Aplicaciones de los sistemas de radiofrecuencia y posicionamiento en la seguridad industrial

Abstract

Esta tesis doctoral se centra en el estudio de los sistemas de radiofrecuencia y su aplicación en la prevención y limitación de riesgos para los trabajadores. En el ámbito industrial, es bien conocida la problemática de los accidentes laborales, y reducir su probabilidad o minimizar sus consecuencias es un aspecto clave. La radiofrecuencia puede aportar soluciones donde el uso de otras tecnologías no es factible. Existen limitaciones en los actuales sistemas de seguridad que hacen que, para ciertas situaciones con maquinaria peligrosa involucrada, no se pueda producir una alarma o paro automático cuando se presenta una situación de riesgo para el operario, teniendo éste que intervenir para realizar la parada de emergencia, y en ocasiones cuando una lesión grave se ha producido. En trabajos con maquinaria, la detección automática de un operario o una parte de su cuerpo en zonas de peligro reduce indudablemente la posibilidad de accidente, por ejemplo mediante la activación de alarmas o un paro de emergencia. Del mismo modo, el conocimiento de la posición de los trabajadores puede ser extremadamente útil. La implementación de un sistema de localización en espacios cerrados u otro tipo de entornos industriales puede minimizar ciertos riesgos y reducir el tiempo de rescate en caso de accidente. El estudio de dispositivos basados en radio, las redes de sensores inalámbricos (WSNs) y los algoritmos de localización cooperativa pueden contribuir a mejorar los niveles de seguridad en situaciones similares a las mencionadas. La seguridad del trabajador se debe garantizar tanto como sea posible. En base a esta finalidad, en esta tesis se realizan principalmente tres contribuciones. En la primera, se desarrolla un prototipo basado en identificación por radiofrecuencia (RFID) cuyo principal objetivo es el de aportar capacidades de seguridad en aquellas situaciones donde dispositivos estándares no son aplicables o prácticos. Dicho prototipo se ha diseñado para producir un paro de emergencia ante la detección de una situación de riesgo, como la introducción de la mano de un operario en una zona de peligro. Se establece también una metodología para el diseño, sintonización y acople en maquinaria de antenas de acoplamiento inductivo. En la segunda contribución se diseña una configuración basada en robot para caracterizar dispositivos de seguridad basados en radiofrecuencia, diseñados para mejorar la seguridad en zonas de peligro de un tamaño relativamente pequeño, como puede ser la de una prensa hidráulica. Se evalúa el...

This PhD thesis is primarily focused on the investigation of radio frequency systems for improving worker safety. Reducing the risks of possible accidents/incidents is a key goal. Radio frequency technology can enable new and innovative solutions where the use of other technologies is infeasible. There exists a variety of situations, especially when potentially hazardous machinery is involved, in which a worker must participate in the activation of an emergency stop, and the stop is often activated after a serious injury has occurred. Where dangerous machinery is involved, the likelihood of accident is greatly reduced by systems that can automatically detect the entry of workers or body parts into critical areas. In the same way, accurately estimating the position of workers can be extremely useful. The implementation of a localization system in underground operations or other industrial environments can minimize certain risks and reduce the rescue time in case of accident. The study of radio-based devices, wireless sensor networks (WSNs) and cooperative localization algorithms can help to improve the safety levels in the aforementioned situations. To this end, this thesis makes three main contributions. Firstly, an RFID (Radio Frequency Identification) prototype providing industrial security features is developed. The main objective of the prototype is to prevent or reduce accidents by sending a stop signal to a machine when a worker’s wrist, bearing an RFID tag, gets too close to the dangerous area. A methodology for the design and tuning of inductive coupling antennas is also described, considering their embedding in machinery. Secondly, a robotic experimental setup is proposed to test the performance of safety devices based on radio frequency technology. The setup specifically tests devices designed for improving safety in dangerous areas of small size, such as those surrounding power press brakes. As an example, the RFID prototype is tested. Furthermore, a matrix approach is proposed for analyzing the robustness of safety devices that are designed to automatically prevent a worker entering in dangerous areas. This approach allows distinguishing different entry point within a dangerous area, allowing for the collection of independent statistics for each entry point. Finally, an interactive application, named wsnLocalize, has been designed for the simulation and evaluation of cooperative localization algorithms. The tool is intended to compare and evaluate such methods,...