Robots de servicio para la inspección y el mantenimiento de edificios y otras construcciones

La inspección mediante robots es una de las tareas robóticas más destacadas. Además de las consideraciones de rentabilidad, a menudo no hay otra alternativa que enviar un robot a la zona de interés. Las estadísticas distinguen los distintos ámbitos de aplicación de los robots, que dan lugar a diseños distintivos en cuanto a su tamaño, movilidad, agilidad, uso de equipos de sensores y modo de funcionamiento (desde teleoperados hasta totalmente autónomos).

Tipos de operaciones realizadas por los robots

El funcionamiento y la productividad de equipos e infraestructuras costosas, como edificios, puentes, plantas e instalaciones en alta mar, deben estar asegurados. Los robots para este ámbito de aplicación suelen llevar a cabo la adquisición periódica de cualquier dato o la ejecución de operaciones físicas sencillas, como el accionamiento de interruptores, válvulas o manivelas.

En este ámbito se observan las siguientes características de los robots:

  • Base móvil: Normalmente con ruedas o con orugas en diferentes tamaños para entornos difíciles. A pequeña escala, la movilidad de ingeniería de los robots, los mecanismos basados en múltiples patas, los imanes, la succión, los rotores (para crear una elevación), etc., se suman a la riqueza de una variedad de diseños de sistemas de inspección y mantenimiento.
  • Sensores: Los sensores para una aplicación específica se instalan en una base móvil o en un brazo robótico con varios grados de libertad (desde simples bloques giratorios hasta brazos robóticos completos); para aumentar la destreza cinemática.
  • Unidades de comunicación para la teleoperación o la transmisión de señales de los sensores.
  • Centros operativos para supervisar y documentar la ejecución de tareas del robot para planificar, operar directamente o telecontrolar el robot.

Plantas y edificios industriales

Desde principios de los años 90, los proveedores de instalaciones industriales a gran escala, como Hitachi, Mitsubishi y Toshiba, se han interesado por los robots móviles para la inspección y la supervisión automáticas de plantas y equipos industriales. Por lo general, se trataba de sistemas móviles autónomos (que a menudo se desplazaban por pistas/líneas preparadas) equipados con sensores y transmisiones de radio para recoger los datos pertinentes. Numerosas plataformas móviles, con ruedas u orugas, están equipadas con sensores a bordo o parcialmente guiadas por manipuladores para su uso en entornos industriales. El solapamiento con los robots de vigilancia es evidente.

Recientemente, el uso de robots móviles de varias patas ha aumentado con el robot Spot de Boston Dynamics, que es utilizado, por ejemplo, por Ford para escanear la planta antes de un rediseño, y con los nuevos desarrollos del robot Anymal de Anybotics.

Sankyo (Japón) ha presentado un robot que navega por debajo de edificios, oficinas y, esencialmente, cualquier otro lugar de residencia para comprobar si hay daños estructurales. Lleva integrados sensores que le permiten evitar los obstáculos mientras trabaja. MetraLabs presentó un robot móvil autónomo similar para supervisar el estado de las salas blancas (por ejemplo, para plantas de semiconductores). Estos robots suelen vigilar los peligros, controlar las condiciones ambientales, como la calidad del aire, la radiación y el humo, comprobar los edificios, así como inspeccionar los lugares con problemas remotos para reducir las visitas de los humanos. Su contrapartida en entornos clínicos o públicos es el robot de desinfección UV.

La inspección remota y autónoma de equipos en alta mar o plantas químicas impone requisitos adicionales al diseño a prueba de explosiones de un robot. Un ejemplo es el MIMROex, un prototipo de robot de inspección diseñado por Fraunhofer IPA. Está equipado con un brazo robótico que lleva una cámara para la inspección visual, así como varios sensores de aplicación, como micrófonos, sensores de gas y fuego, y escáneres láser. El robot puede configurarse en modo remoto o autónomo; este último permite una conducción segura por las plantas industriales, lo que significa que el robot se detendrá o tomará una acción evasiva si hay personas que se cruzan en su camino o si encuentra algún obstáculo fijo o móvil. Está equipado con un brazo robótico en el que se ha montado una cámara para la inspección visual, así como diversos sensores aplicados, como micrófonos, sensores de gas y fuego, y escáneres láser.

Los desarrollos futuros están orientados a la intervención física con los equipos de proceso mediante la toma de muestras, el giro de válvulas, la limpieza de pequeñas obstrucciones e incluso el manejo de paneles de control.

Infraestructura de generación de energía y líneas eléctricas

La vigilancia de las subestaciones de energía, las subestaciones eléctricas, las líneas de transmisión aéreas de alta tensión y las centrales eléctricas requiere una supervisión e inspección periódicas. En la industria hidroeléctrica, los trabajos de inspección y mantenimiento in situ de los rodetes de las turbinas, los conductos, los tubos, etc., son de gran importancia, por ejemplo, para detectar la cavitación, los daños y las grietas. Un estudio de 2018 ha identificado la inspección robótica de líneas de transmisión como la aplicación más beneficiosa para esta industria.

El uso de robots en la industria eléctrica sigue centrándose principalmente en el desarrollo de robots teleoperados para el mantenimiento y la inspección de líneas eléctricas en tensión. Como alternativa al trabajo de inspección manual/visual, los robots y los vehículos terrestres no tripulados (UGV) se han introducido en estos entornos para ahorrar un valioso tiempo y esfuerzo en el proceso de inspección.

El Scompi es un robot en miniatura de 6 grados de libertad basado en orugas para la inspección de turbinas hidráulicas desarrollado por Hydro Québec. La ETH de Zúrich y Alstom Inspection Robotics (ahora Inspection Robotics y propiedad de Waygate Technologies) desarrollaron conjuntamente un conjunto de robots de inspección en miniatura. Estos dispositivos pueden moverse de forma autónoma o semiautónoma en un amplio espectro de superficies y estructuras diferentes, como rotores, recipientes o tuberías. Todavía hoy, Inspection Robotics desarrolla y vende varios robots de inspección para diversas aplicaciones.

Se introdujeron con éxito dispositivos robóticos para evaluar las líneas eléctricas en tensión en busca de defectos, como la corrosión, la degradación o los daños mecánicos. Las aplicaciones específicas incluyen la comprobación de la degradación mecánica de los empalmes de compresión mediante la medición de la resistencia, la detección de la corrosión en un núcleo de acero del cable de aluminio reforzado con acero o el uso de imágenes infrarrojas para detectar posibles defectos en los componentes de las líneas eléctricas.

Hydro-Québec's LineRanger es un robot de inspección presentado en 2019 equipado con cámaras y un generador de imágenes termo-infrarrojas. Según se ha informado, el robot por control remoto realiza la inspección y el mantenimiento de líneas de alta tensión (2.000 amperios, 735 kilovoltios). Utiliza cámaras para inspeccionar el estado de las líneas y descubrir irregularidades, al tiempo que emplea un sistema de navegación inteligente para localizar los lugares que necesitan atención.

El LineROVer fue utilizado específicamente, por la misma empresa, como herramienta de descongelación de cables y conductores aéreos de tierra; y se informó que también podía atravesar grandes obstáculos. Además, la empresa HiBot y el Electric Power Research Institute de Estados Unidos también han desarrollado robots de inspección de líneas eléctricas. El robot Ti del Electric Power Research Institute está equipado con cámaras visuales e infrarrojas de alta definición. El robot inspecciona los carriles y componentes del derecho de paso y determina las distancias entre las líneas eléctricas y los árboles. El Ti puede desplazarse a velocidades de hasta 8 kilómetros por hora. Robot de inspección de SMP Robotics Systems Corp. Se trata de un vehículo terrestre no tripulado equipado con un conjunto de sensores, según la aplicación específica, para realizar inspecciones por imagen térmica de subestaciones eléctricas o detectar fugas de gas. Está equipado con una unidad de procesamiento gráfico (GPU) para aplicar algoritmos de aprendizaje automático al análisis de datos.

Además de los robots terrestres y de línea eléctrica, los robots aéreos, como la solución de drones Sparrow de Percepto o Elios 2 de Flyability, también ganan más interés.

Se ha introducido una nueva categoría de robots de inspección para las palas de los aerogeneradores, de modo que la degradación de las palas debida a la fatiga o a incidentes naturales pueda detectarse antes de que se produzca una avería o un fallo catastrófico.

Consideraciones de coste-beneficio y retos de marketing

Los robots son una forma de liberar al trabajador humano de la exposición a posibles peligros, especialmente en entornos caracterizados por amenazas biológicas, químicas y nucleares. Además, el coste de las operaciones humanas puede ser bastante caro. Las plataformas marinas son uno de los entornos de trabajo más caros, ya que la logística, los ritmos de trabajo, la seguridad y los costes de cualificación forman parte de los gastos generales extremos. La introducción de robots en las plataformas marinas y en las plantas químicas para hacerse cargo de trabajos rutinarios como la inspección y el mantenimiento, ya sea de forma teleoperada o autónoma, puede dar lugar a cortos periodos de amortización.

Por ejemplo, con más de 300.000 km de líneas de transmisión en Estados Unidos, la inspección de las líneas de transmisión es una propuesta costosa y a veces peligrosa. La corrosión y la fiabilidad de las líneas eléctricas aéreas es un problema industrial considerable. A medida que los activos de las líneas de transmisión envejecen, es necesario obtener datos sobre su estado para mantener una alta fiabilidad. Los daños internos de los cables de aluminio y las protuberancias se deben a la corrosión y a los defectos internos de los cables. El despliegue de robots de inspección de líneas de transmisión junto con una nueva generación de sensores de radiofrecuencia de bajo coste puede permitir a los operadores del sistema obtener a distancia un conocimiento detallado y actualizado de los componentes de las líneas de transmisión y de las condiciones del derecho de paso, aumentando la fiabilidad y reduciendo al mismo tiempo los costes de explotación y mantenimiento. En algunos casos, la compra de los robots para aplazar el mantenimiento puede trasladar los costes de operación y mantenimiento a los costes de capital, lo que permite recuperar la inversión y la depreciación.

En general, el uso de robots en la inspección y el mantenimiento ha estado por debajo de su potencial durante los últimos años. Iniciativas como la Sprint Robotics Collaborative aspiran a conseguir el uso de la robótica para la inspección y el mantenimiento de activos de infraestructura de gran intensidad de capital a muy gran escala en los próximos diez años. Esta iniciativa, formada por varios grandes propietarios de activos de la industria petroquímica, sostiene que el uso de la robótica en la inspección técnica y el mantenimiento de instalaciones de infraestructuras de gran intensidad de capital es vital debido a la necesidad de minimizar el impacto en la seguridad y el medio ambiente. Además, la inspección técnica y el mantenimiento robotizados pueden reducir el tiempo de parada, evitar la intrusión humana en los barcos y otros equipos, así como reducir los costes asociados a los servicios necesarios para garantizar la