.
25

2.6 Sistemi meccanici di taglio della vegetazione
Il problema del taglio della vegetazione interessa ogni macchina che si debba muovere in
un territorio caratterizzato da una vegetazione tale da annullare o diminuire l’efficacia della
stessa.
Nel corso degli anni sono state proposte varie tecnologie per la rimozione della
vegetazione. Le più recenti utilizzano tutte un cilindro rotante munito di coltelli o martelli
tipo trinciatutto in grado di rimuovere sia la vegetazione sia un certo strato di terreno
superficiale.
Di seguito ne sono illustrati alcuni dei più recenti, tratti dal Mechanical Demining
Equipment Catalogue 2004.
BDM 48 Brusher Deminer
Descrizione generale
(Foto: Mechanical Demining Equipment Catalogue 2004)
Il BDM48 è montato su un escavatore cingolato Case 9040 con blindatura di protezione
per il braccio e per l’operatore. Presenta un sistema di smorzamento che utilizza valvole a
rilascio rapido nel circuito idraulico per proteggere il braccio dai contraccolpi dovuti alle
esplosioni.
Il motore primo ha un’apposita cabina disegnata per resistere all’esplosione di mine
anticarro e proiettili d’artiglieria fino a 105 mm.
La macchina fornisce le seguenti caratteristiche generali di progetto:
• Sicurezza per l’operatore che opera in area già pulita
• Rimuove la vegetazione preparando il terreno per altre operazioni di sminamento
• Elimina la minaccia di fili d’attivazione
• Elimina o riduce la minaccia di mine antiuomo neutralizzando gli ordigni.
26

Metodologia di lavoro
Il Pro Mac BDM 48 Brushcutter Deminer è un sistema a cilindro rotante che rimuove
cespugli e canne di bambù. E’ inoltre in grado di frantumare mine anti-uomo fino a una
profondità di 200 mm. Il raggio d’azione massimo a livello del terreno è di 9 m.
Il tamburo ruota con le sue 23 lame ad una velocità di 2300 giri/min e copre una larghezza
di lavoro di 1220 mm.
(Foto: Mechanical Demining Equipment Catalogue 2004)
Vantaggi:
• L’attrezzo combina il taglio della vegetazione con la capacità di eliminare
puntualmente le mine anti-uomo.
• Penetra attraverso radici e terreno accidentato.
• Lavora intorno agli ostacoli
• Ha la capacità di distruggere tutte le mine fino ad una profondità di 200 mm.
Svantaggi:
• Il BDM 48 non è progettato per la neutralizzazione di mine anti-carro.
• Il sistema completo, con l’escavatore corazzato, pesa 34 tonnellate: per trasporti su
lunghe distanze è necessario un rimorchio.
• La profondità di passata è limitata a 200 mm.
• E’ necessario un operatore di grande esperienza.
• La produttività è limitata dalla necessità di operare da un’area sicura.
27

Digger D-1
Descrizione generale
(Foto: Mechanical Demining Equipment Catalogue 2004)
Il Digger D-1 è un taglia-vegetazione leggero, controllato in remoto, sviluppato dalla ONG
Svizzera Digger DTR (Demining Technologies Research) con esperienza di sminamento in
Croazia e in Cambogia.
Il veicolo consiste in un guscio blindato la cui forma a V aiuta a ridurre i danni causati
dall’esplosione di mine anti-uomo o di ordigni inesplosi.
L’attrezzo di taglio, che può essere sia un flail che un trinciatutto, è applicato nella parte
anteriore del veicolo.
Il sistema è controllato fino ad una distanza di 300 m da un operatore posizionato dietro
uno scudo in linea visiva.
Secondo il costruttore il sistema flail è in grado di neutralizzare mine antiuomo in
superficie. E’ dimostrato inoltre che l’attrezzo di taglio è in grado di rimuovere, se li
incontra, eventuali fili di attivazione.
Nonostante il suo aspetto robusto la macchina non può operare in aree in cui è sospettata la
presenza di mine anticarro.
Metodologia di lavoro
Il rotore sull’unità di taglio opera approssimativamente a 500 giri/min e utilizza 44
scalpelli regolabili per rimuovere vegetazione fitta ed alberi. La massima profondità di
taglio è di 2 cm sopra il livello del terreno.
Per incrementare la profondità di taglio è stata sviluppata, dopo test preliminari in Albania,
un’unità flail. Il rotore opera a 500 giri/min utilizzando 40 catene di 50 cm con martelli di
acciaio indurito alle estremità. La profondità è regolabile manualmente da 5 cm sopra il
livello del terreno a 5 cm sotto il livello del terreno.
Questo concetto di attrezzo multiplo è destinato ad essere applicato alla nuova evoluzione
della macchina. Per il Digger 2 sono stati progettati una pala e vari attrezzi per la riduzione
delle aree minate che conferiranno alla macchina la possibilità di effettuare una grande
varietà di compiti di sminamento.
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Vantaggi:
• La macchina è manovrabile e facile da trasportare.
• Il trasporto può avvenire in un container da 6 metri munito di una piccola officina.
• Capacità superiore alla media di operare su pendenze elevate.
• Disegno leggero e robusto.
• Versatilità di impiego (con gli altri accessori).
Svantaggi:
• Il sistema è progettato per operare in aree dove siano presenti esclusivamente mine
antiuomo.
• Difficoltà ad operare a distanze superiori a 200 m.
Komatsu PC60 Vegetation Cutter
Descrizione generale
(Foto: Mechanical Demining Equipment Catalogue 2004)
Il Komatsu PC 60 Vegetation Cutter combina il taglio della vegetazione con il livellamento
del terreno. La macchina è dotata di una pesante blindatura per la cabina dell’operatore, il
serbatoio del carburante, il serbatoio dell’impianto idraulico e il motore.
Il sistema non è in grado di sopportare l’esplosione di una mina anti-carro; test condotti
utilizzando mine potenti come OZM3 e M18A1 confermano invece la capacità del sistema
di resistere all’esplosione di mine anti-uomo.
A causa del peso complessivo elevato (10.000 kg) la macchina risulta poco pratica per
l’utilizzo in aree mancanti di un’efficiente rete stradale.
Il basso consumo medio di carburante e l’architettura robusta sono pensati per ridurre i
costi operativi della macchina.
29

Metodologia di lavoro
L’unità di taglio della vegetazione taglia arbusti con diametro fino a 100 mm con una
larghezza di lavoro di 1000 mm. Il cilindro rotante dell’unità di taglio è fissato su un
braccio a comando idraulico con raggio d’azione di 6.7 m.
Vantaggi:
• Una rete di spedizioni internazionali fornisce accesso ai pezzi di ricambio
Svantaggi:
• Il peso è elevato.
• Gli spostamenti a medie e grandi distanze sono condizionate dall’efficienza della rete
stradale del territorio
• La macchina non è in grado di resistere a mine anti-carro.
• La capacità di taglio è limitata a tronchi di 100 mm di diametro.
Hydrema M1220 Light Armoured e R1820
Descrizione generale
(Foto: Mechanical Demining Equipment Catalogue 2004)
La macchina Hydrema M1220 Light Armoured è basata su un escavatore commerciale
Hydrema. Il braccio è disponibile nella versione a uno o a due segmenti. Nel ruolo di
escavatore la macchina può essere dotata di tre differenti benne. La cabina dell’operatore è
dotata di blindatura in grado di resistere a esplosioni, frammenti e proiettili fino a 7.62 mm
(NATO). La cabina è montata al telaio tramite una piattaforma in gomma per ridurre i
rumori. La macchina è a 4 ruote motrici permanenti con una marcia in grado di farle
raggiungere una velocità di 30 km/h su strade pavimentate.
La versione Hydrema R 1820 è invece un potente escavatore con capacità fino a 18-20
tonnellate. E’ dotato di configurazione a due bracci per estendere raggio d’azione, altezza e
raggio di rotazione frontale bassa. La macchina può essere equipaggiata con vari tipi di
cingoli a seconda delle caratteristiche del terreno. La cabina è dotata di blindatura in grado
di resistere a frammenti e proiettili di livello C4 in accordo alla normativa DIN 52290.
Una strumentazione computerizzata fornisce all’operatore informazioni come il tempo di
marcia e la programmazione degli interventi manutentivi.
30

Metodologia di lavoro
Il M1220 Light Armoured è usato principalmente per il taglio della vegetazione. Il
decespugliatore ha una larghezza di lavoro di 1000 mm con 18 lame montate su un cilindro
rotante di 100 mm di diametro. Il braccio del Hydrema può portare il decespugliatore da
392 kg fino ad una distanza di 8,5 m. Con la benna scavatrice il braccio può estendere il
suo raggio d’azione fino a 9,4 m. Il M1220 ha un peso di 7.000 kg.
Il R1820 è una macchina multifunzione che può essere usata anche per il taglio della
vegetazione.
Vantaggi e svantaggi non sono resi noti dalla casa produttrice ma è possibile assimilare le
caratteristiche generali dell’Hydrema M1220 Light Armoured e dell’Hydrema R1820 a
quelle del BDM 48 Brusher Deminer e del Komatsu PC 60 Vegetation Cutter per quanto
riguarda la facilità di trasporto e l’impiego da parte di personale specializzato.
2.7 Obiettivo della tesi
L’idea del progetto proposto nell’ambito di questa tesi nasce da una approfondita analisi
dei sistemi di sminamento usati attualmente, prima svolta su dati disponibili in internet da
diverse fonti e poi svolta sul campo durante lo studio eseguito per Eudem2.
Uno dei motivi fondamentali che hanno generato l’interesse a compiere questo studio è
stato il fatto che nonostante siano molte le macchine proposte per sminare, poche siano
quelle davvero utilizzate sul campo.
Nei quattro paesi visitati, nelle 9 organizzazioni intervistate, in genere le macchine
disponibili erano 1 o 2 unità a organizzazione, solo MgM in Namibia ne usava 9.
Le macchine usate dalla Organizzazione Non Governativa (ONG) MgM sono state tutte
prodotte localmente con l’aiuto dell’esperienza dei fondatori dell’organizzazione,
riadattando allo scopo umanitario tecnologie già mature presenti in loco, mentre le
macchine usate dalle altre organizzazioni sono state specificatamente progettate per lo
sminamento in paesi sviluppati e poi trasferite nei paesi affetti da mine.
Molte delle macchine comprate sul mercato dalle organizzazioni visitate, al momento dello
studio erano ferme per manutenzione, aspettando che o i pezzi di ricambio o gli esperti con
le conoscenze necessarie arrivassero dall’estero.
Essendo ristretto il mercato internazionale di macchine per lo sminamento, il costo di una
unità è elevato: una piccola macchina flail disponibile sul mercato costa circa 250.000 €.
L’elevato costo è la prima causa dello scarso utilizzo di macchine nelle organizzazioni che
si occupano di sminamento. Il costo effettivo di queste macchine è poi molto maggiore del
costo di acquisto perché include anche i pezzi di ricambio, la loro spedizione in loco e tutta
la logistica necessaria per far arrivare le macchine sul luogo di lavoro. Questo è uno dei
fattori critici perché le macchine sono in genere molto grosse e pesanti e non sono adatte
ad essere trasportate sulle infrastrutture dei paesi in via di sviluppo, che sono spesso
fatiscenti e incomplete.
31

La tesi si inserisce all’interno di un progetto in corso al Laboratorio di Progettazione
Meccanica Applicata alla Robotica (PMARlab) dell’Università di Genova, dal 2005.
Lo scopo principale del progetto è quello di riuscire a realizzare una macchina utile agli
sminatori, funzionante sul campo in 3 anni, specificatamente progettata per operare nella
regione Vanni dello Sri Lanka.
Essendo la comunità internazionale molto chiusa e tradizionalmente poco incline alla
sperimentazione di nuove tecniche, forse anche per il fatto che la ricerca finanziata negli
ultimi anni non ha mai prodotto risultati praticamente sfruttabili e la tecnica principale di
sminamento è ancora quella manuale, grande importanza è stata attribuita a proporre
qualcosa di attraente e credibile, anche se non propriamente di alto livello di ricerca.
Quindi il target del progetto è stato definito come quello di sviluppare una macchina
piccola capace di tagliare la vegetazione e lavorare il terreno portando le mine antiuomo in
superficie. La macchina dovrebbe preparare il terreno allo sminatore in modo da
velocizzare l’attività di sminamento complessiva: l’operatore ha il compito di controllare il
terreno processato dalla macchina e neutralizzare le mine esposte dalla macchina.
Insieme, più macchine dello stesso tipo possono essere anche impiegate in fase di verifica
della pulizia di un campo minato.
Per la progettazione della macchina è stato scelto un approccio di tipo modulare, top down.
A partire dalle esigenze raccolte direttamente dagli utilizzatori, gli sminatori della ONG
Norwegian People’s Aid (NPA) con cui abbiamo stretto un rapporto di collaborazione, è
stato definito il compito che la nuova macchina dovrà assolvere e sono stati concepiti i
moduli meccanici capaci di eseguire il compito.
La macchina avrà struttura modulare in quanto a fianco dell’unità motrice saranno
sviluppati 2 end-effector integrabili tra loro, uno dedicato al taglio della vegetazione e
l’altro alla lavorazione del terreno e alla rimozione delle mine.
Il progetto riguarda quindi la progettazione meccanica di tre moduli:
• l’unità motrice
• il modulo per tagliare la vegetazione
• il modulo per processare il terreno
Inoltre il progetto prevede lo sviluppo del controllo della macchina che dovrà essere
eseguito remotamente.
La macchina deve presentare le seguenti caratteristiche:
• Velocità di sminamento superiore a 0.0037 m/s
• Peso minore di 2000 kg (massimo peso supportato dai veicoli usati generalmente per il
trasporto di materiale dal campo di accantonamento al campo minato di lavoro)
• Dimensioni contenute, minori di 5m x 1,8m (dimensioni del pianale dei veicoli usati
generalmente per il trasporto di materiale dal campo di accantonamento al campo
minato di lavoro)
32

• Capacità di rimuovere gli ordigni presenti nell’area di impiego alla profondità di 15
cm, fissata dalle organizzazioni non governative operanti in loco.
• Capacità di rimuovere la vegetazione delle zone per la quale è progettata.
• Presenza di adeguata protezione per l’operatore.
E’ inoltre auspicabile che risponda per quanto possibile alle seguenti caratteristiche:
• Costo contenuto.
• Facilità di utilizzo.
• Semplicità concettuale.
• Semplicità costruttiva.
• Facilità di manutenzione ordinaria e straordinaria.
• Robustezza costruttiva.
• Flessibilità di utilizzo anche al di fuori di processi prettamente rivolti allo sminamento.
L’obiettivo specifico del presente lavoro è quello di fornire a detto robot un sistema di
taglio della vegetazione che sia in grado di soddisfare i requisiti richiesti.
Nello specifico il modulo di taglio della vegetazione in questione deve presentare le
seguenti caratteristiche:
• Capacità di taglio della vegetazione della regione di Vanni in Sri Lanka, cui il robot è
destinato.
• Rispetto delle specifiche richieste al taglio per quanto riguarda la preservazione delle
specie di vegetazione protette.
• Robustezza
• Facilità di intervento nel caso di manutenzione ordinaria e straordinaria
• Costo ridotto.
33

3.1 Considerazioni preliminari
3 Analisi preliminari
Lo Sri Lanka è un paese in via di sviluppo che basa, al momento, gran parte della sua
economia sull’agricoltura. La maggioranza della popolazione vive nelle zone rurali.
Le popolazioni delle regioni rurali vivono quasi esclusivamente di agricoltura e spesso
provvedono autonomamente al proprio fabbisogno.
E’ necessario quindi liberare dalle mine nuovi spazi al fine di renderli fruibili per
l’agricoltura. E’ inoltre necessario che i mezzi di sminamento siano quanto più economici
possibile.
L’obiettivo del lavoro è dunque quello di progettare una macchina multi-funzione in grado
non solo di aiutare gli sminatori nelle operazioni di rimozione di mine e UXO, ma anche di
assolvere ad altre funzioni di uso comune nell’agricoltura.
Dopo un attento esame delle strade e dei mezzi di trasporto nella regione si è notato come
la funzionalità dei trasporti interni, che avvengono principalmente su gomma, sia limitata
essenzialmente dalle condizioni della rete stradale.
Le strade nella regione sono trafficate. Il manto stradale è in condizioni precarie e spesso
sterrato. Le carreggiate sono strette e rendono poco agevole il passaggio di mezzi di grandi
dimensioni.
La macchina dovrà pertanto essere compatta e facile da trasportare.
Il trasporto dovrà essere possibile anche con mezzi di ridotte dimensioni quali furgoni o
pick-up o carrelli trainati.
3.2 Requisiti della macchina
L’obiettivo del progetto in corso al PMARlab è quello di progettare una macchina che
possa assolvere al processo di sminamento e che possa essere convertita, a lavoro ultimato,
in una macchina agricola.
Il lavoro si è quindi orientato verso la realizzazione di un end-effector modulare, da
applicarsi ad una comune macchina agricola che risponda a requisiti di economicità e
versatilità nelle coltivazioni della regione.
Sono state attentamente vagliate le richieste specifiche degli operatori sul campo. E’ stato
operato un lungo lavoro preliminare di raccolta dati svolto nella regione.
34

Tale lavoro è consistito nell’intervistare il personale civile e militare appartenente alle
organizzazioni che si occupano dello sminamento della regione. I dati raccolti sono stati
quindi analizzati approfonditamente al fine di ottener le principali specifiche di progetto.
Gli operatori intervistati hanno espresso il desiderio di avere a disposizione piccole
macchine capaci di aiutarli nei compiti più noiosi e difficili del loro lavoro: il
dissodamento e la lavorazione del terreno ed il taglio della vegetazione.
Ci si è quindi orientati allo sviluppo di un end-effector costituito da due moduli integrabili
far loro: uno per il taglio della vegetazione ed uno per processare il terreno. L’end- effector
sarà applicato su una piccola macchina agricola disponibile in loco.
Nella progettazione particolare attenzione sarà dedicata al contenimento dei costi
massimizzando il numero di pezzi commerciali di larga diffusione che risultano
decisamente più economici e di più semplice reperimento rispetto a pezzi costruiti ad hoc;
si cercherà inoltre di rendere quanto più facile possibile la manutenzione del mezzo.
La macchina dovrà prestarsi a riparazioni in loco per ridurre le interruzioni nel processo di
sminamento e per evitare il trasporto verso l’officina meccanica più vicina.
La macchina dovrà infine essere riconvertibile nel suo uso agricolo il più facilmente
possibile; sarà necessario dunque minimizzare costi e tempi di lavoro per procedere a tale
operazione. Questo obiettivo è raggiungibile operando sulla macchina di base il minor
numero possibile di alterazioni.
Sarà inoltre necessario minimizzare l’impiego di componenti ad alto contenuto tecnologico
in quanto questi dovranno essere smontati prima di procedere alle lavorazioni agricole,
lunghe e gravose, per le quali non sono necessari.
3.3 Scelta di massima della macchina e sue caratteristiche
E’ stato deciso di utilizzare come macchina agricola di base un motocoltivatore cui venga
applicato un end-effector composto da due moduli principali: un sistema di taglio della
vegetazione e un sistema di estrazione delle mine dal terreno.
La scelta del motocoltivatore soddisfa le caratteristiche richieste e precedentemente
elencate ma presenta tuttavia alcuni aspetti delicati quali la potenza e la motricità.
Il presente lavoro è indirizzato esclusivamente alla progettazione del modulo di taglio della
vegetazione senza tuttavia poter prescindere dai problemi di interfaccia con il resto della
macchina e dalla potenza assorbita al sistema complessivo.
La scelta dell’architettura del sistema di taglio è quindi vincolata non solo al completo
assolvimento delle proprie funzioni ma anche a considerazioni di tipo energetico che
devono ridurre quanto più possibile la potenza totale assorbita alla macchina.
35

3.4 Tipologia del territorio e requisiti di taglio
Il territorio della regione è pianeggiante. Il terreno è argilloso e compatto con forti
presenze ferrose che rendono impossibile l’utilizzo del metal detector per rilevare la
presenza di ordigni interrati. Non sono presenti rocce di dimensioni apprezzabili.
La vegetazione è composta quasi esclusivamente da erba:
o arbusti legnosi di diametro inferiore ai 3 mm:
36

Unica eccezione è la presenza di palme le cui dimensioni possono variare dai piccoli
cespugli di piante ancora giovani ad alberi di grandi dimensioni con fusti dritti e sottili di
decine di metri.
La presenza di pietre è ridotta: si tratta principalmente di blocchetti compatti di terra
argillosa e di pietre di piccole dimensioni.
Il taglio della vegetazione deve garantire la rimozione delle sole foglie e non del fusto delle
palme. La legislatura dello Sri Lanka salvaguarda infatti tutte le palme, indipendentemente
dall’età e dalle dimensioni, impedendone l’abbattimento e il danneggiamento.
La pianta risulta infatti essere una delle principali fonti di reddito per la popolazione che ne
utilizza i frutti e le foglie.L’unica operazione di taglio ammessa dalla legislazione vigente è
il taglio delle foglie vicino al fusto. Tale operazione al momento avviene esclusivamente a
mano: gli operatori procedono con una sega a al taglio delle foglie, una ad una. Tale
operazione avviene fino ad un’altezza considerata sufficiente per procedere al lavoro.
37

Bisogna infine considerare la presenza, seppur rara, di ordigni a frammentazione.
I fili di attivazione sono costituiti di plastica trasparente con un diametro inferiore al
millimetro; tipicamente viene utilizzato del comune filo da pesca.
Il sistema di taglio della vegetazione deve quindi essere in grado di tagliare:
• erba
• arbusti (di diametro inferiore a 3 mm)
• foglie di palma
• fili di attivazione di ordigni a frammentazione.
Il taglio dell’erba è atto ad eliminare la vegetazione a terra nella quale potrebbe impigliarsi
la macchina causando inceppamenti. La rimozione non è necessaria in quanto, una volta
tagliata e adagiata sul terreno, l’erba non costituisce più un problema.
Gli arbusti, una volta tagliati, possono essere spostati mediante un’opportuna carenatura
del taglia-vegetazione.
Il taglio delle foglie di palma deve consentire il passaggio senza intoppi della macchina in
tutta la sua altezza. Anche in questo caso non è necessario rimuovere le foglie asportate ma
è sufficiente spostarle dalla traiettoria in modo tale che non vadano ad impigliarsi nel
sistema si sminamento vero e proprio o in altre parti della macchina.
Il taglio del filo a frammentazione non richiede forza apprezzabile ma è assolutamente
necessario che avvenga in modo netto e preciso. Il taglio deve inoltre avvenire sul limite
estremo della larghezza della macchina in modo tale che il filo, adagiandosi sul terreno,
non rischi di impigliarsi nelle parti immediatamente posteriori al taglia-vegetazione.
3.5 Requisiti tecnici
Valgono le considerazioni generali relative alla scelta della macchina complessiva.
Il modulo di taglio deve possedere alcune caratteristiche fondamentali.
3.5.1 Basso costo
E’ necessario evitare per quanto possibile l’utilizzo di materiali pregiati o, comunque,
costosi.
I componenti dovranno avere forme semplici, tali da minimizzare i tempi di lavorazione e,
quindi il costo.
Le tolleranze di lavorazione devono essere le più ampie possibili compatibilmente con il
corretto funzionamento della macchina.
Il numero dei diversi componenti dovrà essere il minimo e il più unificato possibile (tutti i
coltelli uguali, pochi tipi di viti etc.) al fine di contenere il numero totale delle lavorazioni e
i volumi di spedizione dei pezzi di ricambio.
38

3.5.2 Robustezza
I materiali impiegati devono essere robusti, compatibilmente con le limitazioni sui costi
degli stessi.
Ogni parte dovrà essere opportunamente sovradimensionata compatibilmente con le
esigenze funzionali e cercando comunque di limitare il peso della macchina essendo essa
destinata a lavorare a sbalzo.
3.5.3 Minima manutenzione
La lubrificazione delle parti mobili dovrà essere per quanto possibile ridotta o, addirittura,
assente.
La scelta dei materiali dovrà essere tale da minimizzare le usure delle parti.
Le finiture superficiali e le vernici dovranno essere tali da prevenire il più possibile la
formazione di ruggine o incrostazioni.
3.5.4 Facilità di montaggio e smontaggio
Il montaggio e lo smontaggio della macchina dovranno essere i più agevoli possibili in
modo tale da poter avvenire in tempi brevi e senza l’ausilio di utensili particolari.
Ogni parte dovrà essere, per quanto possibile, accessibile da parte dell’operatore.
L’obiettivo ultimo è quello di creare una macchina di semplicità tale da poter essere
interamente smontata e rimontata con un'unica, apposita, chiave.
3.5.5 Facilità di riparazione
Il funzionamento della macchina deve essere per quanto possibile semplice in modo da
consentire la riparazione anche a personale non qualificato.
I pezzi dovranno essere per quanto possibile unificati (coltelli uguali etc.) in modo tale da
poter provvedere con pochi componenti di ricambio ad un numero elevato di sostituzioni.
I materiali dovranno essere facili da saldare o da incollare nel caso si rendano necessarie
riparazioni “di fortuna”.
3.5.6 Modularità
La macchina deve essere composta, se possibile, da moduli integrabili tra loro.
Nello specifico è auspicabile che si abbiano due diversi moduli dedicati al taglio dell’erba
e al taglio delle foglie di palma e dei fili di attivazione; ciò renderebbe possibile, in caso di
prati aperti in cui si abbia la certezza dell’assenza di ordigni a frammentazione, di operare
con il solo modulo per l’erba riducendo così la potenza assorbita e l’usura dei moduli
inutilizzati.
39

3.6 Stato dell’arte
Volendo contenere il più possibile i costi ed in mancanza di dati sperimentali
sufficientemente precisi riguardanti le caratteristiche strutturali della vegetazione nella
regione, si è deciso di esaminare le soluzioni disponibili in commercio per apportarvi
quindi le dovute modifiche in una fase successiva.
3.6.1 Decespugliatori
Il motore mette in rotazione un asse alla cui estremità è fissato un filo di plastica o dei
coltelli di metallo. Questi ruotano su un piano orizzontale, parallelo al terreno, tagliando di
netto i fili d’erba o gli arbusti di piccole dimensioni. La velocità di rotazione è elevata per
garantire un taglio netto e deciso; nel caso che venga utilizzato il filo di plastica come
tagliente, la velocità provvede anche, attraverso la forza centrifuga generata, a mantenere
teso il filo.
Asse
verticale
I decespugliatori vengono utilizzati per piccole porzioni di terreno e sono di solito
trasportati dall’operatore tramite una cinghia a tracolla.
Nel caso venga utilizzato il filo flessibile, i decespugliatori presentano il vantaggio di poter
operare vicino ad ostacoli resistenti come muri o pietre di grandi dimensioni in quanto il
filo, a contatto con essi, si piega facilmente senza trasmettere all’asse contraccolpi
pericolosi.
40

Questo permette di pulire anche gli angoli più nascosti e consente una precisione che
nessun altro sistema possiede. Per contro il filo si rompe facilmente e deve essere sostituito
frequentemente.
La dimensione degli arbusti che è possibile tagliare è inoltre molto ridotta. Anche la
larghezza della passata è ridotta e non supera i 30 cm.
La potenza assorbita e di circa 1 kW e il prezzo è intorno ai 350 €.
3.6.2 Rasaerba
Il principio costruttivo prevede uno o due coltelli affiancati posti in rotazione intorno ad un
asse verticale. Il principio di funzionamento è uguale a quello del decespugliatore.
Asse
verticale
Asse
verticale
I rasaerba vengono utilizzati per il taglio di erba tenera su prati all’inglese di medie
dimensioni.
Il sistema è tipicamente posizionato sotto la macchina che viene spinta dall’operatore
41

I coltelli o il filo si trovano in posizione mediana tra gli assi delle ruote: il sistema, nella
sua normale architettura risulta quindi inutilizzabile sui campi minati. La sua eventuale
applicazione è vincolata pertanto a pesanti modifiche che gli permettano di lavorare a
sbalzo anteriormente alla macchina.
Esistono in commercio numerosi modelli.
La potenza minima richiesta da questo tipo di macchine si aggira intorno ai 3 kW. La
larghezza di taglio è di circa 50 cm e il prezzo è nell’ordine dei 300 €.
3.6.3 Trinciaerba o trinciatutto
Si tratta di un sistema di diversa concezione rispetto ai precedenti. In questo caso si ha un
asse orizzontale cui sono fissati per tutta la lunghezza dei coltelli di forma particolare. Tali
coltelli sono fissati all’asse mediante anelli metallici che li lasciano quindi liberi di
muoversi. Quando l’asse viene messo in moto la forza centrifuga distende i coltelli che
vanno quindi a colpire la vegetazione.
Asse
orizzontale
In questo caso si sostituisce alla forma classica dei coltelli una forma più complessa, ad
esempio a Y; questi coltelli si comportano come dei veri e propri martelli colpendo la
vegetazione ad alta velocità. Inoltre il loro peso è elevato in modo da sfruttare la grande
inerzia negli urti con arbusti più coriacei.
Il tipo di vincolo tra lame e asse le lascia libere di arrestare la loro rotazione nel caso
vengano colpite pietre o altri ostacoli duri
42

Invece di essere tagliata la vegetazione viene completamente sminuzzata e può essere
abbandonata sul posto eliminando quindi l’eventuale problema di smaltimento.
Nella forma più semplice la macchina viene spinta a mano dall’operatore e presenta
caratteristiche di ingombro simili ad un rasaerba con una larghezza di passata nell’ordine
di 50 cm.
Al contrario delle macchine precedenti, il trinciaerba è in grado di tagliare anche cespugli
legnosi e stocchi di piccole dimensioni ma richiede d’altra parte una potenza maggiore,
circa 5 kW ed ha un prezzo molto più elevato: circa 2300 €.
L’attrezzo, simile nel concetto ma profondamente diverso nelle dimensioni e nel livello di
evoluzione, può anche essere montato su trattori di tutte dimensioni, posteriormente, per
piccole macchine, o su un braccio comandato idraulicamente per macchine di dimensioni
più grandi.
Quest’ultimo sistema consente di operare anche in zone difficili da raggiungere come i
fossi o i pendii scoscesi a lato delle strade.
In questo caso i prezzi salgono ad un ordine di grandezza differente e le potenze in gioco, a
partire da 20 kW circa rendono la soluzione del tutto inattuabile.
43

3.6.4 Barre falcianti
La barra falciante consiste in due schiere dritte di denti piatti in grado di traslare l’una
rispetto all’altra in moto alternato con un funzionamento analogo a quello di una forbice.
Piano orizzontale
Questo sistema è in grado di tagliare sia la normale erba sia arbusti di piccole dimensioni.
Rispetto alle soluzioni precedenti, si ha in questo caso una maggiore modularità: la barra
può essere infatti applicata anteriormente ad un normale motocoltivatore come accessorio e
non necessita di una macchina costruita ad hoc.
Il meccanismo risulta inoltre semplice dal punto di vista costruttivo. Ciò favorisce la
manutenzione e conferisce una grande flessibilità poiché la lunghezza e il montaggio
possono essere variati semplicemente sostituendo i due telai che supportano le due schiere
di denti.
La potenza mediamente richiesta da una barra falciante è di circa 4 kW per una lunghezza
di circa 120 cm. Il prezzo del solo attrezzo è di circa 500 € comprensivo della barra e del
telaio con la trasmissione da attaccare alla macchina.
44

3.7 Architetture esaminate
Prima di procedere alla scelta definitiva di un’architettura per il taglia-vegetazione in
oggetto, si è preferito impostare una soluzione costruttiva per ciascuno dei tre principali
sistemi di taglio esaminati.
Attraverso l’utilizzo del modellatore solido si sono pertanto immaginate tre architetture
possibili che, sebbene solamente impostate, hanno fornito utili informazioni per la scelta
progettuale definitiva.
Di seguito sono brevemente riportate le figure dei modelli solidi costruiti e le
considerazioni effettuate.
3.7.1 Soluzione 1
La prima soluzione presa in considerazione è stata quella di procedere al taglio mediante
fili controrotanti come nel decespugliatore o mediante coltelli come per il rasaerba.
La figura si riferisce solamente al taglio orizzontale ma il telaio è progettato per accogliere
facilmente i due moduli per il taglio verticale delle foglie di palma.
Si noti come il filo o i coltelli ruotino intorno alla copia di assi Ac; per evitare la presenza
di zone morte si adotta una piccola sovrapposizione, di qui la necessità di avere gli assi
controrotanti.
Ac
Ac
45

Questa soluzione presenta i seguenti vantaggi e svantaggi:
Vantaggi:
• La potenza assorbita è ridotta
• La macchina tende a triturare la vegetazione favorendone lo smaltimento
• Nel caso di filo, questo non si rompe a contatto con pietre anche grosse e piantate nel
terreno
• Nel caso di coltelli, questi non devono essere sostituiti frequentemente ma è sufficiente
un’affilatura periodica.
Svantaggi:
• La cinematica della macchina è più complessa nella distribuzione dei moti rispetto ad
altre soluzioni.
• La macchina deve essere costruita “ad hoc”
• I moduli per il taglio verticale devono essere costruiti “ad hoc”.
• Nel caso di filo, la sua sostituzione può essere problematica e non può avvenire
frequentemente: sarebbe meglio che non fosse necessaria per almeno tutta la giornata
• Nel caso di coltelli, questi possono rompersi al contatto con pietre grosse o
parzialmente interrate.
3.7.2 Soluzione 2
Questa soluzione prevede di trasmettere il moto ad un asse orizzontale Ac provvisto di
coltelli o catene che triturano erba ed arbusti al loro passaggio, come nel caso del
trinciaerba.
Ac
46

Questa soluzione presenta i seguenti vantaggi e svantaggi:
Vantaggi
• La cinematica è semplice
• La macchina è robusta
• La macchina può essere utilizzata in una grande varietà di scenari perché può
distruggere arbusti anche grossi
• La vegetazione viene completamente triturata eliminando del tutto il problema dello
smaltimento
Svantaggi:
• La potenza richiesta è molto elevata.
• La macchina deve essere costruita “ad hoc” e l’impiego di parti in commercio è
limitato.
• Il peso è elevato
3.7.3 Soluzione 3
Questa soluzione prevede di utilizzare una barra falciante per il taglio orizzontale e due
barre falcianti per il taglio verticale con assemblaggio modulare.
47

In questo caso si dispongono tre barre falcianti come in figura: una orizzontale e due
verticali che provvedano al taglio dell’erba e delle foglie di palma rispettivamente.
Le lunghezze delle barre possono variare a seconda delle esigenze e degli ingombri della
macchina.
Questa soluzione presenta i seguenti vantaggi e svantaggi:
Vantaggi
• Ottima modularità
• Ridotte potenze assorbite.
• E’ in grado di tranciare nettamente i fili di attivazione delle mine a frammentazione
senza provocarne l’esplosione
• Va bene anche per vegetazione resistente
• Si può usare anche nel taglio verticale per le foglie di palma
• Taglia in modo netto
Svantaggi
• Rottura dei denti nel caso di impatto con pietre di medio/grosse dimensioni o interrate.
• Cinematica più complicata per ottenere il moto alternativo.
3.8 Scelta dell’architettura e del sistema di taglio
Alla luce delle considerazioni sopra esposte è stata deciso di adottare la barra falciante
come sistema di taglio.
Infatti, uno dei requisiti più importanti nella scelta del sistema di taglio è che esso assorba
la minima potenza possibile in quanto la macchina di partenza, il motocoltivatore, dispone
di un motore di potenza ridotta (10 kW) che va quindi impiegata con la massima
oculatezza.
Inoltre, il sistema a barra falciante è l’unico in grado di assicurare un taglio netto e preciso
dei fili di attivazione delle mine a frammentazione.
Al contrario di tutti gli altri sistemi, infatti, la barra falciante è costituita da due lame in
movimento relativo contrario. Il filo non subisce pertanto spostamenti nel piano ortogonale
alla sua direzione e non vengono quindi esercitate forze di trazione tali da attivare
l’ordigno.
Un’altra importante considerazione nasce dalla grande modularità del sistema che permette
di avere barre falcianti di diverse lunghezze semplicemente variando il telaio e il numero di
denti.
La barra falciante è infine costituita da poche varietà di componenti in numero elevato (i
denti e i loro fissaggi) e risponde quindi alle esigenze economiche e di manutenzione
prefissate.
48

4.1 Scelta della barra falciante
4 La barra falciante
Una volta operata la scelta di utilizzare la barra falciante come sistema di base si è resa
necessaria un’accurata indagine per selezionare, tra i tanti in commercio, il modello che
meglio soddisfacesse alle esigenze del progetto, principalmente per quanto riguardava la
robustezza e la semplicità costruttiva.
Si sono pertanto valutate le opzioni a disposizione avvalendosi della collaborazione di
esperti del settore che hanno messo a disposizione la loro esperienza e le loro competenze.
E’ stato inoltre deciso di preferire aziende medio - grandi in grado di garantire un adeguato
servizio di assistenza. Sono state quindi selezionate alcune aziende produttrici di barre
falcianti e sono stati contattati i rispettivi uffici tecnici per proporre una collaborazione.
Per la competenza e la disponibilità dimostrate è infine stata scelta la Grillo S.p.A. di
Cesena che, nella persona dell’Ing. Andrea Pinza, ha cortesemente offerto le sue
competenze e i suoi consigli. La Grillo S.p.A. ha inoltre messo a disposizione del progetto
una sua barra falciante Mulching da 650 mm con trasmissione ad eccentrico della quale
sono state analizzate le caratteristiche tecniche e della quale è stato elaborato un modello
solido con il software Pro Engineer.
Per il taglio verticali sono state invece scelte due barre falcianti dello stesso modello ma di
lunghezza 1050 mm. Tali barre falcianti risultano assolutamente identiche in ogni pezzo
alle barre da 650 mm e differiscono solamente per la presenza di quattro registri premilama
anziché due e per i due telai, fisso e traslante.
4.2 Descrizione della barra falciante
La barra falciante Mulching da 650 mm con trasmissione ad eccentrico ha una larghezza di
650 mm con due schiere di 13 denti che traslano in moto relativo tra loro.
49

Una schiera di denti, posizionata in basso, è fissa. Su questa, scorre un’altra schiera di
denti mobile:
La schiera di denti traslante è movimentata da un eccentrico che trasmette il movimento ai
denti mediante una guida solidale con l’elemento traslante:
La barra falciante è inoltre provvista di appositi registri che regolano la pressione esercitata
dai denti mobili sulla superficie dei denti fissi. Questo impedisce che si formino giochi tra
le due schiere e che l’erba si infili di conseguenza in questi spazi:
50

La barra falciante è infine provvista di slitte che le consentono di non impuntarsi in
eventuali ostacoli presenti sul terreno:
Tutte le componenti sono in acciaio: questo permette, in caso di rottura, di provvedere ad
una riparazione di fortuna mediante saldatura.
4.3 Cinematica della barra falciante
Si veda adesso la legge di moto con cui l’eccentrico trasmette il movimento all’elemento
mobile della barra falciante.
L’eccentrico viene messo in rotazione da un albero di trasmissione direttamente collegato
alla presa di forza del motocoltivatore.
Il perno dell’eccentrico è impegnato nella guida solidale all’elemento mobile e scorre al
suo interno.
La posizione e la velocità dell’elemento mobile e della guida corrispondono alla posizione
e alla velocità del perno proiettata nel piano sul quale si muove l’elemento mobile.
Dal numero di giri della presa di forza si ricava la velocità V dell’elemento mobile della
barra falciante.
P
R
a
x
51

La posizione dell’elemento mobile è:
e la sua velocità è:
x= R⋅ cosα
[m] (4.1)
dx dα
V = =−R⋅sinα ⋅ =−R⋅ω⋅ sinα
[m/s]
dt dt
(4.2)
In considerazione delle caratteristiche del fenomeno è logico comunque considerare il
modulo della velocità prescindendo dalla sua direzione.
La velocità ω in rad/s si ottiene facilmente da quella ωgm in giri/min:
2π 2π
ω = ⋅ ωgm
= ⋅ 900 = 94.24 [rad/s]
60 60
e la velocità dell’elemento mobile risulta pertanto:
(4.3)
V = R⋅ω⋅ sinα = 0.03⋅94.24⋅ sinα
[m/s] (4.4)
Per fornire una prestazione ottimale in termini di efficacia nella rimozione della
vegetazione la barra falciante Mulching 650 deve poter assicurare un numero minimo di
battute Bm per metro di avanzamento del motocoltivatore.
Si calcoli a questo punto il valore di Bm nel caso in cui la barra venga utilizzata in
abbinamento con un motocoltivatore Grillo, per cui è costruita.
Si calcolano innanzitutto le battute di taglio Bt nell’unità di tempo.
Considerato che ad ogni giro corrispondono due battute, una di andata ed una di ritorno, si
avrà:
B 2 ⋅ ω = 2 ⋅ 900 = 1800 [battute/min] = 30 [battute/s] (4.5)
t
= gm
Si può quindi calcolare il numero minimo di battute per metro di avanzamento Bm sapendo
che il motocoltivatore ha una velocità massima Va = 3 km/h; rimanendo costante la
velocità dell’elemento mobile, infatti, il numero minimo di battute per metro si ha quando
la velocità del motocoltivatore è massima.
Considerando la velocità massima del motocoltivatore espressa in secondi, Vas = 0.8 m/s, si
ha:
B
m
Bt
30
= ⋅= = 37.5 [battute/m]
V 0.8
as
(4.6)
Il robot ha tuttavia una velocità molto minore di Vas (0.1 m/s) e questo assicura un numero
di battute per metro decisamente più elevato e, di conseguenza, un lavoro più efficace.
52

4.4 Dinamica della barra falciante
Prima di procedere alla scelta di un azionamento adeguato è necessario procedere ad
un’analisi di massima delle forze in gioco.
Le considerazioni seguenti sono di carattere esclusivamente qualitativo in quanto non è
stato possibile acquisire informazioni quantitative a causa della mancanza di dati sulle
caratteristiche della vegetazione nella regione.
Per simulare le condizioni di taglio, nella condizione peggiore rappresentata dal taglio
delle foglie di palma, si sono effettuate delle prove dinamiche sulla barra falciante al fine
di capire innanzitutto se il fissaggio dei denti avesse la resistenza sufficiente per resistere
all’urto del dente contro una foglia di palma e quindi per capire se la coppia disponibile
alla presa di forza fosse sufficiente a fornire la forza di taglio necessaria.
Per condurre le prove si sono scelte foglie di palma con dimensioni simili a quelle delle
foglie presenti nella regione di impiego del robot; tali valutazioni sono state possibili
attraverso l’osservazione del gran numero di fotografie disponibili.
Si è supposto quindi che le caratteristiche del materiale fossero uguali e si è proceduto alla
prima prova.
Tale prova è consistita nel colpire l’elemento traslante con un martello dopo aver
posizionato una foglia di palma nella zona di taglio; in questo modo ci si è assicurati che il
fissaggio dei denti fosse sufficientemente resistente per non rompersi nell’impatto di questi
con le foglie di palma
Si è quindi proceduto al taglio di alcune foglie di palma con il motocoltivatore in moto; per
la prova è stato utilizzato un motocoltivatore da 7 kW.
Dalle analisi sperimentali condotte si è quindi potuto operare le seguenti considerazioni:
• Barra falciante orizzontale: è chiamata ad eseguire un compito poco gravoso rispetto
alle condizioni peggiori per le quali è stata progettata. La
barra falciante prescelta in accoppiamento con un
motocoltivatore delle caratteristiche richieste è in grado di
tagliare arbusti di spessori fino a 3 mm, come richiesto
dalle specifiche progettuali. Sovraccaricando di arbusti la
barra falciante ed osservando come questo non abbia
comunque portato al bloccaggio dell’elemento mobile, si è
potuto ragionevolmente ipotizzare che la forza richiesta dal
taglio della vegetazione a terra assorba meno di un terzo
della forza totale a disposizione.
• Barra falciante verticale: con procedura analoga alla precedente ed utilizzando tre
foglie di palma al posto degli arbusti, si è arrivato a supporre
che la forza richiesta alla macchina per il taglio di una singola
foglia di palma è inferiore ad un terzo della forza totale
disponibile.
53

Si può inoltre ragionevolmente supporre che:
• Ogni barra falciante verticale tagli una sola foglia di palma alla volta: la possibilità che
due foglie impegnino i denti nello stesso istante è infatti statisticamente tanto remota da
poter essere trascurata. Nel caso comunque che questo avvenga, si verificherà al più
uno spegnimento della macchina o uno slittamento del giunto limitatore di coppia che
verrà montato sull’albero che trasmette il moto dalla presa di forza all’eccentrico.
• Non si verifichi mai il caso che entrambe le barre falcianti verticali si trovino
impegnate nello stesso istante; anche questa evenienza è infatti piuttosto remota e, nel
caso si verificasse, si avrebbero gli stessi effetti del caso precedente.
Da queste considerazioni consegue che la coppia disponibile all’eccentrico è sufficiente a
movimentare tutte e tre le barre falcianti prese singolarmente senza impuntamenti e senza
che si determinino spegnimenti del motore.
4.5 Denti
I denti sono seghettati in modo tale da trattenere arbusti e fili d’erba. Nel nostro caso,
questo facilita anche il taglio dei tripwires che altrimenti tenderebbero a scivolare lungo il
filo dei denti.
Si veda lo schema delle forze in gioco:
V
a
Fa
Fat
F
a
Fn
Ft
54

La forza di taglio dà origine ad una forza tangenziale Ft:
Ft = F ⋅sin(
α)
(4.7)
che tende ad allontanare il filo d’erba o il tripwire dalla zona di taglio.
A questa forza si oppone la componente tangenziale Fat della forza di avanzamento Fa:
F F ⋅cos(α)
(4.8)
at
= a
determinata dall’avanzamento della macchina. Tale forza dipende dalla rigidezza del filo
d’erba ed è difficilmente quantificabile ma è sicuramente diversi ordini di grandezza
minore di Ft e può essere trascurata.
Per contrastare la forza Ft e mantenere fermi i fili d’erba o i tripwire durante il taglio si
sono provvisti i denti fissi di un profilo seghettato come in figura.
Si veda lo schema di taglio di un filo di attivazione:
Tripwire
Il filo, sottilissimo, viene imprigionato dalla seghettatura dei denti fissi; risulta quindi
impedita la traslazione nel piano di taglio e, di conseguenza, non si hanno trazioni
longitudinali.
In molte delle barre falcianti in commercio anche i denti traslanti sono dotati di una
seghettatura di piccole dimensioni. In questo caso si ha però il problema che, quando i
denti vengono affilati, la seghettatura si perde progressivamente.
Considerato lo scarso vantaggio che deriva dalla seghettatura dei denti traslanti e tenendo
conto che, per le condizioni di impiego e la situazione economica del paese, i denti delle
barre falcianti saranno sottoposti verosimilmente a molti cicli di affilatura, prima di venire
sostituiti, si è deciso di adottare denti traslanti a profilo liscio.
55

4.6 Modellizzazione della barra falciante
Per la progettazione del sistema è stato deciso di utilizzare il software di modellazione
solida Pro Engineer. Il software è in grado sia di creare un modello matematico dei vari
componenti al fine di verificare ingombri, dimensioni e soluzioni di montaggio sia di fare
un’analisi statica dei pezzi e degli assemblaggi, grazie ad un modulo di calcolo ad elementi
finiti.
Tale funzionalità si è resa particolarmente utile nella progettazione del telaio della
macchina consentendo un’analisi sia qualitativa che quantitativa delle sue sollecitazioni e
delle sue deformazioni. Inoltre sono risultati notevolmente facilitati la progettazione delle
soluzioni di montaggio dei vari componenti e il calcolo dei pesi delle varie parti.
Al fine di procedere alla progettazione vera e propria è stato necessario creare un modello
solido di ogni parte della barra falciante da 650 mm che è poi stata assemblata
virtualmente.
Con Pro Engineer è quindi stato creato il modello solido della barra falciante da 1050 mm
con la semplice ripetizione, come avviene anche nella realtà, dei moduli principali
costituiti dai coltelli e dai loro registri.
Di seguito sono riportati, a titolo di esempio, i modelli solidi dei componenti principali
confrontati con le foto dei componenti reali.
Modulo fisso da due denti:
Modulo traslante da due denti:
56

Registro:
Piastra traslante di riscontro del registro:
Slitta:
57

Il modello solido della barra falciante da 650 mm si presenta dunque nel modo seguente:
58

5.1 Considerazioni preliminari
5 Il sistema di attuazione
Il compito del sistema di attuazione è dare movimento agli elementi mobili delle tre barre
falcianti con la legge di moto richiesta.
Come si è visto nell’analisi cinematica della barra falciante, la legge di moto normalmente
utilizzata è di tipo sinusoidale. Tale legge di moto deriva dal tipo di meccanismo utilizzato
per convertire il moto rotatorio in moto alternato.
In generale, ove si debba convertire il moto rotatorio in alternato, l’utilizzo di un eccentrico
che generi una legge di moto sinusoidale è la soluzione più semplice e diffusa ma è
comunque ammissibile che il moto alternato risponda a leggi diverse ove questo risulti
vantaggioso ai fini della realizzazione del sistema.
La scelta tra un moto alternato con legge sinusoidale e moto alternato con legge non
sinusoidale dipende soprattutto dal tipo di attuazione utilizzata.
5.2 Requisiti di base
I requisiti principali del sistema di attuazione, oltre ovviamente alla capacità di generare il
moto correttamente, sono i seguenti
• Robustezza e affidabilità: il sistema di attuazione deve essere robusto in ogni suo
componente e deve essere in grado di assorbire gli urti senza
compromettere la sua funzionalità. La barra orizzontale, in
particolare, può essere soggetta a bruschi impuntamenti
dovuti ai sassi che si possono introdurre tra i denti.
• Basso costo: sia il sistema di attuazione che la sua parte di controllo devono avere un
costo quanto più basso possibile, sia in costo di costruzione, sia in costo di
manutenzione.
• Compattezza e leggerezza: il sistema di taglio della vegetazione è montato a sbalzo sul
motocoltivatore. Il motocoltivatore, per la presenza di un
solo asse di trasmissione a terra del moto, risulta essere di
per sé una macchina in equilibrio instabile. Il peso e le
dimensioni del sistema di taglio della vegetazione dovranno
essere pertanto quanto più contenuti possibile al fine di
minimizzare gli effetti del momento sulla dinamica della
macchina.
59

• Modularità: l’idea fondamentale del progetto è quella di poter riutilizzare la base del
robot, ovvero il motocoltivatore, per applicazioni agricole, una volta che
abbia esaurito il suo compito di sminamento. Il modulo di taglio della
vegetazione deve pertanto poter essere rimosso ed eventualmente
rimontato con facilità e in tempi brevi. La sua posizione rispetto al
motocoltivatore deve inoltre poter essere variata per accogliere i sistemi di
sminamento veri e propri. Le tre barre, infine, dovrebbero poter essere, se
possibile, indipendenti tra loro ed in grado di lavorare ognuna senza la
presenza delle altre.
• Semplicità costruttiva: per consentire la manutenzione del sistema da parte degli
operatori e contenere i costi è necessario che il sistema di
attuazione sia il più possibile semplice. Sono da evitare pertanto
i componenti complessi e difficilmente accessibili da parte degli
addetti alla manutenzione. Si devono evitare inoltre le parti
piccole che richiedono, per essere rimosse e maneggiate, un
ambiente pulito e ordinato come un officina mentre si accordano
invece male con i prati e gli arbusti dei campi minati.
• Resistenza all’ambiente esterno: il sistema deve resistere, oltre che alla polvere e agli
agenti atmosferici tipici dei campi minati in generale,
anche all’elevata temperatura (fino a 40°) e
all’umidità (intorno al 100%) tipiche dello Sri Lanka.
5.3 Attuazione elettrica
Se si prende in considerazione l’ipotesi dell’attuazione elettrica, l’opzione più semplice
risulta quella di utilizzare un motore elettrico munito di eccentrico per convertire il moto
da rotatorio in alternato.
Vantaggi:
• Il sistema è leggero.
• Il sistema è semplice da realizzare dal punto di vista costruttivo.
• Il sistema consente la massima liberà di posizionamento in quanto i motori sono legati
alla macchina esclusivamente dai cablaggi elettrici.
Svantaggi:
• I motori elettrici non sono affidabili nelle condizioni ambientali della zona: l’umidità e
la povere mettono infatti a dura prova tutte le componenti elettriche.
• I motori necessitano di un alternatore collegato al motore a scoppio.
• Il sistema è costoso.
• In caso di impuntamento il motore, bloccato, rischia di bruciarsi.
• In caso di guasti, i motori sono difficili da riparare
60

5.4 Attuazione meccanica
Nel caso di attuazione meccanica è necessario predisporre tre diversi meccanismi ad
eccentrico ed inoltre un sistema di rinvii meccanici che possano trasferire il moto ai tre
eccentrici.
In alternativa è possibile azionare la barra orizzontale mediante eccentrico e quindi
trasferire il moto alternativo alle barre verticali mediante un sistema di leveraggi e
bilancieri.
Vantaggi:
• Entrambi i meccanismi sono semplici da riparare.
• Entrambi i meccanismi hanno buona resistenza alle condizioni ambientali.
Svantaggi:
• Il meccanismo è complicato dal punto di vista sia concettuale che realizzativo.
• La modularità è praticamente nulla.
• Entrambe le soluzioni sono pesanti.
• Le catene cinematiche sono complicate e quindi ingombranti.
• Entrambe le soluzioni risultano costose da realizzare.
5.5 Attuazione pneumatica
L’attuazione pneumatica prevede un impianto ad aria compressa con un cilindro a doppio
effetto per ciascuna delle barre falcianti che provveda al movimento alternato delle barre
falcianti.
A supporto dei cilindri risulta inoltre necessario un compressore, un impianto di
depurazione dell’aria e un complesso di valvole in grado di regolare il movimento dei
cilindri secondo la legge di moto richiesta.
Vantaggi:
• Il sistema è robusto, specialmente per quanto riguarda gli elementi più vicini al terreno,
più difficili da proteggere contro agenti esterni ed eventuali esplosioni.
• Il sistema permette di trasferire il moto facilmente consentendo una grande libertà di
posizionamento degli elementi.
• Il sistema consente la completa modularità dei vari elementi del taglia-vegetazione.
Svantaggi:
• L’impianto è complicato perché dotato di numerosi accessori.
• L’impianto è ingombrante, soprattutto per la presenza del serbatoio di pressione che,
fungendo da volano fluido, deve avere comunque una dimensione minima elevata.
• Il fluido di lavoro è comprimibile. Questo porta a gravi problemi per quanto riguarda la
conservazione della legge di moto in quanto un impuntamento della barra o anche solo
61

il semplice contraccolpo dovuto al taglio delle foglie di palma instaura delle
oscillazioni di pressione nel fluido difficili da controllare.
• In caso di impatto della lama con una foglia di palma gran parte dell’energia cinetica
dell’elemento mobile si traduce in una compressione del fluido e non viene invece
scaricata sulla foglia come dovrebbe.
• L’utilizzo di aria come fluido di lavoro rende necessario un complesso impianto di
filtrazione: è necessario infatti rimuovere sia un gran numero di impurità corpuscolari
come povere e pollini, sia deumidificare un’aria che, specialmente nel territorio in
questione, risulta essere molto umida.
• Le valvole ed il compressore sono elementi piuttosto complicati e pregiati, di difficile
manutenzione.
5.6 Attuazione idraulica
Si sono analizzate due soluzioni fondamentali: la prima prevede un impianto simile a
quello pneumatico con una pompa e un serbatoio a pressione ambientale anziché il
compressore e il serbatoio in pressione. Le barre possono quindi essere movimentate sia da
cilindri a doppio effetto comandati da valvola sia da motori idraulici che mettono in
rotazione un sistema biella-manovella per linearizzare il moto.
Una seconda soluzione è quella di ottenere il moto alternato del fluido direttamente tramite
cilindri a doppio effetto collegati a una biella in rotazione.
Vantaggi:
• Il sistema è robusto, soprattutto gli elementi più vicini al terreno, più difficili da
proteggere contro agenti esterni ed eventuali esplosioni.
• L’attuazione oleoidraulica permette, rispetto alle altre soluzioni, di trasferire una
grande potenza a parità di ingombri.
• Il sistema permette di trasferire il moto facilmente consentendo una grande libertà di
posizionamento degli elementi.
• Il sistema consente la completa modularità dei vari elementi del taglia-vegetazione.
• La seconda soluzione è la più semplice tra tutte le soluzioni analizzate.
• La seconda soluzione è la più compatta tra tutte le soluzioni analizzate.
• La seconda soluzione è la più economica tra tutte le soluzioni analizzate.
Svantaggi:
• Nel caso della prima soluzione si ha un impianto complicato perché dotato di numerosi
accessori.
• Nel caso della prima soluzione si ha un impianto ingombrante per la presenza di pompa
e serbatoio.
• Nel caso della prima soluzione, si hanno elementi, le valvole, la pompa e gli eventuali
motori, piuttosto complicati e pregiati, di difficile manutenzione e di costo elevato.
62

5.7 Conclusioni
Confrontando vantaggi e svantaggi delle soluzioni proposte si è deciso di optare per
l’attuazione oleoidraulica, essenzialmente per la sua robustezza e per la sua capacità di
trasmettere elevate potenze in modo semplice e flessibile.
Dall’osservazione di un gran numero di macchine operatrici è stato inoltre notato come
questo tipo di attuazione venga utilizzato nella grande maggioranza delle applicazioni
pesanti in ambienti ostili.
63

6 Architettura dell’impianto idraulico
6.1 Scelta dell’architettura di movimentazione
Avendo deciso di adottare l’attuazione oleoidraulica rimane ora la scelta dell’architettura
che meglio soddisfi i requisiti richiesti.
Si possono individuare tre soluzioni alternative principali. Tali soluzioni differiscono
notevolmente tra loro per complessità, costi e ingombri.
Di seguito sono analizzate in dettaglio le varie soluzioni ipotizzando, per semplicità, di
dover movimentare una sola barra falciante.
Si tenga tuttavia presente che il problema si complica notevolmente nel momento in cui si
introducono anche le altre barre falcianti: il flusso va infatti ripartito su tre linee ed è
inoltre necessario controllare attentamente la propagazione nell’intero circuito delle onde
di sovrapressione indotte dagli urti dei denti con pietre o foglie di palma.
6.2 Soluzione Pompa – Pistone
Tale soluzione prevede di ottenere il moto di traslazione mediante un cilindro a doppio
effetto controllato da una valvola meccanica che alterni opportunamente i due flussi.
La portata e la pressione sono fornite da una pompa azionata dalla presa di forza che pesca
in un serbatoio opportunamente dimensionato per assicurare ad essa la continuità di
afflusso di fluido richiesta.
Lo schema dell’impianto è, in prima approssimazione, il seguente:
PF
64

Considerando di azionare la barra con legge diversa da quella sinusoidale si potrebbe
utilizzare, come valvola, un semplice distributore con un sistema meccanico che provveda
automaticamente alla sua commutazione.
Questa soluzione presenta l’inconveniente di essere ingombrante a causa della presenza del
serbatoio. Bisogna inoltre tenere presente che sia la pompa che il distributore sono
componenti costose e delicate la cui manutenzione necessita di un’officina attrezzata.
La presenza del serbatoio pone inoltre dei problemi inerenti alla possibilità che si verifichi
una deflagrazione: deve essere pertanto opportunamente protetto e blindato con un
conseguente ulteriore aumento di peso per il sistema.
6.3 Soluzione Pompa-Motore idraulico
Tale soluzione consiste nell’ottenere il moto di traslazione mediante un motore rotativo cui
è calettato un eccentrico che movimenta l’elemento mobile.
La portata e la pressione sono fornite da una pompa, azionata dalla presa di forza, che
pesca in un serbatoio opportunamente dimensionato per assicurare ad essa la continuità di
afflusso di fluido richiesta.
Lo schema dell’impianto è, in prima approssimazione, il seguente:
PF
Questa soluzione assicura il moto alternativo con la legge richiesta. Anche in questo caso
sono tuttavia presenti due componenti costosi e delicati come la pompa e il motore.
65

Bisogna inoltre tenere conto che questa soluzione prevede il montaggio del motore
direttamente sulla barra falciante. In campo puramente agricolo tale soluzione è
comunemente impiegata e non presenta problemi.
Nel caso di un campo minato, tuttavia, la distanza di pochi centimetri tra il terreno e il
motore che movimenta la barra falciante orizzontale espongono quest’ultimo a rischi
inaccettabili. A questo problema si aggiunge quello, già visto, della presenza del serbatoio
dell’olio.
6.4 Soluzione Cilindro-Cilindro
Questa soluzione consiste nel sostituire alla pompa un semplice cilindro a doppio effetto
che, azionato da un eccentrico collegato alla presa di forza, trasferisce il moto ad un altro
cilindro a doppio effetto. Il cilindro motore fornisce pertanto un segnale di pressione e
portata pulsante.
Adottando un eccentrico uguale nelle dimensioni a quello che originariamente azionava le
barre si ottiene una conservazione perfetta sia della frequenza di taglio, sia della forza
applicata alla barra.
Appare subito chiaro come questa soluzione sia più semplice, compatta ed economica delle
precedenti.
La pompa viene sostituita da un cilindro a doppio effetto e non sono necessarie né valvole
né motori idraulici. Si ha pertanto il vantaggio di non avere componenti costosi o delicati.
Il cilindro a doppio effetto è infatti un componente semplice e robusto, facile da montare,
manutenere ed eventualmente sostituire
Il sistema è inoltre più compatto rispetto ai precedenti poiché utilizza componenti piccoli e
non necessita di un serbatoio per l’olio. L’assenza del serbatoio rappresenta un ulteriore
vantaggio in quanto si eliminano i problemi derivanti da possibili esplosioni vicino ad esso.
I costi sono notevolmente inferiori e possono essere ulteriormente ridotti se si utilizzano
tutti i cilindri uguali. Ciò, qualora fosse possibile, porterebbe anche ad una notevole
semplificazione del magazzino dei pezzi di ricambio.
Tenendo conto di quanto detto si può quindi procedere alla scelta dello schema di impianto
più efficace analizzando varie combinazioni di montaggio con cilindri in serie e in
parallelo, soluzioni miste e soluzioni, infine, con un numero variabile di cilindri motori.
66

6.5 Schema a impianti indipendenti
Costituisce la soluzione più semplice in assoluto: si hanno tre cilindri motori; ad ogni
cilindro motore è collegato un cilindro attuatore. In pratica il circuito ha esclusivamente il
compito di trasferire il moto dalla zona dei motori alle tre barre.
Prescindendo dall’angolazione tra i cilindri motori, lo schema è il seguente:
Appare subito chiaro come la caratteristica principale di questa soluzione sia quella di
avere ben tre cilindri fissati all’eccentrico.
Il montaggio deve prevedere un certo sfalsamento tra i piani dei cilindri e il sistema, nel
suo complesso, può essere assimilabile ad un classico motore a scoppio, con i suoi
ingombri e le sue configurazioni (a V, in linea, Boxer, stellato…).
E’ necessario a questo punto, prima di procedere oltre, soffermarsi ad analizzare quelle che
saranno le dimensioni minime dei cilindri a doppio effetto (DE) utilizzati.
Si noti come questa configurazione permetta la massima libertà nella scelta delle
dimensioni dei cilindri utilizzati.
Unico vincolo è dato infatti dalla corsa dei cilindri attuatori che dovrà essere di 60 mm,
uguale cioè all’escursione dell’elemento mobile; le aree interne e, di conseguenza i loro
rapporti possono invece variare rispettando comunque il vincolo che le due camere in
comunicazione possano contenere lo stesso volume di fluido.
67

Si veda lo schema in figura:
Fa
Perché i volumi delle camere affacciate siano uguali si deve avere:
Aa ⋅ ca = Am⋅ cm
e aa ⋅ ca = am ⋅ c
(6.1)
m
dove:
Aa, Am = Aree maggiori del pistone attuatore e del pistone motore
aa, am =Aree minori del pistone attuatore e del pistone motore
ca, cm = Corse del pistone attuatore e del pistone motore
Il bilancio delle forze in gioco è il seguente:
ove:
p1, p2 = pressioni sulle due linee
Si definiscono i rapporti:
⎧F
+ p ⋅ a = p ⋅A
⎨
⎩F
+ p ⋅ a = p ⋅ A
m 2 m 1 m
a 2 a 1 a
a
A
m k = e
m
k ' =
a
A
a
a
(6.2)
(6.3)
I valori di k e k’ sono normalmente uguali all’interno della produzione di uno steso
costruttore o differiscono comunque di un valore trascurabile. E’ quindi possibile, nel
seguito, considerare per semplicità k = k’.
Si ha pertanto:
cioè, infine:
aa Aa Am am
⎧F
⎨
⎩F
m
a
= p ⋅ A − k ⋅ p ⋅ A = A
1
= p ⋅ A − k ⋅ p ⋅ A = A ⋅
1
ca
m
a
2
2
a
p1
p2
m
F A
=
F A
m m
a a
a
m
⋅ ( p )
1 − k ⋅ p2
( p − k ⋅ p )
1
cm
2
Fm
(6.4)
(6.5)
68

Il rapporto tra le forze esercitate dai due cilindri è dunque uguale al rapporto tra le aree.
Vale a questo punto ricordare come la coppia disponibile all’albero sia in grado di generare
una forza sufficiente (salvo in casi molto rari) a movimentare le tre barre falcianti
contemporaneamente.
L’adozione un’area del cilindro motore AmAa porterebbe a una pericolosa
riduzione delle forze disponibili alle barre: la forza disponibile alla presa di forza potrebbe
in questo caso risultare insufficiente e si potrebbe avere, in alcune condizioni, il bloccaggio
della macchina con conseguente spegnimento del motore. I vantaggi che ne deriverebbero
non sarebbero comunque rilevanti.
L’adozione di cilindri di uguali dimensioni rappresenta invece un equo compromesso tra
forza disponibile alla presa di forza e forza trasmessa alle barre ed ha inoltre svariati
vantaggi di ordine pratico.
• Consente una riduzione dei costi di acquisto dei componenti
• Consente una maggiore semplicità di assemblaggio e di manutenzione
• Riduce le dimensioni del magazzino dei pezzi di ricambio
• Riduce i costi del magazzino dei pezzi di ricambio
Analizzando i cataloghi di alcuni tra i maggiori produttori di cilindri a doppio effetto si
nota come il cilindro più piccolo in commercio con corsa di 60 mm abbia un diametro
esterno di circa 40 mm e una lunghezza a stelo completamente retratto di circa 180 mm.
Bisogna inoltre tener conto dell’ingombro dell’eccentrico: considerando un raggio di
manovella di 30 mm e un perno di circa 20 mm di diametro si avranno le dimensioni in
figura:
5 mm
10 mm
30 mm
45 mm
Se ne deduce che l’eccentrico ha, in prima approssimazione, un diametro di 90 mm.
69

Supponendo di posizionare i cilindri sul piano frontale della macchina, questa soluzione
dovrà prevedere un raggio di ingombro di almeno 450 mm e una profondità di circa 120
rispetto al piano su cui ruota la ruota con l’eccentrico.
450 mm
Il sistema così concepito appare pertanto un po’ ingombrante e vale quindi la pena di
analizzare altre soluzioni concettualmente meno semplici ma che possano contenere
maggiormente pesi e dimensioni dell’impianto.
6.6 Schema con cilindri attuatori in parallelo
120 mm
Al fine di ottenere una maggiore compattezza nella zona della struttura si analizzi la
possibilità di utilizzare un solo cilindro motore e tre cilindri attuatori in parallelo secondo
lo schema seguente:
F1 F2 F3
AT1 AT2 AT3
p2
p1
Fm
M
70

Si suppongano uguali i tre cilindri attuatori, indicati con AT1, AT2, AT3.
Con le notazioni già viste:
Uguagliando i volumi di fluido:
⎧A
= A = A = A
1 2 3
⎪
⎨a1
= a2 = a3 = aa
⎪
⎩c1
= c2 = c3 = ca
⎧A
⋅ c + A ⋅ c + A ⋅ c = A ⋅c
1 1 2 2 3 3
⎨
⎩a1⋅
c1 + a2 ⋅ c2 + a3 ⋅ c3 = am ⋅cm
a
m m
considerando le uguaglianze e sapendo che a= k⋅Asi ha:
⎧3⋅A
⋅ c = A ⋅c
a a m m
⎨
⎩3⋅k⋅
Aa⋅ ca = k⋅ Am ⋅cm
Le due equazioni sono equivalenti e conducono alla relazione:
Si veda ora il bilancio delle forze per gli attuatori:
(6.6)
(6.7)
(6.8)
3⋅Aa⋅ ca = Am ⋅ c
(6.9)
m
⎧F
+ p ⋅ a = p ⋅A
⎪
⎨F
+ p ⋅ a = p ⋅A
⎪
⎩F
+ p ⋅ a = p ⋅A
1 2 a 1 a
2 2 a 1 a
3 2 a 1 a
Sommando e introducendo k come in precedenza:
Σ F+ 3⋅ p ⋅k ⋅ A = 3⋅
p ⋅ A
2 a 1 a
dove si è posto Σ F = F1 + F2 + F3.
Risolvendo rispetto a Σ F si ha:
( p − k )
Per quanto riguarda il cilindro motore si ha invece:
che, risolvendo rispetto a F m fornisce:
1
2
(6.10)
(6.11)
Σ F = 3⋅ Aa
⋅ ⋅ p
(6.12)
F + p ⋅ a = p ⋅ A
(6.13)
m 2 m 1 m
( p − k ⋅ p )
Fm = Am
⋅
(6.14)
1 2
71

Eguagliando Σ F e F m si ha, dalla (6.11) e dalla (6.13):
che, considerando la (6.9), fornisce:
A = 3⋅
A
(6.15)
m a
cm = c
(6.16)
a
Si nota quindi che il cilindro motore ha la stessa corsa dei cilindri attuatori (60 mm) e aree
del pistone triple.
Si calcoli ora il diametro del pistone.
Dalla (6.15) si ha:
D D
π ⋅ = 3π
⋅
4 4
2 2
m a
ove:
Dm, Da = Diametri dei cilindri motori e attuatori
Da cui si ottiene:
m
a
(6.17)
D = 3 ⋅ D
(6.18)
Ipotizzando che il diametro di un cilindro attuatore sia di 25 mm, il più piccolo in
commercio, si ottiene quindi un diametro interno del cilindro motore di circa 45 mm; il
diametro esterno sarà pertanto di circa 70 mm.
L’utilizzo di un unico cilindro motore porta a ridurre notevolmente le dimensioni del
blocco motore consentendo, oltre ad ingombri minori, una maggiore libertà nella
progettazione della struttura e nel posizionamento del cilindro.
Ponendo, come prima, un cilindro di lunghezza 180 mm con stelo completamente retratto e
un diametro della ruota di circa 90 mm, si avranno gli ingombri in figura:
270 mm
80 mm
72

Bisogna d’altra parte tenere conto di due svantaggi non trascurabili.
Il primo svantaggio è la presenza nella macchina di due tipi di cilindri diversi, con gli
inconvenienti che ciò comporta in termini di costi di produzione, di manutenzione e di
immagazzinamento dei pezzi di ricambio.
Un’altra e ben più grave difficoltà nasce invece dal fatto che le linee di pressione sono
solamente due: ogni cilindro attuatore è in comunicazione quindi non solo con il cilindro
motore ma anche con gli altri cilindri attuatori.
Ne consegue che le onde di pressione conseguenti all’urto di un cilindro con arbusti o
foglie di palma si propagano agli altri cilindri compromettendo la sincronizzazione dei
movimenti e, di conseguenza, il corretto funzionamento della macchina.
Per questi motivi la soluzione con cilindri in parallelo è inattuabile e deve pertanto essere
scartata.
6.7 Schema con cilindri attuatori in serie
Per ottenere compattezza nella zona della struttura senza tuttavia avere gli inconvenienti
dello schema in parallelo si è analizzata la possibilità di utilizzare un cilindro motore e tre
cilindri attuatori in serie, secondo lo schema seguente:
Fm
p1
F1
AT1
p4
p2 p3
F2
AT2
F3
AT3
73

Si noti che il verso di F2 è lo stesso di F1 e F3 per considerare il sistema nel caso più
sfavorevole possibile.
Si suppongano uguali i tre cilindri attuatori,indicati con AT1, AT2, AT3.
Con le notazioni già viste:
Uguagliando i volumi di fluido:
⎧A
= A = A = A
1 2 3
⎪
⎨a1
= a2 = a3 = a
⎪
⎩c1
= c2 = c3 = c
⎧A
⋅ c = A ⋅c
m m 1 1
⎪
⎪a1⋅
c1 = a2 ⋅c2
⎨
⎪A2⋅
c2 = A3 ⋅c3
⎪
⎩a3⋅
c3 = am⋅cm che, considerando le (6.3) e le (6.19), si riducono alla:
Le equazioni dell’equilibrio sono:
che, introducendo k, forniscono:
(6.19)
(6.20)
Am ⋅ cm= Ac ⋅ (6.21)
⎧A
⋅ p = a ⋅ p + F
⎪
⎪A⋅
p1 = a⋅ p2 + F1
⎨
⎪A⋅
p3 = a⋅p2 −F2
⎪
⎩A⋅
p3 = a⋅ p4 + F3
m 1 m 4 m
⎧A
⋅ p = k⋅A ⋅ p + F
⎪
⎪A⋅
p1 = k⋅A⋅ p2 + F1
⎨
⎪A⋅
p3 = k⋅A⋅p2 −F2
⎪
⎩A⋅
p3 = k⋅A⋅ p4 + F3
m 1 m 4 m
(6.22)
(6.23)
74

Dividendo per Am e A rispettivamente:
⎧
Fm
⎪ p1 = k⋅ p4
+
Am
⎪
⎪
F1
p1 = k⋅ p2
+
⎪
A
⎨
⎪
F2
⎪
p3 = k⋅ p2
−
A
⎪
⎪
F3
p3 = k⋅ p4
+
⎪⎩
A
Eguagliando le prime due e le ultime due si ha:
Sottraendo la seconda alla prima si ha:
⎧ F1
Fm
⎪k⋅
p2 + = k⋅ p4
+
⎪ A Am
⎨
⎪ F2
F3
k⋅p2 − = k⋅ p4+
⎪⎩ A A
F1 F2
FmF3 + = −
A A A A
Tenendo infine presente che Σ F = F1 + F2 + F3
si ha:
m
Σ F F
=
A A
Ma poiché, nel caso più sfavorevole, Fm=Σ F,
come visto in precedenza, si ha:
e, dalla (6.21):
m
m
(6.24)
(6.25)
(6.26)
(6.27)
Am= A
(6.28)
cm= c
(6.29)
Si deduce pertanto che il cilindro motore ha le stesse dimensioni dei cilindri attuatori.
Ipotizzando, come prima, che il diametro interno di un cilindro sia di 25 mm ne consegue
che il diametro esterno sarà circa 40 mm.
Si pone inoltre che la lunghezza del cilindro sia circa 180 mm e che l’eccentrico abbia un
diametro di 90 mm.
75

Si hanno pertanto gli ingombri in figura:
270 mm
Anche in questo caso la soluzione ha un solo cilindro motore. Rispetto alla soluzione
precedente si hanno tuttavia alcuni vantaggi non trascurabili.
Le dimensioni del cilindro motore e, quindi, dell’intero blocco motore sono inferiori
rispetto alla soluzione in parallelo con una conseguente riduzione degli ingombri.
I cilindri sono tutti uguali; da ciò ne conseguono i già visti vantaggi in termini di costi e
manutenzione.
Svantaggiata risulta invece la modularità: si noti infatti che, perché siano soddisfatte le
condizioni di uguaglianza dei volumi delle camere direttamente connesse, non è possibile
eliminare un solo cilindro dallo schema.
Se si eliminasse infatti il cilindro AT3 si avrebbe:
a c A ⋅ = ⋅ (6.30)
m m c
che, considerando la (6.29), le (6.3) e la (6.28), e che k < 1 per definizione, risulta
impossibile.
La modularità è pertanto possibile a condizione di eliminare due cilindri alla volta; ad
esempio è possibile eliminare le due barre verticali per operare su prati sgombri da palme.
6.8 Schemi misti
50 mm
Allo scopo di migliorare la modularità della macchina si è anche valutata la possibilità di
dividere l’impianto in due linee distinte in modo tale da consentire una rapida rimozione
delle barre verticali nel caso si debba operare su campi sgombri da palme.
A tale scopo si sono analizzate due soluzioni di concezione simile a quelle viste
precedentemente limitando però l’analisi alle sole barre verticali presupponendo per la
barra falciante orizzontale un impianto separato come discusso nel paragrafo 6.5.
76

6.8.1 Schema con barre verticali in parallelo
Lo schema che prevede le sole barre verticali in parallelo è del tutto analogo a quello visto
nel paragrafo 6.6:
In questo caso la (6.15) diventa:
Mentre la (6.18) diventa invece:
A = 2 ⋅ A
(6.31)
m
m
a
D = 2 ⋅D
(6.32)
Ipotizzando ancora una volta un cilindro attuatore con alesaggio 25 mm si deduce che
l’alesaggio del cilindro motore sarà circa 50 mm.
La soluzione è quindi più ingombrante rispetto allo schema con tutti i cilindri in serie,
soprattutto per la presenza di due cilindri anziché uno.
Si riscontrano inoltre gli stessi problemi dovuti alle linee in parallelo con la propagazione
delle onde d’urto da una linea all’altra.
D’altra parte non si riscontrano risultati apprezzabili in quanto a modularità. Il tempo di
smontaggio dell’impianto verticale è anzi più lungo rispetto alla soluzione in serie in
quanto rispetto a questa si devono non solo smontare le barre verticali ma anche il cilindro
motore che le movimenta.
Tale soluzione è pertanto da scartare.
F1
AT1
p2
p1
Fm
a
M
F2
AT2
77

6.8.2 Schema con barre verticali in serie
Lo schema ipotizzato si presenta come in figura:
Tale soluzione appare immediatamente inammissibile in quanto affaccia una camera senza
stelo ad una con lo stelo determinando quindi due volumi differenti.
Anche tale soluzione è quindi da scartare.
6.9 Conclusioni
p1
F1
AT1
Dall’analisi dei vari schemi di funzionamento e dalle considerazioni riguardanti le loro
principali caratteristiche appare evidente come la soluzione migliore sia quella di adottare
un impianto in serie con quattro cilindri uguali di cui uno motore e tre attuatori.
Tale soluzione è infatti non solo quella che meglio soddisfa le specifiche tecniche richieste
ma anche quella più semplice, compatta, leggera ed economica.
p3
p2
F2
AT2
78

7 Progettazione dell’impianto idraulico
7.1 Dimensionamento dell’impianto idraulico
Avendo scelto lo schema dell’impianto (riportato sotto) è ora possibile procedere al suo
dimensionamento.
Fm
Al fine di dimensionare i cilindri e le condotte percorse dall’olio si considera l’ipotesi in
cui la barra falciante sia improvvisamente bloccata nel suo moto da un corpo estraneo che
essa non sia in grado di tagliare, tipicamente una pietra. In questo caso si ha un colpo
d’ariete che si ripercuote lungo il circuito fino ai cilindri.
Nel seguito per il cilindro verrà considerato un diametro di 15 mm. La motivazione della
scelta di un diametro così piccolo (inferiore agli alesaggi minimi disponibili normalmente
sul mercato) sarà considerata più avanti in questo capitolo.
Per il dimensionamento degli elementi si è utilizzata la procedura seguente.
7.1.1 Calcolo della pressione di colpo d’ariete
p1
F1
1. Si considera la velocità massima dell’elemento mobile. Dalla (4.4) a pag. 52 si ha:
p4
p2 p3
F2
V max = 0.03⋅ 94.24 = 2.83 [m/s] (7.1)
F3
79

2. Si calcola la portata volumetrica di olio nella condotta supponendo un alesaggio D del
cilindro di 15 mm:
D 0.015
Q A V V
4 4
2 2
−4
max = cil ⋅ max = π ⋅ ⋅ max = π ⋅ ⋅ 2.83= 510 ⋅ [m 3 /s]
(7.2)
3. Si calcola la velocità massima nella condotta Vc ricavandola dalla portata e conoscendo
il diametro della condotta. Come scelta iniziale per la condotta si prenda un tubo
commerciale con diametro Dc = 7.93 mm (corrispondenti a 5/16”) e spessore s = 3.575
mm; tale scelta andrà successivamente verificata e, eventualmente, modificata
compiendo una seconda iterazione della procedura:
V
c
Q 4⋅ Q 4510 ⋅ ⋅
= = = = 10.1 [m/s]
−4
max max
A
2
π ⋅Dc 2
π ⋅0.00793
(7.3)
4. Da Vc con le equazioni del colpo d’ariete si ricava la massima sovrappressione ΔPca
nell’impianto.
Si assuma come fluido l’acqua: questa ipotesi risulta cautelativa in quanto l’olio è in
realtà più viscoso e produce quindi uno smorzamento maggiore sull’onda d’urto.
Nel caso di chiusura repentina (durata nulla) si ha:
dove, per acqua:
con:
c = celerità
cV ⋅
g
C Δ Pca
= [mH2O]
c =
1420
ε D
1+
⋅
E s
c
[m/s]
Dc = diametro della condotta = 7.93 mm
s = spessore della condotta = 4.33 mm
E = modulo di elasticità del materiale della condotta = 15 GPa
ε = modulo di elasticità di volume del liquido = 2 GPa
(7.4)
(7.5)
Il valore del modulo di elasticità del materiale della condotta è frutto di una stima che
tiene conto della duplice natura dei normali tubi flessibili che sono costituiti da
un’anima in gomma e da un rivestimento in tela o maglia metallica. Tale stima è
volutamente abbondante perché ad un maggiore valore di E fa fronte una minore
dilatazione della condotta e, quindi, un minore smorzamento dell’onda di pressione.
80

Il valore della celerità c risulta pertanto:
che fornisce:
1420
c = = 1273 [m/s]
2 7.93
1+ ⋅
15 4.33
1273⋅10.1 Δ Pca
= = 1310 [mH2O] = 128.6 [bar]
9.81
(7.6)
(7.7)
Tale valore va aggiunto alla pressione di esercizio massima Pc della condotta per
determinare la pressione di scoppio dell’impianto.
7.1.2 Calcolo della pressione di esercizio dell’impianto
1. Si determina la pressione Pc presente nel circuito in movimento libero calcolando la
forza necessaria ad applicare all’elemento mobile della barra falciante l’accelerazione
aem richiesta, al netto dell’accelerazione di gravità g e dell’attrito presente tra
l’elemento mobile e la sua guida fissa.
L’accelerazione dell’elemento mobile è, ricordando la (4.2) a pag. 52:
dV d
a R R
dt dt
2
em = = ⋅ω⋅ sinα = ⋅ω ⋅ cosα
[m/s 2 ]
Introducendo i valori visti in precedenza:
che risulta massima per α=0°:
( )
2
aem 0.03 94.24 cosα
(7.8)
= ⋅ ⋅ [m/s 2 ] (7.9)
a = ⋅ = [m/s 2 ] (7.10)
2
em 0.03 94.24 266.43
max
Poiché essa deve essere raggiunta anche in verticale, il suo valore deve essere
maggiorato del valore di g. L’accelerazione massima richiesta è dunque:
( )
amax = aem + g=
266.43+ 9.81= 276 [m/s max 2 ] (7.11)
2. Per determinare l’attrito si è operata una prova dinamometrica in laboratorio. E’ stato
in questo modo stabilito che, per una barra falciante da 650 mm, con denti appena
registrati ed in assenza di residui di vegetazione nel meccanismo, la forza minima
(Fa)650 necessaria ad originare il movimento dell’elemento mobile è di circa 65 N.
81

Le condizioni di prova sono da considerare cautelative in quanto, nel corso dell’utilizzo
normale, le vibrazioni portano, dopo un certo tempo, alla perdita della registrazione
ottimale dei registri della barra e, di conseguenza, ad una diminuzione dell’attrito tra
questi e l’equipaggio mobile; la vegetazione risulta avere inoltre un effetto lubrificante
per le parti in movimento.
Per determinare i valori della forza d’attrito per la barra falciante da 1050 mm si è
operata una semplice proporzione:
1050 1050
= ⋅ = ⋅ 65= 105 [N]
650 650
( F ) ( F )
a 1050 a 650
(7.12)
Avendo deciso di utilizzare un solo tipo di cilindro attuatore per tutte le barre, nel
seguito verrà considerata come forza d’attrito Fa = 105 [N].
3. Il peso dell’elemento mobile della barra falciante da 1050 mm è M1050 = 2.75 kg.
Per imprimere all’elemento mobile da 1050 mm l’accelerazione richiesta è pertanto
necessaria una forza:
Fem = M1050⋅ amax
= 2.75⋅ 276= 759 [N] (7.13)
cui va aggiunta la forza necessaria a vincere l’attrito. La forza totale è quindi:
( )
F1050 = Fem + Fa
= 759+ 105= 864 [N] (7.14)
1050
La barra falciante da 650 mm è invece orizzontale: in questo caso la forza impressa dal
cilindro corrispondente deve soltanto vincere l’attrito.
4. La forza totale F necessaria a movimentare le due barre verticali da 1050 mm e la barra
orizzontale da 650 mm è dunque:
F = 2⋅ F + F = 2864 ⋅ + 65= 1793 [N] (7.15)
1050 650
La pressione Pc nel circuito necessaria alla movimentazione delle tre barre falcianti è,
per un alesaggio del cilindro di 15 mm:
4⋅F Pc
= 2
π ⋅D 41793 ⋅
6
= = 10.2⋅10 [Pa] = 102 [bar]
2
π ⋅0.015
(7.16)
Tale pressione deve essere però maggiorata per tener conto delle perdite di carico.
5. Si calcoli innanzitutto la perdita di carico nella condotta considerando una lunghezza di
80 cm ed ipotizzando liscia la parete.
E’ necessario a questo punto conoscere le caratteristiche di viscosità del fluido di
lavoro al fine di determinarne il regime.
82

In prima approssimazione si può scegliere un comune olio idraulico commerciale. Tale
scelta dovrà comunque essere sottoposta ad un’analisi approfondita ed eventualmente
sarà necessario ripetere la procedura con un’altra iterazione.
Si considerino al momento le seguenti caratteristiche:
Viscosità = ν = 14.3 mm 2 /s = 1.43·10 -5 m 2 /s
Densità = ? = 0.860 kg/l = 860 kg/m 3
Il numero di Reynolds in tali condizioni è:
−3
Vc⋅Dc 10.1⋅7.93⋅10 Re= = = 5600> 2200
−5
ν 1.43⋅10 Il regime è quindi turbolento. Si utilizza la legge di Blasius:
λtubo
La perdita di carico nel tubo è dunque:
(7.17)
−0.25 −0.25
= 0.316⋅ Re = 0.316⋅ 5600 = 0.0365
(7.18)
2 2
L Vc
0.8 10.1
Δ Ptubo
= λtubo ⋅ρ⋅ ⋅ = 0.0365⋅860⋅ = 16.5⋅10 −3
D 2⋅g 7.93⋅10 29.81 ⋅
3
[Pa] = 0.17 [bar]
(7.19)
6. La perdita di carico all’innesto della condotta nel cilindro considerato un leggero
arrotondamento dell’imbocco è:
V
10.1
2 2
2 2
Δ Pim = 0.25⋅ρ⋅ c = 0.25⋅860⋅ 3
= 11.0⋅ 10 [Pa] 0.11
= [bar]
(7.20)
La perdita di carico allo sbocco della condotta nel cilindro considerato un suo leggero
arrotondamento è:
V
10.1
2 2
2 2
Δ Psb = 0.25⋅ρ⋅ c = 0.25⋅860⋅ 3
= 11.0⋅ 10 [Pa] 0.11
Le perdite totali in ogni tratto di tubo risultano quindi:
( Pp) Ptubo Pim Psb
0.17 0.11 0.11 0.39
tratto
= [bar]
(7.21)
Δ =Δ +Δ +Δ = + + = [bar] (7.22)
Dallo schema di pag. 79 si osserva che i tratti di condotta sono quattro; la perdita di
carico massima del sistema è dunque:
( )
Δ P = 4⋅Δ P = 40.39 ⋅ = 1.56 [bar] (7.23)
p p tratto
83

7. A tale pressione è necessario infine aggiungere la pressione necessaria per
movimentare l’olio nell’impianto.
Tale pressione è data da due contributi: la pressione necessaria ad accelerare l’olio
nella condotta e quella necessaria ad accelerare l’olio nei quattro cilindri.
La massa d’olio Moc presente in una condotta, supponendo una lunghezza di 800 mm è:
2 2
Dc
0.00793
Moc = ρ⋅π ⋅ ⋅ l = 860⋅π ⋅ 0.8 = 0.034 [kg]
4 4
Anche nella condotta si ha una legge di moto sinusoidale con frequenza ? che si può
determinare introducendo un valore fittizio Rf del raggio di manovella:
che ha valore massimo:
Si ha pertanto:
Vc
Rf
=
ω
L’accelerazione aca nella condotta è dunque:
(7.24)
Vcα= Rf
⋅ω⋅ sin( α)
(7.25)
dV d
a R R
dt dt
Vc = Rf ⋅ ω
(7.26)
cα
2
cα= = f ⋅ω⋅ sin( α) = f ⋅ω ⋅ cos( α)
il cui valore massimo ac risulta, sostituendo Rf dalla (7.27) e Vc dalla (7.3):
(7.27)
(7.28)
ac = Vc⋅ ω = 10.1⋅ 94.24= 951.8 [m/s 2 ] (7.29)
La forza Foc necessaria a movimentare l’olio nella condotta è dunque:
Foc = Moc⋅ ac
= 0.034⋅ 951.8= 32.4 [N] (7.30)
cui corrisponde una pressione Poc necessaria ad accelerare l’olio nella condotta:
P
oc
F 4 ⋅ F 432.4 ⋅
= = = = 6.56⋅10 A D
oc oc
c π ⋅
2
c
2
π ⋅0.00793
La massa di olio Mo contenuta in un cilindro è invece:
5
[Pa] = 6.56 [bar]
2 2
D
0.015
Mo= ρ⋅π ⋅ ⋅ c=
860⋅π ⋅ 0.06 = 0.009 [kg]
4 4
(7.31)
(7.32)
84

La forza Fo necessaria a movimentare l’olio in un cilindro è quindi, dalla (7.10):
o o em
( ) max 0.009 266.43 2.4
F = M ⋅ a = ⋅ = [N] (7.33)
da cui si ha che la pressione Po necessaria ad accelerare l’olio nel cilindro è:
Fo 4 ⋅ Fo
42.4 ⋅
4
Po
= = = = 1.4⋅10 2 2
A π ⋅D π ⋅0.015
[Pa] = 0.14 [bar]
(7.34)
La pressione Pot totale necessaria ad accelerare l’olio nell’impianto è dunque,
considerando quattro cilindri e quattro tratti di tubo:
P = 4⋅ P + 4⋅ P = 46.56 ⋅ + 40.14 ⋅ = 28.8 [bar] (7.35)
ot oc o
8. La pressione di esercizio del sistema è quindi:
Pe = Pc+Δ Pp + Pot
= 102+ 1.56 + 28.8 = 134.4 [bar] (7.36)
7.1.3 Pressione massima nell’impianto
La pressione massima nell’impianto è, a questo punto, per il cilindro sottoposto alla
pressione maggiore:
Pmax = Pe+Δ Pca
= 103.56+ 128.6 = 232 [bar] (7.37)
I cilindri dovranno a questo punto essere dimensionati per resistere a tale pressione.
7.2 Scelta dei cilindri
Avendo determinato le pressioni massime nel sistema è ora possibile procedere alla scelta
dei cilindri a doppio effetto.
I cilindri a doppio effetto normalmente presenti sul mercato presentano tutti la
caratteristica di avere un sistema di ammortizzo degli urti che si hanno quando il pistone
arriva alla fine della sua corsa con una velocità non nulla.
In questo caso, tuttavia, la legge di moto sinusoidale che caratterizza il movimento dei
cilindri attuatori fa si che nei punti di fine corsa si abbia invece una velocità nulla, come
evidente dall’analisi cinematica della barra falciante.
Al fine di contenere i costi e gli ingombri è stato quindi deciso di adottare cilindri senza
ammortizzatori di fine corsa. Tale scelta ha i seguenti vantaggi e svantaggi.
85

Vantaggi:
• Il cilindro è più compatto perché sono assenti gli ammortizzatori di fine corsa.
• Il cilindro è più leggero perché sono assenti gli ammortizzatori di fine corsa.
• La costruzione del cilindro è più semplice ed economica.
Svantaggi:
• Il cilindro deve essere costruito ad hoc.
Avendo deciso di costruire ad hoc i cilindri si è potuto ottenere un ulteriore vantaggio:
l’alesaggio è stato ridotto fino a 15 mm consentendo di ridurre ingombri e sollecitazioni.
Lo spessore del mantello è inoltre direttamente dipendente dal diametro, a parità di
pressione interna, e può quindi essere ridotto anch’esso con un notevole vantaggio di peso,
di ingombro e di costo.
Per motivi commerciali e progettuali si è deciso di demandare la progettazione e la
costruzione dei cilindri ad un’azienda del settore che mettesse a disposizione la propria
esperienza e le proprie conoscenze.
Sono state quindi contattate alcune aziende del settore e sono stati richiesti preventivi per
la costruzione di cilindri a doppio effetto con le caratteristiche dimensionali e strutturali
richieste e soggetti alle velocità volute.
Tra le aziende contattate è stata quindi scelta la Commercio Oleodinamica Pneumatica
Elettronica S.r.l. che ha fornito un preventivo di circa 100 € a cilindro.
7.3 Scelta dei collegamenti a telaio
Per la scelta corretta dei collegamenti dei cilindri al telaio bisogna tenere conto della loro
funzione. I cilindri sono deputati esclusivamente alla trasmissione del moto e non hanno
nessuna funzione strutturale.
E’ fortemente consigliato, in tutte le applicazioni, di adottare, ove possibile, strutture
isostatiche: in questo caso, infatti, il cilindro non aggiunge con la sua presenza nessun
vincolo strutturale al sistema.
La scelta di una struttura di insieme isostatica garantisce di preservare il cilindro da
sollecitazioni di taglio e da momenti che, applicati allo stelo o al mantello potrebbero
sollecitare il cilindro a flessione.
Il cilindro oleoidraulico, infatti, è di per se stesso soggetto ai carichi di punta nella fase di
compressione dello stelo.
86

In questo caso la forza normale applicata allo stelo è quantificabile attraverso la pressione
massima che si può verificare nel circuito ed è:
2
2
5 0.
015
= max ⋅ = max ⋅π
⋅ = 232⋅10
⋅π
⋅ = 4100
4
4
D
F P A P
[N]
(7.38)
La combinazione di una forza tanto elevata con delle sollecitazioni di taglio o di momento
flettente porterebbe lo stelo, soprattutto se completamente esteso, a deformarsi
sensibilmente.
Tali deformazioni solleciterebbero le guarnizioni del cilindro con conseguenti effetti di
surriscaldamento, trafilamento di olio e usura delle stesse.
Al fine di evitare questo problema è necessario evitare che siano trasmesse al cilindro
sollecitazioni diverse dalla semplice tensione normale.
I due vincoli a telaio dovranno pertanto essere realizzati mediante accoppiamento di perni
sul telaio e di giunti sferici sui cilindri.
Il fissaggio dell’attacco sferico posteriore deve avvenire per saldatura dello stesso sul
fondo del cilindro
Lo snodo sferico anteriore può essere invece direttamente saldato allo stelo o essere
avvitato ad esso dopo che questo sia stato opportunamente filettato.
I cilindri con i rispettivi fissaggi sono stati progettati con il modellatore solido Pro
Engineer e si presentano pertanto come in figura:
7.4 Scelta dei tubi flessibili
Per i tubi flessibili è stato scelto il modello FlexIT/SC216 della Intertraco (Italia) S.p.A.
che presenta le seguenti caratteristiche costruttive:
• Tubo interno: gomma nera sintetica resistente all’olio senza saldature.
• Rinforzo: 2 tele in filo metallico per alte tensioni.
• Copertura: gomma nera sintetica resistente ad intemperie, abrasione e ozono.
Ritardante di fiamma approvato dal MSHA.
87

• Campo di temperature a servizio continuo: da-40°C a 100°C.
• Resistenza ai fluidi: olii idraulici sia sintetici che “biologici”; olii a base poliglicolica,
emulsioni di acqua e olio; acqua.
• Lunghezza: su richiesta.
Le caratteristiche geometriche sono le seguenti:
• Diametro nominale: 7.9 mm (5/16”).
• Diametro esterno: 16 mm.
• Pressione massima di lavoro: 350 bar.
• Pressione minima di scoppio: 1400 bar
• Raggio minimo di curvatura: 57 mm.
• Peso: 330 g/m
Si noti che la pressione massima di esercizio è superiore alla pressione massima raggiunta
dal sistema nei casi di impuntamenti bruschi. In teoria si sarebbe potuto adottare una
pressione massima di esercizio più bassa e considerare gli impuntamenti come “scoppi”;
nella pratica bisogna però considerare che gli impuntamenti o comunque gli urti, non sono
infrequenti e il tubo deve pertanto essere in grado di resistere a tali sollecitazioni senza
deteriorarsi.
7.5 Scelta dell’olio idraulico
Tra i molti tipi di olii idraulici presenti sul mercato è stato scelto per le sue caratteristiche
di viscosità e per la sua particolare attitudine alle applicazioni ad alte frequenze l’olio Agip
OSO 15.
L’olio idraulico Agip OSO 15 è ottenuto da basi paraffiniche selette e attivate con funzione
antiruggine, antiossidante e antiusura (Classificazione ISO-L-FD).
Tale olio presenta le seguenti caratteristiche:
• Viscosità a 100°C: 3.3 mm 2 /s.
• Viscosità a 40°: 14.3 mm 2 /s.
• Indice di viscosità: 98.
• Punto di infiammabilità V.A.: 190°C.
• Punto di scorrimento: -30°C.
• Massa volumica a 15°C: 0.860 kg/l
L’olio Agip OSO 15 ha inoltre le seguenti proprietà e prestazioni dichiarate dal produttore:
• Oltre che a consentire la trasmissione di energia negli impianti che ne prevedono
l’impiego come fluido funzionale provvede anche alla lubrificazione di tutti gli organi
in movimento presenti nel circuito idraulico stesso. Esso crea un velo di lubrificante
resistente alle notevoli sollecitazioni che si manifestano tra le superfici striscianti,
specialmente negli organi più sollecitati degli impianti idraulici ad alta pressione
idrostatica.
88

Tale proprietà non ha rilevanza nel caso presente, in quanto nell’impianto non ci sono
organi che necessitano di lubrificazione, ma evidenzia come lo stesso olio si presti
anche alle consuete esigenze di lubrificazione.
Tale caratteristica risulta importante perché consente di trasportare sul campo un solo
tipo di olio semplificando così la logistica.
• E’ dotato di notevoli proprietà antiusura come messo in evidenza dalle prove
tecnologiche.
• E’ dotato di ottima resistenza all’ossidazione e all’invecchiamento anche quando
sottoposto a notevoli sollecitazioni termiche: contrasta la formazione di morchie e
depositi, evita l’intasamento dei condotti, conserva un’adeguata fluidità, riduce le spese
di manutenzione e può essere mantenuto in esercizio per lungo tempo.
• L’alto indice di viscosità di cui è dotato consente di ridurre al minimo le variazioni di
viscosità dell’olio al variare della temperatura di esercizio. Il suo utilizzo garantisce
pertanto costanza di rendimento e di perdite di carico.
• E’ caratterizzato da un basso punto di scorrimento che consente il facile avviamento
dell’impianto idraulico anche a bassa temperatura ambiente (che nel caso presente è
comunque elevata) senza l’insorgere di inconvenienti di circolazione.
• Il suo particolare potere anticorrosivo ed antiruggine impedisce l’ossidazione delle
superfici interne dei circuiti ed evita gli inconvenienti di funzionamento e la
degradazione dell’olio dovuti agli ossidi metallici che si formerebbero all’interno dei
circuiti stessi.
• La sua notevole demulsività si oppone alla formazione di emulsioni stabili tra l’olio
stesso e l’acqua proveniente da perdite o condensazioni ed impedisce il conseguente
degradamento delle proprietà lubrificanti ed anticorrosive del fluido idraulico.
• Le rilevanti proprietà antischiuma e la capacità di liberare l’aria trattenuta impediscono
inconvenienti provocati dalla compressibilità delle bolle d’aria.
L’olio Agip OSO 15 soddisfa infine le esigenze previste dalle seguenti specifiche:
• DIN 51524 Teil 2 HLP
• AFNOR NF E 48603 HM
• CETOP RP91 H HM
• DENISON HF 2
• VDMA 24318
• BS 4231 HSD
• ISO L-FD
7.6 Componenti vari
Gli altri componenti del circuito (scambiatori di calore, tappi, giunti, spillatori dell’aria…)
sono di uso comune e sono semplici da reperire in qualsiasi paese.
La loro scelta è pertanto demandata al personale in Sri Lanka in modo da facilitare il suo
reperimento in caso di rotture o sostituzioni programmate.
89

8.1 Requisiti di base
8 Progettazione del telaio
Il telaio ha la funzione di supportare le barre falcianti tra loro, collegare l’intero sistema al
motocoltivatore e alloggiare l’impianto oleodinamnico di movimentazione delle barre.
La progettazione della macchina è iniziata determinando il peso massimo che può avere il
modulo di taglio della vegetazione perché possa essere sostenuto dagli attacchi della presa
di forza del motocoltivatore.
E’ stato pertanto consultato l’Ing. Pinza della Grillo S.p.A.; grazie alla sua consulenza è
stato determinato che gli attacchi di forza di un motocoltivatore commerciale di grandi
dimensioni sono in grado di reggere un peso a sbalzo di circa 80 kg.
La barra falciante da 650 mm ha una massa M650 di circa 9 kg. La barra falciante da 1050
mm ha una massa M1050 di circa 14 kg.
Ne consegue che la massa complessiva delle barre falcianti è:
Mbarre = M650 + 2⋅M⋅= 9+ 214 ⋅ = 37 [kg] (8.1)
La massa totale dell’impianto idraulico Midr è stata stimata essere circa 8 kg. Questo porta
la massa Mbii del complesso barre – impianto idraulico a:
Mbii = Mbarre+ Midr
= 37+ 8= 45 [kg] (8.2)
La massa del telaio e della trasmissione dovrà pertanto essere la minore possibile e
comunque al di sotto dei 35 kg.
La ricerca dell’ottimizzazione dei pesi porterebbe immediatamente alla scelta di un
materiale leggero per la costruzione del telaio ma non bisogna tuttavia dimenticare le
specifiche fondamentali del progetto.
La scelta di una lega molto leggera per il telaio è infatti accompagnata da una serie di
controindicazioni, prima tra tutte il prezzo, che la rendono inadatta allo scopo.
Una scelta di compromesso tra la ricerca della leggerezza e il contenimento dei costi
potrebbe essere l’alluminio.
L’alluminio, paragonato all’acciaio, ha un peso specifico minore (circa 2700 kg/m3 contro i
9800 kg/m3 dell’acciaio). Per contro l’acciaio risulta molto più rigido con un modulo di
Young di 210 GPa contro i 69 Gpa dell’alluminio.
Il difetto principale dell’alluminio è tuttavia quello di non poter essere saldato se non con
l’ausilio di apparecchiature complesse e di un’officina particolarmente attrezzata.
L’acciaio, per contro, è molto facile da saldare, anche in condizioni non ideali.
90

La facilità con cui un materiale può essere saldato è una caratteristica estremamente
importante ai fini della sua scelta soprattutto nei casi, come questo, in cui si ha a che fare
con pezzi molto complessi e costosi.
Le specifiche di taglio richieste e, soprattutto, il tipo di azionamento consentono una certa
libertà nel posiziona mento reciproco delle tre barre falcianti; tale posizionamento non
deve infatti essere preciso al millimetro ma può variare, seppur in misura contenuta.
Ciò rende possibile procedere ad una saldatura “di fortuna” che, seppure non abbastanza
accurata da ris tabilire la geometria esatta del telaio, sia tuttavia tale da ripristinarne le
caratteristiche strutturali e la resistenza alle sollecitazioni.
Alla luce di queste considerazioni appare evidente come sia preferibile, se possibile,
progettare un telaio in acciaio. Risulta tuttavia consigliabile procedere parallelamente ad un
confronto tra le strutture progettate in acciaio e la loro alternativa in alluminio tenendo
conto delle differenze di deformazione e delle eventuali correzioni da apportare per
ottenere prestazioni in termini di deformazioni simili a quelle dell’acciaio.
8.2 Forze e sollecitazioni
Come primo passo nella progettazione del telaio è necessario calcolare le forze, trasmesse
dalle barre falcianti, cui sono sottoposte le sue varie parti.
Le forze trasmesse dalle barre falcianti al telaio sono essenzialmente dovute
all’impuntamento della macchina in ostacoli che non riescono ad essere tagliati o rimossi
dal sistema. Tipicamente il problema potrebbe essere dovuto alla collisione contro un
roccia, per quanto riguarda la barra orizzontale, o contro un ostacolo posto in alto per
quanto riguarda le barre verticali.
La forza applicata dalle barre è quindi uguale alla spinta che il motocoltivatore è in grado
di esercitare. Tale spinta è stata valutata essere pari a circa 2000 N.
A queste sollecitazioni vanno aggiunte quelle sui perni derivanti dai colpi d’ariete
trasmessi dagli urti ai cilindri; tali sollecitazioni sono state ricavate dalla (7.26) a pag. 85 e
sono pari a 4100 N.
Per quanto riguarda invece i vincoli si ipotizzerà nel seguito un vincolo ideale sulla
superficie del telaio connessa alla presa di forza.
La scelta di considerare il vincolo ammissibile nasce dalla considerazione che tali calcoli
sono già stati in precedenza effettuati da chi ha progettato il motocoltivatore e i suoi
attrezzi. E’ stato pertanto scelto di conservare anche la misura dei bulloni che vincolano il
sistema al telaio Tale scelta sarebbe comunque stata obbligata dalla necessità di consentire
il montaggio ma risulta in questo caso di particolare utilità perché consente di trascurare
nella progettazione i calcoli inerenti ai bulloni di fissaggio.
Tali considerazioni valgono parimenti per tutte le parti delle barre falcianti che non
vengono sottoposte pertanto ad ulteriori analisi strutturali.
91

8.3 Soluzioni scartate e relative analisi
Nella progettazione del telaio della macchina sono state esaminate varie soluzioni prima di
pervenire al disegno finale.
A titolo di esempio sul tipo di lavoro condotto si riporta brevemente di seguito
l’evoluzione di una delle strutture analizzate.
Si è creato un disegno di partenza, modellato poi con il modellatore solido:
Si è quindi calcolato il momento che l’impuntamento esercita sulle barre verticali, quelle
più critiche, e, quindi, sulla struttura.
Tenendo presente che le barre verticali verranno imbullonate ai due fori in figura si è
proceduto al calcolo delle sollecitazioni sui fori schematizzando la barra come in figura:
Si è proceduto quindi al calcolo delle reazioni vincolari VA e VB. Per l’equilibrio dei
momenti rispetto al foro A:
da cui:
A
B
975 mm
60 mm
F⋅ 975= V ⋅ 60
(8.3)
975 975
VB= F⋅
= 2000⋅ = 32500 [N]
60 60
B
VA
B
A
F
VB
(8.4)
92

Per l’equilibrio alla traslazione:
VA = F + VB
= 32500+ 2000= 34500 [N] (8.5)
Le forze VA e VB sono state quindi applicate ai fori avendo cura di invertirne il verso.
Si è quindi proceduto all’analisi strutturale del pezzo utilizzando il modulo apposito di
ProE che implementa tale analisi mediante calcolo agli elementi finiti.
Per un confronto l’analisi è stata sviluppata sia per l’acciaio sia per l’alluminio.
Si vedano nelle figure di seguito i risultati prodotti:
Struttura in alluminio Struttura in acciaio
Come si nota dalle figure le deformazioni massime sono rispettivamente di 1.93 mm per
l’alluminio e 0.67 mm per l’acciaio mentre i pesi sono 7.9 kg e 22.8 kg.
L’alluminio risulta nettamente più leggero anche se bisogna tener conto che, per ottenere la
stessa rigidità bisogna aumentare lo spessore dello scatolato basso e del C verticale.
L’entità delle deformazioni dell’acciaio è decisamente ridotta se si pensa che la flessione
all’indietro rispetto al piano di taglio definito dalle tre barre falcianti della barra verticale
non influenza sostanzialmente né il taglio né l’efficacia del funzionamento degli attuatori.
Il passo successivo è stato quindi di alleggerire il pezzo a scapito della sua rigidezza:
Struttura in alluminio Struttura in acciaio
93

In questo caso le deformazioni del telaio in alluminio e in acciaio sono rispettivamente
2.14 mm e 0.74 mm mentre i pesi sono 7.0 kg e 20.5 kg.
Come si nota, anche realizzato in acciaio, il telaio rientra comunque entro i limiti di peso
imposti. Nel prosieguo del lavoro si è quindi deciso di adottare in via definitiva un telaio in
acciaio e di modificare quindi il disegno e le dimensioni per alleggerirlo quanto possibile.
Di seguito sono riportati i passi successivi della progettazione:
Massima deformazione: 0.86 mm
Peso: 19.92 kg
Massima deformazione: 1.62 mm
Peso: 16.84 kg
Massima deformazione: 1.55 mm
Peso: 17.13 kg
Massima deformazione: 0.96 mm
Peso:19.15 kg
Massima deformazione: 1.72 mm
Peso: 16.97 kg
94

Come si nota dalle figure e dalle didascalie, il telaio è stato progressivamente alleggerito a
scapito della rigidezza. Si sono inoltre apportate varie modifiche alla geometria del pezzo
per ottimizzare il rapporto peso – rigidità.
Una volta ottenuti risultati accettabili per quanto riguarda la rigidezza a impuntamento
delle barre verticali, sono state aggiunte le componenti delle forze dovute ad impuntamento
della barra orizzontale e a colpi d’ariete sui cilindri e, quindi sui perni.
Ad ogni successivo passaggio sono stati dedotti elementi utili non solo al miglioramento
del pezzo in esame ma alla progettazione in generale del telaio.
8.4 Soluzione definitiva
8.4.1 Considerazioni preliminari e descrizione generale
Come visto in precedenza, il problema maggiore nel dimensionamento del telaio è dovuto
all’impuntamento delle barre verticali a causa di un ostacolo in un punto alla loro
estremità.
Per ridurre la sollecitazione, essendo costante la forza di spinta del motocoltivatore, è
quindi necessario ridurre per quanto possibile il braccio del momento.
Per fare questo è necessario posizionare l’attacco delle barre verticali quanto più possibile
vicino al centro della barra verticale
La soluzione vista in precedenza aveva l’attacco delle barre verticali in basso ed era
pertanto più svantaggiata. Il confronto tra la progettazione della struttura definitiva e quella
del paragrafo precedente esemplifica bene il problema e la sua soluzione.
La soluzione definitiva è la seguente:
95

In trasparenza:
Il pezzo è formato da un profilato a C verticale sul quale è saldato uno scatolato
orizzontale. I lati dello scatolato orizzontale sono leggermente inclinati all’indietro rispetto
al piano di taglio per consentire la sovrapposizione degli elementi traslanti delle due barre
laterali, come si vede dal particolare in figura:
Alle estremità dello scatolato e del profilato a C sono saldate le piastre di attacco delle
barre falcianti.
Al centro della parte superiore del profilato a C si ha il foro dell’albero di trasmissione e
quattro fori per i bulloni di attacco del canotto.
In basso, nel profilato a C, si trova il perno di attacco del cilindro motore dell’impianto
oleoidraulico.
Il peso del telaio è 14.09 kg.
96

8.4.2 Calcolo delle sollecitazioni
Sulla struttura agiscono, nel caso più sfavorevole, tre forze:
1. Spinta orizzontale sulla cima delle barre verticali dovuta ad impuntamento del
motocoltivatore.
2. Spinta orizzontale all’estremità della barra orizzontale dovuta ad impuntamento del
motocoltivatore.
3. Spinta del cilindro motore sul suo perno quando viene raggiunta la pressione massima.
1. Spinta orizzontale sulla cima delle barre verticali dovuta ad impuntamento del
motocoltivatore.
Lo schema delle forze è il seguente:
Si procede quindi al calcolo di VA e VB. Per l’equilibrio dei momenti:
da cui:
640 mm
120 mm
Per l’equilibrio alla traslazione:
F⋅ 640 = V ⋅ 120
(8.6)
640 640
VB= F = 2000⋅ = 10666 11000 [N]
120 120
B
(8.7)
VA = F + VB
= 11000+ 2000 = 13000 [N] (8.8)
Le forze VA e VB vanno quindi applicate ai fori avendo cura di invertirne il verso.
2. Spinta orizzontale all’estremità della barra orizzontale dovuta ad impuntamento del
motocoltivatore.
295 mm
100 mm
VA
VS
B
D
A
S
F
VB
F
VD
97

Si procede quindi al calcolo di VS e VD. Per l’equilibrio dei momenti:
da cui:
Per l’equilibrio alla traslazione:
F⋅ 295 = V ⋅ 100
(8.9)
295 295
VD= F⋅
= 2000⋅ = 5900 [N]
100 100
D
(8.10)
VS = F + VD
= 5900+ 2000 = 7900 [N] (8.11)
Le forze VS e VD vanno quindi applicate ai fori avendo cura di invertirne il verso.
3. Spinta del cilindro motore sul suo perno quando viene raggiunta la pressione massima.
Tale forza è, come visto nella (7.26), pari a 4100 N.
8.4.3 Analisi delle sollecitazioni e de lle deformazioni
Una volta calcolate le sollecitazioni si può procedere all’analisi strutturale del pezzo.
Innanzitutto è opportuno verificare sollecitazioni e deformazioni del telaio applicando una
sollecitazione per volta.
Si veda l’analisi del telaio sottoposto alla sollecitazione 1:
Forze:
98

Tensioni:
Deformazioni:
La deformazione massima è di 1.3 mm nell’angolo superiore della piastra che regge la
barra falciante verticale.
99

Particolare della deformazione:
Si noti come la deformazione, pur non essendo trascurabile, non abbia comunque effetti
apprezzabili sul taglio delle foglie di palma in quanto, come detto, gli attuatori non
risentono della modifica della geometria della struttura.
Si vedano ora le sollecitazioni dovute al carico 2:
Forze:
100

Tensioni:
Deformazioni:
La deformazione massima è di 1.1 mm nell’angolo della piastra che regge la barra falciante
orizzontale.
101

Particolare della deformazione:
Anche in questo caso la deformazione rimane entro limiti accettabili.
Si vedano a questo punto la gli effetti della sollecitazione 3:
Forze:
102

Tensioni:
Deformazioni
La deformazione massima è di 0.12 mm e si ha all’estremità del perno.
103

Particolare delle deformazione:
La deformazione è molto ridotta e il suo effetto è in ogni caso trascurabile essendo stato
adottato l’attacco sferico sul corpo del cilindro.
A questo punto si analizza la struttura sottoposta alla composizione di tutti e tre i tipi di
forza. Si noti come sia sulla barra verticale che su quella orizzontale viene applicata una
forza di 2000 N, questo in realtà non avviene in quanto la spinta del motocoltivatore è
unica e viene ripartita parzialmente sulla barra verticale e parzialmente su quella
orizzontale.
Forze:
104

Tensioni:
Deformazioni:
La deformazione massima è di 1.3 mm nell’angolo superiore della piastra che regge la
barra falciante verticale.
105

Vettori della deformazione:
Come prevedibile la deformazione massima è la stessa che si ha per la sollecitazione 1 da
sola. Le altre sollecitazioni hanno intensità molto inferiore e non influenzano pertanto in
maniera apprezzabile la deformazione del telaio.
8.5 Conclusioni
In conclusione il telaio progettato è in grado di rispondere alle specifiche richieste per
quanto riguarda peso e caratteristiche meccaniche.
Le deformazioni assunte sotto l’azione delle forze alle quali può essere sottoposto non
influenzano il suo funzionamento e non modificano in modo sostanziale le condizioni
taglio. Un’eventuale inclinazione all’indietro rispetto al piano di taglio delle barre verticali,
per quanto minima, tende anzi a favorire il taglio in quanto la foglia viene spinta verso la
zona di taglio dal suo peso.
Il materiale, pur avendo un peso elevato, risulta tuttavia ideale per le condizioni di impiego
e le richieste del progetto: ha un basso costo di realizzazione, è robusto ed è facile da
saldare.
106

9.1 Attrezzatura
9 Montaggio e manutenzione
Uno degli obiettivi del progetto del modulo di taglio della vegetazione così come
dell’intera macchina era di rendere quanto più facile possibile la sua manutenzione
cercando di limitare al massimo il ricorso ad un’officina attrezzata.
L’obiettivo è stato raggiunto scegliendo di utilizzare un’unica apposita chiave per
effettuare il montaggio completo. E’ stato infatti deciso di progettare una chiave apposita
che riunisca tutti gli attrezzi necessari. Questo accorgimento costituisce solo
un’agevolazione al lavoro ma nulla impedisce di servirsi di attrezzi tradizionali ove la
chiave venisse smarrita o danneggiata.
La chiave progettata è rappresentata nella figura sottostante.
La chiave comprende i seguenti attrezzi:
• Martello
• Chiave inglese da 17 mm
• Brugola da 6 mm
La chiave è costituta da un martello sul cui manico è attaccata la chiave inglese.
Nella testa e nel manico, ad essa solidale, è ricavato un alloggiamento nel quale viene
inserita la chiave a brugola.
La chiave a brugola scompare completamente nel manico e nella testa del martello.
107

Il foro è praticato in modo da creare un accoppiamento leggermente forzato con la chiave,
questo accorgimento è fondamentale per evitare che la chiave venga espulsa quando
l’attrezzo viene usato come martello.
L’estrazione è facilitata da un apposito incavo che consente di introdurre un dito sotto la
chiave per sollevarla:
9.2 Montaggio
La macchina ha una struttura molto semplice e il suo montaggio non richiede particolari
competenze o accorgimenti.
La modularità del sistema permette di individuare una netta separazione tra i blocchi
funzionali della macchina. E’ quindi possibile suddividere le istruzioni di montaggio in sei
distinte operazioni:
• L’assemblaggio delle barre falcianti
• Il fissaggio delle barre falcianti alla struttura
• Il collegamento dei cilindri attuatori alle barre falcianti
• Il collegamento del cilindro motore alla struttura e all’eccentrico.
• Il collegamento dei cilindri tra loro e il montaggio dell’impianto idraulico
• Il collegamento dell’intero modulo di taglio al motocoltivatore
Nel seguito verranno esaminate le prime quattro operazioni. Per la quinta è necessaria la
conoscenza degli accessori dell’impianto idraulico, che verranno scelti in Sri Lanka,
mentre la progettazione e la realizzazione del collegamento tra il taglia-vegetazione ed il
motocoltivatore sono subordinate alla scelta del modello di motocoltivatore impiegato.
108

9.2.1 Assemblaggio delle barre falcianti
La barre falcianti sono composte da due parti distinte: quella mobile e quella traslante.
La parte mobile è rappresentata in figura:
Si ha un telaio forato sul quale vengono applicati i denti; sopra i denti vengono fissate le
piastre traslanti di riscontro dei registri e il contro-telaio forato cui verrà fissato lo stelo del
cilindro.
Il fissaggio di tutte le parti si ottiene mediante i pernetti in figura che vengono ribattuti.
Tutta l’operazione è comunque eseguita in fabbrica e la sua conoscenza è utile solo ai fini
di manutenzioni straordinarie dovute, ad esempio, alla rottura di uno dei pezzi.
La parte fissa si monta invece come in figura:
109

Anche in questo caso si ha un telaio sul quale vengono fissati i denti. Vengono inoltre
fissati i registri premilama nelle posizioni previste, come si nota meglio dal particolare
seguente:
Si tenga presente al primo montaggio, che è previsto dalla Grillo, che le rondelle del
registro premilama si deforma plasticamente fino prendere la forma del registro stesso.
In questo caso il fissaggio avviene mediante bulloni con testa tonda e base del fusto a
pianta quadrata che si impegna nel foro quadrato dei denti.
Una volta assemblate le due parti si introduce l’elemento mobile facendolo scorrere sulla
parte fissa fino a portare i registri a coincidere con i loro riscontri sull’elemento mobile:
Solo a questo punto è possibile procedere alla registrazione dei registri premilama.
110

9.2.2 Fissaggio delle barre falcianti alla struttura
Il fissaggio delle barre falcianti alla struttura è semplicissimo:
E’ sufficiente fissare le barre con due bulloni ciascuna come in figura.
Per l’operazione è sufficiente utilizzare una sola chiave inglese in quanto la presenza del
dado autobloccante assicura il fissaggio di questo senza bisogno di una seconda chiave per
tenerlo fermo.
9.2.3 Collegamento dei cilindri attuatori alle barre falcianti
E’ necessario innanzitutto montare gli attacchi dei cilindri attuatori, anch’essi progettati
con Pro Engineer, sulle barre falcianti, come indicato nelle due figure sottostanti.
111

Nella figura a sinistra è riportato l’attacco dello stelo del cilindro, in quella a destra
l’attacco della base del cilindro.
Il primo trasla insieme all’elemento mobile della barra mentre il secondo è solidale alla
parte fissa della barra.
Il fissaggio dell’attacco traslante alla parte mobile della barra falciante avviene mediante
due brugole. Il fissaggio dell’attacco fisso alla parte fissa della barra falciante si realizza,
invece, svitando i dadi nelle posizioni indicate, inserendo l’attacco e riavvitando i dadi in
modo da bloccarlo.
A questo punto viene inserita la base del cilindro nel perno dell’attacco fisso avendo
l’accorgimento di orientare il cilindro con gli attacchi dei tubi rivolti verso l’alto.
Il cilindro viene quindi abbassato sull’attacco traslante fino a far coincidere il foro
dell’attacco con quello del giunto dello stelo:
Lo stelo viene quindi bloccato sull’attacco traslante inserendo il perno di fissaggio:
Negli appositi fori praticati sui due perni vengono quindi fissate due coppiglie per evitare
che il cilindro si sfili. L’utilizzo delle coppiglie risulta particolarmente comodo perché non
necessita di attrezzi particolari.
Tale soluzione è consentita dal fatto che il cilindro non presenta nella direzione dei perni
nessuna sollecitazione apprezzabile: le coppiglie servono quindi a prevenire gli
spostamenti dovuti a vibrazioni o urti fortuiti.
112

9.2.4 Collegamento del cilindro motore al telaio e all’eccentrico
Il cilindro motore si collega al telaio e all’eccentrico semplicemente inserendo i due
attacchi sferici nei due perni, come in figura.
Anche questo cilindro viene bloccato con due coppiglie.
9.3 Smontaggio
Lo smontaggio della macchina è molto semplice e può essere effettuato seguendo al
contrario le istruzioni del capitolo precedente.
L’unica raccomandazione è di sostituire le coppiglie quando si procede ad un nuovo
montaggio in quanto la deformazione plastica cui esse vengono sottoposte al primo
montaggio ne potrebbe compromettere la solidità, qualora venissero utilizzate più volte.
La semplice introduzione nel foro di una coppiglia che abbia subito una piegatura ed un
raddrizzamento potrebbe inoltre risultare particolarmente difficile.
Un altro accorgimento è quello di smontare le barre falcianti dalla struttura agendo sul
bullone e non sul dado autobloccante; in caso contrario, infatti, la dentatura di quest’ultimo
andrebbe ad intaccare la vernice del telaio e potrebbe quindi produrre un possibile innesco
per la ruggine.
Per quanto riguarda il collegamento alla macchina e l’impianto idraulico non è possibile
fornire indicazioni specifiche ma si raccomanda comunque di fare attenzione affinché i
tubi, quando vengono maneggiati, non assumano mai raggi di curvatura inferiori a quelli
minimi prescritti (57 mm).
113

9.4 Manutenzione
Le regole di manutenzione da osservare sono quelle generali di tutti i sistemi meccanici ma
si raccomandano alcuni accorgimenti.
9.4.1 Regolazione dei registri premilama
Durante il normale utilizzo, a causa delle vibrazioni e dell’usura, il gioco tra le due schiere
di denti, fissi e traslanti, tende ad aumentare.
Per mantenere ottimale la pressione degli uni sugli altri, le barre falcianti sono provviste di
appositi registri premilama la cui regolazione si ottiene combinando l’avvitamento e lo
svitamento dei due dadi che li tengono fissati a telaio e di un bullone montato nella loro
parte posteriore.
Particolare attenzione va posta affinché la registrazione non avvenga agendo
esclusivamente sul bullone di registrazione perché in quel caso essa, oltre a risultare
inefficace, determinerebbe deformazioni indesiderate dei registri premilama.
9.4.2 Verniciatura
Tutte le parti della macchina sono in acciaio e sono pertanto soggette ad ossidazione.
Le condizioni ambientali particolarmente gravose caratterizzate da elevata umidità e
vicinanza al mare, con conseguente forte salinità dell’aria, rendono il problema
particolarmente delicato.
La verniciatura di tutte le parti deve essere quindi accurata. E’ inoltre consigliabile
provvedere ad un’ispezione periodica delle superfici e, ove necessario, ad un eventuale
ritocco della verniciatura.
114

Particolare attenzione va dedicata al telaio, costoso e difficile da sostituire nel caso in cui
l’ossidazione ne comprometta la solidità, e agli organi sottoposti a strisciamento, perni e
registri.
9.4.3 Lubrificazione
Per evitare l’usura superficiale degli organi sottoposti a strisciamento è necessaria una
periodica lubrificazione che può anche avvenire, come visto, con lo stesso olio Agip OSO
15 utilizzato per l’impianto idraulico. Si consiglia in particolare di lubrificare spesso i perni
su cui sono montati i cilindri al fine di evitare, con gli strisciamenti, anche perdite
indesiderate di potenza.
Per quanto riguarda lo strisciamento dell’elemento mobile ed in particolare dei denti mobili
della barra falciante sui denti fissi, la lubrificazione è già assicurata dall’erba che vi rimane
imprigionata e maciullata in mezzo.
115

10 Simulatore del sistema di navigazione
10.1 Procedura di sminamento in uso
Nella regione Vanni dello Sri Lanka, così come nella maggior parte degli altri paesi affetti
da mine antiuomo, lo sminamento avviene essenzialmente manualmente.
Per ragioni di storia e di diversità di ambiente naturale, tuttavia, le tecniche di sminamento
manuale e le procedure differiscono da paese a paese e da regione a regione.
Nella regione Vanni dello Sri Lanka, nel corso degli anni, si è constatato, procedendo con
la bonifica dei campi minati, che le mine sono state posizionate secondo schemi ricorrenti
ed abbastanza semplici.
Le mine sono state infatti utilizzate da entrambe le fazioni come elemento di protezione per
specifici elementi del territorio quali strade, bunker, luoghi sacri, pozzi…
Per queste ragioni le mine sono state sempre disposte in cinture di protezione con una
geometria ben definita:
Elemento da
proteggere
Le foto riportate sotto mostrano il tipico pattern secondo cui vengono rinvenute le mine
nella regione Vanni: in gruppi di tre, lungo linee difensive.
Napankulam, Vavunya, 19/4/2004: campo minato pulito da FSD.
L’organizzazione FSD utilizza paletti gialli per indicare dove sono state trovate le mine antiuomo.
116

Nella regione Vanni, la procedura standard di sminamento prevede quindi la pulizia di
corridoi paralleli di larghezza 1m distanti 10m uno dall’altro, alla ricerca manuale di una
mina; trovata la prima, si procede alla pulizia della zona circostante per localizzare altre
mine ed accumulare informazioni sulla forma della cintura protettiva. Una volta
individuata la cintura, si procede trasversalmente alla sua pulizia.
Lo sminamento risulta pertanto facilitato in quanto la conoscenza della posizione di un
numero limitato di mine consente di formulare ipotesi plausibili sulla posizione delle mine
restanti.
10.2 Obiettivi del sistema di navigazione
Il progetto sullo sminamento in corso al PMARLab prevede anche lo sviluppo del
controllo della macchina per la rimozione delle mine e per il taglio della vegetazione. La
macchina sarà controllata remotamente in modalità automatica o via radio da un operatore.
Nell’ambito di questa tesi, oltre che alla progettazione del modulo di taglio della
vegetazione del robot, si è voluto sviluppare anche una parte di controllo, implementando
un sistema automatico di navigazione della macchina.
Il controllo automatico sarà utilizzato per rinvenire esclusivamente la “prima mina”. Una
volta che questa è stata individuata il controllo passa all’uomo che radiocomanda la
macchina nelle fasi successive dell’operazione di sminamento.
Il compito del simulatore in oggetto è pertanto quello di fornire un supporto alla logica di
navigazione del robot.
Da quanto detto riguardo alla logica di posizionamento delle mine è facile capire come il
robot utilizzato sarà chiamato alla verifica di una porzione limitata del territorio e ben
difficilmente arriverà a percorrere l’intera superficie del campo minato.
10.3 Strategia di navigazione del robot
L’idea di percorrere il campo minato seguendo un classico percorso a serpentina che
assicurerebbe il controllo di tutta la superficie del campo minato nel modo più rapido e
razionale, deve essere quindi sostituita da una logica più evoluta che minimizzi il tempo di
rinvenimento della “prima mina” sulla base di considerazioni tattiche e strategiche evolute.
Il modo più efficace per tradurre tali considerazioni in una forma elaborabile dal software è
quello di dividere il territorio in porzioni elementari che abbiano dimensioni uguali alla
dimensione massima del robot (che in prima approssimazione può essere considerato
quadrato) e codificare l’importanza di dette porzioni mediante pesi attribuiti dallo stesso
117

utente ad ogni porzione sulla base della sua esperienza personale e della sua conoscenza
delle tecniche di posa delle mine nella zona.
L’utente andrà pertanto a costruire una mappa pesata del campo minato di questo tipo:
e a memorizzarla quindi come file di testo in modo che sia immediatamente fruibile dal
software.
L’utente ha a disposizione 10 livelli di probabilità di trovare una mina, da attribuire come
pesi alle porzioni unitarie di territorio. Dovrà inoltre contraddistinguere con –1 i quadrati
che fanno parte del corridoio di partenza del robot e con –2 tutti gli ostacoli ed i punti che
non possono o non devono essere raggiunti dal robot.
10.4 Logica di navigazione del robot
Il programma di navigazione automatica, di cui il codice è riportato in appendice, è stato
scritto con il software Visual Basic .NET. Il programma contiene un’interfaccia grafica che
permette di visualizzare il percorso del robot sul campo e un’interfaccia a finestre per
permettere all’utilizzatore di inserire il campo minato e i dati relativi al robot.
Il programma provvede alla navigazione seguendo semplici regole preordinate secondo la
priorità con cui devono essere seguite. Le regole prescrivono alla macchina la direzione da
prendere.
118

Tali regole vengono eseguite in cascata: ogni regola restituisce una lista contenente una o
più direzioni consigliate tra quelle possibili.
Nel caso la lista contenga più di una direzione consigliata il programma passa alla regola
successiva.
Le regole vengono eseguite in cascata fino a quando una di esse non restituisce una sola
direzione consigliata per il robot.
Le regole implementate considerano la posizione attuale del robot e tutto il campo
circostante con i pesi dei vari quadranti.
Dalla posizione attuale:
1. Il robot si dirige sul punto adiacente avente peso maggiore.
2. Il robot mantiene la sua direzione.
3. Il robot si dirige lungo il corridoio la cui somma degli elementi positivi sia maggiore
rispetto agli altri corridoi.
4. Il robot si dirige verso il semipiano la cui somma degli elementi positivi sia maggiore
rispetto agli altri semipiani.
5. Il robot si dirige verso il punto da verificare più vicino.
6. In caso si inneschi un loop, il robot sceglie una direzione a caso per uscirne.
Il software itera il processo su tutti i punti di partenza possibili fornendo informazioni utili
alla scelta del punto di partenza migliore oltre che a fornire una logica di guida per il robot.
10.5 Costruzione della mappa del campo minato
Per costruire la mappa del campo minato è necessario conoscerne nei dettagli la topografia.
Si prenda una cartina in scala opportuna (particolarmente indicate possono essere le cartine
catastali con scale intorno a 1:200) della zona del campo minato e la si suddivida in
quadrati che abbiano una dimensione reale di un metro per un metro.
Un metodo comodo potrebbe essere, ad esempio, quello di sovrapporre alla cartina un
foglio lucido di carta millimetrata e rilevare con matite colorate le zone direttamente sulla
carta; il foglio viene quindi tolto e si inseriscono manualmente i vari pesi (da 1 a 10 per il
campo, -1 per il corridoio di partenza e –2 per gli ostacoli) in base ai colori utilizzati.
Nella sovrapposizione si noterà che alcuni quadrati possono contenere al loro interno una
parte con una zona con un certo peso e un’altra parte con una zona di peso differente; sta a
chi sta costruendo la mappa assegnare un peso piuttosto che un altro al quadrato in
questione.
La mappa del campo minato può essere costruita in modo molto semplice utilizzando un
normale editor di testo.
119

Si veda l’esempio in figura:
Si abbia l’avvertenza di inserire una tabulazione (TAB) tra i numeri sulla stessa riga e un
carattere a capo (ENTER) alla fine della riga.
Una comoda alternativa è quella di utilizzare il foglio di calcolo Excel del pacchetto Office
di Microsoft:
Nella costruzione del campo minato potrebbe inoltre essere utile assegnare colori diversi a
zone con peso diverso per avere una percezione grafica migliore.
120

10.6 Analisi del funzionamento
Appena avviato, il programma apre l’interfaccia riportata in figura:
L’interfaccia è essenziale ed è composta dai seguenti bottoni:
• Open File: carica il file di testo nel quale è stato creato il campo minato
• Start Simulation: inizia la simulazione
• Next Simulation: passa alla simulazione successiva ovvero al successivo punto di
partenza ammissibile per il robot
• Quit: esce dal programma
Per evitare errori da parte dell’utente alcuni bottoni vengono alternativamente disabilitati.
Ciccando sul bottone “Open File”, si accede alla finestra di apertura del file, che è del tipo
classico dell’ ambiente Windows:
121

Il campo minato viene caricato.
Le zone con diverso livello di peso vengono contraddistinte da diversi colori.
In particolare, sono indicati in:
• nero: gli ostacoli e le zone che non possono essere raggiunte come alberi, stagni ed aree
che rimangono fuori dal campo minato
• verde oliva: il corridoio di partenza.
I quadranti dove il robot è già passato saranno indicati in bianco mentre il robot sarà
indicato in blu.
Prima di iniziare la simulazione il software richiede di inserire la velocità del robot e il
tempo necessario perché esso compia una curva di 90°.
Il tempo necessario a curvare è particolarmente importante in quanto la macchina in
questione, pur essendo in grado di ruotare sul proprio asse, ha tuttavia dei tempi di sterzata
abbastanza lunghi, nell’ordine dei 5-6 secondi.
122

Il software tiene già conto di questa difficoltà tendendo a conservare, nel corso della
navigazione, la propria direzione.
La simulazione a questo punto inizia partendo dal punto più in alto a sinistra del corridoio
che circonda il campo minato.
Nel corso e alla fine della simulazione è sempre possibile leggere le informazioni
riguardanti la traiettoria scelta, le curve e il tempo impiegato per il percorso.
Come si può vedere nella figura a destra, la logica del programma tende a guidare la
macchina a perlustrare un campo molto vasto procedendo successivamente alla verifica di
sottocampi più piccoli.
123

Tale tendenza è particolarmente evidente nell’esempio riportato qui in basso che analizza il
comportamento per un campo minato molto vasto, con lato di 100 m. Campi di dimensioni
tanto elevate sono molto rari e vengono di solito suddivisi in sottocampi più piccoli.
Il simulatore provvede anche a questa funzione, in quanto il robot procede alla pulizia di
un campo lungo corridoi che fanno da perimetri a delle sottoaree. L’utilizzo del
programma per la suddivisione di un vasto campo minato in sottocampi permette anche di
definire i perimetri dei sottocampi lungo traiettorie con più alta probabilità di trovare una
mina.
Dalle due immagini riportate sopra, si può inoltre notare come in tempi abbastanza brevi,
vengono ripulite le zone di maggiore interesse (in questo caso i rettangoli sopra e sotto la
strada).
Osservando la zona in fase di sminamento sotto la strada si nota come l’approccio sia
quello di ridurre l’area da controllare eseguendo il controllo sui corridoi esterni e
convergendo in maniera concentrica verso la zona centrale.
Nel caso di campi minati di dimensioni più piccole, come nell’esempio successivo, il
simulatore, partendo da un punto di partenza favorevole, si dimostra estremamente
efficace:
124

Si nota come le zone a peso elevato siano state tutte immediatamente sminate senza toccare
nemmeno un quadrante a peso minore.
Alla fine della simulazione il programma si interrompe consentendo di leggere ed
eventualmente annotare i relativi dati.
Premendo OK si passa alla simulazione successiva.
In qualunque momento è peraltro possibile passare alla simulazione successiva premendo
il pulsante Next Simulation o uscire dal programma premendo il pulsante Quit.
125

11.1 Conclusioni
11 Conclusioni e sviluppi futuri
Il presente lavoro è stato articolato in varie fasi: dopo aver raccolto i dati sufficienti sui
campi minati, sulle mine presenti sul territorio della regione Vanni in Sri Lanka, e sulle
tecniche di sminamento più utilizzate nel mondo e specificatamente in Sri Lanka, si è
proceduto ad una valutazione dello stato dell’arte dei sistemi meccanici di sminamento e di
taglio della vegetazione esistenti.
Utilizzando le foto e le informazioni a disposizione si sono quindi valutate le
caratteristiche della vegetazione nella regione in modo da procedere ad una selezione
preliminare della tecnica di taglio da utilizzare.
Sono quindi state sviluppate alcune architetture possibili per la macchina e se ne sono
valutati gli aspetti positivi e negativi. Tale valutazione ha permesso di selezionare la
tecnica di taglio mediante barra falciante tra le varie possibili e scegliere un architettura
che prevedesse l’utilizzo di tre barre falcianti di cui una orizzontale per il taglio della
vegetazione a terra e due verticali per il taglio delle foglie di palma e di eventuali fili di
attivazione di mine antiuomo a frammentazione.
A questo punto si è proceduto ad un’analisi qualitativa delle forze in gioco e si sono
condotte delle prove di taglio utilizzando tipi di vegetazione con caratteristiche simili a
quella presente nel territorio.
E’ stata quindi condotta un analisi approfondita di tutte le possibili alternative per
l’attuazione della macchina considerando le caratteristiche di ciascuna con particolare
attenzione alla robustezza, al peso, all’affidabilità, alla capacità di trasmettere potenze
elevate, alla facilità di distribuzione del moto e alla possibilità di creare una struttura che
fosse il più possibile modulare.
Tra i vari tipi di attuazione è stata scelta quella idraulica che meglio delle altre
soddisfaceva i requisiti richiesti.
Si è proceduto a questo punto alla progettazione dell’architettura dell’impianto idraulico
con un’attenta analisi di varie soluzioni possibili. Alla luce di numerose considerazioni su
peso, ingombri e forze trasmesse supportate dalle analisi dinamiche precedentemente
condotte sul taglio della vegetazione, è stata quindi scelta la soluzione che adotta quattro
cilindri in serie di cui uno motore, movimentato da un eccentrico direttamente collegato
alla presa di forza, e tre attuatori, fissati sulle tre barre falcianti.
Sono stati contattati numerosi produttori di barre falcianti per la fornitura di un prodotto
che rispondesse in maniera ottimale alle esigenze di semplicità costruttiva, robustezza ed
economicità richieste dall’applicazione. Tra le aziende che si sono rese disponibili è stata
126

scelta la Grillo S.p.A. che, oltre ad un’utile consulenza tecnica, ha anche fornito un
esemplare della sua barra falciante modello Mulching da 650 mm.
La barra falciante è stata a questo punto smontata in ogni sua parte, sono state prese tutte le
misure dei vari componenti e si è proceduto alla creazione di un suo modello solido con il
software di modellazione solida Pro Engineer.
Con una valutazione delle velocità e della dinamica e delle modalità di taglio nonché delle
caratteristiche generali dell’impianto idraulico da progettare si sono quindi calcolate le
pressioni di esercizio normale e le pressioni massime in presenza di colpi d’ariete dovute a
bruschi impuntamenti delle barre falcianti.
E’ stato a questo punto possibile dimensionare l’impianto idraulico e procedere ad una
scelta preliminare dei componenti con particolare attenzione ai cilindri a doppio effetto.
Considerando gli ingombri elevati dei cilindri a doppio effetto presenti sul mercato e
osservando che la legge sinusoidale di moto esclude la presenza di brusche decelerazioni
nei fine corsa si è tuttavia deciso di adottare cilindri appositamente costruiti, privi di
sistemi di smorzamento degli urti. E’ stato quindi necessario contattare vari produttori per
averne dei preventivi di spesa. In base ad essi è stata infine scelta la C.O.P.E. S.r.l. per la
fornitura dei cilindri a doppio effetto.
Si è proceduto quindi alla scelta dei fissaggi al telaio dei cilindri a doppio effetto, dei tubi e
dell’olio idraulico; per ragioni pratiche e commerciali la scelta dei componenti minori
dell’impianto è stata demandata agli utilizzatori in Sri Lanka.
Una volta ottenute tutte le informazioni necessarie sugli ingombri e il dimensionamento
delle varie parti si è proceduto, con l’ausilio del modellatore solido, alla progettazione del
telaio che è stata articolata in varie fasi: la progettazione di soluzioni diverse,
l’ottimizzazione delle soluzioni più convincenti e la selezione della soluzione che meglio
rispondesse alle specifiche richieste riguardo al peso, alla rigidezza, al costo di costruzione
e alla facilità di riparazione e saldatura.
Si è infine proceduto, sempre con l’ausilio del modellatore solido, all’assemblaggio delle
varie parti e ai controlli dimensionali
E’ stata infine progettata una semplice chiave universale in grado da sola di consentire il
montaggio, lo smontaggio e le riparazioni ordinarie dell’intera macchina per il taglio della
vegetazione; sono state inoltre elaborate semplici istruzioni di montaggio e smontaggio e
sono state elencate alcune indicazioni circa la manutenzione ordinaria delle varie parti.
Nell’ambito dell’esame di Modellistica e simulazione dei sistemi meccanici è stato inoltre
elaborato, con il linguaggio di programmazione Visual Basic .NET, un algoritmo di
navigazione per il robot sminatore che permette di ottimizzare sia il punto di approccio al
campo minato sia la navigazione all’interno di esso.
127

Sono state infine condotte varie analisi sulla macchina dalle quali si è potuto constatare
come siano state soddisfatte le specifiche progettuali richieste:
• Taglio della vegetazione sul piano di movimentazione della macchina
• Taglio delle foglie di palma
• Taglio di eventuali fili di attivazione di mine a frammentazione
• Potenza richiesta minore della potenza disponibile
• Peso minore del peso massimo supportato
• Resistenza della macchina alle sollecitazioni imposte
Sono stati inoltre raggiunti gli obiettivi auspicabili all’inizio del progetto:
• Basso costo della macchina
• Semplicità costruttiva
• Robustezza
• Facilità di montaggio
• Facilità di manutenzione
• Facilità di riparazione mediante saldatura
• Modularità
Dagli esperimenti condotti sul software di navigazione si è potuto constatare che esso
soddisfa adeguatamente le richieste di base:
• Semplice interfaccia utente
• Rapidità di controllo delle zone ad elevato grado di interesse
• Tendenza a ridurre il campo minato in sottocampi circoscritti e separati dal resto del
campo.
• Elevata flessibilità del software
11.2 Sviluppi futuri
11.2.1 Taglia-vegetazione
A causa dell’attuale mancanza di dati sul modello di motocoltivatore scelto, sulla sua
interfaccia e su ciò che potrebbe eventualmente essere inserito tra il sistema di taglio della
vegetazione ed il motocoltivatore stesso, nel corso della progettazione sono stati tralasciati
due aspetti che dovranno però in futuro essere attentamente studiati e risolti.
Per quanto riguarda il collegamento del sistema di taglio della vegetazione al
motocoltivatore sono necessarie le seguenti operazioni:
• acquisizione dei dati circa la presa di forza del motocoltivatore e i suoi attacchi di forza
• progettazione e analisi strutturale di un canotto per collegare il telaio del tagliavegetazione
alla macchina
• dimensionamento dell’albero alla flessione dovuta alla flessione del canotto e alle
sollecitazioni di flessione derivanti da eventuali colpi d’ariete sulla ruota
• dimensionamento dell’albero alla torsione
128

• dimensionamento dell’albero alla fatica derivante dalle variazioni delle sollecitazioni di
flessione
• dimensionamento dell’eccentrico
• eventuale dimensionamento del fissaggio dell’eccentrico all’albero di trasmissione nel
caso in cui essa non sia solidale con l’albero stesso
• dimensionamento del perno della ruota alla flessione dovuta ai colpi d’ariete dei
cilindri
• dimensionamento del perno della ruota alla fatica dovuta alle variazioni della direzione
della flessione
• dimensionamento e scelta dei cuscinetti, uno normale ed uno reggispinta in modo da
mantenere l’isostaticità della struttura.
• progettazione del giunto limitatore di coppia
• analisi e taratura del giunto limitatore di coppia
Per quanto riguarda la rimozione della vegetazione sono necessarie le seguenti operazioni:
• progettazione di una carenatura opportunamente sagomata per spostare la vegetazione
rimossa ai lati della macchina, passando sotto i supporti del telaio per le barre verticali
• sagomatura della carenatura per consentire il passaggio dei tubi flessibili
• scelta dei fissaggi a telaio (si suggeriscono incastri e/o brugole da 6 mm)
11.2.2 Software di navigazione
Il software è, allo stato attuale, molto semplice e presenta ampi margini di miglioramento.
Si potrebbero aggiungere dei blocchi di programma indipendenti tra loro che implementino
le seguenti funzioni:
• Implementazione di un’interfaccia grafica che renda più rapida la costruzione della
mappa del campo minato e l’assegnazione dei pesi alle varie zone.
• Implementazione, in alternativa, di un modulo di programma che si avvalga di
algoritmi avanzati di riconoscimento e di elementi di grafica complessa per assegnare
automaticamente i pesi alle zone del campo minato sulla base di un’analisi evoluta, con
approccio prevalentemente top-down, di foto scattate da satelliti.
Tale sistema dovrebbe avere la capacità di analizzare ed integrare vari tipi di fotografie
condotte in differenti campi di emissioni luminose, visibili, infrarossi etc. e con spettri
diversi in grado di determinare vari parametri del suolo come umidità, consistenza del
terreno etc.
• Implementazione di un modulo di analisi statistica dei risultati ottenuti dalle
simulazioni al variare del punto di partenza. Tale modulo potrebbe, ad esempio,
costruire un grafico che abbia in ascisse il numero progressivo di spostamento e in
ordiate il corrispondente valore del quadrante raggiunto; la posizione del baricentro e la
sua distanza dall’asse delle orinate fornirebbe a questo punto un’utile indicazione sulla
bontà del punto di partenza scelto per l’operazione di sminamento.
• Implementazione di un modulo che operi una selezione preliminare tra i punti di
partenza possibili al fine di ottimizzarne la scelta.
129

Una volta stabiliti dei parametri univoci per la valutazione della bontà dell’algoritmo usato
si potrebbe inoltre provare a cambiare l’ordine delle regole e ad aggiungerne di nuove per
ottimizzare l’algoritmo stesso.
Un’ottimizzazione del codice del programma potrebbe infine portare ad un aumento della
velocità di elaborazione e ad un più razionale utilizzo della memoria del calcolatore.
130

12 Bibliografia
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www.imm-hydraulics.it/, I.M.M. Hydraulics S.p.A., Tubi idraulici.
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www.oleotec.it/, Oleotec s.r.l, Tubi idraulici.
www.promatec.it/, Promatec S.p.A., Tubi idraulici.
www.unigasket.it, UNI Gasket s.r.l, Tubi idraulici.
www.zecspa.com, ZEC S.p.A., Tubi idraulici.
137

APPENDICE A
Disegni costruttivi

APPENDICE B
Codice sorgente del software di navigazione

Public Class Form1
Inherits System.Windows.Forms.Form
#Region " Windows Form Designer generated code "
Public Sub New()
MyBase.New()
'This call is required by the Windows Form Designer.
InitializeComponent()
'Add any initialization after the InitializeComponent() call
End Sub
'Form overrides dispose to clean up the component list.
Protected Overloads Overrides Sub Dispose(ByVal disposing As Boolean)
If disposing Then
If Not (components Is Nothing) Then
components.Dispose()
End If
End If
MyBase.Dispose(disposing)
End Sub
'Required by the Windows Form Designer
Private components As System.ComponentModel.IContainer
'NOTE: The following procedure is required by the Windows Form Designer
'It can be modified using the Windows Form Designer.
'Do not modify it using the code editor.
Friend WithEvents OpenFileDialog1 As System.Windows.Forms.OpenFileDialog
Friend WithEvents btnOpenFile As System.Windows.Forms.Button
Friend WithEvents btnStartSimul As System.Windows.Forms.Button
Friend WithEvents btnQuit As System.Windows.Forms.Button
Friend WithEvents Timer1 As System.Windows.Forms.Timer
Friend WithEvents Button1 As System.Windows.Forms.Button
Friend WithEvents Label1 As System.Windows.Forms.Label
Friend WithEvents Label2 As System.Windows.Forms.Label
Friend WithEvents lblMovements As System.Windows.Forms.Label
Friend WithEvents lblRotations As System.Windows.Forms.Label
Friend WithEvents Label4 As System.Windows.Forms.Label
Friend WithEvents lblTime As System.Windows.Forms.Label
Friend WithEvents boxPulsanti As System.Windows.Forms.GroupBox
Private Sub InitializeComponent()
Me.components = New System.ComponentModel.Container
Me.OpenFileDialog1 = New System.Windows.Forms.OpenFileDialog
143

Me.btnOpenFile = New System.Windows.Forms.Button
Me.btnStartSimul = New System.Windows.Forms.Button
Me.btnQuit = New System.Windows.Forms.Button
Me.Timer1 = New System.Windows.Forms.Timer(Me.components)
Me.Button1 = New System.Windows.Forms.Button
Me.Label1 = New System.Windows.Forms.Label
Me.Label2 = New System.Windows.Forms.Label
Me.lblMovements = New System.Windows.Forms.Label
Me.lblRotations = New System.Windows.Forms.Label
Me.lblTime = New System.Windows.Forms.Label
Me.Label4 = New System.Windows.Forms.Label
Me.boxPulsanti = New System.Windows.Forms.GroupBox
Me.boxPulsanti.SuspendLayout()
Me.SuspendLayout()
'
'btnOpenFile
'
Me.btnOpenFile.Location = New System.Drawing.Point(8, 48)
Me.btnOpenFile.Name = "btnOpenFile"
Me.btnOpenFile.Size = New System.Drawing.Size(96, 24)
Me.btnOpenFile.TabIndex = 0
Me.btnOpenFile.Text = "Open File"
'
'btnStartSimul
'
Me.btnStartSimul.Enabled = False
Me.btnStartSimul.Location = New System.Drawing.Point(120, 48)
Me.btnStartSimul.Name = "btnStartSimul"
Me.btnStartSimul.Size = New System.Drawing.Size(96, 24)
Me.btnStartSimul.TabIndex = 1
Me.btnStartSimul.Text = "Start Simulation"
'
'btnQuit
'
Me.btnQuit.Location = New System.Drawing.Point(344, 48)
Me.btnQuit.Name = "btnQuit"
Me.btnQuit.Size = New System.Drawing.Size(96, 24)
Me.btnQuit.TabIndex = 2
Me.btnQuit.Text = "Quit"
'
'Button1
'
Me.Button1.Location = New System.Drawing.Point(232, 48)
Me.Button1.Name = "Button1"
Me.Button1.Size = New System.Drawing.Size(96, 24)
Me.Button1.TabIndex = 3
Me.Button1.Text = "Next Simulation"
'
144

'Label1
'
Me.Label1.Location = New System.Drawing.Point(24, 24)
Me.Label1.Name = "Label1"
Me.Label1.Size = New System.Drawing.Size(80, 16)
Me.Label1.TabIndex = 4
Me.Label1.Text = "Movements:"
'
'Label2
'
Me.Label2.Location = New System.Drawing.Point(168, 24)
Me.Label2.Name = "Label2"
Me.Label2.Size = New System.Drawing.Size(64, 16)
Me.Label2.TabIndex = 5
Me.Label2.Text = "Rotations:"
'
'lblMovements
'
Me.lblMovements.Location = New System.Drawing.Point(112, 24)
Me.lblMovements.Name = "lblMovements"
Me.lblMovements.Size = New System.Drawing.Size(32, 16)
Me.lblMovements.TabIndex = 6
Me.lblMovements.Text = "0"
Me.lblMovements.TextAlign = System.Drawing.ContentAlignment.MiddleRight
'
'lblRotations
'
Me.lblRotations.Location = New System.Drawing.Point(240, 24)
Me.lblRotations.Name = "lblRotations"
Me.lblRotations.Size = New System.Drawing.Size(40, 16)
Me.lblRotations.TabIndex = 7
Me.lblRotations.Text = "0"
Me.lblRotations.TextAlign = System.Drawing.ContentAlignment.MiddleRight
'
'lblTime
'
Me.lblTime.Location = New System.Drawing.Point(368, 24)
Me.lblTime.Name = "lblTime"
Me.lblTime.Size = New System.Drawing.Size(48, 16)
Me.lblTime.TabIndex = 9
Me.lblTime.Text = "0"
Me.lblTime.TextAlign = System.Drawing.ContentAlignment.MiddleRight
'
'Label4
'
Me.Label4.Location = New System.Drawing.Point(312, 24)
Me.Label4.Name = "Label4"
Me.Label4.Size = New System.Drawing.Size(64, 16)
145

Me.Label4.TabIndex = 8
Me.Label4.Text = "Time:"
'
'boxPulsanti
'
Me.boxPulsanti.Controls.Add(Me.lblRotations)
Me.boxPulsanti.Controls.Add(Me.lblMovements)
Me.boxPulsanti.Controls.Add(Me.Label2)
Me.boxPulsanti.Controls.Add(Me.Label1)
Me.boxPulsanti.Controls.Add(Me.Button1)
Me.boxPulsanti.Controls.Add(Me.btnQuit)
Me.boxPulsanti.Controls.Add(Me.btnStartSimul)
Me.boxPulsanti.Controls.Add(Me.btnOpenFile)
Me.boxPulsanti.Controls.Add(Me.Label4)
Me.boxPulsanti.Controls.Add(Me.lblTime)
Me.boxPulsanti.Location = New System.Drawing.Point(0, 384)
Me.boxPulsanti.Name = "boxPulsanti"
Me.boxPulsanti.Size = New System.Drawing.Size(456, 88)
Me.boxPulsanti.TabIndex = 10
Me.boxPulsanti.TabStop = False
'
'Form1
'
Me.AutoScaleBaseSize = New System.Drawing.Size(5, 13)
Me.ClientSize = New System.Drawing.Size(456, 469)
Me.Controls.Add(Me.boxPulsanti)
Me.Name = "Form1"
Me.StartPosition = System.Windows.Forms.FormStartPosition.CenterScreen
Me.Text = "Deminer Simulator"
Me.boxPulsanti.ResumeLayout(False)
Me.ResumeLayout(False)
End Sub
#End Region
Dim CampoDefinito As Boolean = False
'Dim Campo As System.Drawing.Graphics
Private Sub Button1_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs)
Handles btnOpenFile.Click
'Apre il file di testo con il campo minato e lo trasferisce nella matrce MatriceCampo
Dim LineOfText, AllText, n As String
Dim i, Riga, Col As Integer
Me.OpenFileDialog1.Filter = "Text files (*.txt)|*txt" 'iltra i file visibili all'apertura mostrando solo
i file di testo
Me.OpenFileDialog1.ShowDialog() 'Carica la maschera di apertura file
If Me.OpenFileDialog1.FileName "" Then 'Prova ad aprire il file solo se è stato selezionato
qualcosa
146

Try 'Prova ad aprire ma tiene conto che si può verificare un errore in apertura
'Conta righe e colonne e crea la stringa dei valori del campo
FileOpen(1, Me.OpenFileDialog1.FileName, OpenMode.Input) 'Apre il file
LineOfText = LineInput(1) 'Inizializza la prima riga di testo
AllText = LineOfText & ControlChars.Tab 'Inizializza la stringa che conterrà il file di testo
Dim ch() As Char
ch = LineOfText.ToCharArray 'Converte la linea di testo in un array di caratteri
'Conta le colonne
For Each cc As Char In ch
If cc = ControlChars.Tab Then 'Ad ogni carattere Tab...
c += 1 '...incrementa il conto delle colonne
End If
Next
'Conta le righe
Do Until EOF(1) 'Eswegue il blocco fino alla fine del file
AllText = AllText & LineInput(1) & ControlChars.Tab 'Costruisce una stringa unica
partendo dal testo
r += 1 'Incrementa il contatore delle righe
Loop
ReDim MatriceCampo(r, c) 'Ridimensiona MatriceCampo
'Mette i valori numerici in MatriceCampo
For i = 0 To Len(AllText) - 1 'N.B. Len dà il numero effettivo dei caratteri nella stringa
partendo da 1
If AllText.Chars(i) ControlChars.Tab Then 'Se il carattere non è Tab...
n &= AllText.Chars(i) '...costruisce il numero della posizione i-esima
Else
MatriceCampo(Riga, Col) = CType(n, Integer) 'Inserisce n al suo posto in
MatriceCampo
n = "" 'Azzera n
If Col = c Then 'Se a fine riga
Col = -1 'Inizializza Col a -1 perché andrà comunque incrementata al prossimo step e
diventerà quindi 0
Riga += 1 'Incrementa l'indice di riga
End If
Col += 1 'Incrementa l'incide di colonna
End If
Next
Catch
MsgBox("Error opening file") 'Se ci sono problemi ad aprire il file segnala l'errore
Finally
FileClose(1) 'Chiude il file
End Try
147

End If
CampoDefinito = True 'Informa il blocco di grafica che il campo è ra definito e si può quindi
disegnare
Me.Refresh() 'Rigenera la Form
Me.btnOpenFile.Enabled = False 'Disabilita il bottone di apertura del file per eviare errori
Stoppati = False 'Inizializza come falso il valore di stop che permette di interrompere la
simulazione
End Sub
Private Sub btnStartSimul_Click( ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs)
Handles btnStartSimul.Click
Dim i, j, k, Spostamenti, Curve, Pres, TCurva, Velocità, Time As Integer
Dim PuntoBuono As Boolean
Dim ListaDirezioni As Array
Dim Direzione As Byte
Dim MatriceCampoTemp(r, c) As Integer
Copy(MatriceCampo, MatriceCampoTemp) 'Fa un backup di MatriceCampo perché quest'ultima
verrà poi modificata nel corso della simulazione
Velocità = CInt(InputBox("V [m/s]")) 'Richiede all'utente di inserire la velocità del robot in modo
da eseguire calcoli sul tempo impiegato dal processo di sminamento
TCurva = CInt(InputBox("Time to rotate of 90°")) 'Richiede all'utente di inserire il tempo
necessario al robot per curvare di 90° in modo da eseguire calcoli sul tempo impiegato dal processo di
sminamento
'Seleziona i punti del contorno scgliendoli tra tutti i punti di MatriceCampo
For i = 0 To r 'Controlla tutti i punti di MatriceCampo
For j = 0 To c
If MatriceCampo(i, j) = -1 Then 'Analizza solo i punti del contorno come punti di partenza
'Inizializza e variabili della simulazione
PuntoBuono = True
Curve = 0
Spostamenti = 0
Ratt = i 'Inizializza il valore della riga attalmente occupata dal robot
Catt = j 'Inizializza il valore della riga attalmente occupata dal robot
OldDir = 0 'Convenzionamente si suppone che il robot fosse posizioato verso nord allo
step precedente: questo non dà comunque problemi perché all'inizio non sorgono ambiguità
'Itera il seguente blocco di istruzioni fino a quando il campo non è completamente pulito
Do
If Stoppati = True Then Exit Do 'Se viene premuto il tasto di interruzione di simulazione
esce dal Loop
'Regola 1: Sceglie il quadrato a valore maggiore tra quelli adiacenti
ListaDirezioni = Reg1() 'Pone in ListaDirezioni il valore resituito dalla funzione Reg1
148

'Controlla che il punto di partenza scelto non sia circondato da valori negativi del
campo, non sia cioè un punto morto.
If ListaDirezioni(1, 0) < 0 Then
PuntoBuono = False
Exit Do
End If
If ListaDirezioni.Length > 2 Or ListaDirezioni(1, 0) = 0 Then 'Elabora le regole
successive solo nel caso di ambiguità, se cioè non c'è una scelta univoca da parte della Regola 1
'Regola2: Siccome per il motocoltivatore è gravoso cambiare direzione, in caso di
indecisio ne il robot prova a procedere dritto
Pres = Cerca(ListaDirezioni, OldDir) 'Cerca nella lista delle direzioni ammissibile
quella che sta già percorrendo
If Pres 2 Or ListaDirezioni(1, 0) = 0 Then 'Nel caso ci siano
due direzioni ugualmente buone
'Regola4: Si dirige nel semipiano la cui soma dei valori ha valore maggiore
SumSem(ListaDirezioni) 'Calcola la somma dei semipiani rispetto alla posizione
attuale
ListaDirezioni = BestOf(ListaDirezioni) 'Sceglie la direzione (o le direzioni, in
caso di ambiguità) migliori
If ListaDirezioni.Length > 2 Then 'Nel caso sussista ancora un'ambiguità...
'Regola 5: l robot si dirige verso il punto non controllato (>0) più vicino alla
sua posizione
NewDir = Reg5() 'N.B. In caso di due distanze uguali prende semplicemente
la prima
Else
NewDir = ListaDirezioni(0, 0) 'Aggiorna la direzione secondo la Regola 4
End If
Else
NewDir = ListaDirezioni(0, 0) 'Aggiorna la direzione secondo la Regola 3
End If
Else
NewDir = OldDir 'Aggiorna la direzione secondo la Regola 2
End If
Else
NewDir = ListaDirezioni(0, 0) 'Aggiorna la dirzione secondo la Regola 1
End If
149

'Se è in circolo vizioso esce in modo casuale
If NewDir = Old2Dir And IsOpposit(OldDir, NewDir) Then 'Nel caso la nuova
direzione sia opposta alla vecchia e uguale a quella di due step prima (il robot va avanti e indietro in
circolo vizioso)...
NewDir = Casual() 'Sceglie una direzione casuale per uscire dal circolo vizioso
End If
If NewDir OldDir Then Curve += 1 'Se il valore della direzione è cambiato
incrementa il contatore delle curve
Old2Dir = OldDir 'Aggiorna il valore della direzione di due step precedenti
OldDir = NewDir 'Aggiorna il valore della direzione precedente
Draw(Me) 'Disegna la form
'Aggiorna la posizione
Select Case NewDir
Case 0 'Il Robot è andato verso Nord
Ratt -= 1 'Decremente l'indice di riga
Case 1 'Il Robot è andato verso Sud
Ratt += 1 'Incrementa l'indice di riga
Case 2 'Il Robot è andato verso Ovest
Catt -= 1 'Decrementa l'indice di colonna
Case 3 'Il Robot è andato verso Est
Catt += 1 'Incrementa l'indice di colonna
End Select
MatriceCampo(Ratt, Catt) = 0 'Segna come controllato il quadrato su cui si trova il robot
Spostamenti += 1 'Incrementa l'indice degli spostamenti
Campo.FillRectangle(Quad_Actual, 8 + 5 * Catt, 32 + 5 * Ratt, 5, 5) 'Disegna il
quadrato su cui si trova il robot al momento
'Blocco "perditempo" che tiene conto dei tempi di aggiornamento dell'immagine
If r * c < 1000 Then 'Interviene solo per MatriciCampo piccole (meno di 1000 elementi)
For Time = 0 To 10000000
Math.Sqrt(Time) 'Esegue un calcolo ozioso
Next
End If
'Aggiornamento dei dati significativi
Application.DoEvents() 'Porta la Form in primo piano e la attiva in modo da poterne
schiacciare i bottoni
Me.lblMovements.Text = CStr(Spostamenti) 'Aggiorna il valore della casella di testo
che visualizza gli spostamenti
Me.lblRotations.Text = CStr(Curve) 'Aggiorna il valore della casella di testo che
visualizza le curve
Me.lblTime.Text = CStr(Math.Round(Curve * TCurva + Spostamenti / Velocità))
'Aggiorna il valore del tempo in base a velocità, spostamenti e curve
150

Loop While max(MatriceCampo) > 0 'Il loop viene eseguito fino a quando esistno punti
del campo non controllati
Copy(MatriceCampoTemp, MatriceCampo) 'Rigenera MatriceCampo
Stoppati = False 'Previene lo stop della simulazione
If PuntoBuono Then MsgBox("Fine simulazione " & CStr(i) & " " & CStr(j)) 'Informa
della fine della simulazione solo per pnti del contorno accettabili
End If
Next
Next
MsgBox("Fine") 'Informa della fine del ciclo completo di simulazioni
End Sub
Private Sub btnQuit_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs)
Handles btnQuit.Click
End 'Termina il programma
End Sub
Private Sub Form1_Paint(ByVal sender As Object, ByVal e As
System.Windows.Forms.PaintEventArgs) Handles MyBase.Paint
Campo = Me.CreateGraphics 'Crea la grafica del campo minato
If CampoDefinito Then 'Aggiorna la Form solo se il Campo è stato definito
Dim i, j As Integer
If 5 * c > 464 Then Me.Width = 5 * c + 32 'Ridimensiona la Form se il campo da disegnare è
più grande di un certo valore
Me.boxPulsanti.Location = New Point((Me.Width - Me.boxPulsanti.Width) / 2 - 4, 50 + 5 * r)
'Riposiziona il box che contiene i bottoni
Me.Height = 5 * r + 160 'Ridimensiona l'altezza della form tenendo conto delle dimensioni del
campo disegnato
Me.btnStartSimul.Enabled = True 'Abilita il pulsante di inizio simulazione
Draw(Me) 'Disegna la form
End If
End Sub
Private Sub Button1_Click_1(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs)
Handles Button1.Click
Stoppati = True 'Interrompe la simulazione
End Sub
End Class
151

Module Funzioni
'Cerca un elemento nella prima riga di una lista bidimensionale e restituisce il valore corrispondente
alla seconda riga
Function Cerca(ByVal lista As Array, ByVal elemento As Byte) As Integer
Dim i As Byte
Dim Presente As Integer = -1
For i = 0 To lista.Length / 2 - 1 'Esamina tutti gli elementi N.B. Len è la soma del numero degli
elementi di ciascuna riga
If lista(0, i) = elemento Then 'Se trova l'elemento...
Presente = lista(1, i) '...restituisce il valore corrispondente alla seconda riga
Exit For 'Esce dal ciclo (basta una sola occorrenza dell'elemento)
End If
Next
Return Presente 'Restiruisce il valore
End Function
'Copia una matrice in un altra (in questo caso le dimensioni r e c sono note e pubbliche)
Function Copy(ByRef MSorgente As Array, ByRef MDestinazione As Array)
Dim i, j As Integer
For i = 0 To r
For j = 0 To c
MDestinazione(i, j) = MSorgente(i, j) 'Copia elemento per elemento
Next
Next
End Function
'Controlla che la direzione scelta sia ammissibile, cioè che lo spostamento cons eguente possa
avvenire
Function AmmDir(ByVal ListaDir As Array, ByVal matricecampo As Array, ByVal ratt As Integer,
ByVal catt As Integer, ByVal r As Integer, ByVal c As Integer) As Integer
Dim direzione As Integer
Dim ProvaDir As Byte
For ProvaDir = 0 To 3
direzione = ListaDir(1, ProvaDir) 'Controlla le direzioni passate nella lista
Select Case direzione
Case 0
If ratt > 0 AndAlso matricecampo(ratt - 1, catt) >= 0 Then Exit For 'Controlla a Nord
Case 1
If ratt < r AndAlso matricecampo(ratt + 1, catt) >= 0 Then Exit For 'Controlla a Sud
Case 2
If catt > 0 AndAlso matricecampo(ratt, catt - 1) >= 0 Then Exit For 'Controlla a Ovest
Case 3
If catt < c AndAlso matricecampo(ratt, catt + 1) >= 0 Then Exit For 'Controlla a Est
End Select
Next
If ProvaDir < 4 Then 'Se ha trovato una direzione ammissibile la restituisce...
Return direzione
152

Else
Return 4 '...altrimenti restituisce il valore 4
End If
End Function
'Estrae una direzione casuale e controlla che sia ammissibile e diversa da quella nuova (che non va
bene)
Function Casual() As Byte
Dim DirezioneCasuale As Single
Do 'Esegue fino a quando non trova una direzione che vada bene
DirezioneCasuale = Math.Round(Rnd(3) * 4) 'Estrae una direzione casuale
Select Case DirezioneCasuale
Case 0
If Nord() >= 0 AndAlso NewDir 0 Then Return 0 'Restituisce Nord
Case 1
If Sud() >= 0 AndAlso NewDir 1 Then Return 1 'Restituisce a Sud
Case 2
If Ovest() >= 0 AndAlso NewDir 2 Then Return 2 'Restituisce a Ovest
Case 3
If Est() >= 0 AndAlso NewDir 3 Then Return 3 'Restituisce a Est
Case 4
Return 4 '4 equivale a un errore
End Select
Loop
End Function
'Restituisce vero se le direzioni all'argomento sono opposte, falso in caso contrario
Function IsOpposit(ByVal olddir As Byte, ByVal Newdir As Byte) As Boolean
If (olddir = 0 And Newdir = 1) Or (olddir = 1 And Newdir = 0) Or (olddir = 2 And Newdir = 3) Or
(olddir = 3 And Newdir = 2) Then Return True
Return False
End Function
'Resituisce una lista bidimensionale delle direzioni con peso massimo.
Function BestOf(ByVal Lista As Array)
Dim i, DimLista As Byte
Dim M As Integer
SortList(Lista) 'Ordina la lista bidimensionale delle direzioni secondo il peso di ciascuna
direzione, a partire dal maggiore
M = Lista(1, 0) 'Inizializza M, il valore massimo
DimLista = 0
For i = 1 To Lista.Length / 2 - 1 'Itera su tutti gli elementi della lista a artire dal secondo
If Lista(1, i) = M Then
DimLista += 1 'Se anche questo elemento ha peso massimo incrementa la lunghezza nuova
lista
Else
Exit For '...altrimenti esce
End If
153

Next
Dim ListaDir(1, DimLista) 'Crea la nuova lista bidimensionale che conterrà solo le direzioni con i
pesi massimi
For i = 0 To DimLista
ListaDir(0, i) = Lista(0, i) 'Aggiunge ala nuova lista la direzione...
ListaDir(1, i) = Lista(1, i) '...e il peso corrispondente (=M)
Next
Return ListaDir 'Resituisce la nuova lista
End Function
'Disegna il campo
Function Draw(ByRef Form1 As Object)
Dim i, j As Integer
Campo = Form1.CreateGraphics 'Inizializza il campo come elemento grafico
For i = 0 To r 'Per ogni elemento...
For j = 0 To c
Select Case MatriceCampo(j, i) 'Assegna il quadrato del colore corrispondente (i colori sono
dichiarati tra le variabili pubbliche
Case -2
Campo.FillRectangle(Quad_m10, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)
Case -1
Campo.FillRectangle(Quad_m5, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)
Case 0
Campo.FillRectangle(Quad_0, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)
Case 1
Campo.FillRectangle(Quad_1, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)
Case 2
Campo.FillRectangle(Quad_2, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)
Case 3
Campo.FillRectangle(Quad_3, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)
Case 4
Campo.FillRectangle(Quad_4, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)
Case 5
Campo.FillRectangle(Quad_5, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)
Case 6
Campo.FillRectangle(Quad_6, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)
Case 7
Campo.FillRectangle(Quad_7, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)
Case 8
Campo.FillRectangle(Quad_8, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)
Case 9
Campo.FillRectangle(Quad_9, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)
Case 10
Campo.FillRectangle(Quad_10, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)
End Select
Next
Next
End Function
154

'Resituisce il massimo tra i valori di una matrice
Function max(ByVal matrice As Array) As Integer
Dim i, j, m As Integer
m = matrice(0, 0) 'Inizializza il valore massimo con il valore del primo elemento
For i = 0 To matrice.GetUpperBound(0) 'Le funzioni GetUpperBound rendono la funzione
applicabile a tutte le matrici bidimensionali
For j = 0 To matrice.GetUpperBound(1)
If matrice(i, j) > m Then m = matrice(i, j) 'Se il valore è maggiore del massimo precedente
viene salvato come nuovo massimo
Next
Next
Return m 'Resituisce il valore massimo
End Function
'Utilizza il metodo bouble sort per odinare una lista bidimensionale secondo i vaklori della seconda
riga conservando le loro corrispondenze con i valori della prima riga
Function SortList( ByRef ListaDir As Array)
Dim Change As Boolean = True 'Inizializza l'indice di avvenuto cambiamento
Dim Indice, TempSomma, TempDir As Integer
Do While Change 'Itera finché ci sono scambi tra elementi
Change = False
For Indice = 1 To ListaDir.Length / 2 - 1 'Esegue il controlo su tutti gli elementi della seconda
riga lista
If ListaDir(1, Indice - 1) < ListaDir(1, Indice) Then 'Se un valore della seconda riga è
maggiore del precedente li scambia e scambia anche quelli corrispondentti sulla prim riga
TempDir = ListaDir(0, Indice - 1) 'Si usano delle variabili temporaee
TempSomma = ListaDir(1, Indice - 1)
ListaDir(0, Indice - 1) = ListaDir(0, Indice)
ListaDir(1, Indice - 1) = ListaDir(1, Indice)
ListaDir(0, Indice) = TempDir
ListaDir(1, Indice) = TempSomma
Change = True 'L'indice di avvenuto cambiamento è impostato su Vero
End If
Next
Loop
End Function
'Applica la Regola 1
Function Reg1() As Array
Dim DirMat(1, 3) As Integer 'Inizializza la lista con le direzioni e i pesi del quadrato adiacente
corrispondente
'Dim ListaDir As Array
DirMat(0, 0) = 0
DirMat(0, 1) = 1
DirMat(0, 2) = 2
DirMat(0, 3) = 3
DirMat(1, 0) = Nord() 'Nella direzione Nord mette il valore del quadrato a Nord
155

DirMat(1, 1) = Sud() 'Nella direzione Nord mette il valore del quadrato a Sud
DirMat(1, 2) = Ovest() 'Nella direzione Nord mette il valore del quadrato a Ovest
DirMat(1, 3) = Est() 'Nella direzione Nord mette il valore del quadrato a Est
Return BestOf(DirMat) 'Resituisc la lista con solo le direzioni con peso maggiore
End Function
'Indirizza il robot verso il punto non verificato più vicino
Function Reg5() As Byte
Dim i, j, DistH, DistV, DistMin As Integer
Dim Direzione, DirScelta As Byte
Dim ListaDir(1, 0) As Integer
Dim DistLinMin As Integer
DistMin = r + c 'Inizializza la distanza minima con i lmassimo valore che essa può assumere
DistLinMin = 0
For i = 0 To r 'Controlla tutti i punti su tutte le righe...
For j = 0 To c '... e le colonne
If MatriceCampo(i, j) > 0 Then 'Se il punto in questione deve essere ancora controllato
Dim DimListaDir As Integer = -1 'Inizializza la dimensione minima della lista dei punti
ammissibili ponendone la dimensione a -1 perché essa andrà comunque incrementata
ReDim ListaDir(1, 0) 'Ridimensioa la lista delle direzioni
DistV = i - Ratt 'Calcola la distanza in verticale
DistH = j - Catt 'Calcola la distanza in orizzontale
If Math.Abs(DistH) + Math.Abs(DistV) = 0 And DistV > 0 Then 'Se il punto è a Sud...
DimListaDir += 1 'Incrementa la dimensione della lista delle direzioni da seguire
ReDim Preserve ListaDir(1, DimListaDir) 'Ridimensiona la lista delle direzioni
preservandone gli elementi
ListaDir(0, 0) = 1 'Inserisce la direzione
ListaDir(1, 0) = DistV 'Inserisce la distanza nella direzione corrispondente
End If
If Ovest() >= 0 And DistH < 0 Then 'Se il punto è a Ovest...
DimListaDir += 1 'Incrementa la dimensione della lista delle direzioni da seguire
ReDim Preserve ListaDir(1, DimListaDir) 'Ridimensiona la lista delle direzioni
preservandone gli elementi
ListaDir(0, 0) = 2 'Inserisce la direzione
ListaDir(1, 0) = -DistH 'Inserisce la distanza nella direzione corrispondente
End If
156

If Est() >= 0 And DistH > 0 Then 'Se il punto è a Est...
DimListaDir += 1 'Incrementa la dimensione della lista delle direzioni da seguire
ReDim Preserve ListaDir(1, DimListaDir) 'Ridimensiona la lista delle direzioni
preservandone gli elementi
ListaDir(0, 0) = 3 'Inserisce la direzione
ListaDir(1, 0) = DistH 'Inserisce la distanza nella direzione corrispondente
End If
SortList(ListaDir) 'Ordina la lista delle direzioni in base alla distanza
If ListaDir(1, 0) > DistLinMin Then 'Se la distanza massima è maggiore della distanza
lineare minima...
DistLinMin = ListaDir(1, 0) 'Imposta la distanza lineare minima alla distanza
massima
DirScelta = ListaDir(0, 0) 'Imposta la direzione scelta di conseguenza
DistMin = Math.Abs(DistH) + Math.Abs(DistV) 'Imposta la distanza minima totale
secondo il valore della distanza dell'elemento scelto
End If
End If
End If
Next
Next
Return DirScelta 'Restituisce la direzione scelta
End Function
'Resituisce la lista bidimensionale delle somme dei valori nei corridoi nelle direzioni che gli vengono
passate
Function SumDir(ByRef ListaDirezioni As Array) As Integer
Dim i, Direzione As Byte
Dim k, somma As Integer
For i = 0 To ListaDirezioni.Length / 2 - 1 'Controlla ogni direzione che viene passata
somma = 0
Direzione = ListaDirezioni(0, i) 'imposta la direzione al primo elemento della lista passatagli
Select Case Direzione
Case 0 'Nel Caso di d irezione Nord...
For k = Ratt To 0 Step -1 'L'indice si muove verso l'alto (le righe vengono decrementate)
If MatriceCampo(k, Catt) > 0 Then somma += MatriceCampo(k, Catt) 'Aggiorna il
valore della somma
Next
Case 1 'Nel Caso di direzione Sud...
For k = Ratt To r 'L'indice si muove verso il basso (le righe vengono incrementate)
If MatriceCampo(k, Catt) > 0 Then somma += MatriceCampo(k, Catt) 'Aggiorna il
valore della somma
Next
Case 2 'Nel Caso di direzione Ovest...
For k = Catt To 0 Step -1 'L'indice si muove verso sinistra (le colonnee vengono
decrementate)
157

If MatriceCampo(Ratt, k) > 0 Then somma += MatriceCampo(Ratt, k) 'Aggiorna il
valore della somma
Next
Case 3 'Nel Caso di direzione Est...
For k = Catt To c 'L'indice si muove verso destra (le colonnee vengono incrementate)
If MatriceCampo(Ratt, k) > 0 Then somma += MatriceCampo(Ratt, k) 'Aggiorna il
valore della somma
Next
End Select
ListaDirezioni(1, i) = somma 'Salva la somma sotto la direzione corrispondente
Next
End Function
'Resituisce la lista bidimensionale delle somme dei valori nei semipiani nelle direzioni che gli
vengono passate
Function SumSem(ByRef ListaDirezioni As Array) As Integer
Dim i, Direzione As Byte
Dim k, j, somma As Integer
For i = 0 To ListaDirezioni.Length / 2 - 1 'Esamina tutte le dimansioni
somma = 0 'Inizializza a 0 la posizione
Direzione = ListaDirezioni(0, i) 'Prende la i-esima direzione della lista
Select Case Direzione
Case 0 'Controlla a Nord
For j = 0 To c 'Somma tutti gli elementi delle righe
For k = Ratt To 0 Step -1 'Somma solo le righe in alto
If MatriceCampo(k, j) > 0 Then somma += MatriceCampo(k, j) 'Se l'elemento deve
essere ancora visitato incrementa la somma con il valore dell'elemento stesso
Next
Next
Case 1 'Controlla a Sud
For j = 0 To c 'Somma tutti gli elementi delle righe
For k = Ratt To r 'Somma solo le righe in basso
If MatriceCampo(k, j) > 0 Then somma += MatriceCampo(k, j) 'Se l'elemento deve
essere ancora visitato incrementa la somma con il valore dell'elemento stesso
Next
Next
Case 2 'Controlla a Ovest
For j = 0 To r 'Somma tutti gli elementi delle colonne
For k = Catt To 0 Step -1 'Somma solo le colonne a sinistra
If MatriceCampo(j, k) > 0 Then somma += MatriceCampo(j, k) 'Se l'elemento deve
essere ancora visitato incrementa la somma con il valore dell'eleme nto stesso
Next
Next
Case 3 'Controlla a Est
For j = 0 To r 'Somma tutti gli elementi delle colonne
For k = Catt To c 'Somma solo le colonne a destra
If MatriceCampo(j, k) > 0 Then somma += MatriceCampo(j, k) 'Se l'elemento deve
essere ancora visitato incrementa la somma con il valore dell'elemento stesso
158

Next
Next
End Select
ListaDirezioni(1, i) = somma 'Salva la somma sotto la direzione corrispondente
Next
End Function
'Resituisce il valore dell'elemento adiacente alla posizione attuale nella direzione corrispondente
Function Val(ByVal dir As Byte) As Integer
Select Case dir
Case 0
Return Nord() 'Restituisce il valore dell'elemento a Nord
Case 1
Return Sud() 'Restituisce il valore dell'elemento a Sud
Case 2
Return Ovest() 'Restituisce il valore dell'elemento a Ovest
Case 3
Return Est() 'Restituisce il valore dell'elemento a Est
End Select
End Function
'Restituisce il valore dell'elemento a Nord
Function Nord() As Integer
If Ratt > 0 Then 'Controlla che ci possa essere un elemento a Nord
Return MatriceCampo(Ratt - 1, Catt) 'Restituisce il valore dell'elemento a Nord
Else
Return -2 'Restituisce il valore di quadrato non raggiungibile
End If
End Function
'Restituisce il valore dell'elemento a Sud
Function Sud() As Integer
If Ratt < r Then 'Controlla che ci possa essere un elemento a Sud
Return MatriceCampo(Ratt + 1, Catt) 'Restituisce il valore dell'elemento a Sud
Else
Return -2 'Restituisce il valore di quadrato non raggiungibile
End If
End Function
'Restituisce il valore dell'elemento a Ovest
Function Ovest() As Integer
If Catt > 0 Then 'Controlla che ci possa essere un elemento a Ovest
Return MatriceCampo(Ratt, Catt - 1) 'Restituisce il valore dell'elemento a Ovest
Else
Return -2 'Restituisce il valore di quadrato non raggiungibile
End If
End Function
159

'Restituisce il valore dell'elemento a Est
Function Est() As Integer
If Catt < r Then 'Controlla che ci possa essere un elemento a Est
Return MatriceCampo(Ratt, Catt + 1) 'Restituisce il valore dell'elemento a Est
Else
Return -2 'Restituisce il valore di quadrato non raggiungibile
End If
End Function
End Module
160

Public Module PublicVar
Public MatriceCampo(,) As Integer
Public Ratt, Catt, r, c, Old2Dir, OldDir, NewDir As Integer
Public SchedaSim(4, 0)
Public Stoppati As Boolean
'Definizione della parte grafica
Public Campo As System.Drawing.Graphics
'Definizione dei colori dei quadretti
Public Quad_m10 As New SolidBrush(Color.Black)
Public Quad_m5 As New SolidBrush(Color.YellowGreen)
Public Quad_0 As New SolidBrush(Color.White)
Public Quad_1 As New SolidBrush(Color.PaleGreen)
Public Quad_2 As New SolidBrush(Color.Green)
Public Quad_3 As New SolidBrush(Color.LightGreen)
Public Quad_4 As New SolidBrush(Color.Olive)
Public Quad_5 As New SolidBrush(Color.DarkGreen)
Public Quad_6 As New SolidBrush(Color.Brown)
Public Quad_7 As New SolidBrush(Color.Orange)
Public Quad_8 As New SolidBrush(Color.OrangeRed)
Public Quad_9 As New SolidBrush(Color.Violet)
Public Quad_10 As New SolidBrush(Color.Red)
Public Quad_Actual As New SolidBrush(Color.Blue)
End Module
161