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Projekt: Kooperierende mobile Robotersysteme zur Detektion und Ortung von Gasleckagen mittels optischer Fernmesstechnik

Bearbeiter: Dipl.-Ing. Gero Bonow, M.Eng. Chun Liu, M.Sc. Antonio Ordoñez Müller und Dipl.-Ing. Samuel Soldan

Link: http://www.robogasinspector.de/

Kurzbeschreibung

Die Detektion und Ortung von Gasleckagen ist in der Prozessindustrie und insbesondere in der chemischen Industrie ein wichtiger Aspekt bei der Anlageninspektion, um Schäden an Menschen, Umwelt und Investitionsgütern zu verhindern. Diese Aufgabe kann bisher weder durch Personal noch durch weitere Investitionen in festinstallierte in-situ Gasmesstechnik flächendeckend und zeitnah bewältigt werden. Durch den Einsatz von autonomen mobilen Robotersystemen (AMR) mit neuartiger auf IR-basierender Gasfernmesstechnik könnte die Inspektionsaufgabe zeitnah und flexibel bewältigt werden. Zudem sind Roboter optimal für monotone Arbeiten geeignet und können außerdem besser an die Umgebungsbedingungen bzw. Aufgabe angepasst werden. Der Einsatz solcher Systeme für die Anlagenüberwachung ist demnach ein logischer Schritt.

Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Roboterprototypen und den dazu notwendigen Methoden, um unter dynamisch veränderbaren Umweltbedingungen (z. B. wechselnde Windverhältnisse, versperrte Fahrwege, etc.) eine autonome Ausführung der Aufgabe zu gewährleisten.

Dazu sollen insbesondere folgende Teilprobleme gelöst werden:

  • Effiziente Detektionsstrategien mit Fernmessverfahren
  • Strategien zur robusten Leckortung mit Fernmessverfahren
  • Methoden für die Aufgabenzerlegung, -verteilung und -koordination für Einzel- und Mehrrobotersysteme
  • Weiterentwicklung der bestehenden Simulationsumgebung für Einzel- und Mehrrobotersysteme
  • Evaluation von Messgeräten für die Detektion von Industriegasen die evtl. für den Einsatz auf autonomen mobilen Robotersystemen geeignet sind

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Video RoboGasInspector Abschlusspräsentation Oktober 2012

Video Meilensteindemonstration November 2011

Video unseres Laborroboters mit Inspektionsmodul

Die konzipierten Strategien und Testszenarien können in der selbstentwickelten Simulationsumgebung getestet werden. Diese und weitere Fragestellungen werden u. a. mittels Mustererkennungsverfahren, Methoden aus dem Gebiet der künstlichen Intelligenz (KI) oder anhand von Vorbildern aus der Natur (Bionik) bearbeitet.

 

Kooperationspartner

  • Fachgebiet Fachgebiet Mensch-Maschine-Systemtechnik der Universität Kassel
  • Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie FhG-FKIE, Wachtberg
  • BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Berlin
  • telerob Gesellschaft für Fernhantierungstechnik mbH, Ostfildern
  • ADLARES GmbH, Teltow
  • Hermann Sewerin GmbH, Gütersloh
  • WINGAS Transport GmbH und Co. KG, Kassel
  • PCK Raffinerie GmbH, Schwedt / Oder

 

Förderung und Laufzeit
Technologieprogramm "AUTONOMIK - Autonome und simulationsbasierte Systeme für den Mittelstand", Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, 12 / 2009 - 11 / 2012

 

Veröffentlichungen

  1. Ordonez Müller, A.; Kroll, A.   Effects of beam divergence in hand-held TDLAS sensors on long distance gas concentration measurements.   In 12th International Workshop on Advanced Infrared Technology and Applications AITA-12, Turin, Italy, September 10-13 2013.   submitted.
  2. Ordonez Müller, A.; Kroll, A.   On the Use of Cooperative Autonomous Mobile Robots and Active Optical Remote Sensing Technology in Inspection Robotics.   In IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Tokyo Big Sight, Japan, November 3-7 2013.   submitted.
  3. Bonow, G.; Kroll, A.   Gas leak localization in industrial environments using a TDLAS-based remote gas sensor and autonomous mobile robot with the Tri-Max method.   In IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2013), Karlsruhe, Germany, May 6-10 2013. IEEE.
  4. Habib, A.; Bonow, G.; Kroll, A.; Hegenberg, J.; Schmidt, L.; Barz, T.; Schulz, D.   Forschungsprojekt RoboGasInspector: Gaslecksuche mit autonomen mobilen Robotern.   In Technische Sicherheit, Vol. 3, No. 5, pp. 2-7, Mai 2013.   im Druck.
  5. Ordonez Müller, A.; Kroll, A.   On Range Extension of Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) Based Devices in Remote Gas Sensing Applications.   In International Symposium on Olfaction and Electronic Nose (ISOEN 2013), EXCO, Daegu, Korea, July, 2-5 2013.   accepted.
  6. Soldan, S.   On extended depth of field to improve the quality of automated thermographic measurements in unknown environments.   In Quantitative InfraRed Thermography Journal, Vol. 9, No. 2, pp. 135-150, November 2012.
  7. Soldan, S.   On Extended Depth of Field to Improve the Quality of Automated Thermographic Measurements in Unknown Environments.   In Cardone, G., editor, Proceedings of 11th International Conference on Quantitative InfraRed Thermography (QIRT), Vol.  11, pp. QIRT 2012-137, Naples, Italy, June 11 – June 14 2012.   Best Student Paper Award.
  8. Barz, T.; Bonow, G.; Hegenberg, J.; Habib, K.; Cramar, L.; Welle, J.; Schulz, D.; Kroll, A.; Schmidt, L.   Unmanned Inspection of Large Industrial Environments - Insights into Research Project RoboGasInspector.   In Future Security, Bonn, 4th – 6th September 2012.
  9. Soldan, S.; Bonow, G.; Kroll, A.   RoboGasInspector – A Mobile Robotic System for Remote Leak Sensing and Localization in Large Industrial Environments: Overview and First Results.   In Proceedings of the 2012 IFAC Workshop on Automatic Control in Offshore Oil and Gas Production, pp. 33-38, Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norway, 31.05 - 01.06. 2012.
  10. Soldan, S.; Bonow, G.; Kroll, A.   Auswahl und Aufbau eines Multisensor-Fernmesssystems zur Fluidleckerkennung für den Einsatz auf einem mobilen Industrie-Inspektionsroboter.   In Gerlach, G.; Tutsch, R., editors, 16. GMA/ITG Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2012, Vol.  16, pp. 126-135, Nürnberg, Germany, 22. - 23.05. 2012. AMA Service GmbH.
  11. Soldan, S.; Welle, J.; Barz, T.; Kroll, A.; Schulz, D.   Towards Autonomous Robotic Systems for Remote Gas Leak Detection and Localization in Industrial Environments.   In Proceedings of the 8th International Conference on Field and Service Robotics (FSR2012), Vol.  8, Matsushima, Japan, 16 - 19 July 2012.
  12. Soldan, S.; Rangel, J.; Kroll, A.   An Overview of Calibration Boards for the Geometric Calibration of Thermal Cameras.   In InfraR&D 2011 Proceedings volume 6, Vol.  6, pp. 79-83, Hannover, Germany, 6. - 7. April. 2011.
  13. Bonow, Gero und Kroll, A.   Zur automatisierten Inspektion von Anlagen mittels Gasfernmesstechnik: Technologien und Geräte.   In AUTOMATION 2011, Baden-Baden, 28.-29. Juni 2011 2011.
  14. Kroll, A.; Soldan, S.   Survey Results on Status, Needs and Perspectives for using Mobile Service Robots in Industrial Applications.   In 11th International Conference on Control, Automation, Robotics and Vision (ICARCV 2010), pp. 621-626, Singapore, 7. - 10. Dec. 2010.
  15. Baetz, W.; Kroll, A.; Soldan, S.   On Gas Leak Detection of Pressurised Components by Using Thermograms and Pattern Recognition Algorithms.   In Bieth, M., editor, Proceedings of the 8th International Conference on NDE in Relation to Structural Integrity for Nuclear and Pressurised Components, pp. 503-512, Berlin, Germany, 29. Sep.– 1. Okt. 2010. European Commission, Joint Research Center, Institute for Energy.   DGZfP-Proceedings BB 125-CD.
  16. Baetz, W.; Kroll, A.; Bonow, G.   Mobile Robots with Active IR-Optical Sensing for Remote Gas Detection and Source Localization.   In Kazuhiro Kosuge, K. I., editor, IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2009), pp. 2773-2778, Kobe, Japan, May 12-17 2009. IEEE.   IEEE Catalog Number: CFP09RAA-DVD.
  17. Kroll, A.; Baetz, W.; Peretzki, D.   On Autonomous Detection of Pressured Air and Gas Leaks Using Passive IR-Thermography for Mobile Robot Application.   In Kazuhiro Kosuge, K. I., editor, IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2009), pp. 921-926, Kobe, Japan, May 2009.   IEEE Catalog Number: CFP09RAA-DVD.
  18. Bonow, G.; Kroll, A.   Gasleckortung mittels Laser-Fernmesstechnik und autonomer mobiler Robotersysteme.   In AUTOMATION 2009, Baden-Baden, Germany, 16-17. Juni 2009.
  19. Kroll, A.   A survey on mobile robots for industrial inspection.   In Int. Conf. on Intelligent Autonomous Systems (IAS10), pp. 406-414, Baden-Baden, Germany, 23. - 25. July 2008.
  20. Kroll, A.; Baetz, W.; Peretzki, D.; Bonow, G.   Als Roboter ausgebildete Vorrichtung zur autonomen, mannlosen Ermittlung von Leckagen unter Stofffreisetzung ins Umfeld aus druckführenden Systemen, insbesondere Rohrleitungssystemen, sowie Verfahren zum Betrieb eines solchen Roboters, 2008.   Deutsches Patent.
  21. Kroll, A.; Baetz, W.; Peretzki, D.; Bonow, G.   APPARATUS DESIGNED AS A ROBOT FOR THE AUTONOMOUS, UNMANNED DETERMINATION OF LEAKS RELEASING SUBSTANCES INTO THE SURROUNDINGS FROM PRESSURIZED SYSTEMS, PARTICULARLY PIPE SYSTEMS, AND METHOD FOR OPERATING SUCH A ROBOT, 2008.   Internationale Patentanmeldung.