Smart ROVLATIS: Plataforma Flexible de Sondeo para Operaciones en Superficie y Submarinas

"Con la ayuda del hardware y software de National Instruments, el MMRRC ha desarrollado exitosamente un conjunto de tecnologías de usos múltiples para la integración de sistemas, pruebas e implementación de algoritmos de control avanzado para vehículos submarinos autónomos (UUVs)." - Edin Omerdic, University of Limerick

El Reto: Crear un vehículo operado de manera remota (ROV) sumergible capaz de soportar una serie de estudios incluyendo escaneo lateral, Sistema de Navegación Inercial (INS), Registro de Velocidad Doppler (DVL) y presión (profundidad) al incorporar actividades de escaneo submarino y de área extensa, así como características de sincronización automática y la habilidad de detectar y aislar fallas del propulsor mientras se trabaja en modo automático usando puntos de navegación.

La Solución: Usar un controlador NI CompactRIO en tiempo real con una variedad de módulos digitales y analógicos y el software NI LabVIEW para desarrollar un conjunto de tecnologías de uso múltiple para integración del sistema, pruebas e implementación de algoritmos de control avanzado para vehículos submarinos autónomos (UUVs). Autor(es): Edin Omerdic - University of Limerick Usamos técnicas de rápida generación de prototipos de control y hardware-in-the-loop (HIL), implementamos estas tecnologías durante las etapas de diseño y desarrollo del primer vehículo inteligente operado de manera remota (ROV LATIS) de fabricación irlandesa y validamos el rendimiento del sistema en entornos de simulación y del mundo real. LabVIEW (http://www.ni.com/labview/esa/) incrementó nuestra productividad por órdenes de magnitud. Las bibliotecas y controladores integrados para adquisición de datos, simulación, análisis de datos y presentación nos permitieron enfocarnos en resolver un problema real sin preocuparnos por los detalles como apuntadores y asignación de memoria. Los programas que pudieron tomar meses en escribirse usando lenguajes convencionales fueron desarrollados en horas y días. La configuración de HIL con CompactRIO (http://www.ni.com/compactrio/esa/) permitió la fácil integración con señales del mundo real. La calidad, estabilidad y rendimiento de nuestras aplicaciones finales fueron asistidas por la eficiencia del entorno de desarrollo de LabVIEW. También, el hardware y software de NI jugó un papel clave en el diseño y el desarrollo.

Arquitectura del Sistema El sistema ROV completo comprende dos componentes principales en el lado superficial que suministran voltaje y comunicaciones de control al ROV y componentes del lado húmedo incluyendo cinco frascos húmedos para alojar aspectos diferentes del sistema, ocho propulsores, cuatro cámaras, seis luces, sonda náutica, escaneo lateral, sonda de velocidad del sonido, sensores de evasión de obstáculos, INS y un conjunto de sensores auxiliares. Usamos cada frasco húmedo de manera diferente en el ROV y el frasco del impulsor para controlar los propulsores internos para el ROV desde el frasco de control, el cual contiene todo el equipo relacionado con control para procesar los datos de navegación. Además, el frasco umbilical aloja la señal y conectores de energía. Usamos CompactRIO como un controlador en tiempo real e interfaz de E/S con propulsores, luces y detectores de fuga. El frasco de potencia aloja las unidades de suministro de potencia DC, los convertidores Ethernet a fibra óptica y los convertidores RS232/485, los cuales controlan el movimiento de las cámaras internas. El frasco de inspección contiene un conjunto de sensores auxiliares incluyendo el DVL, sensor de profundidad, transmisor de punto de partida ultra-corto (USBL) y receptor GPS local para operaciones en la superficie.

Herramientas de Soporte para la Misión Usamos un conjunto de tecnologías de plataforma de uso múltiples (MPPT) para operaciones submarinas, incluyendo integración de equipo de sondeo, simulación de misión y planeación eficientes, entrenamiento de piloto de ROV, control tolerante a fallas de ROV, mejor ejecución de inspección en misión y análisis y reproducción fuera de línea de datos adquiridos. El anillo MPPT representa la doble naturaleza de las tecnologías de plataforma: los anillos interiores y exteriores pueden ser rotados y expandidos de manera independiente, indicando que cualquier tecnología o módulo puede ser intercambiado de manera transparente entre el entorno simulado y del mundo real. Esta dualidad de operación facilita la aplicación de control moderno, herramientas de modelado y simulación en el desarrollo de tecnología marina. Proporciona un marco para investigadores para desarrollar, implementar y probar algoritmos de control avanzados en un entorno virtual simulado bajo condiciones muy similares al entorno del mundo real. Los modelos en tiempo real de la dinámica del océano son muy útiles para el diseño, desarrollo, pruebas y validación de tecnología marina en simulación. Para adecuar estos modelos para simulación en tiempo real de la dinámica del océano, tenemos que lograr equilibrio entre la complejidad del modelo y las restricciones impuestas por los requerimientos de sincronización en tiempo real. Los modelos de olas y corrientes del océano implementadas en LabVIEW como parte del entorno de simulación dentro del anillo MPPT son suficientemente simples para cumplir con los requerimientos en tiempo real y suficientemente generales para describir la mayoría de los fenómenos de interés. El principal objetivo del módulo Mission Builder es transformar el objetivo de la misión al recolectar entradas del piloto y medir datos de navegación en la trayectoria del ROV deseada para formular el problema de planeación de trayectoria. Finalmente, el cluster de control de salida es combinado de manera opcional con el cluster de control de evasión de obstáculos para crear el cluster de control ganador, que tiene derechos exclusivos para controlar los actuadores.

Probar y Desplegar Realizamos pruebas de ultramar de la porción occidental de la costa Connemara de Irlanda en Febrero del 2009. El vehículo fue movilizado usando el barco RV Celtic Explorer. La expedición consistió en un día en el puerto Galway integrando y probando el ROV y sistemas de embarcación y seis días en el mar. Durante las pruebas, evaluamos todos los sistemas del ROV, demostramos interoperabilidad de sensores y realizamos extensos diagnósticos del vehículo. Además, realizamos identificación del sistema en el ROV y llevamos a cabo exitosamente la sintonización del controlador del vehículo. También realizamos una serie de misiones de sondeo pre-planeadas. Estas misiones fueron usadas para evaluar la operación del vehículo y el anillo MPPT. Control y visualización de realidad aumentada del ROV, el Adaptive Multisonar Controller y el uso de los sistemas de visión para navegación cerca del fondo del mar. Implementamos con LabVIEW el panel frontal de la aplicación que se ejecuta en CompactRIO. La visualización de realidad aumentada y de los límites de saturación de los propulsores son proporcionados por una aplicación de LabVIEW que se ejecuta en la PC de visualización. Oficialmente lanzamos ROVLATIS en Julio del 2009 y movilizamos el vehículo usando el Special Service Workboat Shannon I. Demostramos excelente rendimiento para control en una superficie y sumergido a través de una serie de maniobras complejas, incluyendo control completo de seis grados de libertad en casos con y sin fallas del propulsor, seguimiento de curso y velocidad precisos con control independiente de altitud y rumbo, sincronización automática de controladores de bajo nivel de movimiento y rumbo, posicionamiento dinámico preciso y una gran variedad de otras secuencias de control. Diseñamos ROVLATIS exitosamente para servir como la plataforma principal para probar nuevas tecnologías desarrolladas en el Centro de Investigación de Robótica Marina y Móvil. Usando hardware y software de NI, desarrollamos exitosamente un conjunto de tecnologías de usos múltiples para la integración de sistemas, pruebas e implementación de algoritmos de control avanzado para UUVs. Estas tecnologías han sido implementadas durante las etapas de diseño y desarrollo de nuestra novedosa plataforma de sondeo. Escogimos LabVIEW como la herramienta de desarrollo por el GUI versátil e intuitivo, facilidad de aprendizaje, flexibilidad, estabilidad, fácil conexión con señales del mundo real y otras aplicaciones, facilidad para compartir datos

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e intuitivo, facilidad de aprendizaje, flexibilidad, estabilidad, fácil conexión con señales del mundo real y otras aplicaciones, facilidad para compartir datos y portabilidad. Las variables compartidas, el soporte para FPGA, el módulo de simulación y soporte para ejecución automática de ciclos paralelos en procesadores multinúcleo fueron las características más importantes que ayudaron a desarrollar una plataforma de control innovadora y estable para nuestro ROV. Información del Autor: Edin Omerdic University of Limerick Irlanda Tel: 061 330316 [email protected] (mailto:[email protected])

Visualización de Realidad Aumentada: Mejor Percepción de la Situación Durante Inspecciones con la Sonda Náutica y Escaneo Lateral

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Editor de Corrientes del Océano: Propiedades del Grid

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Recuperación al Barco

Cabina de Control

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Parámetros de Entrada y Espectro de Onda (Dirección Media de 45°) Legal Este caso de estudio (este "caso de estudio") fue desarrollado por un cliente de National Instruments ("NI"). ESTE CASO DE ESTUDIO ES PROPORCIONADO "COMO ES" SIN GARANTÍA DE NINGUN TIPO Y SUJETO A CIERTAS RESTRICCIONES QUE SE EXPONEN EN LOS TÉRMINOS DE USO EN NI.COM.

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