L'inspection par des robots est l'une des tâches robotiques les plus importantes. Outre les considérations de coût-efficacité, il n'y a souvent pas d'autre solution que d'envoyer un robot dans la zone concernée. Les statistiques distinguent les différents domaines d'application des robots, ce qui conduit à des conceptions distinctes en ce qui concerne leur taille, leur mobilité, leur agilité, l'utilisation d'équipements de détection et leur mode de fonctionnement (de la téléopération à l'autonomie complète).
Types d'opérations effectuées par les robots
Le fonctionnement et la productivité d'équipements et d'infrastructures coûteux, tels que des bâtiments, des ponts, des usines et des installations offshore, doivent être assurés. Les robots destinés à ce domaine d'application effectuent généralement l'acquisition régulière de données ou l'exécution d'opérations physiques simples, telles que l'actionnement d'interrupteurs, de vannes ou de poignées..
Les caractéristiques suivantes des robots peuvent être observées dans cette zone :
- Base mobile : Généralement sur roues ou sur chenilles, de différentes tailles, pour les environnements difficiles. À petite échelle, la mobilité technique des robots, les mécanismes basés sur des jambes multiples, les aimants, l'aspiration, les rotors (pour créer un ascenseur), etc., ajoutent à la richesse d'une variété de conceptions de systèmes d'inspection et de maintenance.
- Capteurs : Les capteurs destinés à une application spécifique sont installés sur une base mobile ou un bras robotique à différents degrés de liberté (du simple bloc rotatif au bras robotique complet) ; pour augmenter la dextérité cinématique..
- Unités de communication pour la téléopération ou la transmission des signaux des capteurs.
- Des centres d'exploitation pour surveiller et documenter l'exécution des tâches du robot afin de planifier, d'exploiter directement ou de télécommander le robot.
Usines et bâtiments industriels
Depuis le début des années 1990, les fournisseurs d'installations industrielles à grande échelle, tels que Hitachi, Mitsubishi et Toshiba, se sont intéressés aux robots mobiles pour l'inspection et la surveillance automatiques des usines et des équipements industriels. Il s'agissait généralement de systèmes mobiles autonomes (se déplaçant souvent le long de pistes/lignes préparées) équipés de capteurs et de transmissions radio pour collecter les données pertinentes. De nombreuses plateformes mobiles, à roues ou à chenilles, sont équipées de capteurs embarqués ou partiellement guidées par des manipulateurs pour une utilisation dans des environnements industriels. Le chevauchement avec les robots de surveillance est évident.
Récemment, l'utilisation de robots mobiles à plusieurs pattes a augmenté avec le robot Spot de Boston Dynamics, qui est utilisé, par exemple, par Ford pour scanner l'usine avant une nouvelle conception, et avec les développements ultérieurs du robot Anymal d'Anybotics..
Sankyo (Japon) a présenté un robot qui se déplace sous les bâtiments, les bureaux et, essentiellement, tout autre lieu de résidence pour vérifier les dommages structurels. Il est équipé de capteurs intégrés qui lui permettent d'éviter les obstacles pendant son travail. Un robot mobile autonome similaire destiné à la surveillance de l'état des salles blanches (dans les usines de semi-conducteurs, par exemple) a été présenté par MetraLabs. Ces robots sont généralement à l'affût des dangers, surveillent les conditions environnementales, telles que la qualité de l'air, les radiations et la fumée, contrôlent les bâtiments et inspectent les sites de problèmes éloignés afin de réduire les visites humaines. Leur homologue dans les environnements cliniques ou publics est le robot de désinfection par UV.
L'inspection à distance et autonome d'équipements offshore ou d'usines chimiques impose des exigences supplémentaires en matière de conception antidéflagrante d'un robot. Un exemple est le MIMROex, un prototype de robot d'inspection conçu par Fraunhofer IPA. Il est équipé d'un bras robotique qui porte une caméra pour l'inspection visuelle, ainsi que divers capteurs d'application, tels que des microphones, des capteurs de gaz et d'incendie, et des scanners laser. Le robot peut être réglé en mode autonome ou à distance, ce dernier permettant une conduite sûre dans les installations industrielles, ce qui signifie que le robot s'arrêtera ou prendra des mesures d'évitement si des personnes marchent sur son chemin ou s'il rencontre des obstacles fixes ou mobiles. Il est équipé d'un bras robotisé, sur lequel est montée une caméra pour l'inspection visuelle, ainsi que de divers capteurs appliqués tels que des microphones, des capteurs de gaz, d'incendie et des scanners laser.
Les développements futurs visent à intervenir physiquement sur l'équipement de traitement en prélevant des échantillons, en tournant des vannes, en nettoyant des obstructions mineures et même en faisant fonctionner des panneaux de commande..
Production d'électricité et infrastructures de lignes électriques
La surveillance des postes électriques, des sous-stations électriques, des lignes de transmission aériennes à haute tension et des centrales électriques nécessite une surveillance et une inspection régulières. Dans l'industrie hydroélectrique, l'inspection in situ et les travaux de maintenance des aubes de turbine, des conduits, des tubes, etc. revêtent une importance majeure, par exemple pour détecter la cavitation, les dommages et les fissures. Une étude de 2018 a identifié l'inspection robotisée des lignes de transmission comme l'application la plus bénéfique pour cette industrie.
L'utilisation des robots dans l'industrie électrique se concentre encore principalement sur le développement de robots téléopérés pour la maintenance et l'inspection des lignes électriques sous tension. En remplacement du travail d'inspection manuel/visuel, des robots et des véhicules terrestres sans pilote (UGV) ont été introduits dans ces environnements afin d'économiser un temps précieux et des efforts dans le processus d'inspection.
Le Scompi est un robot miniature à 6 degrés de liberté, basé sur des chenilles, pour l'inspection des turbines hydrauliques, développé par Hydro Québec. Un ensemble de robots d'inspection miniatures a été développé conjointement par l'ETH Zurich et Alstom Inspection Robotics (aujourd'hui Inspection Robotics et propriété de Waygate Technologies). Ces appareils peuvent se déplacer de manière autonome ou semi-autonome sur un large éventail de surfaces et de structures différentes, telles que des rotors, des récipients ou des tuyaux. Aujourd'hui encore, Inspection Robotics développe et vend plusieurs robots d'inspection pour diverses applications.
Des dispositifs robotiques ont été introduits avec succès pour évaluer les lignes électriques sous tension afin de détecter les défauts, tels que la corrosion, la dégradation ou les dommages mécaniques. Les applications spécifiques comprennent la vérification de la dégradation mécanique des épissures de compression en mesurant la résistance, la détection de la corrosion dans l'âme en acier du fil d'aluminium renforcé d'acier, ou l'utilisation de l'imagerie infrarouge pour détecter les défauts éventuels des composants de la ligne électrique..
LineRanger d'Hydro-Québec'bec est un robot d'inspection présenté en 2019 équipé de caméras et d'un imageur thermo-infrarouge. Le robot télécommandé a été signalé pour faire l'inspection et la maintenance des lignes à haute tension (2 000 ampères, 735 kilovolts). Il utilise des caméras pour inspecter l'état des lignes et découvrir les irrégularités tout en employant un système de navigation intelligent pour localiser les endroits nécessitant une attention particulière.
Le LineROVer a été spécifiquement utilisé, par la même société, comme outil de dégivrage des fils et des conducteurs de terre aériens, et il a été signalé qu'il pouvait également traverser de grands obstacles. Par ailleurs, la société HiBot et l'Electric Power Research Institute aux États-Unis ont également développé des robots d'inspection des lignes électriques. Le robot Ti de l'Electric Power Research Institute est équipé de caméras visuelles et infrarouges haute définition. Le robot inspecte les voies et les composants de l'emprise et détermine les distances entre les lignes électriques et les arbres. Le Ti peut se déplacer à une vitesse allant jusqu'à 8 km par heure. Robot d'inspection de SMP Robotics Systems Corp. Il s'agit d'un véhicule terrestre sans pilote équipé d'un ensemble de capteurs, en fonction de l'application spécifique, pour effectuer une inspection par imagerie thermique des sous-stations électriques ou détecter des fuites de gaz. Il est équipé d'une unité de traitement graphique (GPU) pour appliquer des algorithmes d'apprentissage automatique à l'analyse des données.
Outre les robots terrestres et les robots de lignes électriques, les robots aériens, comme le drone Sparrow de Percepto ou Elios 2 de Flyability, suscitent également un intérêt croissant.
Une nouvelle catégorie de robots d'inspection a été introduite pour les pales d'éoliennes afin que la dégradation des pales due à la fatigue ou à des incidents naturels puisse être détectée avant qu'une panne ou une défaillance catastrophique ne se produise..
Considérations sur les coûts et avantages et défis marketing
Les robots sont un moyen de soulager le travailleur humain de l'exposition aux dangers potentiels, en particulier dans les environnements caractérisés par des menaces biologiques, chimiques et nucléaires. En outre, le coût des opérations humaines peut être assez élevé. Les plates-formes offshore sont l'un des environnements de travail les plus coûteux car la logistique, les rythmes de travail, la sécurité et les coûts de qualification font partie des frais généraux extrêmes. L'introduction de robots sur les plates-formes offshore et les usines chimiques pour prendre en charge les travaux de routine tels que l'inspection et la maintenance, qu'ils soient téléopérés ou autonomes, peut entraîner de courtes périodes de récupération..
À titre d'exemple, avec plus de 300 000 km de lignes de transmission aux États-Unis, l'inspection des lignes de transmission est une proposition coûteuse et parfois dangereuse. La corrosion et la fiabilité des lignes électriques aériennes constituent un problème industriel considérable. À mesure que les actifs des lignes de transmission vieillissent, il est nécessaire d'obtenir des données sur leur état pour maintenir une fiabilité élevée. Les dommages internes des fils d'aluminium et les renflements sont dus à la corrosion et aux défauts internes des câbles. Le déploiement de robots d'inspection des lignes de transmission ainsi qu'une nouvelle génération de capteurs RF à faible coût peuvent permettre aux opérateurs de systèmes d'obtenir à distance des connaissances détaillées et actualisées sur les composants des lignes de transmission et l'état des emprises, ce qui permet d'accroître la fiabilité tout en réduisant les coûts d'exploitation et de maintenance. Dans certains cas, l'achat des robots pour différer la maintenance peut faire passer les coûts d'exploitation et de maintenance en coûts d'investissement, permettant ainsi un retour sur investissement et un amortissement.
Dans l'ensemble, l'utilisation de robots pour l'inspection et la maintenance n'a pas atteint son potentiel au cours des dernières années. Des initiatives telles que la Sprint Robotics Collaborative visent à utiliser la robotique pour l'inspection et la maintenance des infrastructures à forte intensité de capital à très grande échelle au cours des dix prochaines années. Cette initiative, formée par plusieurs grands propriétaires d'actifs de l'industrie pétrochimique, fait valoir que l'utilisation de la robotique dans l'inspection technique et la maintenance des infrastructures à forte intensité de capital est vitale en raison de la nécessité de minimiser l'impact sur la sécurité et l'environnement. En outre, l'inspection technique et la maintenance robotisées peuvent réduire le temps d'arrêt, empêcher l'intrusion humaine sur les navires et autres équipements, ainsi que réduire les coûts associés aux services nécessaires pour assurer la sécurité humanitaire.