«Сбои в работе возникают на 80,5% реже»: система управления роботами для диагностики трубопроводов разработана учёными Пермского политеха

Новинка демонстрирует повышенную отказоустойчивость при доступных материалах для производства

Учёные Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали новый программно-аппаратный комплекс, повышающий надежность диагностики на 80% по сравнению с существующими аналогами.

Источник изображения сгенерировано нейросетью Sora

Разработка основана на использовании двух микроконтроллеров — Raspberry Pi 4 и Arduino Nano, которые распределяют между собой задачи. Первый отвечает за обработку видеопотока с камеры, сбор данных с датчиков и связь с оператором, тогда как второй специализируется на управлении двигательной системой. Такое разделение функций снижает нагрузку на каждый компонент и минимизирует вероятность сбоев. Дополнительным преимуществом стало применение более мощного драйвера на 43 Ампера, что позволяет использовать высокопроизводительные двигатели без риска перегрузки.

Системы с одним или двумя контроллерами для управления внутритрубными роботами уже есть, однако имеют свои недостатки. Во-первых, детали для них делаются, как правило, на заказ, что повышает стоимость оборудования и усложняет процесс его изготовления. Во-вторых, часто бывает, что один из компонентов выходит из строя — в таком случае следом за ним отключается и вся система. Кроме того, в них, как правило, используются довольно слабые драйверы управления двигателями — мощностью максимум 5 Ампер, чего хватает не для всех моторов. В результате сокращается время бесперебойной эксплуатации робота, он может не успеть осмотреть все участки трубопровода и выявить не все дефекты.

Дмитрий Кучев, ассистент кафедры «Оборудование и автоматизация химических производств» ПНИПУ

В ходе испытаний система продемонстрировала впечатляющие результаты. Среднее время безотказной работы составило 10,87 часа, что почти вдвое превышает показатели аналогов, где используется только один контроллер. Кроме того, частота сбоев снизилась на 80,5%.

Система управления прошла испытания на прототипе робота в лабораторных условиях. Он успешно преодолевал участки трубопроводов со сложной геометрией: два последовательных изгиба под 90° и переход в прямой участок. Как показали эксперименты, у нашей системы сбои в работе возникают на 80,5% реже, чем у аналогичного комплекса, в котором есть только Raspberry Pi, подключенный к драйверам — такая компоновка наиболее часто используется в робототехнических устройствах. При максимальных нагрузочных режимах среднее время безотказной работы нашей системы составило 10,87 часов, тогда как у существующей — всего 6,02 часа.

Дмитрий Кучев, ассистент кафедры «Оборудование и автоматизация химических производств» ПНИПУ

Еще одним преимуществом стала доступность компонентов. В отличие от многих специализированных решений, детали для этой системы можно приобрести в свободной продаже, что упрощает ее внедрение и обслуживание. К тому же, как отмечают учёные, вместо зарубежных контроллеров можно использовать и отечественные аналоги — Repka Pi и Smar Uno.

Технология уже привлекла внимание крупных промышленных компаний, включая «Газпромнефть — Смазочные материалы», «Башкирские распределительные тепловые сети» и «Т Плюс».