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Aperçu de l’industrie de la robotique – Plongée profonde: la robotique à Oi …

auteur Tanya M. Anandan, rédacteur associé

Association des industries robotiques

Publié le 19.10.2020

Sale et dangereuxoui, mais il n’y a rien ennuyeuse sur l’industrie pétrolière et gazière. Trois D sont plus comme un danger, Will Robinson, un danger – un danger.

Mais les temps changent … Ce qui était autrefois l’un des emplois les plus dangereux au monde est maintenant renforcé par un manche en fer rugueux, essentiellement une clé massive utilisée pour connecter et séparer de longs segments de tiges de forage appelés tubules. On voit maintenant l’émergence de solutions mécatroniques autonomes. Montez, abaissez – robot dessus.

Maintenant, regardez ce manipulateur robotique de tuyaux travailler avec un cou rugueux moderne. Les opérations de revêtement de sol actuelles peuvent être contrôlées à distance, retirant le personnel de l’équipement de la zone de danger.

Des robots, des robots sous-marins, aériens et serpents, aux processus robotiques qui augmentent la durée de vie des équipements dans les champs pétrolifères et même aux stations-service robotisées, les robots protègent les travailleurs, améliorent la productivité des processus et réduisent les coûts. De nouveaux usages et de nouveaux modèles économiques émergent au milieu d’un paysage énergétique de transition. Selon l’US Energy Information Administration, les combustibles fossiles continuent de dominer (charbon, pétrole, gaz naturel) à mesure que davantage d’énergies renouvelables (éolien, solaire, biocarburant) arrivent sur le réseau.

Au bas de la plateforme, une main-d’œuvre vieillissante et des emplois lourds augmentent le besoin d’automatisation. L’arriéré des infrastructures qui doivent être réparées et entretenues continue de croître. Mais l’industrie pétrolière et gazière a toujours été réticente au risque et adopte lentement de nouvelles technologies. L’investissement est souvent dicté par les prix du baril. Cependant, il existe des opportunités pour les technologies qui relèvent ces défis avec des solutions plus sûres et plus efficaces.

Mer profonde

De nombreuses sources de pétrole et de gaz de la terre se trouvent sous ses océans. Bien que les opérations de forage aient été considérablement réduites en raison de la baisse de la demande et des prix du pétrole, des excédents mondiaux et maintenant des effets des pandémies et d’autres incertitudes, des plates-formes pétrolières actives avec plus de 1000 dans le monde, près de 200 plates-formes actives sont en mer.

Un robot sous-marin conçu pour inspecter les actifs pétroliers et gaziers offshore sans avoir besoin de navires de soutien de surface coûteux. (Avec l'aimable autorisation: Houston Mechatronics, Inc.)Les plates-formes de forage de pétrole et de gaz naturel peuvent fonctionner à des profondeurs d’eau de deux milles. Bon nombre de ces puits et réseaux de canalisations en eau profonde reposent sur des véhicules sous-marins sans pilote pour faciliter l’installation, l’inspection, la réparation et l’entretien. Mais ces drones doivent généralement être transportés vers un site sous-marin, qui peut être à 100 miles ou plus de la mer, puis être télécommandés à partir de là, souvent via des amarres. Ce scénario courant nécessite la partie supérieure d’un navire habité.

En 2014, un groupe de robotique de la NASA a entrepris de changer ce paradigme. Houston Mechatronics (HMI) est né. Leur mission est de réduire la dépendance à l’égard des grands navires de soutien coûteux de 75% du travail effectué dans et autour du secteur de l’énergie offshore. Ils ont conçu une combinaison d’un véhicule sous-marin autonome (AUV) et d’un véhicule télécommandé (ROV) avec la possibilité de basculer entre deux formes fonctionnelles. En fait, le CHF a créé et breveté un transformateur sous-marin.

«Nous pensons que les opérations sous-marines sont inefficaces en raison du recours à de grandes plates-formes de surface comme les bateaux», déclare Sean Halpin, vice-président senior des produits et services de la CHF. «Si nous parvenons à retirer le navire de l’opération, nous éliminerons des coûts énormes. C’est un désordre ici. Nous sommes convaincus que nous pouvons réaliser l’IMR (inspection, maintenance et réparation) pour environ la moitié du coût de ce que tout le monde fait aujourd’hui. « 

Transformateur sous-marin

L’Aquanaut est un robot sous-marin entièrement électrique qui se transforme de longue portée en un ROV non autorisé avec deux bras puissants. En mode AUV, les bras fermés dans sa coque hydrodynamique, le bot sous-marin peut parcourir plus de 50 miles nautiques en une seule mission grâce à une batterie lithium-ion intégrée et des propulseurs de propulsion. Au cours de son voyage, les instruments géophysiques de haute précision intégrés au navire lui permettent d’explorer les fonds marins et de collecter des données.

Une fois que le robot arrive à destination, il passe en mode ROV. La moitié supérieure du torse est relevée et la tête est tournée à sa place pour exposer des caméras stéréo et de puissants capteurs 3D. Des propulseurs supplémentaires semblent offrir une meilleure maniabilité. Deux leviers à 8 essieux s’ouvrent avec des capteurs de force et des poignées intégrés, prêts à fonctionner. Les tâches de manipulation peuvent inclure le nettoyage au jet d’eau, l’inspection de la protection cathodique (une méthode courante d’atténuation de la corrosion pour les structures métalliques submergées), la détection des inondations (fièvre aphteuse) et d’autres tâches pour évaluer l’état des actifs pétroliers et gaziers sur le fond marin.

La communication est facilitée par un modem acoustique intégré. Un petit vaisseau de surface sans pilote transmet des signaux entre le robot et les satellites de communication, permettant au robot de contrôler de n’importe où dans le monde. Bien que difficile, ce scénario de communication est familier aux créateurs d’Aquanaut depuis leurs jours à la NASA dans le développement de robots sophistiqués pour travailler dans des endroits éloignés, tels que l’espace.

Basée à Webster, au Texas, à seulement quelques kilomètres du Johnson Space Center, la CHF a été fondée par Nicolaus Radford et Reg Berka, tous deux boursiers de la NASA. Le PDG Radford a dirigé des recherches sur la robotique humanoïde, y compris Valkyrie et Robonaut, pour la Station spatiale internationale et les futures missions sur Mars. Jetez un œil à cette image de retour de la NASA.

Les investisseurs de la société parient non seulement sur la nature transformationnelle du facteur de forme Aquanaut, mais également sur la transformation que la technologie et les services HMI apporteront au secteur de l’énergie dans son ensemble. Avec le géant des services pétroliers Schlumberger et la société de forage Transocean, le CHF a levé 26 millions de dollars en deux tours d’investisseurs et prévoit de clôturer l’investissement C-Series au cours des deux prochains trimestres.

Service d’inspection des biens sous-marins offshore

Le CHF cible deux marchés principaux: 1) l’énergie, qui comprend le pétrole et le gaz et le secteur en croissance des énergies renouvelables, et 2) la défense. Ils travaillent actuellement avec le département américain de la Défense, mais la CHF s’attend à un intérêt international pour des applications telles que la sécurité portuaire. L’aquanaute pouvait patrouiller secrètement dans les eaux de la mer sans être détecté à la surface. Le CHF voit également un potentiel sur le marché des télécommunications, en inspectant et en entretenant de longues lignes de transport sous nos voies navigables.

Aquanaut arrivera sur le marché à partir du premier trimestre 2021, mais le CHF a déjà son premier contrat commercial. Triumph Subsea Services équipera sa flotte de navires à vocation verte d’un transformateur sous-marin. Le CHF a construit un Aquanaut et l’a testé dans le laboratoire de flottabilité neutre de la NASA, où les astronautes s’entraînent dans une piscine géante qui simule la microgravité. Le deuxième Aquanaut apparaîtra en ligne d’ici la fin de l’année et sera livré en Norvège. Il y restera dans l’océan en 2021, subissant des tests de qualification offshore le long de la ceinture continentale norvégienne riche en pétrole.

Regardez Aquanaut en action.

Mais le CHF ne vend pas seulement la plateforme, il propose également un service. Les clients, comme une compagnie pétrolière, peuvent passer un contrat directement avec HMI, auquel cas HMI déploiera Aquanaut et effectuera les travaux eux-mêmes, en gérant à distance Aquanaut et en communiquant directement avec le client. Une autre option consiste à établir un partenariat avec un fournisseur de services établi dans l’industrie pétrolière et gazière. Dans ce cas, l’IHM livrera l’Aquanaut et s’assurera qu’il fonctionne, mais l’autre fournisseur de services fournira des conseils à l’IHM et sera responsable de toutes les interactions avec le client.

Le véhicule sous-marin autonome (AUV) est transformé en un véhicule télécommandé (ROV) avec des bras massifs et un ensemble de capteurs robustes pour les travaux sous-marins sur les champs pétrolifères. (Avec l'aimable autorisation: Houston Mechatronics, Inc.)À l’avenir, la flotte de robots Aquanaut réalisera des économies d’échelle. Prenons l’analogie avec Uber. La société commande Aquanauta et rend compte des travaux de sa station de recharge AUV pour les fonds marins selon les besoins, dans le cadre d’une nouvelle idée de résidence sous-marine mobile. Le ROV actuel doit être livré du point A au point B selon les besoins et nécessite une équipe d’opérateurs située sur le navire de surface. Grâce à la technologie IHM, un opérateur de flotte, membre de l’équipe IHM stationnée à terre, sera en mesure de surveiller et de contrôler plusieurs robots.

Contrôle conjoint versus autonomie

Les dirigeants de la CHF estiment qu’un niveau de contrôle élevé est le moyen le plus efficace de déployer les Aquanauts dans le secteur de l’énergie, où ils peuvent assurer une gestion technologique sûre et efficace. Cela est particulièrement vrai dans l’industrie pétrolière et gazière offshore, qui ne veut pas prendre de risques, où l’idée d’une autonomie robotique complète devra être davantage marinée. Le CHF utilise le terme «contrôle conjoint» pour désigner l’exploitation semi-autonome et à distance de l’Aquanaut.

«Sur le marché du pétrole et du gaz, un robot ne prend que des décisions sur la manière de faire quelque chose de manière efficace», explique Halpin. «Si nous disons allez, touchez ceci, cela arrangera les articulations en conséquence. Nous lui donnons cette liberté et fixons une limite à cette action. « (C’est là que ses capteurs de force entrent en jeu.)

Aquanaut est capable d’une autonomie beaucoup plus grande, mais Halpin dit que ce marché n’est pas prêt pour cela. « Ils veulent rendre compte à l’opérateur humain plus souvent que vous ne le verriez sur le marché de la défense, où ils aiment vraiment un haut degré d’autonomie. »

Alors pourquoi des armes massives sur Aquanaut? Le CHF a prédit les types de tâches de manipulation qui devront être effectuées dans ces environnements, telles que la manipulation d’outils et le tournage de vannes, mais il faudra un certain temps avant que l’industrie soit prête à abandonner ce contrôle.

«Un ROV conventionnel ressemble à un petit réfrigérateur avec deux petits supports T-Rex», explique Halpin. «Il faut donc beaucoup déplacer le véhicule. Aquanaut offre 40% plus d’espace de manipulation qu’un ROV conventionnel. « 

Si le véhicule est dans une position où les bras ne peuvent pas effectuer correctement la tâche, le véhicule se positionnera. Il existe un système de contrôle pour l’ensemble du robot.

«Tout est efficace. Nous ne voulons pas prendre trois heures pour récupérer l’outil. « 

Peut-être qu’un jour Aquanaut le fera seul. Mais seulement après avoir gagné la confiance du secteur de l’énergie. Pendant ce temps, le transformateur sous-marin gardera ses opérateurs humains en sécurité sur terre pendant que nous apprendrons ce qu’il peut faire sur le fond marin.

Robotique aérienne pour les propriétés hors sol

Des sous-marins à la robotique aérienne, les robots télécommandés se déplacent vers de nouveaux territoires dans le pétrole et le gaz. La société de robotique aérienne Apellix fabrique des drones pour l’inspection, le nettoyage, la peinture et le revêtement de produits hors sol de l’industrie pétrolière et gazière. Par exemple, les réservoirs de stockage de pétrole brut peuvent mesurer jusqu’à 150 pieds de diamètre et 48 pieds de hauteur et contenir plus de 6 millions de gallons de pétrole.

Le drone aérien effectue des tests ultrasoniques sur la torche de la fusée pétrolière. (Gracieuseté: Apellix)Les réglementations de l’US Petroleum Institute (API) exigent que l’épaisseur de la paroi des réservoirs suspendus et l’épaisseur des revêtements de protection soient régulièrement examinées. À haute altitude, c’est un travail dangereux pour les humains. Mais pas pour les robots volants.

«L’inspection des réservoirs aériens API 653 prend généralement deux personnes environ 2 jours et nécessite un ascenseur ou une nacelle pour effectuer une tournée et effectuer environ 60 mesures», déclare Bob Dahlstrom, PDG d’Apellix. « Avec notre système, en fonction de la météo, de l’état du réservoir et des différentes variables environnementales, nous pouvons facilement obtenir 200 mesures par heure. » Nous pouvons alors fournir ces informations au propriétaire.

«Leurs ingénieurs auront une bien meilleure idée de la propriété que s’ils n’effectuaient que 60 mesures. Et nous pouvons le faire en un jour contre deux jours. « 

Regardez les drones Apellix en action.

Nous avons rencontré Apellix pour la première fois au concours Automate Launch Pad Startup en 2017, où ils ont remporté un prix de 10000 $. Cette même année, Apellix a remporté le prix international de la NACE pour l’innovation dans la corrosion de l’année pour son drone de test non destructif (NDT) contrôlé par logiciel breveté.

Fondée en 2014, Apellix, basée à Jacksonville, en Floride, propose actuellement des systèmes robotiques aéroportés pour les CND dans les industries du pétrole et du gaz, des énergies renouvelables et de la marine. Les tests comprennent les ultrasons (UT) et la mesure de l’épaisseur du film sec (DFT).

En UT, le drone utilise une sonde pour envoyer une impulsion ultrasonique à travers la paroi d’une structure en acier pour mesurer son épaisseur. Ces lectures mesurent l’usure corrosive et la durée de vie restante des actifs. Le test DFT mesure l’épaisseur des revêtements sur les métaux ferreux et non ferreux.

Protégez les exploitants, raffineries en ligne

Garder les travailleurs sur le terrain tout en augmentant la productivité sont les principaux avantages, mais les économies de coûts jouent un rôle important lorsque la robotique aérienne UT maintient les raffineries de pétrole en ligne.

«Là où nous économisons vraiment des tonnes d’argent aux entreprises et où nous parlons de millions de dollars par jour, lorsque nous pouvons faire le travail sans retirer les actifs de l’utilisation», déclare Dahlstrom. «Nous testons l’épaisseur de l’acier sur les torches, la grande cheminée que vous voyez dans les raffineries qui saignent et brûlent l’excès de gaz. Vous devez effectuer des mesures d’épaisseur périodiques sur ces couches, car elles se corrodent en interne à des vitesses variables, en fonction du type de gaz évacué et brûlé.

« Mais pour désactiver ce système, laisser refroidir la pile et y installer une nacelle, un élévateur ou une grue, ou mettre quelqu’un à l’étage pour sauter et prendre ces mesures manuellement, nous pourrions perdre des millions de dollars par jour en revenus perdus. » Nous le faisons à chaud.  »

Le robot ne se soucie pas s’il est à 50 pieds ou 150 pieds dans les airs, et la zone où il entre en contact avec la sonde est de 200 degrés Fahrenheit. Le robot fait certainement quelque chose que la personne ne pourrait pas. Ensuite, les économies augmentent vraiment.

Apellix dispose déjà de véhicules aériens sans pilote sur le terrain qui effectuent des mesures UT et DFT pour les actifs pétroliers et gaziers. Leur prochaine ruée est la peinture au pistolet. Apellix a remporté un concours international parrainé par la société multinationale néerlandaise de peinture et de revêtement AkzoNobel. Cela a conduit à un accord de développement conjoint pour lancer le drone peint à la bombe sur le marché. À propos, Dahlstrom a appris à peindre les produits industriels moins sur l’esthétique et la vitesse que sur la science.

«Vous protégez des millions ou des milliards de dollars d’actifs. L’épaisseur se mesure en millimètres, comme l’épaisseur des cheveux humains et plus fins, elle doit donc être appliquée correctement pour garantir cela à l’entreprise de teinture et protéger la propriété sous-jacente.

«Le robot est tellement meilleur dans ce domaine car il dispose de toutes les données nécessaires pour calculer la pression barométrique, l’humidité relative, la température ambiante et la température de surface à revêtir, les caractéristiques et la vitesse du revêtement», déclare Dahlstrom. «Il nous renseigne sur la distance entre le drone et la surface, la vitesse de déplacement et la taille de la buse de pulvérisation. Il est très guidé par la science. Pour ces applications industrielles, c’est crucial. « 

Les robots aériens inspectent les actifs pétroliers et gaziers, tandis que les opérateurs restent en sécurité au sol. (Gracieuseté: Apellix)Pour faire le travail, Apellix propose deux modèles. L’Opus X4 est principalement utilisé pour les CND et dispose de quatre moteurs. Il peut transporter jusqu’à 60 kilogrammes d’ascenseurs, y compris l’avion, qui pèse 18 à 22 kilogrammes, selon les capteurs et les systèmes à bord. L’Opus X8 est utilisé pour la peinture, dispose de huit moteurs et de près de 120 kilogrammes de levage (selon la réglementation en vigueur, le levage n’est autorisé que 55 kg).

«Nous venons de reconstruire l’alimentation électrique car les drones de teinture doivent être plus gros que les drones NDT pour pouvoir transporter le cordon ombilical avec la peinture à l’intérieur», explique Dahlstrom. « Il y a 10 000 watts dans l’avion maintenant. »

Selon le travail, le drone peut être connecté au continent (centrale électrique au sol) pour une alimentation toute la journée, ou pour un fonctionnement à court terme, la batterie peut être remplacée toutes les 15 à 20 minutes.

Ordinateurs volants

Le système Apellix utilise un drone personnalisé avec une gamme de systèmes de capteurs, un ordinateur de bord complet, un logiciel propriétaire et un effecteur final avec des composants imprimés en 3D personnalisés. La conception personnalisée était la seule option, car les systèmes de capteurs typiques tels que le GPS, les boussoles et les baromètres utilisés par les drones, et même les avions standard, étaient affectés à proximité immédiate de grandes structures en acier.

«C’est pourquoi nous avons dû charger le nôtre avec tant de puissance de calcul et autant de capteurs», déclare Dahlstrom. « Parce que nous volons essentiellement avec nos capteurs, au lieu de voler avec des choses qu’un drone utiliserait normalement pour ses opérations. »

En gros, les drones Apellix volent avec un ordinateur. C’est un logiciel qui vole par bateau.

Mais cela déclenche à nouveau notre débat sur l’autonomie. Les réglementations de la Federal Aviation Administration (FAA) des États-Unis exigent la présence d’un pilote habité. Ainsi, même si un drone vole de manière autonome, vous devez toujours avoir quelqu’un pour le surveiller.

Les drones Apellix sont à la fois manuels et autonomes. Explique Dahlstrom.

«Il existe certaines caractéristiques autonomes, comme le décollage, où il décolle, plane, calibre, puis le pilote le transporte manuellement à l’endroit où il commencera son travail. Le drone utilise l’entrée de capteurs de vol intégrés. Nous effectuons 50 micro ajustements de vol par seconde. On ne peut tout simplement pas faire cela. Donc, posséder un logiciel et des capteurs de vol intégrés est la clé de notre succès. « 

Ensuite, il y a toutes ces données. Dahlstrom dit que les données collectées par ce système d’air robotisé sont plus importantes que le travail individuel qu’il effectue.

« Nous communiquons actuellement ces informations au propriétaire de l’entreprise. Cela crée une grande valeur. Cela leur permet de comprendre leurs atouts particuliers à ce moment-là. Mais une fois que vous avez commencé à agréger ces données et à les transférer dans le cloud (les drones Apellix ont des modems cellulaires afin de pouvoir transférer des données vers un entrepôt de données sécurisé dans le cloud), vous avez désormais la possibilité de faire l’apprentissage automatique et l’IA.

«Associé à toutes les données de vol et à l’enregistrement de vidéos haute définition, lorsque vous commencez à ajouter des éléments tels que des caméras multispectrales qui peuvent voir des choses que les gens ne peuvent pas voir, vous pourrez collecter un riche ensemble de données qui n’ont jamais été collectées auparavant», ajoute-t-il. «La possession de ces informations peut conduire à une vision efficace qui prolonge la durée de vie de l’actif et le maintient en sécurité.

Dahlstrom dit qu’ils viennent de terminer leur travail à Alabama Bay Mobile, juste après l’ouragan Sally. Il s’agit maintenant de tests de robots aériens.

Les serpents robotiques vont là où les autres ne peuvent pas

De retour sur terre, de petites chenilles robotiques réparent le pipeline sous les rues de la ville, et les robots serpents sont des yeux dans les recoins des opérations pétrolières et gazières inaccessibles aux humains. Le robot Guardian S évolue dans des espaces restreints et explore les endroits difficiles d’accès. Il traite des terrains accidentés et inégaux et défie même la gravité. Ce ROV en forme de serpent est conçu pour inspecter les zones où les gens ne peuvent pas ou ne doivent pas aller.

Un robot télécommandé semblable à un serpent scanne les espaces clos et les endroits difficiles à atteindre dans et autour du pétrole et du gaz. (Gracieuseté: Sarcos Robotics)Équipé de caméras de vision à 360 degrés, d’un ensemble d’éclairage LED, d’un son bidirectionnel et d’une gamme de capteurs, y compris le GPS, le robot Guardian S est utilisé pour les inspections avant la mise en service des sources de pétrole et de gaz, où il peut rechercher efficacement et facilement tout, des gravats aux problèmes d’intégrité. constructions. Des capteurs supplémentaires peuvent être ajoutés, y compris différents types de capteurs de gaz, de détection de rayonnement et d’autres capteurs liés à l’environnement et à la situation.

Voir Guardian S en action.

Le robot serpent peut être contrôlé à distance et traverser de manière fiable des terrains difficiles, y compris des escaliers, des ponceaux, des tuyaux, des réservoirs et même escalader des surfaces verticales ferromagnétiques sans amarrage. La batterie lithium-ion fournit de l’énergie. Le robot est petit, moins de 4 mètres de long, portable et léger. Avec seulement 17 kilogrammes sans capteurs supplémentaires, le robot est facile à transporter.

«Nos opérateurs le portent parfois sur leurs épaules et l’emmènent partout où ils en ont besoin pour l’utiliser. L’inspection des espaces clos est l’une des caractéristiques de cette machine. Il peut traverser une ouverture de seulement 20 cm de diamètre », explique Ben Wolff, président et chef de la direction de Sarcos Robotics, la société à l’origine de Guardian S et de nombreuses technologies robotiques innovantes.

En septembre, Wolff de Sarcos était l’un des principaux panélistes de la table ronde Future of Robotics à la semaine de la robotique 2020. Les vidéos des sessions de formation de 4 jours et les notes d’introduction sont toujours disponibles. Consultez la liste des experts et inscrivez-vous GRATUITEMENT ici.

Pionniers mécatroniques

Basée à Salt Lake City, Utah, non loin de sa ville natale, Sarcos a un passé catholique. L’entreprise s’est séparée de l’Université de l’Utah au début des années 80 avec son premier bras prothétique électrique. Il est devenu un best-seller dans le monde entier.

«Cette expérience a donné à notre équipe une connaissance approfondie de la manière dont les gens peuvent se connecter aux machines», déclare Wolff. « Ce fut le début de notre incursion dans les systèmes microélectromécaniques et la capacité à travailler en tandem avec des opérateurs humains. »

Cette connaissance précoce des prothèses a conduit l’entreprise à travailler sur des bras robotiques et des robots humanoïdes. Sarcos avait un département entier qui fabriquait des robots humanoïdes et des dinosaures avancés pour des parcs à thème célèbres.

En 2007, Raytheon a obtenu le poste et s’est concentré sur le département de robotique exclusivement sur les applications militaires américaines. En 2015, Sarcos a émergé de Raytheon en tant que consortium indépendant et a concentré ses activités de R&D et de développement vers une société de robotique. La gamme de produits Guardian, y compris le robot serpent et le premier exosquelette unique alimenté par batterie, a évolué après avoir travaillé à Raytheon avec l’Agence américaine pour les projets de défense avancée de la défense, mieux connue sous le nom de DARPA.

Aujourd’hui, Sarcos est employé par une petite société détenue majoritairement avec des investisseurs de premier plan, notamment Caterpillar, GE Ventures, Microsoft et Schlumberger. Que vous portiez un produit Sarcos ou que vous travailliez avec, Wolff dit que c’est une augmentation humaine. La sécurité humaine est un moteur clé.

«Notre mission est de sauver des vies et de prévenir les blessures tout en augmentant la productivité. Là où se trouve la technologie aujourd’hui, il n’y a aucune raison pour que les gens soient davantage blessés par la rapidité avec laquelle ils le font. « 

Il dit que leur dernier rapport au Guardian S consistait à vérifier la présence de débris à l’intérieur du gazoduc de GNL (gaz naturel liquéfié) avant sa mise en service. Le robot est également couramment utilisé pour effectuer des inspections verticales des chaudières dans les centrales électriques et d’autres tâches auxiliaires liées à la production de pétrole et de gaz.

«Le robot a suffisamment de traction pour pouvoir faire passer des câbles dans des espaces clos, c’est donc à la fois un outil d’inspection et un outil de travail pour pénétrer dans des endroits difficiles à atteindre», déclare Wolff, notant un avertissement. «Le Robot Guardian S se compose de composants électroniques, de moteurs et de transmissions, ce n’est donc pas une machine essentiellement sûre. Il n’est pas conçu pour fonctionner dans une zone à forte concentration de gaz inflammables. « 

Le système utilise la technologie des jumeaux numériques. Les capteurs vous indiquent dans quelle configuration se trouve le robot, quel terrain il ressent et s’il réagit correctement. L’unité de contrôle Guardian S (OCU) est une tablette robuste avec des commandes qui vous permettent de contrôler sans fil l’appareil à distance, de visualiser le jumeau numérique et de voir ce que le robot voit avec ses caméras 4K.

Voir la technologie de jumeau numérique en temps réel au bas de l’écran OCU.

«Le jumeau numérique est une réplique exacte du fonctionnement de la machine, il vous permet donc de comprendre le contexte de ce que vous voyez à travers les caméras et de savoir si la machine elle-même réagit comme vous le souhaitez», déclare Wolff.

Le robot serpent vend directement aux clients ou aux partenaires de distribution qui mettent les systèmes à disposition pour une location ou un crédit-bail à court ou à long terme. Parmi les acheteurs figurent les sociétés pétrolières et gazières, les sociétés de production d’électricité et la production industrielle générale, où les zones devraient être inspectées de la manière la moins invasive possible.

    Un exosquelette basé sur tout le corps permet à toute personne de soulever et de supporter jusqu'à 200 livres sans stress ni tension sur le corps. (Gracieuseté: Sarcos Robotics)Robots portables pour soulever des charges lourdes

Sarcos voit également un grand potentiel pour sa dernière innovation, l’exosquelette Guardian XO, qui sera commercialisé en 2021.

«Quand vous regardez O&G et la façon dont les entreprises fonctionnent au quotidien, il y a beaucoup de similitudes avec d’autres industries», dit Wolff. «Nos clients du pétrole et du gaz ont des applications d’entreposage et de logistique, des opérations de production et d’installation et des opérations générales de construction. Ainsi, qu’il s’agisse de déplacer des composants lourds ou de manipuler des composants relativement volumineux à livrer, nous avons conçu XO pour répondre à tous ces différents types d’applications dans une variété d’industries. O&G ne fait pas exception. « 

Le robot porteur Guardian XO est capable de soulever et de supporter jusqu’à 200 kilogrammes plusieurs fois. Selon l’entreprise, peu importe votre capacité de levage innée, la machine la compensera. Il peut être enfilé et retiré en 30 secondes et nécessite une formation limitée pour devenir efficace.

«Que vous soyez jeune ou vieux, grand ou petit, vous pouvez soulever 200 livres sans stress ni effort pour votre corps», ajoute Wolff. Regardez Guardian XO au travail.

«Dans la retenue et la descente, lorsque vous pensez à ce que les gens font aujourd’hui pour construire un pipeline de descente, c’est une opportunité où nous pensons que nous pouvons ajouter une valeur significative en allégeant le fardeau d’un homme, en particulier dans un secteur où l’emploi est un défi. « 

La réduction, le vieillissement de la main-d’œuvre et l’épuisement des ressources mettent à rude épreuve une industrie déjà perturbée.

Revêtement robotisé dans un patch d’huile acide

Comme le pétrole devient de plus en plus difficile à trouver, l’industrie doit creuser plus profondément. Au fur et à mesure qu’ils vont plus loin, ils rencontrent du pétrole brut qui contient plus d’impuretés. Le pétrole brut contenant des impuretés plus soufrées est considéré comme «acide». Les puits de pétrole acide mettent plus de pression sur les infrastructures et les équipements et les travailleurs chargés de l’entretien des machines.

Actuellement, le nombre de plates-formes pétrolières offshore actives est en baisse, mais la technologie évolue plus loin. Chez ARC Specialties, un intégrateur de systèmes d’automatisation à Houston, Texas, ils parviennent à développer des solutions aux problèmes industriels. Nulle part cela n’est plus évident que sur une parcelle d’huile acide.

«Le niveau d’activité dans le champ pétrolifère est directement proportionnel au prix du pétrole. Ainsi, quand il atteint un prix de 100 $ ou quelque chose du genre le baril, les gens sont soudainement motivés à essayer d’obtenir du pétrole difficile à trouver », déclare Dan Allford, fondateur et président de l’ARC.« Il faut notre technologie.

Un système de revêtement robotisé équipé d'une tête de rotation infinie crée de solides revêtements soudés sur les surfaces intérieures de grands composants du champ pétrolifère sans qu'il soit nécessaire de faire tourner la pièce. (Gracieuseté: ARC Specialties, Inc.)Les tuyaux et les vannes qui entreront en contact avec de l’huile acide doivent avoir des surfaces internes revêtues d’un alliage à base de nickel à faible teneur en fer pour éviter des défaillances de fissuration catastrophiques causées par l’hydrogène. Mais ces blocs sous-marins sont d’énormes pièces d’acier, dans certains cas de 3 pieds sur 4 mètres et 6 pieds, et ils sont remplis de trous pour supporter tous les types de passages et de vannes. Cependant, chaque surface intérieure et cavité doivent être recouvertes d’un revêtement. C’est là que l’expertise et la persévérance d’ARC dans le domaine du soudage sont payantes.

ARC a développé un système de soudage robotisé clé en main appelé ARC-5 Infinity. Ce système de revêtement robotisé à rotation infinie utilise un robot industriel standard à six axes équipé d’un septième axe, la tête rotative infinie d’ARC. La torche de soudage tourne continuellement à 360 degrés, vous pouvez donc empiler le trou intérieur le long de n’importe quel axe sans faire tourner la pièce.

«Cela n’a pas de sens de transformer une portion de 20 000 livres alors que vous pouviez faire tourner une torche de 20 livres», dit Allford. « C’est ce que fait un robot. »

Ces pièces ont plusieurs intersections à l’intersection de différentes cavités cylindriques. Imaginez essayer de souder toutes ces intersections et elles peuvent être de 3 ou 4 pieds dans un trou de 2 pouces de diamètre. Et toute la pièce est préchauffée à au moins 400 degrés Fahrenheit.

«Un homme ne peut pas faire ça», dit Allford. «C’est pourquoi nous vendons ces systèmes en Inde et là où ils ont des coûts de main-d’œuvre très bas. Peu importe le niveau de vos coûts de main-d’œuvre si un homme ne peut pas atteindre 4 pieds dans un trou de 2 pouces dans la partie chaude. « 

Mais attendez, la complexité ne s’arrête pas là. Toutes les surfaces nécessitent deux fines couches de revêtement. La deuxième couche qui touche l’huile doit contenir moins de 5% de fer pour éviter la fissuration induite par l’hydrogène.

«Chaque surface doit être faite deux fois. L’un, pour réduire la dilution, et l’autre, pour obtenir une certaine redondance », explique Allford. «Sans ce processus, vous aurez un échec catastrophique en un rien de temps. La fragilité de l’hydrogène est une chose insidieuse. « 

Flexibilité infinie pour les pièces volumineuses et complexes

Le processus de soudage avec du tungstène à l’arc à l’aide de fil chaud (GTAW / HW) crée une couche de soudage. Pour compenser la faible productivité des brûleurs TIG, ARC conduit le fil chaud pour augmenter le dépôt et réduire la dilution. Les taux de sédimentation peuvent atteindre 8 £ par heure.

Veliki ventil naftnog polja presvučen je na svim unutrašnjim površinama pomoću specijaliziranog robotskog sistema obloga kako bi se izbjegli katastrofalni kvarovi na pukotinama u servisu kiselog ulja. (Uz dopuštenje: ARC Specialties, Inc.)Adding to the complexity of the process, you don’t want to break the arc. Because every arc stop and start has a higher potential for defects. This is where the system’s infinite rotation head, or 7th axis, is critical.

“A robot alone can’t do it, because it can only rotate its last axis about two revolutions before you have to stop the torch, unwind it in the other direction and then start again. But we’re making hundreds to thousands of revolutions.”

Watch ARC-5 Infinity in action.

A robot offers absolute flexibility in motion control, but it’s ARC’s proprietary programming software that brings the magic.

“We don’t write a single line of robot code,” explains Allford. “We’re just streaming commands to the robot like you do on a CNC machine. We’re actually generating all those trajectories in our ARC-5 controller and then we tell the robot what to do. We’re streaming motion commands directly to the FANUC robot every few milliseconds.”

The system doesn’t use the robot teach pendant at all. ARC uses their own optimized teach pendant to control all seven axes. All the operator has to do is teach four horizontal points and the software does the rest.

“You teach four points and you get 200. We were able to optimize the software to make it very user-friendly.”

As subsea components become more and more complex, Allford says the ARC-5 Infinity system will become essential.

“We just want to stay ahead of the curve. The oil industry is dynamic like that. We don’t even have the technology to handle the ultra-high temperatures and pressures of the oil reserves that we’re discovering. But the oil industry always finds a way.”

Yes, it does. Thanks to engineers and chemists around the world, industry is developing new ways to do things faster, better and safer. This specialty chemical company uses robots in a High-Throughput Experimentation (HTE) Laboratory to develop and optimize crude oil formulations in rapid time.

Robotic Refueling

While robotic refueling might seem outside the purview of this discussion, especially when it pertains to the mining industry, this technology is worth a closer look as it matures and begins to move into other industries and markets.

SCOTT Technology Ltd. is a 100-plus-year-old engineering company headquartered in New Zealand, with operations in Australia, North America, Europe and China. SCOTT has deep roots in appliance manufacturing systems and automation, but over the last two decades began diversifying into new regions and through strategic acquisitions in everything from sample preparation laboratory equipment for the mining industry, to meat processing technology and logistics automation. Their robotic refueling program developed over the last five years.

The Robofuel system consists of a self-contained industrial robot with a custom end effector, sophisticated sensing systems and proprietary software designed to enable autonomous refueling of massive mining trucks. The mining space provides a structured environment in which to launch and fine-tune this technology, but SCOTT sees broader potential.

Robotic refueling system uses a flexible articulated robot, custom end-of-arm tooling, sophisticated sensors and proprietary software to autonomously fill the gas tanks of massive hauling trucks. (Courtesy: SCOTT Technology Limited)“For our sensing systems to be able to locate a vehicle, determine the condition of that vehicle, and then position itself and perform some activity, in this case pumping diesel, most of those same algorithms and solutions can also be targeted at any number of other applications,” says Steve Russell, SCOTT’s Director of Mining. “Our Robofuel system refueling mining trucks is really the low-hanging fruit and it’s the logical starting point, but there are many other applications that we see in the future.”

Russell cites examples like replenishing railway locomotives, road transportation, or other mobile or semi-mobile vehicles. Instead of diesel, it could be lubricants, coolants or other types of fluids. Or it doesn’t have to be fluids at all. It could be loading railway cars or semitrailers with grain or sand, any applications that require personnel or activities around locating, coupling, connecting and other actions that are labor-intensive and have an impact on productivity, and more importantly, on safety.

“A lot of what we’re doing when we’re automating and innovating is addressing safety challenges,” says Russell. “When you’re looking at refueling mining vehicles, it’s heavy work, it’s dangerous work in and around large machinery. And with autonomous trucks becoming more prevalent, that is only increasing those safety challenges in trying to use manual operations to serve automated equipment. Safety is front and center in everything we do. However, it can be very challenging to build a business case around safety alone, because a lot of those challenges are difficult to quantify.”

Less Refuel Time, More Production

It comes down to productivity. For this reason, SCOTT is primarily interested in more structured spaces – industrial, civil, mining – applications where they readily see advantages through productivity and safety gains.

“Robotic refueling allows us to improve the time that it takes to refuel by 60 to 70 percent,” says Russell. “That’s productive time that truck can remain on the circuit. That adds up to more tons of material moved, or the ability to do the same amount of work with a smaller fleet. If we can do the same work of a fleet of 50 trucks with only 49 or 48 trucks, that’s a significant savings over the life of an operation.”

Watch Robofuel on the job.

Although less significant, there’s also labor savings because you don’t need a manual fuel attendant standing wait at the fuel farm. Robofuel can also handle heavier hoses, so it can pump fuel faster for even greater productivity, while saving personnel from ergonomically challenging tasks. Another benefit of autonomous refueling is less spillage and less waste.

Robofuel can be retrofitted to an existing fixed refueling facility, or it can be located on the mining circuit or in the pit itself to save transit time between refuels. The system can also be moved around as mining operations evolve.

The entire system is assembled in the shipping container at the factory. Then it’s ready to deploy and redeploy as needed. The door on the container automatically closes in between refueling activities, so the robot and its control systems, which occupy the back-half of the container, are protected from the elements.

The robot is a six-axis arm from ABB Robotics. Russell says they chose an articulated industrial robot for its flexibility to be able to locate and align to the vehicle.

A long-range RFID reader detects a vehicle as it approaches. Laser scanning systems evaluate the local area and are part of the safety perimeter system. Exclusive to SCOTT, the vision-based primary sensing systems assist the robot in locating and removing the fuel cap, inserting the fuel nozzle, and reattaching the cap when refueling is complete.

Robofuel is fully autonomous and doesn’t require any direction from the vehicle driver. In the case of autonomous haulage systems, Robofuel communicates directly with the vehicle. There’s no requirement for remote control.

“Our customers to date have been the large mining operations that have larger trucks and larger fleets. That’s where we see the best payback,” says Russell.

The productivity gains of robotic refueling are readily apparent in this industrial setting. In the consumer market, roboticized gas stations are just starting to emerge in parts of the world.

Robots at the Pump

In Finland, pilot programs are underway with robotic gas station attendants. Now Finns can have their petrol autonomously pumped while they grab a cup of kahvi at the adjacent vending station. Check it out.

Developers of this technology expect people with reduced mobility, fueling stations located in areas with very low temperatures, and the autonomous vehicle market to benefit the most. Full-service gas stations could make a comeback (now if only they could tackle autonomous windshield washing).

Whether they’re at the pump, under the sea, in the air, or subterranean, robots are here to make life safer, easier and more efficient, no matter the industry. Oil and gas may be down, but not out. And technology keeps moving forward. Many of these innovations will have benefits in the greater energy sector for wind, solar, geothermal and hydropower. We’ll be watching to see where the bots, drones and ROVs take us next.

RIA Members featured in this article:

ARC Specialties, Inc.
Sarcos Robotics

Originally published by RIA via www.robotics.org on 10/19/2020