- Programa de Engenharia Elétrica

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- Programa de Engenharia Elétrica
V CONGRESSO NACIONAL DE ENGENHARIA MECÂNICA
V NATIONAL CONGRESS OF MECHANICAL ENGINEERING
18 a 22 de agosto de 2008 – Salvador – Bahia - Brasil
August 18 – 21, 2008 - Salvador – Bahia – Brazil
SISTEMA MECATRÔNICO PARA INSPEÇÃO DE DUTOS
Gustavo Medeiros Freitas, [email protected] 1
Max Suell Dutra, [email protected] 1
1 Laboratório de Robótica e Automação, Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ, Caixa Postal 68.503, CEP
21.945-970 – Rio de Janeiro, RJ, Brasil,
Resumo: A inspeção interna de dutos é uma atividade cada vez mais rotineira, dada a importância desses no
transporte de substâncias e materiais como petróleo, gás natural, água, esgoto. Dessa forma, são necessárias
ferramentas adequadas a operar em tal meio, indicando a presença e localização exata de alguma irregularidade.
Nesse trabalho será proposto um dispositivo capaz de operar dentro de dutos com diferentes diâmetros, podendo
apresentar curvas e inclinações extremas. O mecanismo será composto por módulos contendo sistemas de contato
ajustável com o duto, composto por perna com roda na extremidade. A perna funciona como uma alavanca,
pressionando a roda contra o duto. A base do sistema poderá ser rotacionada, alterando a posição e
conseqüentemente atitude da perna em relação ao duto, facilitando o robô andar em dois sentidos. O robô utilizará
deslocamento helicoidal, criando um fuso virtual dentro do duto. Várias rodas ficam alinhadas com o duto,
garantindo que o dispositivo ande em linha reta, e não fique girando. É acoplado ao sistema um rotor com pernas e
rodas, inclinadas em relação ao duto. Quando o rotor gira, as rodas descrevem um movimento helicoidal, fazendo o
robô se deslocar em um sentido. O ângulo das rodas do rotor em relação ao duto é equivalente ao passo do fuso
virtual. Esse ângulo é alterado ao rotacionar a base de cada perna. Dependendo do ângulo utilizado, o robô altera a
relação entre torque e velocidade de deslocamento
Palavras-chave: Inspeção de dutos, óleo e gás, torque e velocidade de deslocamento configurável, projeto
mecatrônico, robótica
1. INTRODUÇÃO
Dutos são utilizados para realizar o transporte de diversas substâncias e materiais, incluindo petróleo, gás natural,
água, esgoto, entre outros. Tais meios de escoamento requerem constante manutenção, sendo necessária a utilização de
ferramentas adequadas.
Normalmente, os dutos são instalados em áreas de difícil acesso, muitas vezes enterrados ou submersos. Para a
solução rápida e eficiente de algum problema em uma tubulação, é essencial o conhecimento da localização exata do
trecho com irregularidades. Estando este submerso ou enterrado, a dificuldade de inspeção e realização de reparos pela
parte externa do duto faz com que ferramentas in loco sejam indispensáveis.
Nesse trabalho, serão inicialmente apresentadas algumas soluções já utilizadas para realizar a inspeção interna de
dutos.
Analisando o desempenho das soluções encontradas, um novo modelo de dispositivo será proposto para a realização
da tarefa especificada. O sistema busca ser o mais flexível possível, empregando idéias de funcionamento já
comprovado em outros mecanismos.
2. REQUISITOS DO SISTEMA
O sistema proposto deve atender a algumas exigências para a sua utilização:
1 – O sistema será desenvolvido para a locomoção em dutos redondos;
2 – Deve operar em ambientes inóspitos, de difícil acesso e pouco estruturados;
3 – Deve ser robusto para atender às condições de operação.
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De acordo com as tarefas a serem realizadas no interior dos dutos, o robô necessitará de diferentes ferramentas,
específicas para cada caso. Essa pesquisa não irá se focar em nenhuma ferramenta em especial, mas sim em propor um
sistema flexível e capaz de transportar e posicionar diferentes cargas (ferramentas) dentro do duto.
É importante ressaltar que o mecanismo aqui proposto irá se deslocar de maneira ativa, possuindo sistema de tração;
diferente de alguns sistemas de inspeção utilizados para dutos, como os PIGs (Pipeline Inspection Gauge) que se
deslocam de maneira passiva, por diferença de pressão dentro do duto.
A transmissão de dados a altas velocidades, dentro de um duto, sem a utilização de fios, é pouco confiável. Por isso,
grande parte dos robôs utilizados para a inspeção de dutos possui cabo umbilical. A principal função do cabo umbilical
é de transmitir informações entre robô e base de operação, podendo também fornecer energia (ou óleo, em caso de um
mecanismo hidráulico) ao sistema.
O robô deverá portanto possuir força suficiente para arrastar um cabo umbilical, por dezenas de quilômetros, e
carregar módulos auxiliares, contendo câmera ou alguma ferramenta de inspeção ou reparo.
Muitas vezes os dutos inspecionados possuirão irregularidades em sua forma, como por exemplo, trechos amassados.
O dispositivo desenvolvido deverá se adaptar a vários diâmetros. Neste trabalho, consideraremos dutos com diâmetro
variando entre 10 e 20 polegadas.
O sistema robótico deve estar apto a se movimentar em dutos com curvas e inclinações extremas, como trechos na
posição vertical.
Um ponto importante a se ressaltar é que o robô deve ser capaz de se locomover nos dois sentidos dentro do duto:
para frente, e para trás. Muitos sistemas são desenvolvidos pensando apenas no deslocamento em um só sentido dentro
do duto, e para o retorno do mecanismo, é necessário puxar o cabo umbilical.
3. SOLUÇÕES JÁ IMPLEMENTADAS
Diversos sistemas têm sido propostos na literatura e patenteados. Nesta seção serão apresentados e comentados
alguns conceitos de sistemas já implementados para operação no interior de dutos.
1.
Utilização de Rodas
Muitas das soluções propostas para a inspeção interna de dutos utilizam carros elétricos, dotados de rodas para se
locomover.
Essa solução é simples e de fácil implementação, porém dispositivos assim não conseguirão atender a todos os
requisitos apresentados, como por exemplo se deslocar num duto na vertical, nem carregar muito peso.
Figura 1. Veículo para a inspeção de dutos,
Municipal Equipment (2007).
2.
Utilização de Esteiras
Figura 2. Veículo para a inspeção de dutos,
Municipal Equipment (2007).
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Figura 3. Veículo para a inspeção de dutos,
Figura 4. Corpo com estrutura modular, Granoski
Nondestructive Testing Resource Center (2006).
et al (2005).
Uma solução interessante quando se deseja aumentar a aderência e a força exercida sobre a parede do duto é a
utilização de esteiras em lugar das rodas para a tração do veiculo.
As esteiras podem ser instaladas de maneira simétrica em relação ao eixo central do robô, posicionadas de modo a
obter maior contato com a superfície circular do duto. A grande maioria dos sistemas existentes no mercado procura
manter pelo menos três superfícies de contato com o duto, visando garantir que o corpo do robô permaneça centralizado
em relação ao duto percorrido.
A Fig. (4) mostra outro conceito muito empregado em robôs de inspeção de dutos, o de utilizar um corpo composto
por módulos. Cada módulo possui um sistema de tração independente, aumentando a mobilidade do dispositivo. Essa
configuração possibilita maior flexibilidade do sistema, permitindo a realização de curvas. Além disso, o mecanismo
fica mais robusto, permanecendo em operação mesmo quando algum módulo de tração apresente defeito.
3.
Utilização de Pernas
Tornando o robô capaz de operar em diferentes diâmetros de dutos, muitas vezes são utilizadas pernas retráteis, que
se adaptam às diferentes dimensões. Nestes sistemas também se procura modificar os ângulos entre as pernas e o duto,
alterando a relação entre as forças exercidas e consequentemente variando o atrito entre robô e duto.
Figura 5. Robô com pernas retráteis, Technovelgy
(2006).
4.
Figura 6. Robô com pernas retráteis, Technovelgy
(2006).
Movimento Helicoidal
Outro conceito interessante, desenvolvido por Horodinca et al (2003), consiste na locomoção dentro do duto através
de movimento helicoidal.
Esse sistema, doravante denominado de fuso virtual, é composto de dois módulos básicos, o primeiro responsável
por manter a movimentação em linha reta, utilizando rodas alinhadas com a direção longitudinal do duto, e o segundo
responsável por deslocar o robô com diferentes velocidades.
Nesse segundo módulo, é empregado um rotor com rodas posicionadas quase perpendiculares ao duto. A inclinação
dessas rodas em relação à secção transversal do duto permite o aumento ou a diminuição do passo do fuso (denominado
virtual neste trabalho), possibilitando a movimentação do dispositivo nas duas direções e alterando a relação de torque e
velocidade de locomoção.
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Figura 7. Movimento Helicoidal, Horodinca et al
(2003).
5.
Figura 8. Detalhes do mecanismo, Horodinca et al
(2003).
Girino
O Girino é um robô desenvolvido pelo Laboratório de Robótica do CENPES, Petrobras, para realizar a inspeção
interna de dutos.
Esse robô é constituído de dois módulos principais, com pernas retrateis e rodas dentadas que giram em uma direção
apenas. Os dois módulos são ligados por um cilindro hidráulico.
Ao expandir o cilindro, o primeiro módulo é impulsionado para frente, as pernas se retraem, as rodas giram e o
módulo segue adiante. Nessa situação, o segundo módulo tende a ser impulsionado para trás. Para compensar essa
tendência, as pernas do segundo módulo se abrem, aumentado a força de contado com o duto, e as rodas desse módulo
não giram, mantendo o segundo módulo fixo.
Em seguida, o cilindro se comprime, provocando o comportamento inverso do sistema. O primeiro módulo é
impulsionado para trás. As pernas se abrem, aumentado a força de contado com o duto, e as rodas não giram, mantendo
o primeiro módulo fixo. O segundo módulo é impulsionado para frente, as pernas se retraem, as rodas giram e o módulo
segue adiante.
Através desta seqüência de movimentos de expandir e contrair, mostrado na Fig. (10), o robô se desloca dentro do
duto.
O acionamento do sistema é hidráulico, tornando o sistema extremamente forte, já tendo suportado mais de 70 KN
de carga.
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Figura 9. Robô Girino, Panta (2005).
Figura 10. Girino se locomovendo, Panta (2005).
4. NOVA SOLUÇÃO PROPOSTA
O sistema desenvolvido deverá carregar cabo umbilical, operando dentro de dutos com diâmetro entre 10 e 20
polegadas podendo apresentar curvas e inclinações extremas.
O corpo do robô será composto por módulos, permitindo o robô fazer curvas. Essa arquitetura modular é bastante
prática, podendo cada módulo conter uma ferramenta a ser utilizada pelo robô.
Os módulos possuirão um sistema de contato ajustável com o duto, composto por pernas retráteis. Cada módulo
possuirá três pernas, proporcionando então três pontos de contato para cada módulo. Na extremidade de cada perna será
instalada uma roda dentada, aumentando o atrito com o duto.
Como o robô deve andar em dois sentidos dentro do duto, é importante que as pernas possam mudar de posição
(atitude), de acordo com o sentido do movimento executado.
Ao invés de utilizar um motor acoplado a cada roda dentada, iremos optar pelo deslocamento helicoidal, que exigirá
apenas um motor. Um módulo será utilizado para realizar tal tarefa, adicionando um rotor entre seu eixo central e as
pernas.
As pernas poderão mudar de posição, de acordo com o sentido do movimento. Essa característica será utilizada no
movimento helicoidal, permitindo alterar o ângulo das rodas do rotor em relação ao duto, alterando a relação entre
velocidade e torque.
5. MECANISMO PROJETADO
O sistema proposto é composto por dois tipos básicos de módulos, módulo guia, ou módulo com rotor. Ambos
possuem o sistema ajustável de contato, compostos de pernas retráteis, capazes de alterar seu ângulo em relação ao duto.
1.
Sistema Modular
Conforme dito anteriormente, o sistema possuirá arquitetura modular.
Os módulos são ligados em série, através de juntas universais.
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Figura 11. Arquitetura modular.
2.
Sistema Ajustável de Contato
De forma a permitir que o robô opere em dutos de diferentes diâmetros, um sistema ajustável de contato foi
projetado.
O sistema é composto de uma alavanca (a perna), um pistão com mola e uma base de apoio circular.
A mola do pistão está sempre empurrando a alavanca, forçando a perna a se abrir. O sistema permite grande
mobilidade da perna.
O suporte do mecanismo é uma base circular, facilitando a rotação de todo o sistema. Através da rotação da base,
alteramos o ângulo entre rodas e dutos, permitindo o robô andar para frente e para trás.
Se necessário, a mola responsável por abrir a perna pode ser substituída tanto por um motor, quando por um pistão
hidráulico. Dessa forma, é possível controlar com precisão a força de contato aplicada ao duto.
Figura 12. Sistema ajustável de contato.
3.
Figura 13. Possíveis configurações do sistema.
Módulo Guia
O módulo guia possui três sistemas de contato ajustável, espaçados de maneira simétrica ao longo de seu eixo
longitudinal.
O módulo funcionará como o guia do fuso virtual, e para tal as rodas estarão sempre alinhadas no sentido do duto.
Cada perna girará apenas 180º, de acordo com o sentido de deslocamento. Um único acionador será utilizado para
rotacionar as três pernas do modulo guia. Esse acionador pode ser tanto elétrico quando hidráulico.
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Figura 14. Módulo Guia.
4.
Módulo com Rotor
O módulo com rotor é dividido em eixo interno e rotor. O eixo interno não gira, estando conectado nos módulos
guias através de junta universal.
Junto ao rotor estão acoplados os sistemas de contato ajustável. As pernas são posicionadas de tal maneira a ficarem
praticamente perpendiculares ao sentido do duto. Quando o rotor gira, todo o sistema é impulsionado em uma direção.
O ângulo das rodas desse módulo estará sempre mudando (em relação ao sentido do duto), com isso modificando a
razão força versus velocidade de deslocamento. Para tal, um segundo acionador será utilizado nesse módulo, permitindo
rotacionar os sistemas de contato.
Os acionadores empregados podem ser tanto elétricos quando hidráulicos.
Figura 15. Módulo com rotor.
5.
Concepção Completa
A seguir, podemos ver a concepção completa do sistema proposto.
Figura 16. Módulo com rotor.
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Figura 17. Concepção completa.
O robô de inspeção interna de dutos é composto por módulos guias e módulos com rotor, ligados através de junta
universal.
São necessários um número mínimo de quatro atuadores para fazer o sistema funcionar, sendo um atuador para cada
módulo guia, localizados nas extremidades do mecanismo, mais dois atuadores para o módulo (com rotor) interno do
dispositivo.
Outra possibilidade seria a utilização de vários módulos com rotor, aumentando a tração do sistema.
Dependendo da tarefa realizada, o robô poderá levar mais módulos, contendo ferramentas de inspeção e reparo.
6.
Adaptação do Sistema aos Diferentes Diâmetros
Conforme proposto, o sistema deve ser capaz de operar em dutos com diâmetro variando entre 10 e 20 polegadas.
Com os modelos do robô e dos dutos implementados em SolidWorks, é possível verificar que o sistema se adapta
aos diferentes diâmetros, graças ao sistema de contato ajustável.
A mobilidade do sistema ajustável de contato é tal que permite a perna girar 180º dentro do duto de menor diamtro
estipulado (10”).
Figura 18. Duto de 10”.
Figura 19. Duto de 20”.
6. INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE DO SISTEMA
Buscando fazer o sistema funcionar conforme previsto, além da parte mecânica apresentada anteriormente, serão
também necessários sensores capazes de obter informações do meio e do próprio sistema, e um controle que atue sobre
os acionadores de maneira conveniente.
Os atuadores empregados podem ser tanto elétricos quanto hidráulicos. Nesse tipo de projeto, o mais recomendado
seria a utilização de motores elétricos, devido a grande oferta e baixos preços desses equipamentos, além da grande
facilidade de controlar os mesmos.
Mecanismos hidráulicos são mais complexos e consequentemente caros, além de exigirem um controle menos trivial
que os motores elétricos. O peso final do sistema é elevado. Se o mecanismo não possuir unidade hidráulica embarcada,
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seu raio de ação será drasticamente reduzido, devido ao grande peso dos cabos umbilicais cheios de óleo. Entretanto,
em casos de operações embaixo da água ou tarefas que exijam elevadas forças, o emprego de sistemas hidráulicos é
recomendado.
Dessa maneira, as propostas feitas a seguir irão considerar um sistema elétrico.
1.
Sensores a serem instalados
Nesta secção, será recomendada a instalação de alguns sensores. Os dispositivos indicados possibilitarão desde a
operação simplificada do mecanismo, se movendo no duto em dois sentidos, até a realização de tarefas complexas
como por exemplo o mapeamento interno do duto ou o calculo da localização do robô.
2.
·
Chaves fim de curso nos módulos guias, indicando em qual direção os sistemas ajustáveis de contato estão
posicionados.
·
Sensor angular (encoder ou potenciômetro) em uma perna do módulo com rotor, indicando o ângulo entre
roda e secção transversal do duto, determinando o passo do fuso virtual.
·
Encoder em pelo menos uma roda de um módulo guia. Com esse sensor é possível obter a real distância
percorrida pelo mecanismo dentro do duto, assim como determinar sua velocidade de deslocamento.
·
Leitores de corrente dos motores utilizados, permitindo o cálculo do torque exercido por cada um.
·
Sensores angulares (encoder ou potenciômetro) nas pernas dos módulos guias, indicando a abertura de cada
perna, e consequentemente o diâmetro do trecho do duto percorrido. Esses dados poderiam ser utilizados para
se criar um perfil interno do duto, indicando a presença de irregularidades como, por exemplo, amassados.
·
Sensor inercial que, em conjunto com as informações de velocidade e deslocamento dentro do duto, permitam
o cálculo da localização espacial do robô, permitindo o desenvolvimento de um sistema de navegação para o
mesmo.
Controle proposto
O sistema concebido nesse trabalho tem a capacidade de alterar, de maneira ativa, sua relação de torque e velocidade
de deslocamento. Isso devido ao movimento helicoidal de locomoção adotado, aliado a capacidade de rotacionar o
sistema de ajustável de contato, composto por pernas e rodas.
O ângulo das rodas do módulo com rotor irá afetar a movimentação do robô dentro do duto, alterando o passo do
fuso virtual.
Dessa maneira, o controle proposto irá alterar o passo do fuso, buscando uma relação ótima entre torque e
velocidade para cada situação encontrada.
Quando o robô se deslocar dentro de um duto sem obstáculos, apresentando inclinação negativa ou nula, sem a
necessidade de suportar carga, o passo do fuso será o mais alto possível, diminuindo o torque e aumentando ao máximo
a velocidade de movimentação.
Já em situações adversas, como obstáculos no duto, inclinações extremas e elevada carga, o passo do fuso utilizado
será o menor possível, possibilitando um deslocamento mínimo com torque máximo.
O controle deve ser capaz de reconhecer as condições de operação encontradas, obter os diferentes modelos
análogos a cada situação, e com isso calcular automaticamente a melhor relação entre torque e velocidade a ser
empregada, buscando aumentar a velocidade de deslocamento e diminuir o consumo de energia do robô.
7. CONCLUSÃO
Nesse trabalho, foi apresentado um sistema de monitoramento e reparo interno de dutos. O mecanismo desenvolvido
permite apenas a movimentação dentro do encanamento. De acordo com a tarefa a ser realizada in loco, uma ferramenta
diferente poderá ser embarcada no robô.
O sistema proposto é capaz de suportar carga (cabo umbilical e ferramentas auxiliares), operando dentro de dutos
com diâmetro entre 10 e 20 polegadas, podendo apresentar curvas e inclinações extremas.
O robô é composto por módulos guias e módulos com rotor, ligados através de junta universal.
Seu deslocamento é feito de maneira helicoidal, criando um fuso virtual dentro do duto.
O sistema proposto é muito flexível, possibilitando alterar o ângulo entre rodas e o duto (constante do fuso),
modificando a relação entre velocidade e força de deslocamento do robô.
São necessários no mínimo quatro acionadores para a implementação do mecanismo. É recomendada a utilização de
atuadores elétricos, em condições normais de operação. De acordo com essa configuração, uma proposta de
instrumentação e controle do sistema foi esboçada.
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Por fim, é importante ressaltar que todo o trabalho apresentado aqui ainda é principalmente conceitual.
Desenvolvido com base na experiência obtida em outros sistemas de funcionamento comprovado, o mecanismo aqui
proposto não foi ainda implementado na prática.
8. REFERÊNCIAS
Active
Structures
Laboratory,
2007,
Universite
Libre
De
Bruxelles,
<http://www.ulb.ac.be/scmero/robotics.html#pipe2>.
Klassen B., Streich H., Rome E. e Kirchner F., “Simulation and Control os the Segmented Inspection Robot MAKRO”,
Fraunhofer Institut.
Granoski G. e Borenstein J., 2005, “The Omni Tread serpentine robot with pneumatic joint actuator”, Fifth
International Workshop on Robot Motion and Control, Poland.
Kuntze H.B. e Haffner H., 1988, “Experiences with the developmente of a robot for smart multisensonic pipe
inspection”, International Conference on Robotics & Automation, IEEE.
Horodinca M., Burda I., Mignon E. e Preumont A., 2003, “The Heli-Pipe Inspection Robots Architecture for Curved
Pipes”, publicado no Universitatea Technica Gh. Asachi Iasi, Sectia.
Municipal Equipment Sales, 2006, <http://www.municipalequipment.com/sewercamera.html#Transporters>.
National Robotics Engineering Center, 2006, “Pipeline Explorer Overview”, Carnegie Mellon University, Robotics
Institute, < http://www.rec.ri.cmu.edu/projects/explorer/index.htm>.
Nondestructive
Testing
(NDT)
Resource
Center,
2006,
“Pipeline
Inspection”,
<http://www.ndt-ed.org/AboutNDT/SelectedApplications/PipelineInspection/PipelineInspection.htm>.
Panta, P. E. G, 2005, “Monitoramento de Robô de Inspeção Interna de Oleodutos”, M.Sc. Thesis, COPPE/UFRJ Federal University of Rio de Janeiro, Rio de Janeiro.
Pipeline
Explorer,
2006,
Carnegie
Mellon
University
Robotics
Institute,
<http://www.rec.ri.cmu.edu/projects/explorer/description/index.htm>.
Robotic NDE, 2005, “A New Solution for In-line Pipe Inspection”, Middle East Nondestructive Testing Conference &
Exhibition.
Technovelgy.com,
2006,
“where
science
meets
fiction”,
<http://www.technovelgy.com/ct/Science-Fiction-News.asp?NewsNum=732>.
Wikipedia, 2007, “Pipeline Inspection Gauge (PIG)”, <http://en.wikipedia.org/wiki/Pipeline_inspection_gauge>.
9. DIREITOS AUTORAIS
Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo do material impresso incluído no seu trabalho.
V CONGRESSO NACIONAL DE ENGENHARIA MECÂNICA
V NATIONAL CONGRESS OF MECHANICAL ENGINEERING
18 a 22 de agosto de 2008 – Salvador – Bahia - Brasil
August 18 – 21, 2008 - Salvador – Bahia – Brazil
MECHATRONIC SYSTEM FOR IN-PIPE INSPECTION
Gustavo Medeiros Freitas, [email protected] 1
Max Suell Dutra, [email protected] 1
1 Robotic and Automation Laboratory – COPPE/UFRJ, Federal University of Rio de Janeiro - UFRJ
Postal Box 68.503 – CEP 21.945-970 – Rio de Janeiro, RJ, Brazil,
Abstract. The internal inspection of pipes is becoming a routine activity, due to their importance for transportation of
substances like oil and natural gas. This paper presents a mechanism capable of working inside pipes with different
diameters, presenting extreme curves and inclinations. The mechanism will be compounded of modules with devices
that provide adjustable contact with the duct, using wheels in the touch points. The robot will dislocate inside the pipe
creating a virtual spindle. For that, two main parts will be used: one part is guided along the pipe by a set of wheels
moving parallel to the axis of the pipe, while the other part is attached to a motor. The motor rotation forces the
mechanism to follow a helical motion, thanks to tilted wheels rotating about the axis of the pipe. Each device of
adjustable contact works like a lever, pressing the wheel against the pipe; the base of the device can be actively
rotated, modifying the angle of the wheel in relation to the pipe (equivalent to the step of the spindle), and facilitating
the motion of the system in both directions, with specific velocity. According to the applied angle, the robot changes
the relation between torque and velocity of displacement.
Keywords: In-pipe inspection, gas and oil, configurable torque and velocity of displacement, mechatronics design, robotics
1. RESPONSIBILITY NOTICE
The authors are the only responsible for the printed material included in this paper.

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