Joseph Robinson, Robert Watson, Sam Coe, Matt van Berlo, Josh ...

Report 3 Downloads 85 Views
Undergraduate/Graduate   Category:   Degree  Level:  Undergraduate   Abstract  ID#  567

 

i93 Tunnel Inspection Robot

Joseph Robinson, Robert Watson, Sam Coe, Matt van Berlo, Josh Johnson   Advisor: Professor Shafai Berham Abstract  

State  of  the  Art  

Robot  System  

A  mobile  robo@c  system  has  been  built  as  a  tool  to  improve  the  bridge  inspec@on   process  done  by  the  MassachuseDs  Department  of  Transporta@on  (MassDOT).   Current  methods  for  inspec@ng  the  plenums  (ceiling  space)  are  @me  consuming,   costly,  and  pose  significant  safety  hazards  to  both  the  inspectors  and  the  drivers.  Our   system  will  provide  a  means  for  inspectors  to  conduct  these  inspec@ons  at  the  seat  of   their  desks.  On  top  of  reducing  cost,  @me,  and  poten@al  hazards,  the  mobile  plaPorm   enhances  inspec@on  reports  with  its  soQware  package  offering  automated  &  vision     technologies.  

•    • 

(b)  

Inspec@ons  are  done  while  inspectors  crawl  in  plenum  place,  and  documen@ng   notes  and  hand  sketches  are  done  this  way  for  the  en@re  length  [see  Fig  3].   Lane  closures  are  held  for  inspectors  to  enter  and  exit  the  plenum  crawl  space.  

Head  Light  and  Camera  Flash  

 

LiV  Camera     (Servo  Controlled)  

Background   Star@ng  back  in  1991,  the  Big  Dig  remapped  the  6-­‐laned  I-­‐93  from  above  the  city  to   below  via  a  3.5  mile  long  tunnel.  Inten@on  was  to  rid  Boston  of  severe  traffic   concerns,  which  caused  up  to  ten  hours  of  traffic  per  day  for  city  drivers.  Projec@ons   forecasted  traffic  reaching  up  to  sixteen  hours  a  day  by  2010.     In  2006,  a  12t  ceiling  @le  fell  on  a  car  and  the  drivers.  AQer,  several  anchors   embedded  in  the  tunnel’s  roof  slab  were  discovered  to  be  the  cause.  City-­‐wide  tunnel   inspec@ons  this  problem  as  abundant,  even  in  newly  constructed  areas  [see  Fig  1].                   Fig  1  Showing  the  ceiling  collapse  (leQ)  and  simulated  view  of  the  cause  (right).    

MassDOT  spends  over  $3M  each  year  on  plenum  inspec@ons.  Inspec@ons  call  for  lane   closures,  reintroducing  traffic  conges@ons.    Plus,  working  condi@ons  have  proven   unsafe  for  both  the  inspectors  and  the  drivers  alike.    

(a)  

(b)  

(c)  

Fig  3  (a)  A  picture  of  the  i93  plenum  space  inspected  each  year.  (b)  Entrance  to  Plenum  crawl  space.  (c)  Our   envision  of  taking  the  inspector  out  of  the  tunnel  and  into  his  desk  while  performing  inspec@ons.  

LiV  PlaXorm  (3D  Printed)  

•  Lane  closures  are  held  for  inspectors  to  enter  and  exit  the  plenum  crawl  space.   Base  Camera  w  Bumper  Protectors  

Motor  Controls  

Results   Fig  4  A  close  look  at  the  prototyped  Mobile  System  

Pause/Play  Media  

Camera  2  Control  

•    • 

Mobile  PlaPorm  has  been  built  for  less  than  $1K  [see  Fig  4].  

•    • 

Servos  orientated  parallel  to  ver@cal  &  horizontal  results  in  2D  rota@onal  control.    

Launch  Viewer  

Camera  2  i/o  

Set  Flag/  Next  Hanger  

• 

Record  Video  

Xbox  controller  provides  an  ease  of  use  [see  Fig  5].  

Graphical  User  Interface  with  embedded  media  stream  together  with  func@ons,   features,  and  system  informa@on  [see  Fig  7].   Google  SketchUp  model  incorpora@ng  accurate  geometries  and  structural  layout,   along  with  the  appropriate  physics  governing  robot’s  mo@on  [see  Fig  8  &    9].  

Take  Picture  

Fig  6  Servos  orthogonal  to  one  another,  providing  rota@on  in  the  ver@cal  and  horizontal.   Base  Control  

Method  

Base  Control  i/o   Controller  i/o  

•    •    • 

Provide  MassDot  a  mobile  plaPorm  controllable  from  a  PC  with  WiFi.  

• 

Build  model  for  offline  test  simula@ons  and  product  (marke@ng)  demos.  

• 

Our  Mobile  PlaPorm  is  controllable  by  Xbox  controller  over  WiFi.  

• 

Break  system  SW  into  four  major  categories:  Controller  Interface,  User  Interface,   Communica@on  Interface,  and  Data,  Modules,  libraries  [see  Fig  2].    

•    •    • 

Real  @me  video  streaming  was  obtainable  with  gstreamer  library  wriDen  in  C++.  

Develop  user  interface  with  configurable  seWng  and  live  media  streaming.    

Speed  Down  

Speed  Up  

LiQ  Down  

Fig  9  Google  SketchUp  Model  of  the  plenum  crawl  space.  

LiQ  Up  

Incorporate  easy-­‐to-­‐use  scheme  to  control  the  robot.  

Conclusions/Future  Work  

Fig  5  XBox  Controller  Layout  

Fig  7  Graphical  User  Interface  designed  as  a  user-­‐friendly  workspace.  

  •    • 

JAVA  Swing  provides  the  API  u@lized  for  the  graphical  interface  and  system  status.   Integrate  Computer  Vision  Algorithms  &  post-­‐processing  capabili@es  [see  Fig  10].   o  Open  source  SW,  OpenCV  and  ImageJ,  are  used  for  automated  detec@on   and  post-­‐processing  of  images.   Automa@c  report  genera@on  –  including  all  its  en@@es.   Add  acous@c  sensor  to  provide  addi@on  loca@on  and  system  informa@on.  

Crack  DetecMon  

Fig  2  High-­‐level  view  of  the  flow  and  components  structuring  the  System  SW  and  enabling  Communica@ons.  

Fig  8  Google  SketchUp  modeling  everything  from  the  robot  down  to  individual  bolts  with  absolute  precision.   Acknowledgements:   Electrical  and  Computer  Engineering  Department,  Alex  Irwin,  Jack  Golden,  Dalton  Colen,  Kurt  Braun    

Object  DetecMon  

Hanger  Straightness  

Fig  10  Simulated  Computer  Vision  Algorithms.  

Rust/Corrosion  detecMon