Proposta de um manipulador em Linhas de Transmissao

Proposta de um manipulador em Linhas de Transmissao

Universidade Zambeze – Campus de Matacuane - Beira

Tambo, Valia Madeira Engenharia Mecatronica

Proposta de Um Projecto de Implementação de um Robô para Inspeção de Linhas de Transmissão de EDM-Moçambique

Palavras-Chave Inspeção de linhas de transmissão, Inspeção robotizada, Manutenção, Distribuição de energia elétrica, Transmissão de energia elétrica.

Objetivo Geral

Implementar um sistema de inspeção automatizada de cabos e isoladores de linhas de transmissão através de um robô móvel autônomo dotado de visão computacional.

Objetivos Especificos

1) Identificar os principais problemas tecnológicos para a implementação de um sistema de inspeção automatizada de cabos e isoladores de linhas de transmissão através de um robô móvel autônomo dotado de visão computacional. O sistema deverá ser capaz de locomover-se sobre a linha de transmissão, detectando e localizando problemas em cabos e isoladores. O sistema deverá gerar um relatório dos problemas detectados com sua localização e um vídeo da inspeção, para permitir a supervisão (e validação da operação) do sistema por um operador humano.

2) Desenvolver soluções para os problemas identificados em (1), com especial ênfase a técnicas que sejam adequadas aos tipos de linhas de transmissão. Objetiva-se desenvolver soluções para três problemas em particular: a) o problema de locomoção do robô sobre a linha de transmissão e b) o problema inspeção dos cabos e c) o problema de inspeção dos isoladores. 3) Construir um protótipo de robô de serviço para inspeção de linhas de transmissão e Implementar as soluções mais promissoras desenvolvidas em (2).

Justificativa

Este projeto propõe o desenvolvimento de um sistema automatizado para inspeção de linhas de transmissão baseado em um robô de serviço autônomo dotado de visão computacional. O sistema a ser desenvolvido consiste em um dispositivo robótico capaz de mover-se sobre a linha de transmissão e detectar problemas nos cabos e isoladores. Para detecção de problemas nos cabos e isoladores serão utilizadas imagens coloridas no espectro visível e imagens infravermelho.

Os métodos atuais de inspeção de linhas de transmissão envolvem operações tediosas e de alto custo. A utilização de operadores humanos inspecionando visualmente grandes extensões de cabos e um elevado número de isoladores torna-se um grande problema. Devido ao fato das cenas de cabos e isoladores serem extremamente repetitivas, a torna-se um grande problema. Devido ao fato das cenas de cabos e isoladores serem extremamente repetitivas, a tarefa de inspeção é muito monótona, o que favorece a desatenção e consequentemente falhas no processo de inspeção.

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Adicionalmente, a visualização dos cabos e isoladores por determinados ângulos (de cima, por exemplo) requer operações dispendiosas com o uso de aeronaves. Ainda assim, tem-se a inconveniência de em determinados momentos poder-se visualizar apenas uma vista dos dispositivos (de baixo, por exemplo) e em outros momentos visualizar-se apenas outra vista (de cima, por exemplo). Obviamente, para determinados diagnósticos seria conveniente poder visualizar-se ao mesmo tempo diversas vistas do dispositivo sob inspeção. Ainda que recursos como filmagens manuais possam ser utilizados para prover-se diversas vistas simultâneas, é difícil obter-se a sincronização espacial e temporal das diversas vistas.

A utilização de um sistema robotizado para inspeção possibilita a obtenção de diversas vistas dos cabos e isoladores sincronizadas no espaço (ou seja, diversas vistas do mesmo ponto do cabo ou isolador) e no tempo (todas as vistas obtidas no mesmo instante). Por outro lado, esta proposta diferencia-se por propor o desenvolvimento de um robô para inspeção de linhas aéreas.

Esta particularidade implica a utilização de mecanismos de locomoção adequados para possibilitar o movimento do robô sobre a linha e ao mesmo tempo evitar que o robô caia ao chão. Uma parte significativa deste projeto consiste em desenvolver estratégias de locomoção que possibilitem a passagem de um lance da linha para outro, ou seja, a passagem pelas torres, sem que o robô perca o equilíbrio.

Pesquisas Correlatas

Robô para inspeção de dispositivos; Robô para inspeção de Linhas de Transmissão subterrânea; Robô para troca de esferas de balizamento aéreo;

Figura 1Robô para troca de esferas de balizamento aéreo

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Robô para inspeção de Dutos;

Figura 2 Robô para inspeção de Dutos Robô com locomoção por braquiação;

Figura 3 Robô com locomoção por braquiação

Controle de robôs móveis, utilizando diversas estratégias, por exemplo, controle linear, controle não linear, controle adaptativo, controle por estrutura variável, controle com redes neurais, controle com lógica nebulosa, controle preditivo;

Figura 4 Robôs móveis desenvolvidos

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Estimação de posição e orientação de robôs móveis utilizando fusão de dados através do filtro de Kalma nas versões centralizado e descentralizado;

Retrofitting dos controladores do robô industrial ASEA IRB-6 e do manipulador antropomórfico Janus;

Figura 5 Retrofitting dos controladores do robô industrial

Localização e Navegação de robôs móveis em ambientes de desconhecidos utilizando encoders, bussola digital, visão computacional e sonares de ultra-som

Figura 6 Retrofitting de robô moveis com Localizacao e Navegacao

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Controle de robôs através da Internet com compensação de atrasos e Arquitetura para controle distribuído de manipuladores robóticos

Metodologia Como já comentado na seção Objetivos, este projeto abordará três problemas:

1) a locomoção do robô sobre a linha de transmissão; b) a inspeção dos cabos e c) a inspeção dos isoladores.

Para a locomoção do robô serão estudados dois métodos: a) tração e b) braquiação.

O método de tração direta sobre o cabo consiste na utilização de polias que tracionam o robô através de atrito com o cabo. É um método relativamente tradicional de tração de veículos sobre cabos devido à simplicidade e parece ser o mais adequado quando o cabo está livre de obstáculos, como entre as torres da linha de transmissão.

No entanto, a passagem por pontos onde o cabo possui obstáculos, como nas torres de transmissão torna-se problemática, pois a passagem da polia é bloqueada. Para contornar esta dificuldade será utilizada locomoção através de braquiação. Braquiação é a movimentação através de braços, como macacos pendurados. Através de braquiação pode-se facilmente transpor obstáculos no cabo.

Figura 7 Locomocao do Robo movel

Como o robô será alimentado por baterias, a eficiência energética do modo de locomoção utilizado é uma consideração importante de projeto. A eficiência energética de ambos os tipos de locomoção será avaliada, juntamente com demais considerações como estabilidade do movimento e facilidade de implementação para determinar o tipo de locomoção a ser utilizado.

Serão avaliadas as possibilidades de locomoção por tração apenas, braquiação apenas e tração e braquiação combinadas.

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Figura 8 Locomocao do Robo por Braqueamento

O controle da locomoção do robô e o adequado georeferenciamento dos problemas detectados nos cabos e isoladores depende da capacidade de auto-localização do robô. Para tanto, o robô será dotado de um receptor de GPS, sensores de deslocamento com encoders incrementais, acelerômetros, girômetros e inclinômetros. A princípio, a localização fornecida pelo GPS seria suficiente para localização dos problemas na linha de transmissão. No entanto, tanto a precisão da medida quanto taxas de amostragem típicas de receptores GPS são muito baixas para o controle do movimento do robô, em especial quando utilizando braquiação.

As medidas de posição e orientação fornecidas pelos outros sensores (encoders, acelerômetros, girômetros e inclinômetros) possuem precisão e taxas de amostragem adequadas para controle do robô. Porém, estes sensores são do tipo incremental ou inercial, e portanto sujeitos a drift. Consequentemente, o erro exibido por estes sensores, inicialmente muito baixo, cresce indefinidamente com o tempo.

Os erros do GPS, por outro lado, não acumulam-se com o tempo. Assim, neste projeto serão utilizadas técnicas de fusão de dados para obter estimativas da localização do robô com taxas de amostragem semelhantes as dos sensores inerciais mas com erros limitados como as medidas obtidas com GPS. Adicionalmente, para incrementar a precisão das medidas por GPS será utilizada a técnica de GPS diferencial. A inspeção dos cabos e isoladores será realizada através de visão computacional nos espectros visível e infravermelho.

Para tanto serão adquiridas imagens de diversas vistas dos dispositivos sob inspeção através da movimentação das camerâs e/ou de jogos de espelhos e lentes. Assim, para cada vista serão gerados 4 planos de imagens, correspondentes aos comprimentos de onda visíveis RGB (vermelho, verde e azul) e a faixa de IR (infravermelho). O processamento dos planos RGB, correspondente à luz visível, será utilizado para identificação de problemas que podem ser detectados através de alterações morfológicas nos dispositivos visíveis a olho nú. O plano IR, por representar uma imagem térmica do dispositivo, será utilizado para detecção de problemas funcionais nos dispositivos que não tenham se traduzido em alterações morfológicas.

Para identificação e classificação dos problemas nos cabos e isoladores serão utilizadas imagens de referência obtidas em condições normais de operação da linha de transmissão. As

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Tambo, Valia Madeira Engenharia Mecatronica técnicas de classificação a serem estudadas serão baseadas no cálculo de coeficientes de correlação entre as imagens obtidas da linha sob teste e as imagens de referência no banco de dados e na utilização de redes neurais.

Cronograma

Revisão bibliográfica X
Locomoção por tração X X X X X
Locomoção por branqueamento X X X X X X X
Localização X X X X X
Inspeção de Cabos RGB X X X X X
Inspeção de isoladores RGB X X X X X
Inspeção de Cabos IRX X X
Inspeção de isoladores IRX X X
IntegraçãoX X X X
TestesX X X X

Resultados Esperados O sistema SSL possibilita as seguintes operações com a linha de transmissão ligada:

i. Inspeção detalhada no cabo guarda com ou sem fibra ótica, visualizando a integridade física e mecânica quanto aos efeitos de descargas atmosféricas, comprovando a necessidade ou não de manutenção de emergência ou programada; i. Inspeção dos cabos condutores, espaçadores, isoladores de porcelana ou de vidro, torres, vegetação sob a linha, inclusive assoreamento na base da torre; i. Instalação ou retirada de esferas de sinalização aérea no cabo guarda com a linha de transmissão ligada; iv. Conduzir o cabo guia (piloto) com a linha de transmissão ligada ou desligada; v. Realização de serviços de emendas de condutores; vi. Transposição de torres, permitindo o deslocamento do SSL ao longo da LT.

(Atualmente as inspeções são aéreas (helicóptero) ou terrestres (moto) e com o veículo robotizado será mais detalhada e precisa.

Benefícios para a Empresa a) Melhoria dos processos de inspeção de linhas de transmissão b) Redução de custos c) Otimização das rotinas de manutenção d) Redução do tempo médio de falhas

Benefícios para o Consumidor a) Redução do número de interrupções de serviço b) Redução das tarifas devido ao menor custo operacional

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Conclusão

A inspeção robotizada de linhas de transmissão já é utilizada para redes subterrâneas Este projeto propõe o desenvolvimento de um robô para inspeção de linhas de transmissão aéreas Um dos principais problemas a serem enfrentados é a locomoção do robô de forma a poder ultrapassar os obstáculos no cabo.

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Referência Bibliográfica

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Rodrigo da Silva Guerra. Calibração Automática de Sistemas de Visão Estéreo a partir de Movimentos Desconhecidos. 2004. Dissertação (Engenharia El étrica) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Luciano Faria dos Reis. Inspeção Visual: Detecção de Bordas. 2003. Monografia (Curso de Especialização em Automação Industrial) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Santos, M. F.; Vidal Filho, W. B.; Ferreira, G. A. N. – “Robô de Inspeção de Linhas de Transmissão de Alta Potência” - In: ISA Show. São Paulo: ISA, 2003, São Paulo. Congresso Internacional de Automação, Sistemas e Instrumentação, São Paulo, 2003.

Artigo: “Inspeção Robotizada” – Revista de Pesquisa e Desenvolvimento da ANEEL, nº 1, agosto de 2006, pág. 63.

Moscato, L. A.; Souza, A.; Ventrella, A. G.;

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