وثيقة

Design, optimization, and testing of a battery-powered in-pipe inspection robot.

المصدر
Master's thesis
عناوين أخرى
تصميم وتحسين واختبار روبوت فحص أنابيب داخلي يعمل بالبطارية
الدولة
Oman
مكان النشر
Muscat
الناشر
Sultan Qaboos University
ميلادي
2023
اللغة
الأنجليزية
الموضوع
نوع الرسالة الجامعية
Master's thesis
الملخص الإنجليزي
In-Pipe Inspection Robots (IPIRs) have been a common alternative to human and endoscopic visual pipeline inspection for the past 3 decades. In addition to inspection, these robots are also capable of other tasks, such as drilling, data logging, and object retrieval. The ability of an IPIR to perform such demanding tasks is typically contingent on its payload capacity, radial range, portability, along with its in-pipe steerability . In this study, a new IPIR is proposed with a design aimed at expanding its potential applications beyond inspection. The methodology espoused to address the aforementioned issues commences with the development of a preliminary design of an IPIR, the sizing of a number of whose parts is determined based on the optimization problem formulated in this work. The optimization issue maximizes two contradictory objective functions, the payload capacity, and the radial range, under a number of geometric, mechanical, and stability constraints. The proposed robot’s portability is enhanced by making the robot batterypowered rather than cable-powered, bypassing the liability imposed by the handling and transportation of the robot’s cable spool. The optimization problem in this study is formulated as a Multi-Objective Optimization Problem (MOOP). The problem's Pareto front is solved for using the NSGA-II implemented by MATLAB's gamultiobj(). A single solution is selected from the obtained Pareto front and is validated for implementation as the final design of the proposed robot with a theoretical payload capacity of 11.035 kg and a radial range of 32.405 mm. The robot is then manufactured and tested to validate the results obtained theoretically in terms of its payload capacity and radial range. The experimental results are found to be consistent with the theoretically reported ones with a maximum percentage difference of 3.84% . Finally, a number of recommendations are suggested in response to issues encountered during the testing of the robot. Furthermore, other recommendations are made which aim to introduce improvements over the achievements of the present work pertaining to the automation of the proposed robot’s control, its inpipe steerability, as well as its applicability to active pipelines.
الملخص العربي
على مدى العقود الثلاث الماضية، لطالما كانت روبوتات الفحص الداخلي للأنابيب بديلا شائعًا لفحص خطوط الأنابيب سواء بشريًا أو منظاريًا. علاوة على الفحص، فإن لبعض هذه الروبوتات القدرة على القيام بمهام أخرى مثل الحفر وتسجيل البيانات و استخراج الاجسام. عادة ما تعتمد قدرة هذه الروبوتات على أداء مثل هذه المهام المتطلبة على السعة الحمولية، المدى القطري، و قابلية التنقل الخاصة بالروبوت، بالاضافة إلى قابلية توجيهه داخل الانبوب. في هذا البحث، يتم اقتراح روبوت فحص أنابيب داخلي جديد، حيث يهدف تصميمه إلى توسيع مظلة تطبيقاته المحتملة لتتعدى مهام الفحص. تبدأ المنهجية المطبقة لمعالجة المشكلة المذكورة بتطوير تصميم مبدأي لروبوت فحص أنابيب داخلي، بحيث يتم تحديد أبعاد عدد من أجزائه بنا ًء على صياغة التصميم كإشكالية بحث عن حلول مثلى. تعمل الصياغة بطريقة البحث عن الحل الامثل تلك على تحقيق أفضل قيمة لدالتين موضوعيتين متناقضتين، الا و هما سعة الحمولة و المدى القطري، في ظل عدد من القيود المعنية بأبعاد الروبوت و قوته و ثباته. أما بالنسبة لقابلية ت نقل الروبوت المقترح، فقد تم التعامل معها من خالل جعل الروبوت يعمل بالبطارية بدالً من الاسالك. الامر الذي يجنب التعامل مع المعوقات التي تفرضها عمليات مناولة و نقل بكرة السلك الخاصة بالروبوت. يتم صياغة مشكلة تحسين التصميم في هذا البحث كإشكالية بحث عن حلول مثلى ألهداف متعددة الدوال، و يتم حل جبهة الباريتو(front Pareto (الخاصة بها باستخدام II-NSGA عبر دالة ()gamultiobj المطورة كجزء من برنامج MATLAB. يتم اختيار حل واحد فقط من جبهة باريتو الناتجة و يتم التحقق من كفاءة أداءه قبل أن يتم اعتماده كتصميم نهائي للروبوت المقترح و الذي يتمتع بسعة حمولة نظرية تبلغ 11.035 كجم و نطاق قطري يبلغ 32.405 ملم. يتم تصنيع الروبوت و اختباره للتحقق من صحة النتائج التي تم الحصول عليها نظريًا من حيث سعة الحمولة و المدى القطري. يتبين أن النتائج التجريبية متوافقة مع النتائج التي تم الحصول عليها نظريًا بفارق نسبي أقصى .٪3.84 أخي ًرا، يتم تقديم عدد من التوصيات التي تعالج عددا من المشاكل المرتبطة بالتصميم الحالي و التي تم مالحظتها من خالل التجارب العملية للروبوت . عالوة على ذلك، يتم تقديم توصيات أخرى أي ًضا و التي تهدف إلى تطوير العمل المنجز فيما يتعلق بأتمتة التحكم بالروبوت المقترح وتوجيهه داخل الانبوب و قابلية استخدامه في شبكات الانابيب النشطة.
قالب العنصر
الرسائل والأطروحات الجامعية