自治水下维修

项目联盟为创新型双臂AUV提供了强大的IT基础设施。

自主水下航行器(auv)由人工智能(AI)方法操作和控制，负责检查、维护和修复水下海上设施。由德国人工智能研究中心(DFKI)领导的一个联盟在Mare-IT项目中开发了一个整体解决方案，以实现这一愿景:一个创新的双臂AUV，用于复杂的检查和维护任务，嵌入强大的IT基础设施，既能直观地控制和监控系统，也能与工厂操作员有效地信息流。该项目由德国联邦教育和研究部(BMBF)资助。

为了确保海上基础设施的安全，如风力涡轮机或石油和天然气生产设施，定期检查和维护是必不可少的。然而，在水下进行的工作不仅复杂和昂贵，而且对从事这项工作的潜水员来说也有相当大的风险。遥控水下航行器(rov)已经被用于监测海上资产的状况。然而，有一种趋势是，系统会在水中停留很长一段时间，即所谓的水下常驻AUV，并在那里自主操作，同时在必要时可以远程控制。

AUV以直立姿势在水下模型上执行操作任务
(c) DFKI, Thomas Frank

在DFKI机器人创新中心的领导下，一个由IT、机器人、驱动技术和离岸领域的领先公司和研究机构组成的联盟在Mare-IT项目中朝着这个方向迈出了重要一步。在项目结束时，包括DFKI研究部门认知辅助系统和嵌入式智能以及威腾斯坦网络电机有限公司、SAP SE和罗森技术和研究中心有限公司在内的合作伙伴提出了一个整体解决方案。这包括一种新型的双臂AUV，它可以自主和远程操作，由于有两个集成的机械手，可以用于水下结构的维护工作和维修。此外，合作伙伴还提供了一个强大的IT基础设施，不仅可以直观地控制和监控水下机器人，还可以确保与工厂运营商之间的信息顺畅双向流动，并允许集成到现有的业务流程中。

DFKI机器人创新中心主任Dr. h.c. Frank Kirchner教授:“有了Mare-IT，我们再次能够证明，如果没有机器学习和人工智能方法，用于复杂水下应用的自主机器人的开发就无法实现。我们的研究代表了一个重要的基石，使海上工业的实际自主水下航行器的愿景成为现实。我们很高兴能够成功完成该项目，这也得益于我们与强大的合作伙伴的良好合作，尽管冠状病毒大流行造成了困难的条件。”

用于自主和远程检查和维护的创新双臂AUV

DFKI机器人创新中心在Mare-IT成功设计和制造了“乌贼”水下机器人，作为一种可在水柱中自由定位的干预式水下机器人。这种创新的AUV在其腹侧安装了两个深海抓取系统，使其能够操纵水下物体。由于其特殊的设计和基于人工智能的控制，它可以在潜水过程中改变重心和浮力，并以稳定的方式采用和保持任何方向。除了完全自动驾驶之外，这辆车还可以使用光纤电缆以混合模式(所谓的监督式自动驾驶)操作。混合模式允许人类在水下结构的关键操作中干预和远程控制AUV。为此目的，除了操作机外，该系统还配备了许多环境感知传感器，例如声呐传感器、照相机、激光扫描仪和磁强计。为了有效地处理大量传感器数据，研究人员开发了一种特殊的架构概念，可以直接在机器人上对数据流进行分散分析。不莱梅的研究人员还负责执行任务规划，执行检查或维修任务。此外，他们还开发了一个标准接口，使AUV、控制站和内部业务基础设施之间能够进行双向数据交换。

虚拟副驾驶用于AUV的直观远程操作和人工磁场定位

DFKI的认知辅助系统研究部门开发的虚拟副驾驶在远程操作任务中为控制站的人员提供支持。为此，它配备了一个微软HoloLens，既可以与控制站结合使用，也可以作为一个轻量级的独立交互介质，例如，在船上。由于显示器上的全息3D表示，操作人员可以随时了解AUV和水下结构的状态。传感器信息和测量值可以通过自然语音交互显示和配置警告。在AUV和它的摄像头也可以通过语音命令控制，结合眼球跟踪，可以检索到人当前正在观察的基础设施元素的信息。此外，也可以在任务期间定义自己的语音术语，并使用它们作为别名，例如，摄像机或对接位置。

为了补充创新交互技术，位于Mare-IT的DFKI嵌入式智能研究部门开发了一个web应用程序，允许通过移动设备(如智能手机或平板电脑)控制和更改AUV的参数设置。此外，研究人员还研究了使用人工振荡磁场来定位水下机器人的可能性。

鲁棒推进器驱动与智能控制的AUV的有效运动

WITTENSTEIN cyber motor GmbH为AUV的运动开发和生产了高鲁棒性的推进器驱动器。这些推进器有高达500牛顿的推力，可以防止海水侵蚀，适用于水深达6000米的水域。在生产过程中没有使用液体填料，采用了特殊的灌封技术，以避免化学物质对环境的危害。与推进器配套的伺服逆变器包括与推进器电机专门匹配的无传感器控制，在整个速度范围内提供精确的、高度动态的速度控制，直到旋转的两个方向的停顿。AUV配备了8个这样的推进器驱动器，在整个网络中，可以根据与水下结构对接所需的高精度运动。为此所需要的实时通信是在AUV内使用EtherNet/IP进行的。

通过塑造管理外壳，AUV集成到IT基础设施和互操作性

在Mare-IT中，SAP研究了如何以及在什么条件下自动水下机器人(auv)等自动系统可以集成到云系统等IT基础设施中。为此，通过开发管理外壳(Industry 4.0参考体系结构的核心组件)，实现了独立于供应商的数字双胞胎集成到业务应用程序中。管理shell确保来自任何制造商的解决方案之间的互操作性。它减少了集成成本和工作量，特别是当多个组织要访问数字双胞胎的数据时。SAP为计划维护和计划外维护流程设计了管理外壳的原型，例如海底结构的隔离阀。SAP智能资产管理云应用程序现在可以通过隔离阀的管理外壳启动这种维护，并从水下机器人接收执行状态。由于有了管理shell，来自其他方面的任何其他系统都可以被其他方面添加或替换，而无需进行太多集成工作。

水下结构无损检测测量技术的发展

在该项目中，全球领先的能源行业大型工业工厂完整性管理解决方案供应商ROSEN集团为水下水下航行器开发了四种不同的测量技术，用于检查各种水下结构的状况:检测铁磁结构的磁场传感器、测量阴极保护系统电场的传感器、以及使用水下航行器上的操纵器测量局部壁厚的超声波和涡流传感器。此外，还开发了一个通信浮标，以确保数据从机器人通过水柱传输到中央控制站。ROSEN已经成功完成了AUV上使用的所有四种测量技术，为复杂传感器系统的自主水下应用做出了重要贡献。

Mare-IT项目由德国航空航天中心(DLR)的软件系统和知识技术项目管理机构在2018年8月1日至2021年11月30日期间提供资金，联邦教育和研究部(BMBF)提供了约550万欧元的资金。

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