Robot Based Inspection of Valves in Industrial Facilities

Abstract

Formålet med denne masteroppgaven er å utvikle en algoritme for å beregne optimale inspeksjonsposisjoner for ventiler i industrianlegg, basert på funn fra fordypningsprosjektet. For å oppnå dette er det utarbeidet flere delmål, inkludert integrasjon av planleggingsalgoritmen i Equinors system, tilpasning av optimaliseringsalgoritmen for å sikre skalerbarhet for større anlegg, vurdere bevegelige kameraposisjoner for optimalisering av inspeksjoner, og gi anbefalinger for fremtidig arbeid.

Algoritmens optimeringsprosess er utformet som en søkealgoritme, som tar hensyn til tre faktorer: avstanden mellom målventilen og gangveien, vinkelen mellom kameraretningen og den optimale inspeksjonsretningen til ventilen, og kameraets klare sikt mot målventilen. I tillegg tar algoritmen hensyn til robotkarakteristikk i vertikal retning ved å definere et høydeintervall for hver potensielle inspeksjonsposisjon.

Resultatene viser at algoritmen reduserer kjøretiden betydelig, men på bekostning av nøyaktigheten til å finne passende inspeksjonspunkter. Søketeknikken i bruk er en lokal optimaliseringstilnærming, som alltid starter søket basert på minimumsavstanden mellom målventilen og gangveien, og dermed avgrenser søkeområdet. Dette fører til at algoritmen overser inspeksjonsposisjoner som kan ha litt lengre avstander, men som potensielt er bedre egnet for inspeksjon. I tillegg avhenger iterasjonene til neste søkepunkt sterkt av orienteringen til målventilen, som gir utfordringer for ventiler som ikke har horisontal orientering. Resultatene viser også at inkludering av robot karakteristikker kun i vertikal retning ikke bedrer algoritmens ytelse i å finne gode inspeksjonsposisjoner for ventiler som er utfordrende å inspisere fra gangveien, og reduserer antall gode inspeksjonsposisjoner.

Basert på disse funnene gir studiet forslag til videre arbeid, deriblant implementering av et repeterende søk for å unngå å begrense algoritmen til et område basert utelukkende på minimumsavstanden fra målventilen til gangveilinjen. Den anbefaler også å inkludere robotkarakteristikk i horisontalplanet for å muliggjøre inspeksjoner av ventiler som ikke er fullt synlige fra gangveien.

Oppgaven etablerer at det er gjennomførbart å utvikle algoritmer for robotbasert inspeksjon av ventiler og sensorer i industrielle anlegg, og gir verdifull innsikt for fremtidige applikasjoner i virkelige anlegg. Ytterligere forskning på dette området har potensialet til å øke arbeidernes sikkerhet, redusere miljøpåvirkningen og redusere vedlikeholdskostnadene på industrianlegg.

This study aims to develop an algorithm for computing optimal inspection positions for valves in industrial facilities. The thesis builds upon the specialization project \cite{fordypningsprosjekt} and addresses several sub-objectives. These include integrating the planning algorithm into Equinor's system, adapting the optimization algorithm to ensure scalability for larger facilities, considering movable camera positions for optimizing inspections, and providing recommendations for future research in this domain.

The algorithm's optimization process is designed as a search algorithm, incorporating factors such as the distance between the target valve and the walkway, the angle between the camera direction and the optimal inspection direction of the valve, and the camera's clear view of the target valve. Additionally, the algorithm accounts for robot characteristics in the vertical direction by defining a height interval for each potential inspection position.

The results demonstrate that the algorithm significantly reduces the run time but compromises the accuracy of finding suitable inspection points. The search technique employed is a local optimization approach that exploits the minimum distance between the target valve and the walkway for defining the search space, potentially overlooking better inspection positions that may have slightly longer distances. Furthermore, finding the next search point relies heavily on the orientation of the target valve, posing challenges for valves that are not aligned with the ground floor. Additionally, incorporating robot characteristics solely in the vertical direction proves unnecessary without considering horizontal characteristics for valves that are difficult to view from the walkway, and reduces the accuracy further.

Based on these findings, the thesis proposes further work, suggesting the implementation of a repetitive search to avoid restricting the algorithm to a limited region based solely on the minimum distance from the target valve to the walkway line. It also recommends incorporating robot characteristics in the horizontal plane to enable inspections of valves not fully visible from the walkway.

Overall, this thesis establishes the feasibility of robot based inspection of valves and sensors in industrial facilities, offering valuable insights for future real-life applications. Further research in this area holds the potential to enhance worker safety, reduce environmental impact, and lower maintenance costs in industrial facilities.