Ontwerp van een inspectierobot voor trace en kwaliteitsbepaling van kleine leidingen Pipe Inspection Robot for AuTonomous Exploration (PIRATE) Het Nationale Buisleidingen Platform, 26 April 2012 Edwin Dertien e.dertien@utwente.nl Control Engineering, University of Twente, The Netherlands 03/24/2011 <title here> 1
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 2
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Inhoud PIRATE project modelvorming (trace bepaling) sensoren (kwaliteitsmeting) recente ontwikkelingen 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 3
Doel van het onderzoeksproject Inspectie van het lagedruk-net op stadsniveau (straatniveau) Ontwerp van een mechanisch systeem (robot) geschikt om door het gegeven net te bewegen 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 4
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Onderzoekspartners 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 5
Vereisten voor de robot Werkgebied: het lagedruknet - (100.000 km) Diameters in het bereik 63 - 125 mm Hellingen van 45º Scherpe 90º bochten, T-stukken PE, PVC en grijs gietijzer 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 6
Vereisten voor het systeem autonome werking (geen communicatie) snelheid: 8 cm / sec meerdere sensoren voor navigatie en kwaliteitsbepaling meerdere uren autonome werking (laag energieverbruik) Infrastructuur: oplaadpunten, invoersluizen 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 7
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Sensoren visuele inspectie (obstakels, vuil, stof, vocht) vervorming (drukbelasting, puntbelasting) lekken (met geluid) mogelijke andere sensoren (ultrasoon, MFL) 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 8
Vergelijkbare systemen PIG’s Rioolinspectie Autonome buisinspectie platforms 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 9
Uitdaging voor dit project 63 - 125 mm 10 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012
Mechatronisch concept Robot op wielen Modulair systeem Benut de ruimte in een buis maximaal 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 11
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Mechatronisch concept Klemmen en rijden 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 12
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Mechatronisch concept 'Trein' bestaande uit 7 modules 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 13
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 14
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 15
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 16
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Mechatronisch design twee aangedreven wielen vier klemmende gewrichten een rotatiegewricht (midden) gedistribueerd regelsysteem (modulair) 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 17
Besturingselektronica ARM7, 60MHz radio (kort bereik) SD geheugenkaart temperatuursensor versnellingsopnemer afmeting: 30 x 40 mm 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 18
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 19
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 20
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 21
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Video 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 22
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Inhoud PIRATE project modelvorming (trace bepaling) sensoren (kwaliteitsmeting) recente ontwikkelingen 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 23
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Wereldmodel PIRATE heeft een wereldmodel nodig voor navigatie Gebruik alle beschikbare gegevens Integreer gevens van verschillende sensoren (sensorfusion) 'state' data van de robot (toestand: alle hoeken, hoeksnelheden) gegevens van een optisch sensorsyteem combineer met de bekende gegevens over het netwerk (map) CML (concurrent Mapping and Localization) 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 24
Robot toestand (state) Draadloze verbinding (voor test situatie) Gebruik deze data in een simulatie omgeving Metingen Wereldmodel Feedback naar de Operator 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 25
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Communicatie 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 26
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Wereldmodel 3D model in 20sim omgeving Bepaal hoek tussen twee virtuele buis-segmenten Buis diameter bepaald door klem-hoek van de robot 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 27
Robot in simulatie omgeving 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 28
Robot in simulatie omgeving 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 29
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Types segmenten 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 30
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Inhoud PIRATE project modelvorming (trace bepaling) sensoren (kwaliteitsmeting) recente ontwikkelingen 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 31
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Sensoren visie (obstakels, stof, vuil, vocht) vervorming (punt (inslag) en drukvervorming) lekken (met ultrasoongeluid) 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 32
Sensor voor vervormingsmeting 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 33
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 34
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Principe 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 35
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 36
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 37
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 38
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Visiesysteem Integreer de beeldgegevens in het wereldmodel aparte camera-probe detecteer obstakels en bochtstukken combineer deze data met odometrie (wielomwenteling) en intertiaalmeting (versnellingsopnemer) 'Wereldmodel' = tracebepaling! 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 39
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Sensor test systeem 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 40
Sensor test systeem in 100mm buis 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 41
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Beeldverwerking 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 42
Beeld in verschillende obstakels Gebruik beeld in obstakels als 'navigatiepunten' 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 43
90 graden bocht (simulatie) 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 44
verwacht beeld voor 90 graden bocht 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 45
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 46
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Meting en Recept 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 47
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 T-stuk 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 48
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Camera T-stuk 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 49
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Metingen in het T-stuk 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 50
Conclusie meetsysteem Camerasysteem is geschikt om zeer kleine obstakels en afwijkingen t.o.v. een cirkelvorm (<0.5 mm) te meten Door de meting in de tijd te combineren met odometrie (wielomwenteling) en intertiaal meting kan een model van de buisleiding gemaakt worden. Dit is voor korte lengtes getest. Aan combinatie met de toestand-gegevens uit de robot zelf wordt gewerkt. Vervolgstap: integratie van het camerasysteem met de robot. 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 51
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Inhoud PIRATE project modelvorming (trace bepaling) sensoren (kwaliteitsmeting) recente ontwikkelingen 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 52
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Nieuwe ontwikkeling Integratie van beide aanpakken voor het maken van een wereldmodel Herontwerp met rapid prototyping techniek Objet 3D printer, Trotec Lasersnijder Akoestische lekmeting (bij KIWA) (duur)test bij een testnet bij KIWA) Integratie van camerasysteem met de robot TI OMAP processors with integrated DSP Communicatiesysteem bedraad (tethered) 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 53
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 3D geprint prototype Alle wielen aangedreven universeel module-ontwerp (identieke modules) deze robot kan vertikaal klimmen! 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 54
Snelle ontwerpcyclus door 3D print 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 55
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 56
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 Conclusie Veelbelovend mechatronisch concept Robot kan voortbewegen door de gestelde beperkingen in het net (bijna) klaar om in een testnetwerk te experimenteren Simulatieomgeving voor meerdere doeleinden Presentatie van meetresultaten Visualisatie van trace en robot Start voor 'cockpit' voor de operator Geschikt beeldverwerkings-systeem navigatie inspectie Interessante productiemethode Licht gewicht, makkelijk reproduceerbaar 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 57
PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 03/24/2011 PIRATE Nationaal Buisleidingen Platform 26 april 2012 2012 58