ЦИФРОВАЯ ПЛАТФОРМА ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И НАВИГАЦИИ ДЛЯ ПОДВОДНЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

  • В.Ф. Филаретов Дальневосточный федеральный университет
  • Д.А. Юхимец Дальневосточный федеральный университет
  • А.В. Зуев Дальневосточный федеральный университет
  • А. С. Губанков Дальневосточный федеральный университет
  • Д.Д. Минаев Публичное акционерное общество «Дальприбор»
Ключевые слова: Подводный робототехнический комплекс, цифровая платформа, информационно- управляющая система, гидроакустическая информационно-навигационная система

Аннотация

Предложена архитектура цифровой платформы для реализации распределенных сис-
тем управления и навигации подводных робототехнических комплексов (ПРК), выполняющих
технологические операции в условиях неопределенности окружающей среды. Предлагаемая
цифровая платформа предназначена для автоматизации следующих видов деятельности:
мониторинг состояния объектов подводной инфраструктуры (линии связи, трубопроводы,
добычное оборудование и т.д.), картографические и геодезические работы, определение па-
раметров и границ физических полей, зон распространения химических соединений (зон за-
грязнений) и биоресурсов, охрана объектов подводной и надводной инфраструктуры (подвод-
ные фермы марикультур, границы водных заповедников и т.п.), сопровождение движущихся
объектов, поиск объектов заданного типа (биологических, техногенных и др.), выполнение
подводных технологических операций (сварка, резка, очистка и т.п.). Для этой платформы
разработана система команд, обеспечивающая гибкое задание миссий ПРК различного типа
и назначения. Выделены пять типов сообщений цифровой платформы: команды управления
порядком выполнения миссии, команды управления загрузкой миссии, информационные сооб-
щения, команды миссии и группового управления. Предложена концепция создания распреде-
ленных систем управления ПРК, обеспечивающая совместимость существующих бортовых
систем ПРК с предлагаемым решением на основе компактных гидроакустических систем
глобальной гидроакустической навигации, разработанных в ПАО «Дальприбор» (г. Владиво-
сток). Указанные системы управления состоят из двух основных частей. Первая часть пред-
ставляет собой исходную бортовую информационно-управляющую систему ПРК, обеспечи-
вающую его движение в заданную точку пространства с заданной скоростью, получение
данных от бортовых датчиков, а также управление работой бортового оборудования. Вто-
рая часть – система управления верхнего уровня, обеспечивает возможность взаимодействия ПРК через акустический канал связи с глобальной гидроакустической навигационной сис-
темой и автоматизированным рабочим местом оператора. Исследования передачи данных в
симуляторе (CoppeliaSim) между оператором и ПРК в рамках предложенной цифровой
платформы показали, что обеспечивается надежная загрузка миссий и получение информа-
ции о состоянии ПРК при различных скоростях и в различных условиях работы акустическо-
го канала связи.

Литература

1. Yuh J., Marani G., Blidberg R. Applications of marine robotic vehicles, Intellegent Service
Robotics, 2011, No. 2, pp. 221-231.
2. Button R., Kamp J., Curtin T., Driden J. A Survey of Missions for Underwater Undersea Vehicles.
PA: RAND Corporation, USA, Santa Monica, CA, Arlington, VA, Pittsburgh. 2009, 223 p.
3. Simetti E., Casalino G. Manipulation and Transportation With Cooperative Underwater Vehicle
Manipulator Systems, IEEE Journal of Oceanic Engineering, 2017, Vol. 42, No. 4,
pp. 782-799.
4. Filaretov V.F., Konoplin N.Yu., Konoplin A.Yu. System for automatic soil sampling by AUV
equipped with multilink manipulator, International Journal of Energy Technology and Policy,
2019, Vol. 15, No. 2/3, pp.208-223.
5. Filaretov V., Gubankov A., Gornostaev I., Konoplin A. Synthesis Method of Reference Control
Signals for Manipulators Installed on Autonomous Underwater Vehicles, Proceedings of 2019
International Russian Automation Conference (RusAutoCon), 2019, pp. 1-6.
6. Farivarnejad H., Moosavian S. Multiple impedance control for object manipulation by a dual
arm underwater vehicle–manipulator system, Ocean Engineering, 2014, Vol. 89, pp. 82-98.
7. Filaretov V.F., Lebedev A.V., Yukhimets D.A. Sistemy i ustroystva upravleniya podvodnykh
robotov [Underwater robot control systems and devices]. Moscow: Nauka, 2005, 270 p.
8. Fossen T.I. Guidance and control of oceanic vehicles. New York, USA: John Willei and Sons,
1994, 494 p.
9. Sun Y.C., Cheah C.C. Adaptive control schemes for autonomous underwater vehicle, Robotica,
2008, Vol. 27, pp. 119-129.
10. Fossen T.I., Blanke M. Nonlinear output feedback control of underwater vehicle propellers
using feedback form estimated axial flow velocity, IEEE Journal of Oceanic Engineering,
2000, Vol. 25, No. 2, pp. 241-255.
11. Inzartsev A.V., Kiselev L.V., Kostenko V.V., Matvienko Yu.V., Pavin A.M., Shcherbatyuk A.F.
Podvodnye robototekhnicheskie kompleksy: sistemy, tekhnologii, primenenie [Underwater robotic
complexes: systems, technologies, application]. Vladivostok: Izd-vo IPMT DVO RAN,
2018, 368 p.
12. Avtonomnye podvodnye roboty: sistemy i tekhnologii [Autonomous underwater robots: systems
and technologies], ed. by M.D. Ageeva, L.V. Kiselev. Moscow: Nauka, 2005, 398 p.
13. Kulhandjian H., Kuo L., Melodia T. Extended Abstract: Development of a Reconfigurable
Underwater Networking Testbed, Proc. of ACM Intl. Conf. on UnderWater Networks and Systems
(WUWNet), 2012, pp. 1-2.
14. Melodia T., Kulhandjian H., Kuo L., and Demirors E. Advances in Underwater Acoustic Networking,
Mobile Ad Hoc Networking: Cutting Edge Directions, Eds. S. Basagni, M. Conti, S.
Giordano and I. Stojmenovic, John Wiley and Sons, Inc., Hoboken, NJ, 2013, pp. 804-852.
15. Kulhandjian H., Kuo L., Melodia T., Pados D., Green D. Towards Experimental Evaluation of
Software-Defined Underwater Networked Systems, Proc. of IEEE UComms. Sestri Levante,
Italy, 2012, pp. 12-14.
16. Heidemann J., Stojanovic M., Zorzi M. Underwater Sensor Networks: Applications, Advances,
and Challenges, Phil. Trans. R. Soc. A, 2012, Vol. 370, No. 1958, pp. 158-175.
17. Rice J.A., Creber R.K., Fletcher C.L., Baxley P.A., Davison D.C., Rogers K.E. Seaweb Undersea
Acoustic Nets, Biennial Review, SSC San Diego Technical Document TD 3117, 2001,
pp. 234-250.
18. Dubrovin F.S., Scherbatyuk A.F. About accuracy estimation of AUV single-beacon mobile
navigation using ASV, equipped with DGPS, OCEANS 2016. Shanghai, China, 2016, pp. 1-4.
19. Yukhimets D., Zuev A., Gubankov A. Method of spatial path planning for mobile robot in unknown
environment, Proc. of the 28th DAAAM Int. Symp., 2017, pp. 0258-0267.
20. Filaretov V.F., Gubankov A.S., Gornostaev I.V. The Formation of Motion Laws for Mechatronics
Objects Along the Paths with the Desired Speed, Proc. of Int. Conf. on Computer, Control,
Informatics and Its Applications (IC3INA 2016), 2016, pp. 93-96.
Опубликован
2021-04-04
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ I. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ