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AIRSUB: Aplicaciones Industriales de los Robots Submarinos
AIRSUB: Aplicaciones Industriales de los Robots Submarinos
P.Ridao, G.Oliver, A. Montferrer
[email protected]://eia.udg.es/~pere/airsub
P.Ridao, G.Oliver, A. Montferrer
[email protected]://eia.udg.es/~pere/airsub
Aplicaciones Robots InvestigaciónRobot Autónomo Para La Inspección De Presas
Guiado Y Posicionado De Un AUV Para Inspección De Cables Y Emisarios Submarinos
Inspección De Puertos Con Un ROV
Inspección de:• Paramento• Rejas• Galerías
Inspección de:• Cables• Tuberías• emisarios
Inspección de:• Muelles y Cimentación
• Control Robusto adaptativo• Navegación• Guiado• Control de Misión
•Procesamiento de imágenes submarinas• Fusión sensorial y Geo-referenciación
• Simulación HIL• Modelos de mundo• Experimentación remota
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Robot Autónomo Para La Inspección De Presas
Robot Autónomo Para La Inspección De Presas
P.Ridao, M.Carreras, J.Batlle{pere,mcarreras,jbatlle}@eia.udg.es
P.Ridao, M.Carreras, J.Batlle{pere,mcarreras,jbatlle}@eia.udg.es
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: Inspección de PresasLíneas de Investigación
Aplicación: Inspección de paramento, rejas y galeríasAplicación: Inspección de paramento, rejas y galerías
Prototipos: GARBIAUV, URISPrototipos: GARBIAUV, URIS
Arquitectura Software TR y Simuladores HILArquitectura Software TR y Simuladores HIL
Arquitectura de Control HíbridasArquitectura de Control Híbridas
Sistemas avanzados de Visión: MosaicosSistemas avanzados de Visión: Mosaicos
: Inspección de PresasAplicación: Inspección de paramento, rejas y galerías
Fig. 1 Rejas de protección de la entrada a la galería (Pasteral - Girona)
• Residuos vegetales obstruyen las rejas:• Disminución en la potencia generada• Deben planificarse operaciones de limpieza
• Residuos vegetales obstruyen las rejas:• Disminución en la potencia generada• Deben planificarse operaciones de limpieza
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: Inspección de PresasAplicación: Inspección de paramento, rejas y galerías
• Inspección de rejas y estado del paramento:• Mosaicos• Georeferencfiación
• Inspección de rejas y estado del paramento:• Mosaicos• Georeferencfiación
: Inspección de PresasAplicación: Inspección de paramento, rejas y galerías
• Inspección de rejas y estado del paramento:• Mosaicos• Georeferencfiación
• Inspección de rejas y estado del paramento:• Mosaicos• Georeferencfiación
UTM x,y,z
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: Inspección de PresasAplicación: Inspección de paramento, rejas y galerías
Sonar panorámico
DVLCamara pan & tilt
Chimenea de equilibrio
• Estudio del origen de pequeños desprendimientos• Descenso por la chimenea de equilibrio• Inspección de la galería de presión
• Estudio del origen de pequeños desprendimientos• Descenso por la chimenea de equilibrio• Inspección de la galería de presión
: Inspección de PresasPrototipos: GARBIAUV, URIS
Dimensiones: 1 x 1 x 0,5 [m] diameterPes: 170 [kg] Umbilical: EthernetAny de construcción: 2005 DOF: 4 (surge, sway, heave, Yaw) Hw: PC104 486, PIII-Mini-ITXSO: GNU/Linux RTAI
ACE/TAO CORBA-RTSensors: Sontek ARGONAUT DVL
Miniking Imaging Sonar.DGPSThruster Tacos
Autonomía: ~ 5 h.
Dimensiones: 1 x 1 x 0,5 [m] diameterPes: 170 [kg] Umbilical: EthernetAny de construcción: 2005 DOF: 4 (surge, sway, heave, Yaw) Hw: PC104 486, PIII-Mini-ITXSO: GNU/Linux RTAI
ACE/TAO CORBA-RTSensors: Sontek ARGONAUT DVL
Miniking Imaging Sonar.DGPSThruster Tacos
Autonomía: ~ 5 h.
ImagingSonar
DVL EstaciónRemota
USBLDGPS Càmara2 PCs
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: Inspección de PresasPrototipos: GARBIAUV, URIS
: Inspección de PresasPrototipos: GARBIAUV, URIS
Dimensions: 35 [cm] diameterDry weight: 35 [kg]Umbilical: Ethernet, power, videoyear of construction: 2001DOF: 3 (surge, heave, Yaw)
hw: PC104, 486+P300OS: GNU Linux / RTAI
Sensors: IMU Xsens MT9pressure2 video camerasDGPSSonar altimeterForward sonarThruster Tacos
Dimensions: 35 [cm] diameterDry weight: 35 [kg]Umbilical: Ethernet, power, videoyear of construction: 2001DOF: 3 (surge, heave, Yaw)
hw: PC104, 486+P300OS: GNU Linux / RTAI
Sensors: IMU Xsens MT9pressure2 video camerasDGPSSonar altimeterForward sonarThruster Tacos
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: Inspección de PresasSIMULADOR NEPTUNE PARA MULTIPLES AUVs
Simulación HIL Ejecución RealSimulación HIL Ejecución Real
: Inspección de PresasARQUITECTURA DE CONTROL HÍBRIDA
XY
Z
X1
X2
Z1
Z2
SONQL-Behavior 1
SONQL-Behavior 2
Behavior 4STIMULUS
Behavior 3
LOWLOW--LEVELLEVEL
CONTROLCONTROL
BEH
AVI
OR
BEH
AVIO
R -- B
ASED
LA
YER
BAS
ED L
AYE
RD
ELIB
ERA
TIV
ED
ELIB
ERA
TIV
ELA
YER
LAYE
R
PERCEPTIONPERCEPTION
TASKTASKPLANNERPLANNER
HIG
HHI
GH
-- LEV
EL C
ONT
RO
LLLE
RLE
VEL
CONT
RO
LLLE
R
HYBRID COORDINATOR
n1D
ND
n2
D
ND
n3D
ND
HYBRID COORDINATOR
n1D
n1D
ND
n2
D
n2
D
ND
n3D
n3D
ND
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: Inspección de PresasArquitectura Software Distribuida y Orientada a Objeto
• Kernel 2.6 de GNU/Linux.• Patch per temps real de RTAI.• CORBA-RT ACE/TAO.• Disseny UML amb Posseidon.
Umbilical
Uso exhaustivo de los StandardsUso exhaustivo de los Standards
CDVLLoggerCDGPSLoggerCPIDVelocityControllerLoggerCCoordinatorLoggerCWaterDetectorLoggerCDVLCDGPSCWaterDetectorCTeleoperationCPIDVelocityControllerCCoordinator
CDVLLoggerCDGPSLoggerCPIDVelocityControllerLoggerCCoordinatorLoggerCWaterDetectorLoggerCDVLCDGPSCWaterDetectorCTeleoperationCPIDVelocityControllerCCoordinator
CISLoggerCISCISLoggerCIS
NamingServiceCLinuxJoystickNamingServiceCLinuxJoystick
: Inspección de PresasSistemas Avanzados de Visión: Mosaicos
Cluj – RumaniaNov. 2002
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Guiado y Posicionado de un AUV para Inspección de Cables y
Emisarios Submarinos
Guiado y Posicionado de un AUV para Inspección de Cables y
Emisarios SubmarinosGabriel Oliver, Alberto Ortiz, Javier Antich{goliver, alberto.ortiz, javi.antich}@uib.esGabriel Oliver, Alberto Ortiz, Javier Antich{goliver, alberto.ortiz, javi.antich}@uib.es
: Inspección de CablesLíneas de Investigación
Aplicación: Detección y localización de defectos encables y tuberíasAplicación: Detección y localización de defectos encables y tuberías
Prototipos de AUV: RAO-I, RAO-IIPrototipos de AUV: RAO-I, RAO-II
Arquitectura de ControlArquitectura de Control
Simulación realista: NemoCATSimulación realista: NemoCAT
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: Inspección de CablesAplicación: Detección y localización de defectos
Mallorca
Menorca
Eivissa
FormenteraCables de energía eléctrica instaladosGasoductos y cables proyectados
42 Km
92 Km
12 Km
MotivaciónMotivación
: Inspección de CablesAplicación: Detección y localización de defectos
Aspecto tras 30 años desde su instalaciónAspecto tras 30 años desde su instalación
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: Inspección de CablesAplicación: Detección y localización de defectos
Trabajo previo: detección y seguimiento visual de cables submarinos en tiempo real y con tasas del 95% de aciertos
Trabajo previo: detección y seguimiento visual de cables submarinos en tiempo real y con tasas del 95% de aciertos
: Inspección de CablesAplicación: Detección y localización de defectos
EjemploEjemplo
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: Inspección de CablesAplicación: Detección y localización de defectos
Plan de trabajo en el proyecto AIRSUB
Mejora de la tasa de aciertos mediante nuevos algoritmos de visión por computador
Adaptación del sistema de seguimiento al guiado automático de un vehículo real
Detección de defectos y situaciones anómalas
Estudio y adaptación a otras instalaciones (gas/oleoductos, emisarios,…)
Plan de trabajo en el proyecto AIRSUB
Mejora de la tasa de aciertos mediante nuevos algoritmos de visión por computador
Adaptación del sistema de seguimiento al guiado automático de un vehículo real
Detección de defectos y situaciones anómalas
Estudio y adaptación a otras instalaciones (gas/oleoductos, emisarios,…)
: Inspección de CablesAplicación: Detección y localización de defectos
Defectos y situaciones anómalasDefectos y situaciones anómalas
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: Inspección de CablesPrototipos de AUV: RAO-I y RAO-II
RAO-IDimensiones: 17 cm ∅ × 95 cm y 15 kgMateriales: PVC, fibra de vidrio y acero inoxidablePropulsión: 4 x motores DC (2V + 2H)Sensores: presión, eco batimétrico, brújula y cámaraCoste aproximado: 2500 €Microcontrolador: MSC51Radiomódem
RAO-IDimensiones: 17 cm ∅ × 95 cm y 15 kgMateriales: PVC, fibra de vidrio y acero inoxidablePropulsión: 4 x motores DC (2V + 2H)Sensores: presión, eco batimétrico, brújula y cámaraCoste aproximado: 2500 €Microcontrolador: MSC51Radiomódem
: Inspección de CablesPrototipos de AUV: RAO-I y RAO-II
Base mecánica para el nuevo RAO-IISeaLion: ROV de bajo coste de JWFishers
Soporte motorizado para cámara de videoCable umbilical (75 m)Sistema de iluminación halógena de 400WPatines de estabilización y lastrado
Base mecánica para el nuevo RAO-IISeaLion: ROV de bajo coste de JWFishers
Soporte motorizado para cámara de videoCable umbilical (75 m)Sistema de iluminación halógena de 400WPatines de estabilización y lastrado
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: Inspección de CablesPrototipos de AUV: RAO-I y RAO-II
DimensionesAlto 38.1 cm.Ancho 55.8 cm.Longitud 116.8 cm.
Peso aproximado 57 Kg.Volumen aproximado 60 l.Velocidad máxima 3.5 nudosTolerancia a corrientes 3 mphProfundidad máxima 150 mDomos de cristal a popa y proaSiete compartimentos estancos
Cilindro principal4 motores popa2 motores proaDetectores de inundación en cada uno
DimensionesAlto 38.1 cm.Ancho 55.8 cm.Longitud 116.8 cm.
Peso aproximado 57 Kg.Volumen aproximado 60 l.Velocidad máxima 3.5 nudosTolerancia a corrientes 3 mphProfundidad máxima 150 mDomos de cristal a popa y proaSiete compartimentos estancos
Cilindro principal4 motores popa2 motores proaDetectores de inundación en cada uno
: Inspección de CablesPrototipos de AUV: RAO-I y RAO-II
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: Inspección de CablesPrototipos de AUV: RAO-I y RAO-II
Tareas programadas sobre el RAO-IIEstudio y caracterización de los propulsoresModelización hidrodinàmicaSubstitución de la electrónicaModificación de la luminariaAdición de baterías
Tareas programadas sobre el RAO-IIEstudio y caracterización de los propulsoresModelización hidrodinàmicaSubstitución de la electrónicaModificación de la luminariaAdición de baterías
: Inspección de CablesPrototipos de AUV: RAO-I y RAO-II
μCs
PC-104PentiumGNU/Linux
Wi-FiPose & Placement SystemGPS, compass, tilt, INS, ...
Surge, dive andheading control
Self DiagnosticSensors SONAR
System
Video Camera
IxR servoamplifiers
Propellers
U/W Acoustic link
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: Inspección de CablesArquitectura de controlSUPERVISOR
KEEP DISTANCE TO SEABED
GO HOME
AVOID THE PAST
AVOID OBSTACLES
STAY ON REGION
SWEEP AREA
CABLE TRACKING
SUM &
NORMALIZATION
LOW-LEVEL
CONTROLLERCable detection and tracking
Vis
ion
subs
yste
m
MOTOR SCHEMAS
SENSOR UNITS
LBL
COMPASS
SONARS
CAMERA
A Genetic Algorithmtunes the behaviour gains
AUV
: Inspección de CablesArquitectura de control
Tareas previstas• Definición y prueba de nuevos comportamientos y
mecanismos de coordinación• Nuevas estrategias de navegación: Random T2
• Ejecución sobre vehículos reales en entornos abiertos
Tareas previstas• Definición y prueba de nuevos comportamientos y
mecanismos de coordinación• Nuevas estrategias de navegación: Random T2
• Ejecución sobre vehículos reales en entornos abiertos
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: Inspección de CablesArquitectura de control
Tareas previstas• Definición y prueba de nuevos comportamientos y
mecanismos de coordinación• Nuevas estrategias de navegación: Random T2
• Ejecución sobre vehículos reales en entornos abiertos
Tareas previstas• Definición y prueba de nuevos comportamientos y
mecanismos de coordinación• Nuevas estrategias de navegación: Random T2
• Ejecución sobre vehículos reales en entornos abiertos
: Inspección de CablesSimulador: NemoCAT
Tareas previstasIntroducción del modelo hidrodinámico de RAO-IIAdaptación para simulación HILAdición de nuevos sensores de navegación (INS, DVL, …)
Tareas previstasIntroducción del modelo hidrodinámico de RAO-IIAdaptación para simulación HILAdición de nuevos sensores de navegación (INS, DVL, …)
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: Inspección de CablesSimulador: NemoCAT
Tareas previstasIntroducción del modelo hidrodinámico de RAO-IIAdaptación para simulación HILAdición de nuevos sensores de navegación (INS, DVL, …)
Tareas previstasIntroducción del modelo hidrodinámico de RAO-IIAdaptación para simulación HILAdición de nuevos sensores de navegación (INS, DVL, …)
Inspección de Puertos con un ROV
Inspección de Puertos con un ROV
Alexandre Monferrer, Santiago Ordàs y Eduard [email protected]
Alexandre Monferrer, Santiago Ordàs y Eduard [email protected]
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Introducción
• Antecedentes– Inspecciones de cascos de buques y muelles
• VideoRay tiene un ROV con cordón umbilical• BM underwater (Grecia)• Underwater Resources Inc (USA• Nova RAy Inc (USA)• Sub-atlantic LTD (Gran Bretaña)• Marine Tecnology Society (USA) –
Universidad de Florida .
OBJETIVOS
• Inspección de un puerto con un ROV– Inspección de muelles
• Paredes• Cimentaciones
– Pantalanes• Plataformas flotantes• Anclajes
– Diques• Estructura.
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SISTEMAS
Adquisición de imágenesGeoreferenciación de imágenesCreación del mosaico de la imagen a inspeccionarSistema mosaicking de la imagen de Galadriel del laboratorio de la Universidad de Girona.
SISTEMAS
Tratamiento de imágenes submarinas con técnicas difusasDeterminación de la degradación y detección de fallas.
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PROYECTOS PREVIOS
Equipo investigador en robótica submarina de la UPC
Pruebas de inspección de la pared del muelle
NT2 de la FBN del puerto de BarcelonaPruebas de inspección de la pared del muelle
Puerto de Sant Feliu de Guíxols.
PROYECTOS PREVIOSEquipo investigador en robótica submarina de la UPC
Pruebas de inspección de los pilares del pantalan
Puerto de Mataro
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PROYECTOS PREVIOS
Necesidad de posicionar en 3D el ROVNecesidad de una cartografía real digitalizada 3D del portulano.
ANÁLISIS DE LA PROBLEMÁTICAReuniones con el presidente y jefes de las áreas de conservación y mantenimiento del Puerto de Barcelona
Análisis de las necesidades de inspección del puerto donde la utilización de la robótica submarina pueda contribuir de manera notable.
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ANÁLISIS DE LA PROBLEMÁTICADegradación de las paredes y cimientos de los muelles
Erosión del agua al chocar contra el muelle, impulsada por las hélices de los buques al atracar y desatracar
Necesidad de realizar inspecciones periódicas.
OPERATIVA ACTUALEl Puerto de Barcelona utiliza buzos profesionales equipados con cámaras submarinas para la inspección de sus instalaciones.
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LÍNEAS DE INVESTIGACIÓNAdquisición periódica de imágenes de toda la pared y cimientos del muelleGeoreferenciación de las imágenes en la cartografía digital 3D del portulano del Puerto de BarcelonaCreación del mosaico de la imagen.
– Segmentación de imágenes submarinas utilizando técnicas fuzzy
LÍNEAS DE INVESTIGACIÓNLÍNEAS DE INVESTIGACIÓN
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– Determinación de las anomalías, fallas y deterioramiento de las paredes y cimientos de los muelles.
LÍNEAS DE INVESTIGACIÓNLÍNEAS DE INVESTIGACIÓN
INFRAESTRUCTURAS Y EQUIPAMENTO EXISTENTE
– Robot submarino Garbí– Remolque – Unidad de control– Barco nodriza de 12 metros de eslora– Facultad de Náutica de Barcelona
Departamento de Ingeniería de Sistemas, Automática e Informática Industrial
• Instalaciones portuarias– Hangar (NT2)– Grúas– Embarcaderos– Lámina de agua.
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26
INFRAESTRUCTURAS Y EQUIPAMENTO EXISTENTE
• Laboratorio de Ingeniería Marítima– Canal de pruebas hidrodinámicas de 100 x 3 x 5
metros.
INFRAESTRUCTURAS Y EQUIPAMENTO EXISTENTE
• Autoridad Portuaria de Barcelona (EPO)– Instalaciones portuarias
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CONCLUSIONES• Robot submarino teleoperado (ROV),
dotado de cable umbilical– Energía se envia desde barco nodriza– Línea de transmisión de datos e imágenes de
alta capacidad– Dificultades de maniobrabilidad y alcance.
CONCLUSIONES• Navegación por estima paralela al muelle a
distintas profundidades– Captura de imágenes de las paredes y cimientos
del muelle– Georeferenciación de las imágenes en la
cartografía digital 3D del portulano – Creación del mosaico de la imagen para su
posterior procesamiento– Dificultades de iluminación y visibilidad.
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CONCLUSIONES• Procesado de las imágenes para determinar si
existen anomalías o fallas– Análisis de las imágenes submarinas de las paredes y
cimientos de los muelles del puerto, mediante técnicas difusas
– Efectuar el diagnóstico automático/semiautomàtico– Realización del proceso periódicamente, permitirá
comprobación del degradado de las paredes y cimientos– Diferentes visibilidades en cada proceso– Permitirá efectuar un mantenimiento más eficaz.
Inspección de Puertos con un ROV
Inspección de Puertos con un ROV