自治水下维修

项目联盟为创新的双臂AUV提供了强大的IT基础设施。

由人工智能(AI)方法操作和控制的自主水下机器人(auv),在水下检查、维护和修理海上设施。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,使这一愿景成为现实:这是一种创新的双臂AUV,用于复杂的检查和维护任务,嵌入强大的IT基础设施,能够直观地控制和监测系统,并与工厂操作员进行有效的信息流。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,如风力涡轮机或油气生产设施,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,而且对潜水员来说也涉及相当大的风险。远程操作的水下航行器(rov)已经被用于监测海上资产的状况。然而,目前有一种趋势是,可以在水中停留很长一段时间的系统——所谓的水下居民AUV——可以在水中自主操作,同时在必要时可以远程控制。

AUV在一个垂直位置的水下模型上执行操作任务
(c)DFKI,Thomas Frank

在dki机器人创新中心的Mare-IT项目领导下,由来自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已经朝着这个方向迈出了重要的一步。在项目的最后,合作伙伴,包括DFKI研究部门的认知辅助系统和嵌入式智能,以及威腾斯坦网络马达公司,SAP SE和ROSEN技术和研究中心公司,提出了一个整体的解决方案。这包括一种新型的双臂AUV,可以自主和远程操作,由于两个集成的操纵器,可以用于水下结构的维护工作和维修。此外,合作伙伴还提供了强大的IT基础设施,不仅可以实现对水下机器人的直观控制和监控,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。

博士博士H.C博士。DFKI机器人创新中心主任Frank Kirchner:“与母马 - 它,我们再次能够证明在没有机器学习和人工智能方法的情况下无法实施复杂水下应用的自治机器人的发展。我们的研究代表了在近海行业中实现实际自治水下车的愿景的重要构建块。我们很高兴我们能够成功完成该项目,而且还要借助我们强大的合作伙伴的良好合作,尽管是由电晕大流行造成的困难的条件。“

创新的双臂AUV,用于自主和远程检查和维护

DFKI机器人创新中心已成功设计和建造了母马的AUV“墨鱼” - 它是一种可以自由定位在水柱中的干预AUV。创新的AUV有两个深海夹持系统,附着在其腹侧,使其能够操纵水下的物体。在这样做,由于其特殊的设计和基于AI的控制,可以在潜水期间改变重心和浮力的中心,并以稳定的方式采用和保持任何方向。除了完全自主操作之外,车辆还可以在混合模式 - 所谓的监督自主式中操作 - 使用光纤电缆。混合模式允许人类在水下结构上的关键操作期间进行干预和远程控制AUV。为此目的,除了操纵器之外,该系统还配备了许多用于环境感知的传感器,例如,声纳传感器,相机,激光扫描仪和磁力计。为了有效地处理大量的传感器数据,研究人员开发了一种特殊的体系结构概念,可以直接在机器人上分散分析数据流。不来梅的研究人员还负责实施特派团规划,以进行检查或维护任务。此外,它们还开发了一个标准接口,可在AUV,控制站和内部业务基础架构之间实现双向数据交换。

虚拟共同飞行员,用于直观的AUV远程操作和人工磁场的定位

在DFKI的认知援助系统研究部门开发的虚拟共同飞行员在远程操作任务期间支持控制站的人员。为此目的,它配备了Microsoft Hololens,其可以与控制站组合使用或作为轻质单独的相互作用介质,例如,在船上。由于显示屏上的全息3D表示,始终通知操作员关于AUV和水下结构的状态。可以显示传感器信息和测量值,并通过自然语音交互配置和警告。在AUV及其相机中也可以通过语音命令控制,并且与眼睛跟踪组合,可以在该人当前正在寻找的基础设施的元素上检索信息。此外,TT也可以在使命期间定义自己的语音术语,并将其用作别名,例如,用于相机或对接位置。

为了补充创新的互动技术,母马的DFKI嵌入式智能研究部门开发了一个Web应用程序,允许通过智能手机或平板电脑等移动设备控制和更改参数设置的Web应用程序。此外,研究人员还研究了用于本地化水下机器人的人工,振荡磁场的使用。

强大的推进器驱动和智能控制,实现水下机器人的有效运动

威腾斯坦网络马达公司开发并生产了用于AUV移动的高强度推进器驱动器。它们的推力可达500牛顿,可以抵御海水,适用于6000米以下的水深。在生产过程中没有使用液体填料,采用了特殊的灌封技术,以避免对环境的化学危害。与推进器配套的伺服逆变器包括与推进器电机特别匹配的无传感器控制,在整个转速范围内提供精确的、高动态的速度控制,甚至在旋转的两个方向上都不停顿。该AUV配备了8个这样的推进器驱动器,在整个网络中可以实现与水下结构对接所需的高精度动作。所需的实时通信在AUV内使用以太网/IP进行。

通过塑造管理外壳,将AUV集成到IT基础设施和互操作性中

在Mare-IT中,SAP研究了auv等自主系统如何以及在何种条件下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),实现了数字孪生产品与业务应用程序的独立于供应商的集成。管理外壳确保了来自任何制造商的解决方案之间的互操作性。它降低了集成成本和工作,特别是当多个组织要访问数字孪生数据时。SAP为计划中的和计划外的维护过程(例如海底结构的隔离阀)设计了管理外壳的原型。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发起此类维护,并从水下机器人接收执行状态。由于有了管理外壳,来自其他方的任何其他系统都可以添加或由其他方替换,而无需进行太多的集成工作。

水下结构无损检测测量技术的发展

在该项目中,为能源行业大型工业工厂提供完整性管理解决方案的全球领先供应商ROSEN集团,为auv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:探测铁磁结构的磁场传感器、阴极保护系统电场的传感器、利用AUV上的机械手测量局部壁厚的超声波和涡流传感器。此外,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已经成功完成了所有四项用于AUV的测量技术,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2018年8月1日至2021年11月30日,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提供资金,并提供联邦教育和研究部的资金(BMBF)约有550万欧元。

DFKI按联系方式:
企业沟通不莱梅
邮件:uk-hb@dfki.de

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

DFKI联系:
列夫·克里斯坦森博士
德国人工智能研究中心GmbH(DFKI)
机器人技术创新中心
邮件:leif.christensen@dfki.de
电话:+49 421 178 45 4149

Weitere Informationen:

https://cloud.dfki.de/owncloud/index.php/s/aMGqoECay6PzJBM图片素材:使用图片时请注明版权!
https://trobotik.dfki-bremen.de/en/research/projects/mare-it/Mare-IT项目页面

Mare-IT项目视频:https://www.youtube.com/watch?v=-NcroB_OaW4&t=1s

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