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ULC Robotics et SGN vont développer un robot d'excavation entièrement électrique

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Le projet porte sur un système autonome d'excavation des routes afin de protéger les travailleurs et les habitants lors de la modernisation et de l'entretien des conduites de gaz.

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Une collaboration entre ULC Robotics et SGN, l'une des plus grandes entreprises de réseaux de gaz au Royaume-Uni, a atteint la moitié du projet visant à créer un système robotique autonome pouvant être utilisé pour des projets d'excavation de routes dans le secteur des services publics.

Le projet RRES (Robotic Roadworks and Excavation System), qui a débuté au début de 2018, combine un puissant robot industriel, un système d'entraînement sur piste entièrement électrique, des capteurs de localisation souterrains, l'intelligence artificielle, la vision artificielle et de nouvelles méthodes d'excavation sous vide pour des projets de travaux routiers autonomes plus sûrs et plus rapides. Le projet, qui est financé par le régulateur britannique de l'énergie Ofgem (Office of Gas and Electricity Markets), a intégré des éléments de robotique avancée, d'intelligence artificielle et de durabilité dans le but d'améliorer l'efficacité, la sécurité et de réduire l'impact environnemental et le coût des excavations des services publics.

"Nous sommes à mi-chemin du projet et, en partenariat avec SGN, nous avons pu créer le premier robot d'excavation autonome entièrement électrique au monde", a déclaré Ali Asmari, directeur de programme chez ULC Robotics. "Il reste encore beaucoup de travail à faire, notamment la mise au point d'outils et d'équipements de soutien supplémentaires, ainsi que l'essai et la validation du fonctionnement du robot dans différents environnements, mais nous avons une équipe exceptionnelle et sommes convaincus que le robot sera prêt à fonctionner en 2021"

Le RRES mène actuellement des opérations autonomes, notamment le découpage de la surface de la route et la réalisation d'une méthode brevetée d'excavation par aspiration. Les premiers essais sur le terrain du RRES sont prévus pour la fin de l'année sur le réseau SGN, ont déclaré les entreprises.

"Parce que nous exploitons 76 000 km de pipelines souterrains au Royaume-Uni et que nous creusons des milliers d'excavations chaque année, nous reconnaissons la nécessité de travaux routiers plus intelligents", a déclaré John Richardson, responsable de l'innovation chez SGN. "Nous sommes à la tête de l'effort visant à changer l'excavation des services publics en investissant dans le développement de la technologie pour résoudre ce problème mondial"

M. Richardson a déclaré que le développement, les enseignements et les résultats du projet "ont dépassé nos attentes. Nous voyons la RRES comme une plateforme qui peut s'étendre pour répondre aux besoins des industries mondiales des services publics et de la construction"

L'équipe a commencé le projet par la conception sur ordinateur, la simulation et les tests, avec le développement de prototypes et les tests dans des scénarios de laboratoire. Le projet a débuté par le concours d'innovation du réseau Ofgem, qui a accepté de financer le projet sur trois ans.

L'un des principaux objectifs du projet est de réduire les dommages causés par des tiers, ce qui se produit parfois lorsque des travailleurs endommagent des lignes souterraines appartenant à la société de services publics, ou à une société distincte, pendant le projet d'excavation. La réduction de l'empreinte carbone est un autre facteur, c'est pourquoi le système est conçu pour être un véhicule électrique, alimenté par des batteries, et sans fil. "En ce moment, de grosses pelles, des camions à benne et d'autres équipements sont utilisés dans le cadre normal des opérations de maintenance et de réparation des services publics", a déclaré Robert Kodadek, président et directeur technique d'ULC Robotics.

Comment le système fonctionnera

L'idée derrière le RRES est que les travailleurs apporteront la machine sur le site et qu'elle sortira de l'arrière d'un camion à plate-forme ou d'une remorque. Les travailleurs lui diront essentiellement où creuser, et le système balayera le sol à l'aide de ses capteurs pour déterminer s'il y a des infrastructures enterrées dans la première couche d'asphalte et de béton. Ensuite, le système fera un trou dans la chaussée et retirera le noyau créé par la coupe. Le système va ensuite scanner à nouveau le sol pour voir s'il y a quelque chose d'enterré dans la prochaine couche de terre.

"Nous appelons cela l'excavation douce, où elle va creuser jusqu'à une couche qui a été déterminée comme étant claire par la détection", a déclaré M. Kodadek. "Cela nous donne une plus grande sécurité autour de nos fouilles et nous permet de nous déplacer le plus rapidement possible. Nous creusons donc par couches et nous scannons jusqu'aux biens enterrés"

L'équipe a déclaré que bien que ce projet se concentre sur les lignes de gaz naturel, il pourrait éventuellement être utilisé pour creuser jusqu'aux lignes électriques, aux lignes de télécommunications, aux égouts ou aux conduites d'eau, dans le but éventuel de pouvoir effectuer des tâches de réparation et de maintenance sur ces systèmes.

En outre, l'équipe a souligné que le but du système n'est pas de mettre les gens au chômage, mais plutôt de leur fournir de meilleurs outils et un environnement plus sûr pour mener à bien cette opération. "C'est une opération qui ne disparaît pas", a déclaré M. Asmari. "L'excavation doit être faite tant que nous avons des services publics enfouis sous le sol. Il s'agit simplement de savoir si nous mettons nos gens en danger en les exposant à ces environnements dangereux ou en créant de meilleurs outils à leur intention"

Développement de capteurs intégrés

Au lieu de choisir un capteur spécifique pour la tâche de balayage, l'équipe du projet a recherché tous les types de capteurs disponibles pour déterminer celui qui convenait le mieux au système. "Nous avons fait appel à tous les capteurs, vendeurs et fabricants, et à tous les produits dont les revendications pourraient être utiles à la détection des services souterrains", a déclaré M. Asmari. "Nous les avons tous testés et évalués et nous sommes parvenus à un modèle d'intégration qui n'utilise pas seulement un capteur spécifique, mais une série de capteurs basés sur différentes technologies, comme les ondes électriques, magnétiques et acoustiques, et ce que nous faisons maintenant, c'est intégrer le meilleur de ces mondes dans une seule plate-forme"

De plus, les capteurs sont intégrés à la plate-forme robotique pour donner au système des informations de localisation très précises. Alors que les capteurs disponibles sur le marché peuvent être achetés sur étagère, ils finissent par être déployés manuellement par les opérateurs, et la localisation et le traitement des données sont moins précis en raison des erreurs potentielles commises par les opérateurs lors de la collecte et du traitement des données.

"Le problème est que les capteurs qui pourraient être efficaces dans un environnement de laboratoire peuvent être moins efficaces sur le site, parce qu'un opérateur moyen pourrait ne pas prêter attention aux détails qu'un système robotique ne manquerait pas", a déclaré M. Asmari.

Un traitement avancé des données est également en cours de développement avec le RRES afin d'accélérer le temps de décision pour savoir quand et où creuser. Actuellement, la collecte des données se fait sur place et est ensuite envoyée à des experts hors site qui examinent les données et leur donnent un sens, créant ainsi une carte centrale. Avec le RRES, l'équipe utilise l'IA, l'apprentissage automatique et d'autres techniques de traitement des données pour examiner les données sur place et prendre des décisions sur place sans avoir besoin d'un expert facilement disponible ou de garde. Les progrès des communications et les technologies de pointe en matière d'IA sont également explorés, a déclaré M. Kodadek.

De nouvelles façons de fouiller

Pour mettre au point une méthode d'excavation plus efficace, l'équipe utilise une combinaison de méthodes à air comprimé et à vide, ainsi que des outils personnalisés qui peuvent être contrôlés par le robot en tant qu'effecteur final pour excaver rapidement le sol.

"Une des choses sur lesquelles nous avons beaucoup travaillé dans les simulations est d'optimiser l'utilisation de différentes buses supersoniques pour créer le souffle d'air comprimé le plus puissant pour briser le sol", a déclaré M. Kodadek. "Nous avons passé beaucoup de temps à faire des analyses et des simulations par éléments finis, mais aussi à construire des prototypes de ces buses, et nous avons le sentiment d'avoir quelque chose de vraiment, vraiment spécial"

Test, puis déploiement

A la fin du projet, l'équipe prévoit de réaliser des fouilles en direct avec le système au Royaume-Uni grâce à sa collaboration avec SGN. Tout au long du projet, des entreprises de services publics du monde entier, y compris des États-Unis, ont exprimé leur intérêt pour le développement de composants particuliers du système pour leurs propres projets, a déclaré M. Kodadek.

"Il y a des éléments spécifiques du projet qui pourraient finir par être étendus à leurs réseaux avant que le système tout entier ne soit prêt", a-t-il déclaré. "Certaines technologies d'excavation, par exemple, peuvent être mises au point, et certains des développements réalisés par Ali et son équipe sont tellement pertinents pour le travail [des services publics] au quotidien qu'ils sont intéressés par le développement de ces composants individuels pour leurs applications"

Il a ajouté qu'il espère que les gens comprendront à quel point ce projet est révolutionnaire.

"Nous prenons une technologie qui est utilisée dans une usine et nous la mettons sur le terrain pour pouvoir utiliser la robotique comme un service et rendre les techniques traditionnelles plus sûres, plus rapides, moins chères et avec une empreinte carbone plus faible que ce qui a été fait auparavant", a déclaré M. Kodadek. "Ce serait donc formidable si les gens regardaient et disaient : "Wow, ces gars font un travail incroyable au profit de la société “

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