Diseño y construcción de un brazo robot de 4 grados de libertad para la inspección de interiores de una central hidroeléctrica

Abstract

El incremento de la demanda de aplicaciones relacionadas al campo de la robótica, en la industria energética, se debe a las múltiples soluciones que ofrece para la disminución de riesgos. Una de estas aplicaciones es la inspección visual de activos utilizada en los procesos de mantenimiento. La implementación de brazos robot para la limpieza, mantenimiento y monitoreo de turbinas, generadores, casa de máquinas u otros componentes, tiene un gran potencial de desarrollo para afrontar específicos problemas de la industria. El presente trabajo hace referencia a los riesgos que existen ante la ausencia de operadores en centrales hidroeléctricas para la ejecución de inspecciones visuales, haciendo hincapié en problemáticas actuales que impiden el desplazamiento hacia las centrales. A partir de estas mociones, la tesis presenta el proceso de desarrollo de una solución basada en la adaptación de un brazo robot de cuatro grados de libertad a una base móvil para la inspección de interiores en centrales hidroeléctricas, utilizando de referencia las necesidades de una central hidroeléctrica real. El trabajo de investigación busca como resultado el diseño de un prototipo de brazo robot para facilitar a los operadores de campo realizar inspecciones visuales de interiores de una central hidroeléctrica como base para futuras implementaciones para la automatización de monitoreos. A partir de ello, se busca brindar una respuesta inmediata ante emergencias evitando desplazamientos a la central y mitigando riesgos relacionados a las restricciones en el transporte regional. El prototipo se centra en la evaluación de materiales para el diseño mecánico, siendo el filamento de ABS (acrilonitrilo butadieno estireno) el cual cumple con los criterios de la infraestructura y ambiente de la central y las limitaciones de diseño planteadas. El prototipo se adaptó a una base móvil, cumplió con un apropiado comportamiento en relación al movimiento y dió un soporte adecuado a los componentes acoplados requeridos para realizar inspecciones de forma teleoperada.

The current demand of applications based on robotics, in the energy industry, is due to the multiple solutions it offers to reduce risks. One of these applications is the visual inspection of assets used in maintenance processes. This investigation refers to the risks that exist in the absence of operators in hydroelectric power plants for the execution of visual inspections, emphasizing the current problems traveling to the power plants. Based on these motions, the thesis presents the development process of a solution based on the adaptation of a robot arm with four degrees of freedom for the inspection of interiors in hydroelectric power plants on a mobile robot, using the needs of a real hydroelectric power plant as a reference. The research work evaluated the design of a prototype of a robot arm aimed at facilitating field operators to carry out visual inspections of the interiors of a plant to provide an immediate response to emergencies without having to travel and avoiding risks due the context of the country. The prototype focuses on the evaluation of materials for the mechanical design, being the ABS material which meets the criteria of the infrastructure and environment of the plant and the design limitations. The prototype was adapted to a mobile base and complied with an appropriate behavior in relation to the movement and gave an adequate support to the coupled components required for the teleoperated inspections.