kierowanych pojazdów podwodnych

Transkrypt

1 Systemy wspomagające obsługę zdalnie kierowanych pojazdów podwodnych Łukasz Józefowicz,

2 ROV, czyli zdalnie kierowane pojazdy podwodne Skrót ROV pochodzi z języka angielskiego (Remotely Operated Vehicle) i określa rodzaj zdalnie sterowanej bezzałogowej jednostki pływającej zdolnej do zanurzenia i przebywania pod powierzchnią wody. Tego typu pojazdy używane są do celów badawczych, naukowych, przemysłowych, a nawet militarnych.

3 Film pokazujący działanie pojazdu typu ROV:

4 Część tego typu pojazdów wykorzystywana jest tylko do celów obserwacyjnych, by oglądać dna oceaniczne, wraki statków, jaskinie itp., ale by wykonywać bardziej złożone operacje wyposaża się je w chwytaki i manipulatory. Przez takie zabiegi łodzie te stają się trudne w sterowaniu, ponieważ sama łódź posiada pod wodą sześć stopni swobody, a dodatkowo manipulatory są osobnie sterowane.

5 W nowoczesnych rozwiązaniach pojazdów typu ROV stosuje się systemy, które dzięki temu, że wyposażone są w szereg czujników ułatwiają sterowanie operatorowi. Systemami takimi są: Układ regulacji położenia Układ kontroli głębokości Układ zapobiegający zderzeniom Układ zapobiegający przed zalaniem

6 Układ regulacji położenia Układ taki zbudowany jest z regulatora PID oraz czujnika IMU. System ten steruje silnikami pojazdu w taki sposób, by mógł on zawisnąć w miejscu dzięki czemu operator może pracować manipulatorami, co byłoby trudne ze względu na występowanie fal, prądów czy pływów pod powierzchnią wody. Systemy takie korzystają z nawigacji inercyjnej polegającej na pomiarze przyśpieszeń działających na obiekt oraz prędkości kątowych w celu określenia jego orientacji i położenia.

7 Regulator PID czyli regulator proporcjonalno-całkującoróżniczkujący jest najczęściej stosowany w układach gdzie jego zadaniem jest utrzymanie wartości wyjściowej na określonym poziomie, zwanym wartością zadaną. Dzięki czemu bardzo dobrze sprawdza się do zastosowania z czujnikiem IMU.

8 Czujnik IMU Czujnik IMU wyposażony jest w trzyosiowy żyroskop oraz trzyosiowy akcelerometr. Rozwiązanie to pozwala na dokładne śledzenie orientacji obiektu w dwóch osiach. Pomiar azymutu odbywa się metodą zliczeniową, przez co podatny jest na zjawisko dryfu, dlatego coraz częściej korzysta się z czujników AHRS, które są dodatkowo wyposażone w magnetometr, który mierząc ziemskie pole magnetyczne zastępuje metodę zliczeniową i eliminuje nie korzystne zjawisko dryfu.

9 Ogromną zaletą takie systemu jest jego rozmiar, można wykorzystać mikrokontroler(który będzie pracował jako regulator PID) oraz czujnik IMU w postaci układu scalonego. Cały taki system ma rozmiar płytki drukowanej o rozmiarach 100mm x 100mm Niestety wadą takiego systemu jest cena, sam mikrokontroler jest bardzo tani lecz czujnik dobrej jakości potrafi kosztować nawet 2000 euro.

10 System kontroli głębokości Kierując pojazdem typu ROV trudno jest określać głębokość zanurzenia, dlatego wykorzystuje się specjalne systemy. Jednym z najbardziej popularnych rozwiązań jest stosowanie czujników ciśnienia o wysokiej dokładności. Łatwo jest używać takiego czujnika, ponieważ ciśnienie hydrostatyczne zależy tylko od wysokości słupa cieczy, a zmiana ciśnienia jest liniowa.

11 Przykładowy czujnik ciśnienia może pracować do maksymalnego ciśnienia 400 barów i ma dokładność rzędu 0,01%, czyli będzie działał na głębokości sześciuset metrów i będzie podawał głębokość z dokładnością do 6 cm. Co jest stanowczo wystarczające w pojazdach typu ROV.

12 Układ zapobiegający zderzeniom Zdalnie kierowane pojazdy podwodne często operują w grotach i jaskiniach przez co narażone są na uderzenia, często posiadają kilka kamer by operator mógł widzieć przestrzeń wokół pojazdu lecz często nie jest w stanie kontrolować wszystkiego i wtedy przydają się systemy, które zapobiegają uderzeniom.

13 Największym problemem jest fakt, że w wodzie fale elektromagnetyczne są bardzo szybko tłumione, eliminuje się ten problem stosując fale akustyczne, które nie tylko mogą być emitowane na dalekie odległości ale i rozchodzą się w wodzie z większą prędkością niż w powietrzu. Stosowane są systemy korzystające z sonaru lub echosondy. Najprostszym rozwiązaniem jest zastosowanie po prostu wiązki akustycznej, która po odbiciu wraca do pojazdu dzięki czemu można określić odległość od przeszkody.

14 Najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie sonaru 3D, który tworzy obraz rzeczywisty, trójwymiarowy dzięki takiemu rozwiązaniu można określić dokładną odległość do przeszkody. Jest on niestety skomplikowany i wymaga większej mocy obliczeniowej.

15 System zapobiegający zalaniu System ten informuje operatora w razie gdy występują przecieki do wnętrza pojazdu, czujnik zamontowany jest w najniższym punkcie korpusu i dzięki temu w razie wystąpienia przecieku woda zbierze się właśnie w tym punkcie. Przykładem stosowanych czujników przecieku są czujniki FLS, które są miniaturowym przełącznikiem pływakowym. W ramie czujnika znajduje się ruchomy pływak, który może się przemieszczać w górę lub w dół. W ramie zamontowane są także dwa oporniki, osłonięte poliuretanowym materiałem wypełniającym. W górnej części pływaka znajdują się dwa stałe magnesy. W przypadku przecieku element ten przemieszcza się w górę, co powoduje zestyk magnetyczny.

16 Pojazdy tego typu powstają także w Polsce. Koło naukowe automatyki i robotyki Robocik zajmuje się budową pojazdów typu ROV, które posiadają funkcjonalność zaprezentowaną we wcześniejszej części prezentacji. Po więcej informacji zapraszam do odwiedzenia strony zamieszczonej w bibliografii.

17 Bibliografia: przet_elektryczny/czujniki_pomp/czujnik_przeciekow_fls/strony/czujnik%20przeciekow% 20FLS.aspx