Seafloor Crawling Robotics: новые инструменты для борьбы с миссиями

Рисунок 1 Глушитель зоны серфинга моря. Изображение: C-2 Innovations, Inc.

Рисунок 3: Sea Ox с буксируемыми салазками. Изображение: C-2 Innovations, Inc.

Таблица 1: Технические требования к морской токсичности. Изображение: C-2 Innovations, Inc.

Previous Next

Назад к морю
Широко говорят, что жизнь началась в океане и постепенно перешла на землю. В случае отслеживаемых роботов эта тенденция отменяется. В начале 2000-х годов, вызванных значительными требованиями защиты, быстро развивались компактные наземные роботы. Такие продукты, как PackBot от iRobot и Talon от Foster-Miller, впервые создали переносные высокопроизводительные наземные роботы. Требования к работе в суровых условиях сделали эти инструменты прочными и вдохновленными полностью водонепроницаемыми вариантами. К сожалению, в то время, когда ограничения в хранении энергии, автономии и телеметрии делали роботов, работающих на морском дне, новизной, а не продуктивным инструментом. Это изменилось.

Через серфинг
Сегодня C-2 Innovations, Inc. (C2I) разработала семейство мощных, готовых к производству, роботов-роботов, работающих на морском дне, чтобы забрать пользователей в зону прибоя и в море. Это семейство включает в себя компактный морской выдра и более крупный морской пехотинец.
Гусеничный зонд Sea Otter Surf Zone (SZC), рис. 1, представляет собой полностью автономный амфибийный гусеничный генератор второго поколения, способный работать на глубинах до 100 м через высокие режимы водотока и на суше. Без троса система может работать в регионах и токах, которые предыдущие системы не могли.
C-2i Otter может проехать 16-километровый подводный или 20-километровый на суше, а станция - на месяц; возвращаясь либо по команде, либо в заранее установленный тайм-аут. Способность работать в смешанных средах уникальна, тогда как SZC позволяет получить доступ к областям, которые поверхностные корабли, пловцы или человеческие методы не могли. Морская выдра SZC работает с отрицательной плавучестью при работе в нижнем пограничном слое энергии. Низкий профиль дополнительно минимизирует текущее сопротивление. Транспортное средство работает в погруженном приборе на 1,5 м и может пересекать мягкую местность, которая не будет поддерживать нагрузки человека. Недавние испытания продемонстрировали способность перевозить 40-килограммовую полезную нагрузку, а также буксировать 45-килограммовые санки на различных морских поверхностях.

Спецификация Otter-SZC включает:
• Симметричная двухсторонняя операция для работы в тяжелом прибое
• Вес: 45 кг сухого, длиной 1 м, шириной 55 см и высотой 25 см (расширяемая по длине и ширине)
• Скорость: вперед или назад, переменная до 1 м / с
• Навигация: 3-осевые IMU, FOG, двойные кодеры, двухсторонние, двухчастотные GPS
• Управление: пользователь выбирает полностью автономные (запрограммированные), привязные или радиоуправление
• Аккумулятор: литий-ионный аккумулятор
• Порты: порт зарядки, программирование порта Ethernet, два гостевых порта Ethernet

Дизайн Sea Otter является модульным. Понтоны правого и правого бортов являются кусками сердечника, но длины, ширину и зазоры на земле можно изменить, удлинив кронштейны промежуточной звездочки или сменив соединительный мост. Текущая конструкция включает в себя два гостевых порта Ethernet и внутреннее пространство для дополнительных плат, таких как сбор данных или видеоплаты.
Модульная конструкция позволила монтировать ленточные нагрузки в течение нескольких минут без учета формы, объема или веса полезной нагрузки.

В число полезных нагрузок входят соленость, мутность, глубина звуковой скорости, различные камеры, звуковой эхолот, освобождаемые буи, проницаемые для почвы и сандалии с электромагнитным датчиком.

Рисунок 2: Шаблон поиска лестницы для морского выдра. Изображение: C-2 Innovations, Inc. Батареи и вся электроника входят в объем дорожки, максимизируя свободный объем для отсека полезной нагрузки, сводя к минимуму «снизу». Широкая дорожка приводит к сухому давлению менее 1,3-килопаскаля, когда сухая или 0,43 килопаскаля при погружении. Конструкция трека может быть изменена для более агрессивного захвата или сделана шире и длиннее, чтобы уменьшить контакт давления на грунт. Ключи добавляются для минимизации турбулентности и сопротивления. Автономная навигационная точность достигается путем слияния данных с одноосевого волоконно-оптического гироскопа (FOG) и трехосевого инерциального измерительного блока. Двухполосный GPS получает исправление при всплытии и используется как перекрестная проверка положения. Колеса вала на каждой стороне диска измеряют пройденное расстояние.

Обычно достигнуты погрешности в 2% от общего диапазона. Вычисление разворотов (TIP) и дуговых разворотов рассчитано для поддержания точности пути. Рисунок 2 иллюстрирует предварительно запрограммированный шаблон поиска лестниц вдоль Уэллс-Бич в Йорке, штат Мэн. Тестирование произошло во время прилива, и система была погружена (обратите внимание, что фотография находится во время отлива).

В дополнение к Sea Otter доступен более широкий вариант. Sea Ox - универсальный подводный гусеничный гусеничный конвейер, предназначенный для картирования и отбора проб дна океана. Как и Sea Otter, модульная конструкция позволяет легко транспортировать, хранить и развертывать. Система предназначена для автономной работы или привязки или радиочастотной команды. Sea Ox имеет стандартную конфигурацию 122 x 122 x 30 см, но ее можно быстро расширить, чтобы увеличить дальность или тяговое усилие. Как показано на рисунке 3, Sea Ox имеет 32-километровый подводный радиус действия, который может быть увеличен за счет добавления батарейных блоков до 64 миль. Общая масса трактора составляет 113 кг и может быть балластирована до 230 кг, если работает при высоком приборе.

Первоначально Sea Ox был спроектирован для буксировки контрольно-измерительных салазок, которые включали катушки с электромагнитной индукцией (EMI), разработанные White River Technologies, Inc. Сани 60 x 180 см весом 30 кг, включая приборы. Без беспокойства по соображениям плавучести или объема Sea Ox и его сани использовались для установки дополнительных комплектов приборов для пользователя, таких как CTD, растворенный кислород (DO), звуковые регистраторы, акустические изображения и акустические доплеровские профилиторы тока (ADCP) , В стадии разработки разработана система многокорпусных кернов для возвращения физических образцов из морской среды.


Два неотразимых приложения
Морские роботы - это не простые новинки; они позволяют использовать множество критически важных приложений. Земноводная природа Sea Ox позволяет работать на суше, вплоть до переходной зоны до глубины 100 м. Низкий профиль 30 см уменьшает сопротивление, работая в нижнем пограничном слое почвы / воды и позволяет ему ненавязчиво работать при поверхностном движении. Широкая дорожка создает чрезвычайно низкое давление земли 0,0186 бар, которое может транспортировать чрезвычайно мягкую почву, которая на порядок меньше людей. С 16-километровым подводным диапазоном (поверхность 32+ км) он может осмотреть целые пляжи за один день. Модульность Sea Ox позволяет переносить ее через чувствительные пляжные зоны и может запускаться и восстанавливаться одним человеком с берега; уменьшая стоимость обследований до доли обычных систем, где затраты на логистику могут превышать фактическую работу. Некоторые недавние приложения продемонстрировали этот потенциал.

Реабилитация НВБ
Sea Ox - переносная мобильная платформа для исследования НВБ в районах перехода, прибоя и очень мелкой воды. В рамках программы сертификации технологий охраны окружающей среды (ESTCP), программы демонстрации и проверки экологической технологии Министерства обороны, Sea Ox продемонстрировала:

• Низкопрофильная конструкция, позволяющая системе работать в пограничной зоне, минимизируя воздействие токов и минимизируя воздействие сопротивления и волны

• Мощная, модульная облегченная конструкция, позволяющая регулировать площадь основания и балласт, чтобы обеспечить прохождение через низменные подстилающие почвы и грязь, обеспечивая при этом тягу для вытягивания салазок

• Модульность и сборка на месте, позволяющая индивидуальному транспорту через экологически чувствительную или сложную местность

• Очень малые электромагнитные (EM) электромагнитные и акустические шумы, минимизирующие измерительные помехи

В этой миссии Sea Ox отбуксировала White River Technologies, Inc. (WRT), смонтированную из детектора Flex-EM. Целями проекта были:

• Оценить возможность проведения комплексных геофизических исследований с помощью разведывательных и буксируемых комплектов приборов по всему диапазону рельефа и состояния моря
• Разработка стратегий маневра с пакетом буксировки
• Определить отображение, точность покрытия
• Оцените эксплуатационные преимущества меньшего модульного дизайна
• показать полную стоимость жизненного цикла, включая мобилизацию и демобилизацию, модификацию транспортного средства на месте для поддержки окружающей среды и полезной нагрузки, восстановление и техническое обслуживание и ремонт

Они были выполнены. Более способный Sea Ox является модульным с единым узлом инструмента и весом в 25 кг. Он может обеспечить до полного года работы станции для многоуровневой, саморазвертывающей суточной и сезонной характеристики сайта.

И дальше. , ,
Скалолазы - это новая категория подводной робототехники. Благодаря усовершенствованной технологии компонентов эти инструменты теперь обеспечивают полезную производительность. Для устойчивого, точного обзора через зону серфинга теперь есть жизнеспособные роботизированные платформы, возвращающие нас к морю.