Desarrollo de un robot móvil para inspección del interior de tuberías

Abstract

RESUMEN: Este documento presenta el desarrollo de un robot móvil para asistir a personal encargado de tareas de inspección interna de tubería, con capacidades de adaptación a tuberías en vacío con diámetros, inclinación y dirección variables, que permite la visualización del interior de la tubería y cuya manipulación es realizada desde una aplicación móvil bastante intuitiva. El robot fue validado experimentalmente en una maqueta de tubería. El diseño del robot fue elaborado haciendo uso de la metodología de Pugh por convergencia controlada, con base en los requerimientos de diseño previamente establecidos. Se generó cinco diseños de robot y se eligió uno con base en la evaluación de la pertinencia y función de cada diseño. Se presenta la construcción del prototipo haciendo uso de Diseño Asistido por Computadora (CAD) y la fabricación de su estructura con impresión 3D. Para la validación del funcionamiento del robot se diseñó y construyó una maqueta de tubería basada en los requerimientos de diseño y por medio del sensor MPU 6050 se valida el posicionamiento del robot en su interior. El diseño de robot seleccionado consta de una o más secciones, comprendidas por un cuerpo y cuatro extremidades cada una posicionadas equidistantemente entre sí. Cada extremidad cuenta con una rueda en su extremo distante al centro y dos de ellas cuentan con un motor que va unido del rotor al eje de la rueda. En la unión entre las extremidades y el cuerpo se incluyó un resorte de torsión como actuador, generador del movimiento tipo bisagra para cada extremidad. La unión entre secciones se da por medio de una articulación flexible que comprende un resorte de tensión y un sistema de sujeción. La primera sección en su parte delantera posee una cámara para captar la imagen en el interior de la tubería. Una caja de control se encuentra conectada al robot por red alámbrica. Desde allí se realiza la comunicación y envío de información tal como: video, control y datos de posicionamiento del sensor. Mediante el análisis estático del mecanismo se establecen las fuerzas que intervienen en él para garantizar el posicionamiento y desplazamiento en el interior de la tubería; para ello se halló de forma experimental el coeficiente de fricción entre los materiales de las superficies en contacto (caucho SBR-acrílico). El robot móvil construido permite el desplazamiento en el interior de tuberías de diámetros variables entre 6” y 8” así como tuberías con inclinaciones entre 0° y 90° y cambios de dirección entre 0° y 90°. Se logró realizar la identificación de fracturas en la tubería en un ambiente controlado a su máxima velocidad de desplazamiento mediante el procesamiento de imágenes. ABSTRACT: This document presents the development of a mobile robot to assist personnel in charge of tasks of internal inspection of pipe, with capacities of adaptation to empty pipelines with diameters, inclination and variable direction, which allows the visualization of the interior of the pipe and whose manipulation It is done from a very intuitive mobile application. The robot was experimentally validated in a pipe model. The design of the robot was elaborated using the methodology of Pugh by controlled Convergence, this based on the previously established design requirements. Five robot designs were generated and one was chosen based on the evaluation of the relevance and function of each design. The construction of the prototype is presented making use of Computer Aided Design (CAD) and the manufacture of its structure with 3D printing. For the validation of the robot's operation, a pipe model was designed and built based on the design requirements and by means of the MPU 6050 sensor, the positioning of the robot inside is validated. The selected robot design consists of one or more sections, comprised by a body and four extremities each positioned equidistantly to each other. Each end has a wheel at its far end to the center and two of them have a motor that is attached from the rotor to the wheel axle. In the union between the extremities and the body a torsion spring was included as an actuator, generator of the hinge-like movement for each extremity. The connection between sections is given by means of a flexible joint comprising a tension spring and a fastening system. The first section in its front part has a camera to capture the image inside the pipe. A control box is connected to the robot by wired network. From there the communication and sending of information such as: video, control and positioning data of the sensor is carried out. Through the static analysis of the mechanism the forces that intervene in it are established to guarantee the positioning and displacement inside the pipeline; For this, the coefficient of friction between the materials of the surfaces in contact (SBR-acrylic rubber) was experimentally found. The built-in mobile robot allows the displacement in the interior of pipes of variable diameters between 6 "and 8" as well as pipes with inclinations between 0 ° and 90 ° and changes of direction between 0 ° and 90 °. It was possible to make the identification of fractures in the pipeline in a controlled environment at its maximum speed of displacement through the processing of images.