DEVELOPMENT OF AN UNDERWATER VEHICLE ROBOTIC SIMULATOR TO STUDY METHODS OF RESIDENT AUVS AUTONOMOUS INTERVENTION WITH UNDERWATER INFRASTRUCTURE OBJECTS
Abstract
The article presents the process of developing an underwater vehicle simulator (USV) with an installed 5-degree underwater manipulator complex (MC). The simulator is designed for complex testing of autonomous interaction of a marine robotic complex (MRC) with underwater infrastructure objects. In particular, an example of solving the problems of simulator operation with a model of an underwater panel of an underwater production complex (UPC) and solving the problem of determining concretions and their autonomous collection using the simulator and MC are considered. Modern trends in the development of underwater robotics are focused on the creation of resident autonomous systems capable of operating in remote and hard-to-reach areas of the World Ocean all year round. The development of resident technologies is associated with the need to reduce operating costs, minimize risks to personnel and increase the autonomous functioning time of underwater complexes. The use of such technologies is especially relevant in the conditions of offshore shelf development, where traditional methods of operating underwater vehicles encounter technical and economic limitations. The need to carry out work on the distant shelf is due to the increasing demand for hydrocarbon resources and the depletion of easily accessible deposits on the continental shelf. According to forecasts, promising deep-water areas located at depths greater than 1000 m have significant potential for oil and gas production. According to experts, the volume of recoverable reserves in such areas can amount to hundreds of billions of barrels of hydrocarbon raw materials, which makes the development of effective autonomous solutions a strategically important task for the oil and gas industry. The paper presents software and hardware solutions used in the implementation of the USV. A structural diagram of the design is provided; the software architecture and features of the use of artificial neural network (ANN) systems as part of the technical vision system (TVS) of the USV are described. The use of TVS allows to significantly increasing the autonomy of underwater manipulators when performing complex technological operations, such as capturing objects from the ground, working with bottom infrastructure objects, etc. In conclusion, the obtained results are demonstrated, confirming the operability of the adopted design, software and hardware solutions when performing real work in autonomous mode with mock-ups of hot-stab and torque-tool working tools and mating parts located on the mock-up of the UPC panel.
References
1. Carrera A., Carreras M., Kormushev P., Palomeras N. and Nagappa S. Towards valve turning with an
AUV using Learning by Demonstration // 2013 MTS/IEEE OCEANS - Bergen, Bergen, Norway,
2013. – P. 1-7. – DOI: 10.1109/OCEANS-Bergen.2013.6608097.
2. Palomeras N., Carrera A., Hurtós N. et al. Toward persistent autonomous intervention in a subsea
panel // Auton Robot. – 2016. – 40. – P. 1279-1306. – https://doi.org/10.1007/s10514-015-9511-7.
3. Palomeras N., Peñalver A., Massot-Campos M., Negre P.L., Fernández J.J., Ridao P., Sanz P.J., Oliver-
Codina G. I-AUV Docking and Panel Intervention at Sea // Sensors. – 2016. – 16, 1673.
– https://doi.org/10.3390/s16101673.
4. Palomeras N., Ridao P., Ribas D., and Vallicrosa G. AutonomousI-AUV docking for fixed-base manipulation
// Proc. IFAC. – 2014. – Vol. 47, No. 3. – P. 12 160-12 165.
5. Pi R., Cieślak P., Ridao P. and Sanz P.J. TWINBOT: Autonomous Underwater Cooperative Transportation
// in IEEE Access. – 2021. – Vol. 9. – P. 37668-37684. – DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3063669.
6. Electric Manipulators tested for Offshore Wind O&M by University of Girona.
– https://reachrobotics.com/blog/electric-manipulators-conduct-ndt-for-offshore-wind-platforms/.
7. Cheramie Jami, and Alan Anderson. Developing the Next Generation of Pipeline Inspection AUV //
Paper presented at the Offshore Technology Conference, Houston, Texas, USA, May 2023. – DOI:
https://doi.org/10.4043/32559-MS.
8. Glenn Casey. Next Generation Building Blocks of an Autonomous Subsea Vehicle // Paper presented
at the Offshore Technology Conference, Houston, Texas, USA, May 2023. – DOI:
https://doi.org/10.4043/32520-MS.
9. Nevoso C., Cavallini F., Massari G., Bernini T., Watanabe T., and Britto A. Going Deeper: Inspecting
Subsea Live Assets by Means of an Advanced AUV Solution // Paper presented at the Offshore Technology
Conference, Houston, Texas, USA, May 2024. – DOI: https://doi.org/10.4043/35245-MS.
10. Пятавин П.А. Метод автоматической стыковки необитаемых подводных аппаратов с использо-
ванием многозвенных манипуляторов // Международный семинар «Навигация и управление
движением» (NMC-2023). – С. 57-59.
11. Юрманов А.П., Панчук М.О., Коноплин А.Ю. Метод коррекции траекторий рабочего органа много-
звенного манипулятора необитаемого подводного аппарата // Подводные исследования и робото-
техника. – 2023. – № 4 (46). – С. 43-51. – https://doi.org/10.37102/1992-4429_2023_46_04_04.
12. Коноплин А.Ю., Красавин Н.А., Юрманов А.П., Пятавин П.А., Костенко В.В., Быканова А.Ю.
Разработка комплекса методов для автономного выполнения технологических операций мани-
пуляционными подводными аппаратами // Вестник ДВО РАН. – 2024. – No. 1. – С. 54-71.
– http://dx.doi.org/10.31857/S0869769824010044. EDN: leqdse.
13. Маевский А.М., Занин В.Ю, Кожемякин И.В. Разработка Комбинированной Системы Управления
Резидентным/Интервенционным Анпа На Основании Поведенческих Методов // Известия ЮФУ.
Технические науки. – 2020. – № 1 (211). – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/razrabotkakombinirovannoy-
sistemy-upravleniya-rezidentnym-interventsionnym-anpa-na-osnovanii-povedencheskihmetodov
(дата обращения: 09.03.2021).
14. Chemisky B., Menna F., Nocerino E., Drap P. Underwater Survey for Oil and Gas Industry: A Review of
Close Range Optical Methods // Remote Sens. – 2021. – 13, 2789. – https://doi.org/10.3390/rs13142789.
15. Nauert Franka and Kampmann Peter. Inspection and maintenance of industrial infrastructure with autonomous
underwater robots // Frontiers in Robotics and AI. – 2023. – 10. – 10.3389/frobt.2023.1240276.
16. ПНСТ 605-2022. Нефтяная и газовая промышленность. Системы подводной добычи. Инстру-
менты телеуправляемых необитаемых подводных аппаратов и их интерфейсы. – М.: Россий-
ский институт стандартизации, 2022. – 50 c.
17. Занин В.Ю., Маевский А.М., Кожемякин И.В. и др. Использование морской робототехники в
задачах оперативной океанографии. Отечественный и зарубежный опыт // Морские информа-
ционно-управляющие системы. – 2020. – № 1 (17). – С. 94-102. – http://oceanplatform.ru/wpcontent/
uploads/2020/08/journal_07_2020.
18. Занин В.Ю., Маевский А.М. и др. Разработка элементов подводных робототехнических резидентных
систем на примере отечественного автономного необитаемого подводного аппарата интервенционного
класса и сопутствующих технологий // Сб. работ лауреатов Международного конкурса научных, науч-
но-технических и инновационных разработок, направленных на развитие и освоение Арктики и конти-
нентального шельфа. – 2019. – С. 18-26. – https://oceanos.ru/s1/files/File/2019_Arctic_residential.pdf.
19. Маевский А.М., Гайкович Б.А. Разработка гибридных автономных необитаемых аппаратов для
исследования месторождений углеводородов // Вести газовой науки. Современные подходы и
перспективные технологии в проектах освоения нефтегазовых месторождений российского
шельфа. – 2019. – № 2 (39). – С. 30-41.
20. Маевский А.М., Гайкович Б.А. Разработка легкого интервенционного автономного необитаемого
подводного аппарата в целях использования в подводных резидентных системах // Матер. XIV
Всероссийской научно-практической конференции и X Молодежной школы-семинара «Управ-
ление и обработка информации в технических системах». – Ростов-на-Дону; Таганрог: Изд-во
ЮФУ, 2019. – С. 83-98.
