Slimme zwevende armen

Ze bewegen net als slangen en kunnen plekken bereiken die te nauw of gevaarlijk zijn voor mensen. De robuuste robotarmen van het bedrijf HiBot uit Tokyo tillen inspectie, onderhoud en reparaties naar een hoger niveau.

In het verleden werd maar weinig aandacht geschonken aan onderhoud bij de bouw van industriële installaties, gebouwen of bruggen. Het gevolg is dat onderhoud aan oude objecten een uitdaging en bovendien duur is. Met behulp van moderne MRO-robots (Maintenance, Repair and Overhaul) kan schade worden ontdekt, geïnspecteerd of voorspeld tegen een redelijke prijs. Hierdoor kan langer van essentiële infrastructuur gebruikgemaakt worden en kunnen uitval en ongevallen worden vermeden. Michele Guarnieri, CEO van HiBot, verklaart: “We redden in principe levens die in gevaar zijn door mislukt onderhoud.” Zoals de geschiedenis van het bedrijf aantoont, speelt de veiligheid van de inspectie zelf ook een rol.

Toepassing in Fukushima

In samenwerking met professor Hirose van het Technologisch Instituut van Tokyo (HiBot had hier zijn oorsprong) ontwikkelde het bedrijf een arm met grote reikwijdte en meerdere ledematen die in 2016 werd ingezet bij de ontmanteling van de kerncentrale Fukushima Daiichi. Gedurende twee weken maakte de mobiele robot video’s en verzamelde hij 3D-gegevens in het reactorgebouw dat was verwoest door een waterstofexplosie als gevolg van de tsunami in 2011. De specialisten controleerden de inspectie van de centrale op afstand door in realtime high-levelcommando's te versturen. De tijdens de missie verkregen gegevens maakten een ongekend gedetailleerde indruk en vergemakkelijkten de planning en controle van de navolgende puinruiming.

Door de radioactieve straling was het niet mogelijk om personeel voor deze belangrijke taak in te zetten. Het feit dat de aandrijving en elektronica ook tegen de straling moesten worden beschermd – en daarom in de basis van de manipulator waren aangebracht – verklaart het hoge stralingsniveau.

1/2

Inspectie in meerdere lagen

Op basis van de toepassing in Fukushima ontwikkelde HiBot de dunne en lichte Float Arm. In tegenstelling tot conventionele zware en grote manipulatoren kan deze eenvoudig op verschillende platformen of kranen worden gemonteerd en in omgeving met beperkte ruimte worden gebruikt. Het ingenieuze ontwerp van 7,5 m lang lijkt op de pezen van een menselijke hand. Bovendien zijn er meerdere patenten aangevraagd voor het unieke concept voor gewichtscompensatie.

De basisversie is uitgerust met een inspectiecamera met een krachtige optische zoomfunctie, een ultrasone sonde, een 3D-sensor en navigatiecamera’s verdeeld over de constructie. Afhankelijk van de toepassing kunnen deze worden vervangen door bijvoorbeeld infraroodcamera’s of eenvoudig onderhoudsgereedschap. Dit betekent dat de Float Arm ook inspectiegerelateerde taken kan uitvoeren: van het reinigen of coaten van brandstoftanks tot de ultrasone inspectie van pijpen in hoge rekken en de visuele inspectie van drukreservoirs.

De met behulp van meerdere sensoren verkregen gegevens ondersteunen de navigatie (die ook semi-autonoom mogelijk is) en de bouw van 3D-modellen van de situatie. Dit maakt vooraf geplande inspectiemissies veiliger en sneller.

Op naar de amfibische robot

Met name snelheid is een belangrijk criterium in de luchtvaart. Michele Guarnieri verklaart: “We ontwikkelen momenteel een specifieke Float Arm voor de inspectie van luchtvaartuigen. Of het nu gaat om de beweging rond de romp, in de brandstoftanks van de vleugels of in andere omgevingen met beperkte ruimte, de inspectiearm vertegenwoordigt een kosteneffectief alternatief ten opzichte van conventioneel tijdrovend inspectiematerieel.”

De vraag naar efficiënte en betrouwbare inspectieuitrusting is ook in andere industrieën hoog. De CEO schat dat de markt voor niet-destructief onderzoek en inspecties in 2024 $ 12,6 miljard per jaar waard zal zijn. HiBot ontwikkelt momenteel bijvoorbeeld ook amfibische robots voor zware omgevingen zoals overstroomde leidingen of ketelpijpen. Het team, dat nu bestaat uit meer dan 30 medewerkers, experimenteert ook met een zeer dunne kruipende "inspecteur". De Squid bijvoorbeeld werd ontworpen voor gebruik in 50mm-leidingen in de chemische industrie.

HiBot ontwierp ook een Float Arm voor de inspectie van luchtvaartuigen.

Data-analyse met kunstmatige intelligentie

Omdat modern gereedschap alleen niet genoeg is voor hedendaagse MRO-eisen, combineert een smart platform de robots met slimme apparaten. Met HiBox kunnen gebruikers geïnspecteerde data visualiseren, analyseren en verwerken met behulp van kunstmatige intelligentie om defecten autonoom te identificeren. De virtuele tool gaat echter verder dan het software-aspect en biedt een naadloze integratie met de hardware. Hierdoor kunnen gebruikers de robot optimaal benutten, dankzij de autonome navigatie, monitoring van de toestand van de robot en andere diensten. HiBox wordt gebruikt om bij te houden wat er al is geïnspecteerd en ook om de verzamelde data van de verschillende inspectieprocessen te vergelijken. Hiermee is niet alleen voorspelbaar onderhoud van infrastructuur mogelijk, maar ook  monitoring van de toestand van de robots.

Een turnkey-systeem uit één bron zoals deze versnelt het MRO-werk, en het opstellen van rapporten optimaliseert deze kwaliteiten. Michele Guarnieri voegt toe: “Door steeds meer slimme tools te integreren, zal het HiBox model stap voor stap evolueren.” Bovendien zullen de robotica-specialisten uit Tokyo binnenkort een bedrijfsmodel lanceren voor Robot-as-a-service, inclusief wereldwijd support in realtime.

Float Arm - gelijktijdige inspectie van infrastructuren met visuele en ultrasone sensoren.

Positionering van maximaal 16 assen

Hoewel geavanceerde technologieën worden gebruikt, zoals de besturing van slangenrobots, SLAM of sensorfusie, vertrouwt de HiBot volledig op maxon aandrijvingen. Hiroshi Ito, projectingenieur bij maxon Japan, herinnert zich: “Gedurende jarenlange tests raakte het HiBot-team overtuigd van de precisie, betrouwbaarheid en het brede productassortiment van maxon aandrijvingen. Om te garanderen dat het bereik en de mobiliteit voldoende zijn, moet de aandrijving – net als de Float Arm zelf – licht en compact zijn, maar tegelijkertijd een relatief hoog koppel leveren.” Afhankelijk van de te bereiken afstand, bestaat een Float Arm uit 10 tot 16 assen, die worden gepositioneerd door borstelloze motoren van de types EC 9.2 flat, EC 20 flat, EC 32 flat en EC 45 flat.

Een van de grootste uitdagingen was de integratie van elektronica in het frame zonder de massa en balans te verstoren, zodat de Float Arm zonder enige beperking kan werken. Onbedoeld, maar hier van toepassing is een uitspraak van de Zwitserse aforist Walter Fürst: “Het haalbare begint waar je arm eindigt.” En hier gaat het natuurlijk om de menselijke arm.