Hoe AI-inferentie robots optimaliseert voor inspectie van elektriciteitsnetten

Exploitanten van energiecentrales en elektriciteitsverdeelstations worden geconfronteerd met een veelvoud aan moderne uitdagingen, waaronder de noodzaak om handmatige inspecties te reduceren, onderhoudskosten te verlagen en het risico op veiligheidsincidenten te beperken. Door geavanceerde robots te ontwikkelen met AI-inferentie aan de edge en video-analysemogelijkheden, wordt het echter mogelijk om deze uitdagingen te overwinnen door middel van automatisering van diverse taken in energiecentrales, zoals defectinspectie, onderhoud aan hoogspanningsleidingen en beveiligingsmonitoring.

Realtime 3D-kaarten

Inspectie in de buurt van hoogspanningsinfrastructuur of in snel veranderende omgevingen brengt aanzienlijke veiligheidsrisico's met zich mee. Er is een groeiende behoefte aan slimmere sensortechnologieën, zoals LiDAR en geavanceerde obstakeldetectie, om veilig werken rond gevoelige apparatuur te garanderen. Het verminderen van de menselijke aanwezigheid in gevaarlijke zones is een cruciaal doel en vereist systemen die hun omgeving kunnen waarnemen en daar met minimale supervisie op kunnen reageren.

LiDAR creëert realtime 3D-kaarten voor nauwkeurige obstakel- en personendetectie, zelfs in complexe omgevingen. Geavanceerde obstakeldetectie helpt de robot te vertragen, te stoppen of een andere route te nemen om botsingen te voorkomen. Dit vermindert het risico op ongevallen en beperkt de blootstelling van mensen aan gevaarlijke omgevingen, wat de veiligheid verbetert en de naleving van veiligheidsnormen waarborgt.

Inspectierobots verwerken enorme hoeveelheden beelden en waardensets tot realtime digitale data voor latere analyse of het genereren van alarmen. Een dergelijke activiteit vereist een hoge mate van AI-rekenkracht. De afhankelijkheid van cloudgebaseerde verwerking resulteert in vertraging en knelpunten in de connectiviteit. Er is een duidelijke behoefte aan edge AI-computing waarmee robots inferentietaken – zoals het detecteren van afwijkingen of het classificeren van defecten – lokaal en direct kunnen uitvoeren, zonder externe afhankelijkheden.

Autonome platformen worden vaak ingezet in zware, onvoorspelbare omgevingen. Systemen moeten bestand zijn tegen extreme temperaturen, trillingen en elektromagnetische interferentie. Industriële gebruikers hebben hardware nodig die niet alleen goed presteert, maar ook robuust en betrouwbaar is onder uitdagende omstandigheden in het veld. Voor inspectierobots voor elektriciteitsnetten in de buurt van hoogspanningsapparatuur is naleving van IEC 61000-6-4 essentieel.

Dit voorkomt dat de elektronica van de robot elektromagnetische interferentie (EMI) veroorzaakt die gevoelige apparatuur of netwerken kan verstoren. De norm garandeert ook dat de robot bestand is tegen externe elektromagnetische storingen, waardoor een stabiele werking wordt gehandhaafd voor nauwkeurige inspecties en veilige navigatie.

Robots worden blootgesteld aan zware buitenomstandigheden met grote temperatuurschommelingen. Een groter bereik in bedrijfstemperatuur laat de elektronica betrouwbaar werken en voorkomt uitval of schade. Dit zorgt voor consistente, langdurige monitoring van de energie-infrastructuur, ondersteunt de netstabiliteit en vermindert kostbare stroomuitval.

Automatiseringsexperts die pionieren met intelligente inspectierobots voor elektriciteitsnetwerken, ontdekken regelmatig dat het ontwikkelen van softwareoplossingen en SDK's (Software Development Kits) rond een open-sourceoplossing zoals Ubuntu en de implementatie ervan op computer hardware niet zonder uitdagingen verloopt. Robotfabrikanten hebben daarom behoefte aan een hoge mate van technische ondersteuning voor zowel de software- als de hardware-integratie.

Krachtige SBC-oplossing

Voor robotica en embedded toepassingen met beperkte ruimte levert de AFE-R360 van Advantech krachtige edge-AI, in een compacte, handgrote 3,5" Single Board Computer. Met Intel® Meteor Lake onder de motorkap, de eerste architectuur die CPU, GPU en NPU in één ontwerp integreert, behaalt hij tot 32 TOPS voor gebalanceerde computing, geoptimaliseerde grafische verwerking en on-device AI-acceleratie.

De USB4 Type-C-interface ondersteunt de flexibele selectie van MXM GPU-modules, waardoor hij aanpasbaar is aan workloads met wisselende AI- en visuele vereisten. Ondanks zijn formaat ondersteunt hij meerdere camera's via MIPI-CSI/GMSL, diverse sensoren en uitgebreide I/O.

De AFE-R360 is ontworpen voor autonome mobiele robots en vision systemen, ondersteunt ROS2 en heeft een uitgebreid temperatuurbereik (van –40 °C tot +85 °C) en presteert, flexibel en bewezen betrouwbaar in uitdagende omgevingen.

Dankzij Advantech’s DeviceOn IoT-platform voor extern beheer en gevalideerde draadloze modules, levert het zowel hoge prestaties als robuuste connectiviteit voor mobiele, industriële of buitentoepassingen, waarbij ruimte- en thermische beperkingen een cruciale rol spelen.

AI-inferentiesysteem

Voor de inzet van Edge AI in inspectie-AMR's voor energiecentrales en elektrische onderstations, die werken in veeleisende industriële en buitenomgevingen, biedt de Advantech AFE-R750 een uitzonderlijk krachtig platform. De AFE-R750, een geavanceerd AMR-besturingssysteem met NVIDIA® Jetson Orin™ NX / AGX Orin™, is ontwikkeld voor robotica en real-time GPU-gebaseerde toepassingen.

Met een AI-prestatie tot 275 TOPS ondersteunt het tijd gesynchroniseerde sensorfusie, GMSL 2-camera-integratie met maximaal 8 poorten en camera-input met hoge resolutie via GMSL voor beeldverwerking met lage latentie en hoge bandbreedte. Een geïntegreerde IMU-sensor zorgt voor nauwkeurige bewegings- en oriëntatiedetectie, essentieel voor mobiele robots die door complexe ruimtes navigeren.

Belangrijk hierbij is ook de aanwezigheid van een groot aantal speciale I/O's voor AMR- en LiDAR-verbindingen: door verbinding te maken met 3D-LiDAR- en radarsensoren kunnen de slimme inspectierobots obstakels detecteren terwijl ze zelfstandig bewegen of op afstand worden bestuurd in specifieke gebieden van de energiecentrale of het elektriciteitsonderstation.

Deze mogelijkheden versterken de digitalisering en automatisering van inspectietaken om een veilige en betrouwbare werking van apparatuur te bevorderen, het niveau van intelligent veiligheidsmanagement te verhogen en de beheersbaarheid van inspectieprocessen te verbeteren. Robotbouwers zouden moeten kiezen voor een AI-inferentieoplossing met een robuust ontwerp en IEC 61000-6-4-certificering om een stabiele werking in uitdagende industriële omgevingen te garanderen.

Aftersales-ondersteuning is ook van cruciaal belang: Advantech heeft toegewijde lokale technische teams die beschikbaar zijn om snel feedback en oplossingen te bieden in het geval van eventuele problemen.

Breng AI naar de edge

Edge AI is een cruciale mogelijkheid omdat het gedistribueerde computing mogelijk maakt en inferentie en modeltraining binnen het netwerk en ter plaatse optimaliseert. Het richt zich primair op inferentie, maar in sommige gevallen bieden machine learning en modeloptimalisatie aan de edge voordelen. Geautomatiseerde inspectie is een goed voorbeeld.

Conventionele geautomatiseerde inspectie heeft een keerzijde: het identificeren van alle defecten resulteert in een hoog percentage valse foutmeldingen dat vervolgens handmatige inspectie vereist, terwijl het verminderen van deze valse foutmeldingen de kans vergroot dat echte defecten over het hoofd worden gezien. AI-gebaseerde geautomatiseerde inspectie overwint deze uitdaging door continu te leren van handmatige inspectieprocessen.

AI-modellen worden in eerste instantie ontwikkeld en getraind in de cloud voordat ze aan de edge worden geïmplementeerd. Het op AI gebaseerde geautomatiseerde inspectiesysteem, bestaande uit camera's en een edge AI-computer, signaleert fouten. Handmatige inspectieroutines verfijnen het model verder, waardoor valse foutmeldingen na verloop van tijd afnemen.

Doorlopende modelverbetering zorgt ervoor dat de behoefte aan handmatige inspectie afneemt en de detectie van defecten verbetert. Het resultaat? Lagere kosten, een hogere doorvoer en een betere kwaliteit. AI-gebaseerde AOI heeft indrukwekkende efficiëntieverbeteringen tot wel 90% laten zien.

Een snelle feedbackloop voor modeltraining ter plaatse leidt tot real-time optimalisatie. Met behulp van een container gebaseerde softwarearchitectuur implementeert Advantech snel verbeterde modellen. Apparaat beheer via DeviceOn ondersteunt de proactieve detectie van problemen zoals lensvervuiling. Machine learning ter plaatse verbetert ook de dataprivacy en biedt volledige controle over productiedata.

Complete edge AI-inferentieoplossingen

Voor robotontwikkelaars die op zoek zijn naar uitgebreide edge AI-oplossingen die hardware en software integreren, is het belangrijk om een leverancier te vinden die samenwerkt met gevestigde namen in de sector, zoals Qualcomm, Intel, AMD, NVIDIA en anderen. Het hardware aanbod moet het volgende omvatten: AI-acceleratiemodules; AI op modules, boards en edge-systemen; en edge AI-serverboards en -systemen.

Zoek voor de software een expert in AI-ontwikkeltools voor de verschillende fasen van AI-implementatie, zoals voor AI-modelontwikkeling, AI-ontwikkelomgeving en implementatie en inferentie van modellen.

Design-in services

De beschikbaarheid van bewezen design-in services is ook cruciaal voor de succesvolle ontwikkeling van een efficiënt robotsysteem door optimaal energiebeheer en thermisch ontwerp. Professionele design-in services zorgen bovendien voor betere certificering en beveiliging om compliance en gegevensbescherming te garanderen. Bovendien ondersteunt het de integratie van robotrandapparatuur zoals camerasystemen in vision-AI-toepassingen.

Het ontwikkelen van een robot zoals een AMR voor inspectiedoeleinden verlangt collectieve knowhow. Dit vereist doorgaans expertise op gebieden zoals navigatie, training in objectdetectie, taakuitvoering, energiebeheer en sensorintegratie. De Advantech AFE-R-serie en partneroplossingen zijn exclusief ontworpen voor autonome robots. De serie is voorzien van speciale I/O, MIPI/GMSL-camera's, TVS/ESD-beveiliging, ROS-hulpprogramma's, vloot- en containerbeheer en meer, waardoor de AMR-controller kan worden omgevormd tot een stabiel, I/O-geoptimaliseerd en compact ontwerp.

Naast inspectie-AMR's heeft Advantech design-in gebruiksscenario's voor veel soorten robots, waaronder collaboratieve robots (cobots) die versnelde AI-analyse bieden, patrouillerobots, schoonmaakrobots, industriële robotarmen, manipulatierobots en nog veel meer.

Kies verstandig

Naarmate AI zich verder ontwikkelt, kan het selecteren van de juiste hardware- en softwareoplossingen een uitdaging zijn voor robotontwikkelaars. Technologieleveranciers op dit gebied zouden de implementatie van AI moeten kunnen vereenvoudigen door middel van end-to-end ondersteuning, waarbij AI-architecten en applicatie-engineers robotbouwers begeleiden bij het kiezen van optimale oplossingen die de integratie soepel laten verlopen.

De Robotics Design & Manufacturing Services Group van Advantech is gespecialiseerd in intelligente roboticasystemen die zijn afgestemd op specifieke klantvereisten. Het team faciliteert productontwikkelingsdiensten, van ontwerp tot productie en onderhoud, en zorgt ervoor dat producten voldoen aan strenge normen en voldoen aan de uitdagende eisen van eindgebruikers.