RoboGasInspector

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RoboGasInspector


Simulationsgestützter Entwurf und Evaluation eines Mensch-Maschine-Systems mit autonomen mobilen Inspektionsrobotern zur IR-optischen Gasleck-Ferndetektion und -ortung in technischen Anlagen

Für Betreiber prozesstechnischer Anlagen und Versorgungsinfrastruktur ist es eine ständige Herausforderung, die Betriebssicherheit auf hohem Niveau zu gewährleisten und den gesetzlichen Vorgaben zu genügen. Hierzu werden meist Präventions- und Inspektionsprogramme etabliert, die zeitaufwändige, vom Menschen täglich durchgeführte Routineinspektionsgänge einschließen. Dabei arbeitet der Inspekteur in der Regel ohne Messtechnik und nutzt seine Sinneswahrnehmung sowie persönliche Erfahrungen. Die Entwicklung neuartiger Überwachungsverfahren, die die Möglichkeiten modernster Mess-, Automatisierungs- und Robotiktechnik ausschöpfen, versprechen eine erhöhte Güte und Wirtschaftlichkeit der Inspektionen bei gleichzeitiger Entlastung des Menschen von monotonen, aufwändigen Tätigkeiten.

Das Projekt RoboGasInspector verfolgt deshalb das Ziel, ein innovatives Mensch-Maschine-System mit intelligenten, kooperierenden und mit Gasfernmesstechnik ausgestatteten Inspektionsrobotern zu entwickeln, das frühzeitig Lecks entdecken kann. In diesem System kann die Überwachung von Anlagen sowie die Detektion und Ortung von Lecks weitgehend autonom von mobilen Robotern bewältigt werden, die zugleich die Auswertung der gemesse-nen Daten und die Dokumentation der Inspektionen übernehmen. Nicht nur aus wirtschaftlichen Gründen, sondern auch vor dem Hintergrund einer Entlastung des Menschen von repetitiven Routineaufgaben bei gleichzeitig besserer Abdeckung des meist weitläufigen Inspektionsgebietes, ist die Entwicklung neuartiger Inspektionstechnologien und die Konzentration der Flexibilität und Leistungsfähigkeit menschlicher Anwender auf die leitende Kontrolle des
technischen Systems erstrebenswert.

Die eingesetzte infrarot-optische Fernmesstechnik im Projekt RoboGasInspector sorgt dafür, dass schwer zugängliche Orte inspiziert werden können und nicht unbedingt, wie bei konventioneller Sensorik, in die zu kontrollierenden Bereiche eingefahren werden muss. Die Vernetzung mit dem Internet dient zur Übermittlung von nicht lokal gemessenen oder gespeicherten Informationen, wie z.B. aktuelle Wetterinformationen der Anlageninformation und zum Informationsaustausch mit anderen Robotern und dem Anwender. Eine Roboterplattform sorgt für die Mobilität und mittels (D)GPS und RFID erfolgen Selbstlokalisation sowie Navigation der Roboter. Die Roboter sollen also ins  besondere die Fähigkeit zur autonomen Fortbewegung, zur autonomen Inspektion und Kommunikation aufweisen.

Für die Entwicklung und den Test der Strategieelemente soll eine Simulationsumgebung eingesetzt werden, um frühzeitig Gestaltungsalternativen untersuchen zu können. Mehrere Roboterprototypen sollen entstehen, die einem Feldtest bei Anlagenbetreibern unterzogen werden.

Konsortialführer: Universität Kassel

Konsortialpartner: ADLARES GmbH, BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, Fraunhofer-Institut für Kommunikation - Informationsverarbeitung und Ergonomie, Hermann Sewerin GmbH, PCK Raffinerie GmbH, telerob Gesellschaft für Fernhantierungstechnik mbH, WINGAS GmbH und Co. KG


 

Weiterführende Informationen

Ansprechpartner RoboGasInspector

Projektleitung
Universität Kassel
Mönchebergstr. 7
34125 Kassel

Fachgebiet Mess- und Regelungstechnik
Prof. Dr.-Ing. Andreas Kroll
Tel: +49 (0)561 804-3248
E-Mail

Fachgebiet Mensch-Maschine-Systemtechnik
Prof. Dr.-Ing. Ludger Schmidt
Tel: +49 (0)561 804-2704
E-Mail

Publikationen

2013

 

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: Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (Karlsruhe 2013).

 

Braun, R.; Hegenberg, J.; Cramar, L. & Schmidt, L.: Gebrauchstauglichkeit verschiedener Eingabegeräte zur Teleoperation eines Manipulators bei komplexen Bewegungen. In: Gesellschaft für Arbeitswissenschaft e. V. (Hrsg.): Chancen durch Arbeits-, Produkt- und Systemgestaltung - Zukunftsfähigkeit für Produktions- und Dienstleistungsunternehmen: 59. Kongress der Gesellschaft für Arbeitswissenschaft (Krefeld 2013). Dortmund: GfA-Press, 2013, S. 413-417.

 

Habib, A.; Schalau, B.; Schmidt, D.: Comparing different methods for calculating the gas dispersion. In: CEt - Chemical Engineering Transactions 31 (2013), S. 145-150.

 

Habib, A.; Bonow, G.; Kroll, A.; Hegenberg, J.; Schmidt, L.; Barz, T.; Schulz, D.: Forschungsprojekt RoboGasInspector: Gaslecksuche mit autonomen mobilen Robotern. In: Technische Sicherheit 3 (2013), Nr. 5, S. 10-15.

 

Ordoñez 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 (Daegu, Korea 2013).

 

Ordoñez 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 (Turin, Italien 2013).

 

Schmidt, L.; Cramar, L.; Hegenberg, J.; Braun, R. & Herrmann, R.: Interaktionsgestaltung zur Teleoperation eines mobilen Roboters. In: Maier, T. (Hrsg.): Human Machine Interaction Design: Gezielt wahrnehmen, sicher erkennen, attraktiv gestalten. Stuttgart: Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, Universität Suttgart, 2013 (IKTD-Bericht 610), S. 27–36.

 

Schmidt, L.; Hegenberg, J. & Cramar, L.: User Studies on Teleoperation of Robots for Plant Inspection. In: Industrial Robot: An International Journal, angenommen.

 

Soldan, S.; Kroll, A.: Towards automated gas cloud detection using IR gas imaging cameras. In: 12th International Workshop on Advanced Infrared Technology and Applications (Turin, Italien 2013).

 

2012

 

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: Aschenbruck, N.; Martini, P.; Meier, M. & Tölle, J. (Hrsg.): Future Security. Berlin Heidelberg: Springer, 2012 (Communications in Computer and Information Science 318), S. 216-219.

 

Cramar, L.; Hegenberg, J. & Schmidt, L.: Ansatz zur experimentellen Ermittlung von Gesten zur Steuerung eines mobilen Roboters. In: VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (Hrsg.): 6. Fachtagung USEWARE 2012 - Mensch-Maschine-Interaktion (Kaiserslautern 2012). Düsseldorf: VDI, In Druck.

 

Cramar, L.; Hegenberg, J. & Schmidt, L.: Assistenzsysteme zur Aufrechterhaltung des Situationsbewusstseins bei der Überwachung autonomer mobiler Roboter. Gesellschaft für Arbeitswissenschaft e. V. (Hrsg.): Gestaltung nachhaltiger Arbeitssysteme. Dortmund: GfA-Press, 2012, S. 269-272.

 

Hegenberg, J.; Cramar, L. & Schmidt, L.: Task- and user-centered design of a human-robot system for gas leak detection: From requirements analysis to prototypical realization. In: Petrovic, I. & Korondi, P. (Hrsg.): 10th International IFAC Symposium on Robot Control (Dubrovnik, Croatia 2012). Dubrovnik: International Federation of Automatic Control (IFAC), 2012 (10), S. 793-798.

 

Hegenberg, J.; Röllke, A.; Cramar, L. & Schmidt, L.: Ergonomische Gestaltung einer kopfbewegungsbasierten Steuerung eines Stereokamerasystems auf einem mobilen Roboter. Gesellschaft für Arbeitswissenschaft e. V. (Hrsg.): Gestaltung nachhaltiger Arbeitssysteme. Dortmund: GfA-Press, 2012, S. 249-252.

 

Hegenberg, J.; Cramar, L. & Schmidt, L.: Teleoperationsunterstützung über ein HMD und ein kopfbewegungsgesteuertes Stereokamerasystem auf einem entfernten mobilen Roboter. In: Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (Hrsg.): Datenbrillen - Aktueller Stand von Forschung und Umsetzung sowie zukünftiger Entwicklungsrichtungen (Dortmund 2011). Dortmund: BAuA, 2012, S. 29-38.

 

Liu, C.; Kroll, A.: A Centralized Multi-Robot Task Allocation for Industrial Plant Inspection by using A* and Genetic Algorithms. Rutkowski, L.; Korytkowski, M.; Scherer, R.; Tadeusiewicz, R.; Zadeh, L. & Zurada, J. (Hrsg.): Artificial Intelligence and Soft Computing (Lecture Notes in Computer Science 7268). Berlin: Springer, 2012, S. 466-474.

 

Liu, C.; Kroll, A.: On Designing Genetic Algorithms for Solving Small- and Medium-Scale Traveling Salesman Problems. In: Rutkowski, L.; Korytkowski, M.; Scherer, R.; Tadeusiewicz, R.; Zadeh, L. & Zurada, J. (Hrsg.): Swarm and Evolutionary Computation (Lecture Notes in Computer Science 7269). Berlin: Springer, 2012, S. 283-291.

 

Soldan, S.; Bonow, G.; Kroll, A.: Auswahl und Aufbau eines Multisensor-Fernmesssystems zur Fluidleck-erkennung für den Einsatz auf einem mobilen Industrie-Inspektionsroboter. 16. GMA/ITG Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2012, Nürnberg, Germany, Vol. 16, AMA Service GmbH, 2012, pp. 126-135.

 

Soldan, S.: On Extended Depth of Field to Improve the Quality of Automated Thermographic Measurements in Unknown Environments. Proceedings of 11th International Conference on Quantitative InfraRed Thermography (QIRT), Naples, Italy, Vol. 11, 2012, pp. QIRT 2012-137.

 

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. Proceedings of the 2012 IFAC Workshop on Automatic Control in Offshore Oil and Gas Production, Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norway, 2012, pp. 33-38.

 

Soldan, S.; Welle, J.; Thomas, B.; Kroll, A.; Schulz, D.: Towards Autonomous Robotic Systems for Remote Gas Leak Detection and Localization in Industrial Environments. Proceedings of the 8th International Conference on Field and Service Robotics (FSR2012), Matsushima, Japan, Vol. 8, 2012.

 

2011

 

Bonow, G.; Kroll, A.: Zur automatisierten Inspektion von Anlagen mittels Gasfernmesstechnik: Technologien und Geräte. AUTOMATION 2011, Baden-Baden, 28.-29. Juni 2011.

 

Schmidt, L.; Hegenberg, J.; Cramar, L.: Mensch-Roboter-System zur Gaslecksuche : Von der Anforderungserhebung zur prototypischen Realisierung. atp edition - Automatisierungstechnische Praxis, 53 (2011), Nr. 12, S. 56-65.

 

Soldan, S.; Rangel, J.; Kroll, A.: An Overview of Calibration Boards for the Geometric Calibration of Thermal Cameras. 6th International Infrared Conference InfraR&D, Hannover, Germany, 6. - 7. April 2011.

 

2010

 

Baetz, W.; Kroll, A.; Soldan, S.: On Gas Leak Detection of Pressurised Components by Using Thermograms and Pattern Recognition Algorithms. 8th International Conference on NDE in Relation to Structural Integrity for Nuclear and Pressurised Components, Berlin, Germany, 2010, S. 503-512.

 

Cramar, L.; Hegenberg, J.; Schmidt, L.: User Involvement in Requirements Elicitation on the Example of a System with Autonomous Mobile Robots for Inspection of Gas Pipes. Human Centred Automation: Human Factors and Ergonomics Society Europe Chapter Annual Meeting, Berlin, Posterpräsentation, 2010.

 

Habib, A.; Schalau, B., Erforderliche Komplexität bei der Modellierung einer Lachenverdunstung im Rahmen von Störfallauswirkungsbetrachtungen. 10. Fachtagung Anlagen-, Arbeits- und Umweltsicherheit, Köthen, 2010.

 

Kroll, A.; Soldan, S.: Survey results on status, needs and perspectives for using mobile service robots in industrial applications. 11th International Conference on Control, Automation, Robotics and Vision, Singapore, 2010, S. 621 - 626.

 

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. Patent DE102008047151B3, 2010.