Methods for Visual Inspection and Mapping of Subsea Structures and Rough and Steep Underwater Terrain Using Articulated Underwater Robots

Med økende interesse i områder som havutforskning, er det nødvendig å kunne utføre inspeksjoner og intervensjon i trange og krevende områder. I dag utføres de fleste operasjoner som omhandler visuell inspeksjon og kartlegging ved hjelp av fjernstyrte undervannsfarkoster. Men, det er vanskelig å få tilgang til områder med krevende terreng ved bruk av disse farkostene. Et konsept med potensialet for å utvide tilgang til krevende områder er undervanns-slangeroboter. Dette er artikulerte robotoer inspirert av biologiske slanger. Roboten sin slanke form, i tillegg til muligheten til å endre konfigurasjon, gjøre at artikulerte undervanns roboter er bedre egnet for utforskning av krevende undervannsterreng enn tradisjonelle undervannsfarkoster. Denne oppgaven presenterer en simuleringsmodell for kontroll av undervanns-slangeroboter med thrustere i et visuelt miljø, med mulighet til å implementere styringssystemer og simulerte sensormålinger i fremtiden. Den valgte simuleringsplattformen er Plankton-simulatoren, som er en open source simulator for forskning på maritim robotikk, og er bygget ved bruk av Gazebo og UUV Simulator som har blitt gjort kompatibel med ROS 2. Oppgaven beskriver den nødvendige dynamikken til undervanns-slangeroboter for å kunne sette sammen en matematisk modell. Den matematiske modellen består av kinematikk og kinetikk for marine fartøy, kombinert med kinematikk for manipulatorarmer. Enkel hydrodynamikk for sylinderformede legemer er inkludert, mens hydrodynamiske effekter som oppstår på grunn av interaksjon mellom flere legemer er sett bort fra. Metoder for styring av undervanns-slangeroboter med tanke på inspeksjon diskuteres, og en mulig metode er å følge veipunkter mens man utnytter artikulering ved å rotere hodet til roboten slik at kameraet alltid er ideelt posisjonert. En modell for en undervanns-slangerobot basert på Eelmue roboten EELY500 blir implementert i Plankton-simulatoren. Kode for en eksisterende ROV er brukt som referanse, og en allerede eksisterende hastighetskontroller er gjenbrukt og innstilt for å tilpasse seg kontroll av slangeroboten. Leddvinklene til roboten kan defineres av en bruker før simulatoren kjøres, men de kan ikke endres dynamisk under simulering. Simuleringer utføres der slangeroboten mottar kommandoer ved hjelp av en joystick til å bevege seg i jag, svai og hiv, og de resulterende posisjonene til slangeroboten blir vist. På grunn av vinklene til thrusterene som er plassert på styrbord og babord side av roboten, blir det indusert momenter som må kompenseres for. Dette kan føre til større strømforbruk enn nødvendig, og kan potensielt unngås ved å plassere thrusterene slik at de kun produserer kraft i en retning i forhold til fartøyet. Simuleringsresultatene sammenliknes med resultater fra felteksperimenter hvor liknende tester gjennomføres. Ifølge disse resultatene oppnår den virkelige roboten høyere hastigheter enn den simulerte modellen, og det blir konkludert at dette sannsynligvis er forårsaket av utilstrekkelige kontrollparametere. Det oppsto en feil i en av thrusterene under felteksperimentene, men roboten kunne fortsatt kontrolleres uten problemer, som viser viktigheten av redundans i systemet. Resultatene viser også at det er kopling i frihetsgradene til roboten. som stemmer overens med teorien. Derfor er det nødvendig å implementere et mer avansert kontrollsystem i simulatoren for å oppnå mer optimal kontroll av roboten