Robotica Submarina__Sistemas Aplicaciones y Tendencias de Actualidad

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1Dr. Danilo A. Navarro G I Congreso de Ingeniería Electrica – Puerto La Cruz, Junio de 2011

Robótica SubmarinaSistemas, Aplicaciones y Tendencias de Actualidad

Prof. Danilo NavarroUniversidad de OrienteDepartamento Ingeniería Elé[email protected]


Origen etimológico RobotLa palabra robot proviene del checo robota (labor, trabajo) y

robotnik (trabajador).

Fue introducida por el escritor Karel Kapek en

la obra R.U.R. (Rossum’s Universal

Robots), en 1921.

Se hacia una semblanza a hombres que trabajaban el doble de la jornada

normal.


Leyes de la robótica

1950: I robot, Libro de ciencia ficción escrito por Isacc Asimov.

Isaac Asimov

Las tres leyes de la robótica:

1. Un robot no debe dañar a un ser humano o, por su inacción, dejar que un ser humano sufra daño.

2. Un robot debe obedecer las órdenes que le son dadas por un ser humano, excepto si estas órdenes entran en conflicto con la Primera Ley.

3. Un robot debe proteger su propia existencia, hasta donde esta protección no entre en conflicto con la Primera o la Segunda Ley.


¿Por qué la Robótica Submarina?

Porque el 71% del área de la tierra está cubierta por los océanos, y esto atrae poderosamente la atención en relación con el aprovechamiento de los recursos que estos ofrecen.


¿Por qué la Robótica Submarina?

El uso de la robótica submarina se hace cada vez mas patente en tareas científicas y militares.

Búsquedas de minas explosivas, mapeado del suelo oceánico, localización de obstáculos y barcos hundidos, arqueología marina.

Jacques Cousteau (1910 – 1997). diseño el Platillo de Buceo en 1959, un sumergible redondo, altamente maniobrable y capaz de sumergirse a 350 metros con dos personas a bordo.


Vehículo Submarino: Algo de historia

En 1531, Guglielmo de Lorenaalcanzó en dos oportunidades los restos de una galera hundida usando una campana de buceo.

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En 1776, David Brushnellinventó “La Tortuga”, el primer submarino para atacar barcos de superficie.



Auguste PiccardEn 1953 logróuna profundidad de 3.150 metros.

En 1960, Jacques Piccard alcanzó la máxima profundidad marina (10.911 mt) en un batiscafodenominado "Trieste" diseñado y construido por su padre Auguste Piccard. Lo acompaño el estadounidense Donald Walsh


Robótica Submarina: ¿AUV o ROV?

AUV:Autonomous Underwater Vehicle

ROV:Remotely Operated Vehicle

AMBOS SON VEHÍCULOS NO TRIPULADOS


Robótica Submarina: ¿AUV o ROV?

Remotely Opereated Vehicle (ROV)Autonomous underwaterVehicle (AUV)


1era aproximación de un AUV Autonomous

Underwater Vehicle

Robert Whitehead(1823 - 1905). Ingeniero británico, inventor de los modernos torpedos utilizados por la marina de guerra.

En 1860, Whitehead desarrolló el primer prototipo de torpedo autónomo, equipado con accionamiento independiente y cargado con material explosivo


1er Vehículo Submarino Autónomo

La necesidad de obtener datos oceanográficos(conductividad y temperatura) a lo largo de líneas isobaricas bajo el hielo, fue la motivación para que Stan Murphy, Bob Francois, y Terry Ewartdel laboratorio de Física Aplicada de la Universidad de Washintong, desarrollaran al final de los 50s el primer AUV: El SPURV – Self Propelled Underwater Research Vehicles.

El SPURV I fue controlado desde la superficie mediante señales acusticas.

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2do Vehículo Submarino Autónomo

Fabricado en Francia en 1980, EPAULARD fue el primer sumergible completamente autónomo capaz de explorar el fondo hasta 6000 m con autonomía de varias horas. Fue concebido para la exploración fotográfica y batimétrica del fondo submarino. Navega a altitud constante sobre el fondo, piloteado por mando acústico. Un propulsor vertical le permite sobrepasar obstáculos


3er Vehículo Submarino Autónomo

El AUSS – Advanced Unmanned Search System comenzaron a desarrollarlo en 1973 en respuesta al hundimiento del USS Thresher, el USS Scorpion y la bomba termonuclear B28 desaparecida en la playa de Palomares en España. No fue sino hasta 1983 cuando fue puesto en operación. Pesaba 907 Kg, se podía sumergir hasta 6000 mts y tenía un sistema de comunicaciones acústicas que le permitía transmitir imágenes a través del agua.


Otros AUVs de principios de los 90s

El Sea Grant AUV lab del MIT – Massachusetts Institute ofTechnology, a principio de los 90s desarrolló 6 vehículos submarinos que bautizó como Odyssey. Con peso de 160 Kg, este robot puede operar a 1.5 m/s durante 6 horas, y puede sumergirsehasta 6 Km. Ha realizado misiones desde 1994.



El ABE - Autonomous Benthic Explorer de WHOI (Woods HoleOceanographic Institution) completó su primera misión en 1994. con un peso de 680 Kg, se puede desplazar a 0.75 m/s durante 34 horas y puede sumergirse a profundidades hasta de 5 Km. Posee 6 hélices que le otorgan excelente maniobrabilidad en las 3 coordenadas espaciales.



El REMUS - Remote Environment Monitoring UnitS también fue desarrollado por WHOI para fines científicos. El AUV pesa 36 Kgy puede operar hasta 20 horas a una velocidad de 1.5 m/s.

Localización (Abril, 2011) a casi 4000 mts de profundidad, restos y las cajas negras del vuelo Río - Paris AF447 de Air France, siniestrado el 1 de Junio de 2009.



El Autosub desarrollado por National OceanographyCentre, Southampton, UK; es un AUV de gran alcance y navegación profunda que posee una variedad de sensores físicos, biológicos y químicos.

Esta especialmente diseñado para investigaciones científicas. Su primera misión la completo con éxito en el 1998.

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Resumen de AUVs en los 90s


Resumen de AUVs en los 90s


¿Cómo son los AUV?


Sensores de uso típicoCompás Magnético

Giroscopio

Giroscopio de fibra óptica

Unidades de navegación inercial

Sensor de velocidad Doppler

Sensores de presión

Sistema de localización basado en estación base


Sensores de uso típico

Sidescan sonar (Klein 2000)

Wireless Ethernet

Data Radio

GPS

Acoustic Modem

Recovery Flash/VHF

Emergency Transponder

Multibeam Echosounder(Reson 8125)

Sub-bottom Profiler (Geochirp)

INSLBL (Sonardyne)


Requerimientos para diseñar AUVs - ROVs

Modelado hidrodinámico y de arquitectura naval

Posicionamiento

Control de movimiento

Control o planificación de la misión

Arquitectura de Software y Hardware

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Tipos de sistemas

Remotely Operated Vehicle (ROV):

Intervention Autonomous Underwater Vehicle (IAUV):

Autonomous Underwater Vehicle (AUV):

Autonomous Surface Craft (ASC):

Glider Systems

Biologically Inspired Systems


Utilización de Vehículos Submarinos

Estudios del fondo marino: geología, biología marina, y costas (batimetría).

Recursos pesqueros: Seguimientos, estadísticas, etc.

Medioambiente marino y sostenibilidad: Análisis de calidadde aguas, ecosistemas, etc.

Prevención de contaminación y monitoreo en accidentes: Derrames de petróleo


Grupos de usos de los AUVs o ROVs

La industria: Gas y petróleo, Minería oceánica, telecomunicaciones.

La armada: • Incursiones de reconocimiento e investigación• Contra medidas contra minas• Guerra anti-submarinos• Inspección e identificación• Oceanografia• Nodos de comunicación para la navegación• Entrega de suministros• Operaciones de inteligencia• Time Critical Strike.


Grupos de usos de los AUVs o ROVs

Protección civil: • Resguardo y seguridad de puertos• Apoyo a las leyes• Protección del ambiente• Investigación en el Ártico• Recuperación de cajas negras

Investigación científica:• Manejo de arrecifes• Mapeado de reserva de biodiversidad• Manejo de recursos hidricos.



En Puertos: Inspección de la estructura de muelles y de cascos de barcos. Otros estudios de navegabilidad, profundidad, obstáculos, etc. 1 m



Inspección de estructuras sumergidas: Oleoductos, barcoshundidos, emisarios, cables submarinos, etc.

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Vs






Colocación Cables Submarinos


Resguardando Cables submarinos: Tradicional Vs

Robotizado


Resguardando Cables submarinos: Tradicional Vs

Robotizado

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Seguimiento de tuberías sumergidas

El seguimiento de tuberías, oleoductos y cables en el lecho marino con propósitos de mantenimiento se hace hoy en día con Vehículos Operados Remotamente (ROV)

Una expedición con ROV es cara y los datos son de mediana calidad debido a problemas de navegación.



Un derrame significativo de petróleo se esparció por el lago de Maracaibo en Venezuela. Se cree que la causa fue la ruptura de un oleoducto bajo el agua.



Las Las herramientasherramientas: : sensoressensores

•• Side Scan Side Scan SONARSONAR •• EchosounderEchosounder •• SubSub--Bottom Bottom

ProfilerProfiler

•• MagnerticMagnertic sensorsensor



SideSide ScanScan SONARSONAR

Imagen Imagen BatimetricaBatimetrica tuberiatuberia



Echo Echo soundersounder



SubSub--BottomBottom ProfilerProfiler

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Una solución al seguimiento de tuberías y cables sumergidos

Un Proyecto Europeo para construir un Vehículo Submarino Autónomo (AUV) que permita adquirir datos de mejor calidad y en modo más económicoAUTOTRACKER GDR1-2000-25150

GeosubGeosub SUBSEA7SUBSEA7



Participantes (socios) del Proyecto

Universidades:–Universidad Heriot-Watt, Escocia–Universidad Técnica Nacional de Atenas, Grecia–Universidad de las Islas Baleares, España

Empresas–British Petroleum, Inglaterra–ASN-Alcatel, Francia–Seas, Dinamarca–Innovatum, Inglaterra–Maridan, Dinamarca y Subsea-7, Escocia



ObjetivosDesarrollar un sistema AUV capaz de:

1. Seguir su posición a partir de coordenadas iniciales y sensores inerciales.

2. Realizar una búsqueda en zigzag de la tubería3. Detectarla mediante sensores magnéticos y acústicos4. Seguir la estructura en forma automática5. Reubicarla en caso de perderla6. Evitar obstáculos en el camino7. Navegar a baja altitud (5-2 m. sobre el lecho marino)8. Navegar a Alta velocidad (aprox. 3 m/s.)9. Autonomía significativa (cientos de km.)



Documental de la BritishPetroleum, Noviembre 2004. (inglés)

Resultados


Iniciativas desde Venezuela



InspecciInspeccióón autn autóónoma de Oleoductos, Gasoductos, noma de Oleoductos, Gasoductos, Emisarios y Cables submarinosEmisarios y Cables submarinos

Objetivos• Modular• Bajo coste• Usado como plataforma de pruebas • Baja profundidad• Integrado con un simulador de navegación del mismo

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Iniciativas desde Venezuela PI

C 1

8F45

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RS232-I2CINTERFACE

RS232-I2CINTERFACE

GPS

MBE Sonar

PWMMotor

Controller

I2C bus

M

M

PWM

PWM

Left Propeller

Right Propeller

LINUXCPU

N

SE W

Compas

RS 232

RS 232

RS 232

Accelerom.PWM

RS232-I2CINTERFACE

OAS Sonar

Autohelm ST30

Magellan GPS

ADXL 202

CMPS03

Motores 12V DC

TritechSeaKingSONAR

Radiomodem

RS 232



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