Wyspecjalizowane roboty mobilne i ich zastosowania z naciskiem na przemysł górniczy

Bartosz BABIAK Koło Naukowe Mechaników Górników Wydział inżynierii Mechanicznej i Robotyki

Plan prezentacji Robot definicja Podział robotów Pierwsze roboty mobilne Pierwsze maszyny kroczące Pierwsze roboty do prac podwodnych Roboty do prac podwodnych Górniczy Mobilny Robot Inspekcyjny GMRI Własny prototyp- zarys Bibliografia

Robot Robot- słowo pierwszy raz użyte w 1921 przez czeskiego pisarza Karela Čapek’a , w sztuce „Opilek”, oznacza ciężką pracę ,wysiłek, pierwotnie określało ono człowieka w uproszczonej wersji przeznaczonego do pracy, obecnie oznacza urządzenie mechaniczne Według definicji wprowadzonej w 1979 roku przez (Robotics Industries Association) robot to: "Programowalny, wielofunkcyjny manipulator zaprojektowany do przenoszenia materiałów, części, narzędzi lub specjalizowanych urządzeń poprzez różne programowalne ruchy, w celu realizacji różnorodnych zadań". Słownik wyrazów obcych [PWN, Warszawa 2003]: robot – maszyna lub urządzenie techniczne imitujące działanie (czasem nawet wygląd) człowieka, odznaczające się określonym stopniem automatyzacji […]

Podział robotów Ze względu na przeznaczenie [1]: a) Do badań naukowych b) Co celów szkoleniowych c) Do celów przemysłowych d) Do celów badawczych (pod wodą, w przestrzeni kosmicznej, na powierzchni innych planet) Ze względu na przeznaczenie [2]: • bojowe • interwencyjno-inspekcyjne • transportowe • budowlane • rolnicze • osobiste i usługowe • medyczne • roboty do rozrywki i inne

Według kryterium mobilności: a) Stacjonarne b) Mobilne (naziemne, portalowe)

Ze względu na generacje [1]: I generacji- głównie roboty przemysłowe II generacji- roboty wyposażone w system wizyjny III generacji IV generacji

Pierwsze roboty mobilne

Rys. 1. 1930-1940 – powstanie rosyjskich teletanków, bezprzewodowych , bezzałogowych czołgów sterowanych radiowo [5].

Rys. 2. 1984-Zostaje opracowany PROWLER, pierwszy z serii mobilnych robotów militarnych [4].

Rys.3. Robot Scout produkcji PIAP [2]

Pierwsze maszyny kroczące

Rys. 4. 1968, AMS- ciężarówka krocząca firmy GE , sterowana przez operatora [6].

Rys. 5.Przykład zastosowania w celach wojskowych [6]

Pierwsze roboty do prac podwodnych Począwszy od lat 40, obserwuję się silny rozwój ROV (remotely operated vehicle)robotów głębinowych, bezzałogowych, zdalnie sterowanych, pływających na uwięzi (kablolina) Zastosowanie robotów inspekcyjnych [1]: • obserwacja np. RPV-430 • inspekcja rurociągów np. ROMIS • inspekcja konstrukcji np. PROES 1 • inspekcja zapór morskich np. TRIGLA • naprawa kabli np. SCARAB • czyszczenie konstrukcji np. PIPER • wspieranie wierceń np. HYDRA • niszczenie min np. PAP-104, SEA EAGLE

Rys.6. 1975, RCV-225 oraz RCV 150, jedne z pierwszych rynkowych inspekcyjnych robotów typu ROV [7]

Roboty do prac podwodnych inne zastosowania: • prowadzenie obserwacji pod lodem, • asystowanie przy pracach nurkowych • inspekcja obiektów morskich (kadłuby okrętów) • identyfikacja zatopionych obiektów

Rys. 8. The Double Eagle MkII/III [9]

Rys.7. SeaLion 2- współczesny podwodny robot inspekcyjny [8]

Roboty do prac podwodnych

Rys. 9. SCARAB -Robot typu ROV, wyspecjalizowany do naprawy kabli

Rys. 10. Budowa pojazdu inspekcyjnego z prowadzeniem kablowym [1]

Górniczy Mobilny Robot Inspekcyjny GMRI Prototyp niekomercyjnego robota mobilnego przeznaczonego do badania atmosfery i stanu wyrobiska górniczego, w którym występują zbyt niebezpieczne warunki do wprowadzenia zastępu ratowniczego. Wykonany został w latach 2008-2011 przez PIAP (Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP w Warszawie) we współpracy z Instytutem Technik Innowacyjnych EMAG w Katowicach [11]. Najważniejszymi funkcjami mobilnego robota są: pomiar parametrów atmosfery, wizualizacja stanu wyrobiska, transmitowanie danych do konsoli operatora

Rys. 11. Górniczy Mobilny Robot Inspekcyjny

Górniczy Mobilny Robot Inspekcyjny GMRI Założenia konstrukcyjne robota [11]: Gabaryty umożliwiają jego transport przez śluzy o średnicy 800 mm napędy w wykonaniu iskrobezpiecznym budowa zapewnia poruszanie się w trudnych warunkach. warunki pracy: od 20°C do 60°C przekazywanie obrazu do operatora przy wykorzystaniu kamer możliwość dokonania pomiarów

Rys. 12. Testy GMRI [11]

ze względu na wykonanie iskrobezpiecznie, obudowa, części zewnętrzne są głównie z tworzyw sztucznych oraz z materiałów o ograniczonej zawartości stopów metali lekkich, cyrkonu

GMRI- budowa

Rys. 13. Budowa GMRI [11]

Rys. 14. Regulacja rozstawu tylnich kół [11]

GMRI- budowa

Rys. 15. Regulacja prześwitu, dzięki siłownikom pneumatycznym [11]

Układ ruchowy robota jest zasilany sprężony azotem. Elementy układu ruchowego typu siłowniki mogą być sterowane niezależnie lub grupowo. Rys. 16. Uniesienie przednich kół przy pomocy siłownika związanego z konstrukcją mocowania bloku kół przednich [11]

GMRI- pomiary Układ czujników pozwala na pomiary: • stężenia metanu • tlenku węgla • dwutlenku węgla • tlenu • wilgotności względnej

Rys. 17. Sonda w pozycji transportowej i roboczej [11]

Ruchoma sonda o długości 1m oraz możliwość podnoszenia korpusu robota, zwiększają skutecznie zasięg obszaru z którego dokonuje się pobrania próbki gazowej.

GRMI- dyrektywa ATEX GRMI jest pierwszym na świecie robotem tego typu, który uzyskał górniczy certyfikat:

EX I M1 Ex ia I Gdzie: I – oznacza Grupę I urządzeń przeznaczonych do pracy w kopalniach, M1 – oznacza kategorię urządzeń, które mogą być stosowane zgodnie dyrektywą ATEX i mogą pracować w atmosferze o dowolnej zawartości metanu, ia – typ zabezpieczenia, w którym ani iskra, ani temperatura nie mogą spowodować zapłonu atmosfery wybuchowej (zarówno podczas normalnej pracy, jak i przy uszkodzeniu).

Roboty inspekcyjne konstrukcji

Rys. 19. Robot opracowany przez Rys. 18. RIWEA robot do inspekcji Sattara[13] łopatek turbin wiatrowych [12]

Rys. 20. Robot CIRCA, prototyp [14]

Własny prototyp- zarys Projekt konstrukcji inspekcyjnego robota kroczącego, służącego do diagnostyki wysokich konstrukcji stalowych Oświetleniediody LED

Rys. 22. Budowa chwytaków Zestaw serwomechanizmów

Kamera

Elektromagnesy Rys. 21. Wstępny projekt prototypu robota kroczącego

Bibliografia [1] Morecki Adam: Podstawy robotyki Teoria i elementy manipulatorów i robotów. WNT, W-wa 1999r. [2] Trojnacki Maciej: Tendencje rozwoju mobilnych robotów lądowych. Pomiary Automatyka Robotyka 6/2008 [3] Rozwój Robotyki. http://www.robotyka.com/teoria.php/teoria.4, grudzień 2012. [4] Historia Robotyki lata 1970-1999. http://www.asimo.pl/historia/robotyka_kalendarium_1999.php, grudzień 2012. [5] Wikipedia: Teletanki, http://pl.wikipedia.org/wiki/Teletank, grudzień 2012. [6] Carnegie Mellon University’s Robotics Institute: GE walking truck. www.frc.ri.cmu.edu/~hpm/project.archive/Image.Archive/other.robots, grudzień 2012. [7] Wernil Robert: Observation Class ROVs Come of Age. Sixth International Symposium on Underwater Technology UT2009, Wuxi, China, http://www.seatrepid.com/files/UT_PAPER_FINAL-WERNLI.pdf, grudzień 2012. [8] W Fishers low-cost, high-performance ROVs. http://www.jwfishers.com/rov.htm, grudzień 2012. [9] The Double Eagle MkII/III, SAAB Group. http://www.saabgroup.com/en/Naval/Underwater-Security/RemotelyOperated-Vehicles/ROV-Double_Eagle_MkII_III/Features, grudzień 2012. [10] ROV PILOT, http://www.victoriaelectricalservices.50megs.com/custom.html, grudzień 2012. [11] Górska-Szkaradek Jolanta, Borkowicz Zbigniew: Pierwszy mobilny robot do zadań specjalnych w kopalniach. Pomiary Automatyka Robotyka. http://www.par.pl/robotyka/roboty-mobilne/408-pierwszy-mobilny-robot-do-zadan-specjalnychw-kopalniach.html, grudzień 2012. [12] RIWEA: The Rope-Climbing Wind Turbine Inspection Robot. http://cleantechnica.com/2009/01/21/riwea-the-ropeclimbing-wind-turbine-inspection-robot, grudzień 2012. [13] Sattar T.: Climbing Ring Robot for Inspection of Offshore Wind Turbines. http://robotics.umng.edu.co/8.swf, grudzień 2012. [14] Goldman Gabriel: Virginia Tech- The Development of a Novel Climbing Inspection Robot Powered by Compressed Air. http://www.romela.org/wiki/images/8/87/VT_CAGI_Small.pdf, grudzień 2012 [15] Historia robotyki, podstawowe pojęcia, rodzaje robotów. Politechnika Białostocka, http://aragorn.pb.bialystok.pl/~teodora/RdI/W/W1.pdf, grudzień 2012.

Wyspecjalizowane roboty mobilne i ich zastosowania z naciskiem na przemysł górniczy

Dziękuję za uwagę Bartosz BABIAK Koło Naukowe Mechaników Górników Wydział inżynierii Mechanicznej i Robotyki