C·O·R·M·O·R·A·N

C·O·R·M·O·R·A·N
UN SUBMARINO AUTÓNOMO PARA EL
ESTUDIO DE LAS AGUAS LITORALES DE
BALEARES
M. MARTÍNEZ, D. ROIG, B. GARAU, G. VIZOSO, A. ÁLVAREZ, J. TITORÉ, G. OLIVER 2
Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados (IMEDEA) CSIC-UIB.
2
Grupo de Robótica y Visión de la Universidad de las Islas Baleares
IV Jornades Medi Ambient Illes Balears
INDICE
• 1. Introducción
– 1.1. Sistemas Tradicionales
• 2. Nuevas Tecnologías
–
–
–
–
2.1. Gliders
2.2. AUVs
2.3. ASVs
2.4. AHVs
• 3. El Proyecto CORMORAN
–
–
–
–
3.1. Mejoras Añadidas
3.2. Comportamiento AHV
3.3. Diseño Mecánico
3.4. Diseño Electrónico
• 4. Conclusiones
• 5. Referencias
1. Introducción
• El medioambiente marino es un sistema
extremadamente complejo.
• Para poder comprenderlo es necesario
obtener variables físicas, químicas y
biológicas.
• Se han desarrollado modelos predictivos de
comportamiento que necesitan asimilar estas
variables.
1.1 Sistemas Tradicionales
• Buques Oceanográficos.
• Alta resolución espacial
• Baja resolución temporal
• Elevado coste
• Anclajes
• Mínima resolución espacial
• Alta resolución temporal
• Problemática mantenimiento
2. Nuevas Tecnologías
• Gracias a los nuevos avances tecnológicos se han
desarrollado tecnologías que resuelven las anteriores
problemáticas:
• Gliders (Planeadores subacuáticos)
• AUV (Autonomous Underwater Vehicle)
• ASV (Autonomous Surface Vehicle)
• Más recientemente ha aparecido una nueva tecnología
que reúne las mejores características de las anteriores
para la oceanografía:
• AHV (Autonomous Hibrid Vehicle)
2.1 Gliders
• Vehículos submarinos que, gracias a su diseño
aerodinámico y a pequeños alerones,
modificando su flotabilidad consiguen planear
bajo la superficie capturando datos.
• Alta durabilidad (meses)
• Baja frecuencia de emisión
2.2. AUVs
• Robots submarinos inteligentes que, mediante
complejos sistemas electrónicos, son capaces
de navegar bajo la superficie capturando datos
en tiempo real.
• Baja autonomía temporal (elevado consumo)
• Elevado coste
2.3. ASVs
• Robots que navegan en superficie capturando
datos de la capa superficial oceánica.
• No pueden realizar mediciones de capas inferiores
2.4. AHVs
• Vehículos híbridos que navegan en superficie,
pero que son capaces de sumergirse para
realizar medidas de perfiles oceánicos.
• Simplificación del funcionamiento
• Bajo coste
• Capacidad de medición de todo tipo de
parámetros
2.4. AHVs
• Únicamente existen 2 prototipos funcionales
(desarrollados en colaboración con miembros del equipo
investigador del proyecto CORMORAN):
• AHV 1 – Univ. Pisa y Sacland Undersea Research Center (Italia)
• AHV 2 – IMEDEA (Instituto Mediterraneo de Estudios Avanzados,
Esporlas, Islas Baleares)
AHV1
AHV2
3. El Proyecto
CORMORAN
• Desarrollo de un nuevo prototipo de AHV que
mejora las características de los dos prototipos
anteriores.
3.1. Mejoras añadidas
• Diseño:
• Mejores características fluido-dinámicas
• Mejoras sistema de propulsión y control
•
•
•
de dirección
Minimización del volumen del vehiculo
Aumento del rendimiento energético
Mejor control de profundidad
• Control electrónico:
• Modo de control manual vía Joystick
• Transmisión datos a través de
•
•
•
GPRS/GSM
Posicionamiento GPS mejorado
Incremento del nº de sensores de control
Dotación de inteligencia artificial
3.2. Comportamiento AHV
GPRS
Recepción del plan Posicionamiento
de campaña
GPS al punto de
muestreo GPRS
Captura
Envío de
del
los
perfil
datos
de
muestras
adquiridos
Desplazamiento al nuevo
punto de muestreo
3.3. Diseño Mecánico
• En el laboratorio de Mecánica del IMEDEA
se ha desarrollado el diseño del vehiculo
– Herramientas de diseño CAD
– Fabricación mediante Maquinaria Tradicional
(Torno, Fresadora, …) y Maquinaria CNC
(Fresadora numérica)
• Para la implementación se han indicado
unas especificaciones técnicas básicas
(Diseño, Componentes y Materiales)
– Sencillez y Economía
– Robustez y Fiabilidad
3.3. Diseño Mecanico
• Especificaciones de Diseño Operacional
–
–
–
–
Casco Hidrodinámico
Vehículo Manejable por 1 Persona (Reducido tamaño)
Seguridad de los Componentes Interiores (Doble Casco)
Estanqueidad hasta 100 metros de profundidad
3.3. Diseño Mecanico
• Especificaciones de Diseño Funcional
–
–
–
–
Sistema de Inmersión: Estática mediante Pistón
Propulsión: Hélice + Motor Eléctrico
Dirección: Timones Servoactuados
Antena de comunicaciones estanca
3.4. Diseño Electrónico
• En el laboratorio de Electrónica del
IMEDEA se está diseñando e
implementando el sistema hardware de
control y sensorización del vehiculo.
3.4. Diseño Electrónico
• Sistema de control de
•
•
•
propulsión y direccionamiento
(servoactuadores)
Sistema de control de
profundidad (pistón)
Sistema de transmisión de datos
vía radio
Programa de control remoto del
vehiculo vía Joystick.
3.4. Diseño Electrónico
• El diseño está basado en el uso de un
microcontrolador de ultra-alta velocidad
• Actúa directamente sobre las entradas de control
del motor y de los servos
• Controla la capacidad de carga del pistón
• Implementa un protocolo de comunicaciones
3.4. Diseño Electrónico
• Actualmente se está desarrollando una
arquitectura que permite:
• Sensorización interna (profundidad, presión, temperatura,
•
•
•
humedad, dirección, etc.)
Comunicaciones (GPRS/GSM) y posicionamiento (GPS)
Conexión con un PC embebido (PC-104)
Sensorización oceanográfica (CTD, etc.)
• En colaboración con la UIB se está
desarrollando la Inteligencia Artificial del
vehiculo
4. Conclusiones
• En el IMEDEA se ha desarrollado un
nuevo prototipo de AHV que mejora
las características de sus
predecesores y permite su control en
modo manual vía Joystick.
• Se está desarrollando en
colaboración con la UIB la dotación
de Inteligencia Artificial al vehiculo.
• Paralelamente se están
desarrollando en el IMEDEA nuevas
mejoras y características de diseño,
control y hardware sensorial.
5. Referencias
• Alvarez et al, 2004, "Design and realization of a very low cost
prototypal autonomous vehicle for coastal oceanographic
missions",IFAC
Conference on Control Applications in Marine Systems, Ancona
2004.
Gracias por su atención