airsub: aplicaciones industriales de los robots...

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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 rejas y estado del paramento:• Mosaicos• Georeferencfiación





UTM x,y,z

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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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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


Aspecto tras 30 años desde su instalaciónAspecto tras 30 años desde su instalación

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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


EjemploEjemplo

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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,…)


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


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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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


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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


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




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: Inspección de CablesArquitectura de control







: Inspección de CablesSimulador: NemoCAT

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



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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• Laboratorio de Ingeniería Marítima– Canal de pruebas hidrodinámicas de 100 x 3 x 5

metros.


• 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.



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