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Theses Year : 2020

Design of a bio-inspired robot for inspection of pipelines

Conception d’un robot bio-inspiré pour l’inspection des canalisations

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Abstract

Piping inspection robots play an important role in industries such as nuclear, chemical and sewage. They can perform the assigned task with better accuracy and at the same time, they can operate within an irradiated or a polluted environment thereby reducing the risks for humans. This doctoral thesis focuses on the design of a bio-inspired robot for the inspection of pipelines. The thesis begins with the case study of a rigid bio-inspired piping inspection robot which was developed at LS2N, France for a project with AREVA. Static and dynamic force models are developed to understand the clamping forces and the torques on the actuators of the robot. Experimental validations are then done on the prototype to interpret the real-time actuator forces. In order to improve mobility, the robot architecture is made flexible by the addition of a tensegrity mechanism. Two types of tensegrity mechanisms are proposed and analyzed using algebraic methods to understand their tilt limits and to identify the influences on the design parameters. Experiments are performed on one of the prototypes of the tensegrity mechanism developed at LS2N for two types of trajectories in the vertical and horizontal orientations. An optimization approach is then being implemented to identify the sizes of motors that can permit the flexible piping inspection robot to overcome bends and junctions for a given range of pipeline diameters. A digital model of the flexible robot is then realized in CAD software.
Les robots d’inspection de canalisations jouent un rôle important dans des industries telles que le nucléaire, la chimie et les eaux usées. Ils peuvent opérer avec précision dans un environnement irradié ou pollué, réduisant ainsi les risques pour les humains. Cette thèse porte sur la conception d’un robot bio-inspiré pour l’inspection des canalisations. La thèse commence par l’étude du cas d’un robot d’inspection bio-inspiré rigide qui a été développé au LS2N, France pour AREVA. Des modèles statiques et dynamiques sont développés pour comprendre les forces de serrage et les couples des actionneurs du robot. Des validations expérimentales sont également effectuées sur le prototype pour interpréter les forces d’actionnement en temps réel. Pour améliorer sa mobilité, l’architecture du robot est rendue flexible par l’ajout d’un mécanisme de tenségrité. Deux types de mécanismes de tenségrité sont proposés et analysés avec des méthodes algébriques pour comprendre leurs limites d’inclinaison et pour connaître l’influence des paramètres de conception. Des expériences sont réalisées sur l’un des prototypes des mécanismes de tenségrité développés au LS2N avec deux types de trajectoire en positions horizontale et verticale. Ensuite, une optimisation est réalisée pour identifier les moteurs qui peuvent permettre du robot d’inspection de canalisation flexible de passer les coudes et les jonctions pour une plage donnée de diamètres de tuyaux. Une maquette numérique du robot flexible est réalisée dans un logiciel de CAO.
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HAL_Manuscrit_VENKATESWARAN Swaminath.pdf (39.83 Mo) Télécharger le fichier
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Dates and versions

tel-03164212 , version 1 (02-02-2021)
tel-03164212 , version 3 (09-03-2021)
tel-03164212 , version 2 (09-03-2021)
tel-03164212 , version 4 (22-03-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03164212 , version 1

Cite

Swaminath Venkateswaran. Design of a bio-inspired robot for inspection of pipelines. Robotics [cs.RO]. Centrale Nantes; LS2N, Université de Nantes; École des docteurs Bretagne Loire, 2020. English. ⟨NNT : 2020ECDN0024⟩. ⟨tel-03164212v1⟩
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