Robôs de serviço para inspeção e manutenção de edifícios e outras construções

A inspeção por robôs é uma das tarefas robóticas mais proeminentes. Além de considerações de custo-benefício, muitas vezes não há outra alternativa além de enviar um robô para a área de interesse. As estatísticas distinguem as diferentes áreas de aplicação dos robôs, que levam a projetos distintos quanto ao tamanho, mobilidade, agilidade, uso de equipamentos sensores e modo operacional (de teleoperado a totalmente autônomo).

Tipos de operações realizadas pelos robôs

A operação e produtividade de equipamentos e infra-estrutura caros, tais como edifícios, pontes, fábricas e instalações offshore, devem ser asseguradas. Os robôs para esta área de aplicação normalmente realizam a aquisição regular de quaisquer dados ou a execução de operações físicas simples, tais como a operação de interruptores, válvulas ou alças.

As seguintes características dos robôs podem ser observadas nesta área:

  • Base móvel: Tipicamente com rodas ou esteiras em diferentes tamanhos para ambientes desafiadores. Em pequena escala, a mobilidade de engenharia de robôs, mecanismos baseados em múltiplas pernas, ímãs, sucção, rotores (para criar um elevador), etc., aumentam a riqueza de uma variedade de projetos de sistemas de inspeção e manutenção..
  • Sensores: Os sensores para uma aplicação específica são instalados sobre uma base móvel ou um braço robótico com vários graus de liberdade (desde simples blocos rotacionais até braços robóticos completos); para aumentar a destreza cinemática.
  • Unidades de comunicação para teleoperação ou transmissão de sinal de sensor.
  • Centros operacionais para monitorar e documentar a execução de tarefas do robô’s para planejar, operar diretamente ou controlar o robô por telecontrole.

Plantas e Edifícios Industriais

Desde o início dos anos 90, os grandes fornecedores de instalações industriais, como Hitachi, Mitsubishi e Toshiba, estão interessados em robôs móveis para inspeção e monitoramento automático de plantas e equipamentos industriais. Tipicamente, estes eram sistemas autônomos móveis (muitas vezes funcionando ao longo de pistas/linhas preparadas) equipados com sensores e transmissões de rádio para coletar dados relevantes. Numerosas plataformas móveis, com rodas ou sobre esteiras são equipadas com sensores a bordo ou parcialmente guiadas por manipuladores para uso em ambientes industriais. A sobreposição com robôs de vigilância é óbvia..

Recentemente, o uso de robôs móveis de múltiplas pernas aumentou com o robô Spot da Boston Dynamics, que é usado, por exemplo, pela Ford para escanear a fábrica antes de um redesenho, e com outros desenvolvimentos do robô Anymal da Anybotics..

Sankyo (Japão) introduziu um robô para cruzar por baixo de edifícios, escritórios e, essencialmente, qualquer outro local de residência para verificar se há danos estruturais. Ele acomoda sensores integrados que lhe permitem evitar obstáculos enquanto em serviço. Um robô móvel autônomo similar para o monitoramento das condições da sala limpa (por exemplo, para plantas de semicondutores) foi introduzido pela MetraLabs. Estes modos de robô tipicamente vigiam os perigos, monitoram as condições ambientais, tais como qualidade do ar, radiação e fumaça, verificam os edifícios, assim como inspecionam os locais com problemas remotos para reduzir as visitas de humanos ao local. Sua contraparte em ambientes clínicos ou outros ambientes públicos é o robô de desinfecção UV..

A inspeção remota e autônoma de equipamentos offshore ou instalações químicas impõe requisitos adicionais ao projeto à prova de explosão de um robô. Um exemplo é o MIMROex, um protótipo de robô de inspeção projetado pelo Fraunhofer IPA. Ele é equipado com um braço robótico que transporta uma câmera para inspeção visual, assim como vários sensores de aplicação, tais como microfones, sensores de gás, sensores de incêndio e scanners a laser. O robô pode ser ajustado para o modo remoto ou autônomo, este último permitindo uma condução segura através de plantas industriais, o que significa que o robô irá parar ou tomar medidas evasivas; se as pessoas caminharem em seu caminho ou se ele encontrar qualquer obstáculo fixo ou em movimento. Ele é equipado com um braço robótico, no qual é montada uma câmera para inspeção visual, assim como vários sensores aplicados como microfones, gás, sensores de incêndio e scanners a laser.

Os desenvolvimentos futuros visam a intervenção física com o equipamento de processo através da coleta de amostras, giro de válvulas, limpeza de pequenas obstruções e até mesmo a operação de painéis de controle.

Geração de energia e infra-estrutura de linhas elétricas

A vigilância de subestações de energia, subestações elétricas, linhas aéreas de transmissão de alta tensão e usinas de energia precisam de monitoramento e inspeção regulares. Na indústria hidrelétrica, os trabalhos de inspeção e manutenção in situ de corredores de turbinas, dutos, tubos, etc., são de grande importância, por exemplo, para detectar cavitação, danos e rachaduras. Um estudo de 2018 identificou a inspeção de linhas de transmissão robótica como a aplicação mais benéfica para esta indústria.

O uso de robôs na indústria elétrica ainda se concentra principalmente no desenvolvimento de robôs teleoperados para manutenção e inspeção de linhas de energia vivas. Alternativamente ao trabalho de inspeção manual/visual, foram introduzidos nesses ambientes robôs e veículos terrestres não tripulados (UGVs) para economizar tempo e esforço valiosos no processo de inspeção.

O Scompi é um robô miniatura de 6 graus de liberdade, baseado em pistas para inspeção em turbinas hidráulicas desenvolvido pela Hydro Québec. Um conjunto de robôs miniatura de inspeção foi desenvolvido em conjunto pela ETH Zurich e pela Alstom Inspection Robotics (agora Inspection Robotics e de propriedade da Waygate Technologies). Estes dispositivos podem se mover de forma autônoma ou semi-autônoma em um grande espectro de diferentes superfícies e estruturas, tais como rotores, vasos ou tubulações. Ainda hoje, a Inspection Robotics desenvolve e vende vários robôs de inspeção para diversas aplicações.

Dispositivos robóticos foram introduzidos com sucesso para avaliar as linhas de força vivas para defeitos, tais como corrosão, degradação ou danos mecânicos. Aplicações específicas incluem a verificação de emendas de compressão para a degradação mecânica, medindo a resistência, detectando corrosão em um núcleo de aço do fio de alumínio reforçado com aço, ou usando imagens infravermelhas para detectar possíveis defeitos em componentes de linhas de energia..

Hydro-Québec's LineRanger é um robô de inspeção apresentado em 2019 equipado com câmeras e um gerador de imagens termoinfravermelho. O robô de controle remoto foi relatado para fazer inspeção e manutenção em linhas de alta tensão (2.000 ampères, 735 quilovolts). Ele usa câmeras para inspecionar as condições das linhas e descobrir irregularidades, ao mesmo tempo em que emprega um sistema de navegação inteligente para identificar os locais que necessitam de atenção.

A LineROVer foi especificamente utilizada, pela mesma empresa, como uma ferramenta de degelo para fios aéreos e condutores de terra; e foi relatada também para atravessar grandes obstáculos. Além disso, a empresa HiBot e o Electric Power Research Institute nos Estados Unidos também têm desenvolvido robôs de inspeção de linhas elétricas. O robô Ti do Instituto de Pesquisa de Energia Elétrica é equipado com câmeras visuais e infravermelhas de alta definição. O robô inspeciona as faixas e componentes do direito de passagem e determina as distâncias entre as linhas de energia e as árvores. O Ti pode viajar a velocidades de até 5 milhas por hora. O robô de inspeção da SMP Robotics Systems Corp. É um veículo terrestre não tripulado equipado com um conjunto de sensores, dependendo da aplicação específica, para realizar inspeção de imagem térmica de subestações elétricas ou para detectar vazamentos de gás. É equipado com uma unidade de processamento gráfico (GPU) para aplicar algoritmos de aprendizagem da máquina à análise de dados.

Além do solo e dos robôs de linha de força, robôs aéreos como a solução zangão Sparrow da Percepto ou Elios 2 da Flyability também ganham mais interesse.

Uma nova categoria de robôs de inspeção foi introduzida para pás de turbinas eólicas, de modo que a degradação das pás devido a fadiga ou incidentes naturais possa ser encontrada antes que ocorra uma avaria ou falha catastrófica.

Considerações de custo-benefício e desafios de marketing

Os robôs são uma forma de aliviar o trabalhador humano da exposição a riscos potenciais, particularmente em ambientes caracterizados por ameaças biológicas, químicas e nucleares. Além disso, o custo das operações humanas pode ser bastante caro. As plataformas offshore são um dos ambientes de trabalho mais caros, pois logística, ritmos de trabalho, segurança e custos de qualificação são parte dos custos gerais extremos. A introdução de robôs em plataformas offshore e fábricas químicas para assumir o trabalho de rotina, como inspeção e manutenção, seja teleoperado ou autônomo, pode resultar em curtos períodos de pagamento..

Como exemplo, com mais de 300.000 km de linhas de transmissão nos Estados Unidos, a inspeção de linhas de transmissão é uma proposta cara e às vezes perigosa. A corrosão e a confiabilidade das linhas aéreas de energia é um problema industrial considerável. Como os ativos das linhas de transmissão envelhecem, a obtenção de dados sobre suas condições é necessária para manter a alta confiabilidade. Os danos internos dos fios e das básculas de alumínio são devidos à corrosão e a defeitos internos nos cabos. A implantação de robôs de inspeção de linhas de transmissão juntamente com uma nova geração de sensores de RF de baixo custo pode permitir aos operadores do sistema obter remotamente conhecimento detalhado e atualizado dos componentes das linhas de transmissão e das condições de direito de passagem, aumentando a confiabilidade ao mesmo tempo em que reduz os custos de operação e manutenção. Em alguns casos, a compra dos robôs para adiar a manutenção pode deslocar os custos de operação e manutenção para custos de capital, permitindo um retorno sobre o investimento e depreciação.

Em geral, o uso de robôs na inspeção e manutenção tem estado abaixo de seu potencial durante os últimos anos. Iniciativas como a Sprint Robotics Collaborative visam alcançar o uso de robótica em campo para inspeção e manutenção de ativos de infra-estrutura de capital intensivo em larga escala dentro dos próximos dez anos. Esta iniciativa, formada por vários grandes proprietários de ativos da indústria petroquímica, argumenta que o uso da robótica na inspeção técnica e na manutenção de instalações de infra-estrutura de capital intensivo é vital devido à necessidade de minimizar o impacto sobre a segurança e o meio ambiente. Além disso, a inspeção e manutenção técnica robótica pode reduzir o tempo de parada, evitar a intrusão humana em navios e outros equipamentos, bem como reduzir os custos associados aos serviços necessários para garantir a segurança humanitária e o meio ambiente.