Seawater Crawlers: Νέα Ρομποτικά Εργαλεία για Προκλητικές Αποστολές

Εικόνα 1: Η μηχανή αναζήτησης Crawler της ζώνης Surf Sea

Εικόνα 2: Μοτίβο αναζήτησης σκάλας θαλάσσιου πάπυρου

Τραπέζι 1

Εικόνα 3: Το θαλάσσιο βόδι με ρυμουλκούμενο έλκηθρο φορτίου

Previous Next

Επιστροφή στη θάλασσα
Λέγεται ευρέως ότι η ζωή άρχισε στον ωκεανό και σταδιακά μεταφέρθηκε στη γη. Στην περίπτωση των ρομπότ που παρακολουθούνται, η τάση αυτή αντιστρέφεται. Στις αρχές της δεκαετίας του 2000, λόγω των σημαντικών αμυντικών απαιτήσεων, τα σύνθετα ρομπότ εδάφους αναπτύχθηκαν γρήγορα. Προϊόντα όπως το PackBot από το iRobot και το Talon από την Foster-Miller πρωτοστάτησαν σε φορητά τελετουργικά ρομπότ υψηλής απόδοσης. Οι απαιτήσεις λειτουργίας σε σκληρά περιβάλλοντα έκαναν τα εργαλεία αυτά γερά και ενέπνευσαν πλήρως αδιάβροχες παραλλαγές. Δυστυχώς τα χρονικά όρια στην αποθήκευση ενέργειας, η αυτονομία και η τηλεμετρία καθιστούσαν τα ρομπότ ναυσιπλοΐας σε θαλασσινά μια καινοτομία παρά ένα παραγωγικό εργαλείο. Αυτό έχει αλλάξει.

Μέσα από το surf
Σήμερα, η C-2 Innovations, Inc., (C2I) έχει αναπτύξει μια οικογένεια ικανών, έτοιμων για παραγωγή, ρομπότ για να ανασύρει τους χρήστες στη ζώνη surf και στη θάλασσα. Αυτή η οικογένεια περιλαμβάνει το Compact Sea Otter και το μεγαλύτερο Sea Ox.

Το σκάφος "Crawler Zone Surf Zone Surf" (SZC), Σχήμα 1, είναι μια δεύτερη γενιά πλήρως αυτόνομο αμφίβιο ερπυστριοφόρο πυθμένα ικανό να λειτουργεί σε βάθη έως 100 μ. Μέσω καθεστώτων ρεύματος υψηλού ρεύματος και στην ξηρά. Χωρίς πρόσδεση, το σύστημα μπορεί να λειτουργήσει σε περιοχές και ρεύματα που τα προηγούμενα συστήματα δεν μπορούσαν.

Η C-2i Otter μπορεί να οδηγήσει 16 χλμ. Υποθαλάσσια ή 20χμ. Στην ξηρά και σταθμό για ένα μήνα. επιστρέφοντας είτε σε εντολή είτε σε προκαθορισμένο χρονικό όριο. Η ικανότητα να λειτουργεί σε μικτά περιβάλλοντα είναι μοναδική, ενώ η SZC επιτρέπει την πρόσβαση σε περιοχές που δεν θα μπορούσαν να καλύψουν τα σκάφη επιφανείας, τους κολυμβητές ή τις τεχνικές με βάση τον άνθρωπο. Το Sea Otter SZC λειτουργεί με αρνητική πλευστότητα ενώ λειτουργεί στη χαμηλότερη στρώση ενεργειακών ορίων. Το χαμηλό προφίλ μειώνει περαιτέρω την τρέχουσα αντίσταση. Το όχημα έχει λειτουργήσει σε επιφανειακή πτώση 1,5 μ. Και μπορεί να διασχίσει μαλακό έδαφος που δεν θα υποστηρίξει τα φορτία του ανθρώπου. Πρόσφατες δοκιμές κατέδειξαν την ικανότητα μεταφοράς φορτίων 40 κιλών καθώς και την έλξη ενός έλκηθρου των 45 κιλών σε διάφορες θαλάσσιες επιφάνειες.

Τα χαρακτηριστικά του Otter-SZC περιλαμβάνουν:

• Συμμετρική λειτουργία διπλής όψης για λειτουργία στη βαριά σερφάρετε
• Βάρος: 45 κιλά ξηρό, μήκος 1 μ., Πλάτος 55 εκ. Και ύψος 25 εκ. (Διαστελλόμενο σε μήκος και πλάτος)
• Ταχύτητα: προς τα εμπρός ή προς τα πίσω, μεταβλητή μέχρι 1 m / s
• Πλοήγηση: 3 αξόνων IMU, FOG, διπλοί κωδικοποιητές, διπλής όψης, GPS διπλής συχνότητας
• Έλεγχος: ο χρήστης επιλέγει πλήρως αυτόνομο (προ-προγραμματισμένο), πρόσδεμα ή ραδιοχειριστήριο
• Μπαταρία: επαναφορτιζόμενη Li-ion
• Θύρες: θύρα φόρτισης, προγραμματισμός θύρας Ethernet, δύο θύρες Ethernet επισκεπτών

Ο σχεδιασμός της Sea Otter είναι αρθρωτός. Οι πλωτήρες πορείας του πορθμού και του πορθμού είναι κομμάτια πυρήνα, αλλά οι διαστάσεις μήκους, πλάτους και εδάφους μπορούν να αλλάξουν με την επιμήκυνση των βραχιόνων οδοντωτών τροχών ή την αλλαγή της γέφυρας σύνδεσης. Ο τρέχων σχεδιασμός περιλαμβάνει δύο θύρες φιλοξενίας Ethernet και εσωτερικό χώρο για πρόσθετες κάρτες κυκλώματος, όπως η λήψη δεδομένων ή οι πίνακες βίντεο.

Ο δομοστοιχειωτός σχεδιασμός επέτρεψε να τοποθετηθούν ωφέλιμα φορτία με ταινίες μέσα σε λίγα λεπτά, χωρίς να ανησυχούν για το σχήμα, τον όγκο ή το βάρος του ωφέλιμου φορτίου. Τα ωφέλιμα φορτία έχουν συμπεριλάβει την αλατότητα, την θολερότητα, το βάθος της ταχύτητας του ήχου, τις διάφορες κάμερες, το σόναρ απεικόνισης, τους σημαντήρες με δυνατότητα έκλυσης, τους διεισδυτικούς μετρητές εδάφους και τα ηλεκτρομαγνητικά έλκηθρα αισθητήρων.

Οι μπαταρίες και όλα τα ηλεκτρονικά εξαρτώνται από τον όγκο της διαδρομής, μεγιστοποιώντας την ελεύθερη ένταση του χώρου ωφέλιμου φορτίου, ελαχιστοποιώντας ταυτόχρονα το "bottoming-out". Η ευρεία πορεία οδηγεί σε πιέσεις εδάφους μικρότερες από 1,3 kilo-πόδια, όταν είναι ξηρές ή όταν είναι βυθισμένες. Ο σχεδιασμός της τροχιάς μπορεί να τροποποιηθεί για πιο επιθετική πρόσφυση ή να γίνει ευρύτερος και μακρύτερος για να μειωθεί η επαφή με την πίεση εδάφους. Προσφέρονται φτερά για την ελαχιστοποίηση των στροβιλισμών και της οπισθέλκουσας.

Αυτόνομη ακρίβεια πλοήγησης επιτυγχάνεται με τη σύντηξη δεδομένων από γυροσκόπιο οπτικών ινών (FOG) και αδρανειακής μονάδας μέτρησης τριών αξόνων. Ένα GPS διπλής ζώνης λαμβάνει μια επιδιόρθωση όταν εμφανίζεται σε επιφάνεια και χρησιμοποιείται ως διασταύρωση στη θέση. Οι κωδικοποιητές άξονα σε κάθε πλευρά της κίνησης μέτρησαν την απόσταση που διανύθηκε.

Έχουν επιτευχθεί ρουτίνα 2% του συνολικού εύρους. Οι στροφές (TIP) και οι στροφές τόξου υπολογίζονται για να διατηρούν την ακρίβεια της διαδρομής. Το Σχέδιο 2 απεικονίζει ένα προγραμματοποιημένο μοτίβο αναζήτησης σκάλας κατά μήκος της παραλίας Wells στο York, Maine. Οι δοκιμές εμφανίστηκαν ενώ η παλίρροια ήταν υψηλή και το σύστημα βυθίστηκε (σημειώστε ότι η φωτογραφία είναι σε χαμηλή παλίρροια).

Εκτός από την Sea Otter, υπάρχει και μια μεγαλύτερη έκδοση. Το Sea Ox είναι ένα ευέλικτο υποθαλάσσιο ερπυστριοφόρο σύστημα σχεδιασμένο για τη χαρτογράφηση και τη δειγματοληψία του δαπέδου του ωκεανού. Όπως και η Sea Otter, ο αρθρωτός σχεδιασμός επιτρέπει την εύκολη μεταφορά, αποθήκευση και ανάπτυξη. Το σύστημα έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί είτε αυτόνομα είτε με δέσμευση ή εντολή RF. Το Sea Ox είναι 122 x 122 x 30 cm σε κανονική διαμόρφωση, αλλά μπορεί να επεκταθεί γρήγορα για να αυξήσει την εμβέλεια ή την ικανότητα ρυμούλκησης. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 3, το Sea Ox έχει μια υποθαλάσσια περιοχή 32 χιλιομέτρων, η οποία μπορεί να επεκταθεί με την προσθήκη μπαταριών σε 64 μίλια. Το συνολικό βάρος του ελκυστήρα είναι 113 κιλά και μπορεί να ζυγοσταθμιστεί στα 230 κιλά αν λειτουργεί σε υψηλή ταχύτητα.

Το Sea Ox σχεδιάστηκε αρχικά για να έλκει ένα έλκηθρο οργάνων που ενσωματώνει διπλά πηνία ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής (EMI) σχεδιασμένα από την White River Technologies, Inc. Το έλκηθρο 60 x 180 cm ζυγίζει 30 κιλά, συμπεριλαμβανομένων των οργάνων. Χωρίς ανησυχία για την πλευστότητα ή τις εκτιμήσεις όγκου, το Sea Ox και το έλκηθρο του έχουν χρησιμοποιηθεί για τη στερέωση πρόσθετων πακέτων οργάνων πελάτη όπως CTD, διαλυμένου οξυγόνου (DO), ηχητικών καταγραφικών, ακουστικών εικόνων και ακουστικών Doppler Current Profilers (ADCP) . Υπό ανάπτυξη είναι ένα σύστημα πολλαπλών βολών για την επαναφορά φυσικών δειγμάτων από το περιβάλλον της θάλασσας.

Δύο συναρπαστικές εφαρμογές
Τα ρομπότ περίσφιξης του Seafloor δεν είναι απλές καινοτομίες. επιτρέπουν πολλές κρίσιμες εφαρμογές. Η αμφίβια φύση του θαλάσσιου όρμου επιτρέπει τη λειτουργία στη ξηρά, μέσα από και περνώντας τη ζώνη μετάβασης σε βάθος 100 μ. Ένα χαμηλό προφίλ 30 εκατοστών μειώνει την οπισθέλκουσα, λειτουργώντας στο χαμηλότερο όριο εδάφους / νερού και επιτρέπει να λειτουργεί χωρίς διακριτική κίνηση κάτω από την επιφάνεια. Η ευρεία τροχιά δημιουργεί μια εξαιρετικά χαμηλή πίεση εδάφους 0,0186 bar που μπορεί να διέλθει από εξαιρετικά μαλακό έδαφος που είναι μια τάξη μεγέθους μικρότερη από τον άνθρωπο. Με μια υποβρύχια περιοχή μήκους 16 χιλιομέτρων (επιφάνεια 32 + χλμ.), Μπορεί να δει ολόκληρες παραλίες σε μια μέρα. Η modularity του θαλάσσιου βόδιου επιτρέπει να μεταφέρεται με το χέρι μέσω ευαίσθητων παραλιών και μπορεί να ξεκινήσει και να ανακτηθεί από ένα άτομο από την ακτή. μειώνοντας το κόστος των ερευνών σε ένα κλάσμα συμβατικών συστημάτων, όπου το κόστος υλικοτεχνικής υποστήριξης μπορεί να υπερβεί την πραγματική λειτουργία. Ορισμένες πρόσφατες αιτήσεις κατέδειξαν αυτές τις δυνατότητες.

Αποκατάσταση UXO
Το Sea Ox είναι φορητή φορητή πλατφόρμα κινητής τηλεφωνίας για τις έρευνες UXO στις περιοχές μετάβασης, σερφ και πολύ ρηχά νερά. Χρηματοδοτούμενο από το πρόγραμμα πιστοποίησης τεχνολογιών περιβαλλοντικής ασφάλειας (ESTCP), το πρόγραμμα επίδειξης και πιστοποίησης περιβαλλοντικών τεχνολογιών της DoD, το Sea Ox έδειξε:

• Ένας σχεδιασμός χαμηλού προφίλ επιτρέποντας στο σύστημα να λειτουργεί στη ζώνη οριοθέτησης, ελαχιστοποιώντας την έκθεση σε ρεύματα και ελαχιστοποιώντας την αντίσταση κύλισης και κύματος
• Ένας πανίσχυρος, αρθρωτός ελαφρύς σχεδιασμός που επιτρέπει την προσαρμογή του αποτυπώματος και του έρματος για να διευκολύνει τη διέλευση από τα εδάφη χαμηλής πίεσης και το θόρυβο, ενώ παράλληλα παρέχει πρόσφυση για έλκην έλκηθρο οργάνων
• Μοντελοποίηση και επιτόπια συναρμολόγηση επιτρέποντας τη μεταφορά ενός ατόμου σε περιβάλλον ευαίσθητο ή δύσκολο έδαφος
• Πολύ χαμηλός ηλεκτρομαγνητικός (EM) και ακουστικός θόρυβος ελαχιστοποιώντας τις παρεμβολές των οργάνων
  Σε αυτή την αποστολή, ο Sea Ox ρυμουλκούσε μια σειρά ανιχνευτών Flex-EM της White River Technologies, Inc. (WRT).

Οι στόχοι του έργου ήταν:

• Αξιολογήστε την ικανότητα διεξαγωγής ολοκληρωμένων γεωφυσικών ερευνών μέσω μεταφερόμενων και ρυμουλκούμενων πακέτων οργάνων σε μια σειρά επιφανειακών και θαλάσσιων καταστάσεων
• Αναπτύξτε στρατηγικές ελιγμών με πακέτο ρυμούλκησης
• Προσδιορίστε τη χαρτογράφηση, την ακρίβεια της κάλυψης
• Αξιολογήστε τα λειτουργικά πλεονεκτήματα του μικρότερου αρθρωτού σχεδιασμού
• Εμφάνιση απόλυτης αποτελεσματικότητας κόστους κύκλου ζωής, συμπεριλαμβανομένης της κινητοποίησης και αποστράτευσης, επιτόπου τροποποίηση του οχήματος για την υποστήριξη του περιβάλλοντος και του ωφέλιμου φορτίου, ανάκτηση και συντήρηση και επισκευή

Αυτά ολοκληρώθηκαν. Το πιο ικανό Sea Ox είναι αρθρωτό με ένα ενιαίο εργαλείο συναρμολόγησης και βάρος 25kg μέγιστο συστατικό. Μπορεί να παρέχει μέχρι ένα έτος πλήρους έτους διατήρησης σταθμού για πολυ-εντοπισμό, αυτοσυντηρούμενο ημερήσιο και εποχιακό χαρακτηρισμό της τοποθεσίας.

Και μετά. . .
Οι ανιχνευτές Seafloor είναι μια αναδυόμενη κατηγορία υποβρύχιας ρομποτικής. Ενεργοποιημένη από την βελτιωμένη τεχνολογία στοιχείων, αυτά τα εργαλεία παρέχουν πλέον χρήσιμες επιδόσεις. Για συνεχή και ακριβή έρευνα μέσω της ζώνης surf έχουν τώρα βιώσιμες ρομποτικές πλατφόρμες που μας φέρνουν πίσω στη θάλασσα.