СИСТЕМЫ АНАЛИЗА И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
ISSN (печатн.): 2782-2001
ISSN (онлайн): 2782-215X
Автономные необитаемые подводные аппараты позволяют успешно решать разнообразные гражданские, научные и военные задачи. Робототехнические комплексы данного класса демонстрируют свою высокую эффективность при выполнении сейсмических исследований, гидрохимического мониторинга акваторий и инспекции состояния технических объектов различного назначения. Аппараты, источником питания которых является аккумуляторная батарея, имеют, как правило, сильно ограниченный запас хода, а также при работе требуют периодического пополнения заряда батареи. Физические свойства среды функционирования накладывают значительные ограничения на применяемые способы коммуникации, что усложняет передачу информации между оператором и автономным необитаемым подводным аппаратом. Доставка аппарата к месту проведения миссии, а также обеспечение питания аппарата и информационного обмена с оператором требуют определенной дополнительной инфраструктуры. Данная работа направлена на поиск и выбор решений в области транспортировки, энергетического и коммуникационного обеспечения автономных необитаемых подводных аппаратов. Рассмотрены конструктивные решения подводных доков и общие принципы построения систем обеспечения функционирования аппаратов данного типа, а также выполнена классификация подходов к энергетическому обеспечению подводных аппаратов. На основании проведенного анализа выбраны наиболее перспективные решения, обеспечивающие долгосрочную автономную работу. Ряд преимуществ в эксплуатации имеют док-станции с возможностью подъема и погружения подводного аппарата непосредственно внутри станции. Использование контактных методов для передачи энергии и информации требует высокой точности позиционирования подводного аппарата и усложнения его сенсорной системы, а также применения особых методов для защиты контактных пар от воздействия окружающей среды. Данных недостатков лишены беспроводные решения, активно внедряющиеся в настоящее время.
Савельев Антон Игоревич
Крестовников Константин Дмитриевич
Ерашов Алексей Алексеевич
1. Resident autonomous underwater vehicle systems – a review of drivers, applications, and integration options for the subsea oil and gas market / M. Furuholmen, A. Hanssen, R. Carter, K. Hatlen, J. Siesjo // Offshore Mediterranean Conference and Exhibition. – Ravenna, Italy, 2013.
2. Крестовников К.Д., Ерашов А.А. Исследование эффективности беспроводной системы передачи энергии при эксплуатации в воде и растворах // Датчики и системы. – 2022. – № 2 (261). – С. 19–27. – DOI: 10.25728/datsys.2022.2.3.
3. Krestovnikov K., Cherskikh E., Smirnov P. Wireless power transmission system based on coreless coils for resource reallocation within robot group // International Conference on Interactive Collaborative Robotics. – Cham: Springer, 2019. – P. 193–203. – DOI: 10.1007/978-3-030-26118-4_19.
4. Krestovnikov K., Cherskikh E., Saveliev A. Structure and circuit solution of a bidirectional wireless power transmission system in applied robotics // Radioengineering. – 2021. – Vol. 30, N 1. – P. 142–149. – DOI: 10.13164/re.2021.0142.
5. Маевский А.М., Гайкович Б.А. Разработка легкого интервенционного автономного необитаемого подводного аппарата в целях использования в подводных резидентных системах // Перспективные системы и задачи управления: материалы XIV Всероссийской научно-практической конференции и X молодежной школы-семинара «Управление и обработка информации в технических системах». – Ростов н/Д., 2019. – С. 91.
6. Концепция роботизированной подводной сейсморазведки в подледных акваториях / Б.А. Гайкович, В.Ю. Занин, В.С. Тарадонов, А.П. Блинков, И.В. Кожемякин, М.Ю. Токарев, Е.А. Бирюков // Сборник работ лауреатов Международного конкурса научных, научно-технических и инновационных разработок, направленных на развитие и освоение Арктики и континентального шельфа 2018 года. – М., 2018. – C. 64–86.
7. Патент № 2082646 Российская Федерация. Спасательно-рабочий подводный аппарат: опубл. 27.06.1997 / Доронин В.Д., Крылов Е.В., Дикарев Н.Ф., Лафер Р.И., Лавковский С.А., Федяев В.А., Козлов Ю.Г., Жучков А.И., Шитов Ю.Н., Агишев Е.Р., Голубев В.А. – 6 с.
8. Development and design of a compact autonomous underwater vehicle: Zeno AUV / J. Gelli, A. Meschini, N. Monni, M. Pagliai, A. Ridolfi, L. Marini, B. Allotta // IFAC-PapersOnLine. – 2018. – Vol. 51 (29). – P. 20–25. – DOI: 10.1016/j.ifacol.2018.09.463.
9. Autonomous underwater vehicle docking system based on wired transmission / J. Guo, R. Zheng, X. Yu, A. Wei, B. Yang // 2018 WRC Symposium on Advanced Robotics and Automation (WRC SARA). – IEEE, 2018. – P. 1–6. – DOI: 10.1109/WRC-SARA.2018.8584153.
10. Johansson B., Siesjö J., Furuholmen M. Seaeye Sabertooth a hybrid AUV/ROV offshore system // OCEANS 2010 MTS/IEEE Seattle. – IEEE, 2010. – P. 1–3. – DOI: 10.1109/OCEANS.2010.5663842.
11. Johansson B., Siesjö J., Furuholmen M. Seaeye Sabertooth, a hybrid AUV/ROV offshore system // SPE Offshore Europe Oil and Gas Conference and Exhibition. – Aberdeen, UK, 2011. – DOI: 10.2118/146121-MS.
12. Подводные робототехнические комплексы: системы, технологии, применение / А.В. Инзарцев, Л.В. Киселев, В.В. Костенко, Ю.В. Матвиенко, А.М. Павин, А.Ф. Щербатюк; Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук. – Владивосток: ИПМТ ДВО РАН, 2018. – 368 с.
13. A non-contact docking system for charging and recovering autonomous underwater vehicle / R. Lin, D.-J. Li, T. Zhang, M. Lin // Journal of Marine Science and Technology. – 2019. – Vol. 24 (3). – P. 902–916.
14. Experiments on vision guided docking of an autonomous underwater vehicle using one camera / J.Y. Park, B.H. Jun, P.M. Lee, J. Oh // Ocean Engineering. – 2009. – Vol. 36 (1). – P. 48–61.
15. Bellingham J.G. Autonomous underwater vehicle docking // Springer Handbook of Ocean Engineering. –Cham: Springer, 2016. – P. 387–406.
16. Толстой И.М., Захаров К.С., Кан И.А. Локализация и навигация мультиагентной робототехнической системы на основе ARUCO-маркеров // Пятый Всероссийский научно-практический семинар «Беспилотные транспортные средства с элементами искусственного интеллекта» (БТС-ИИ-2019). – СПб., 2019. – С. 39–47.
17. Метод оценки времени беспроводной передачи энергетических ресурсов между двумя роботами / А.А. Ерашов, К.В. Камынин, К.Д. Крестовников, А.И. Савельев // Информатика и автоматизация. – 2021. – Т. 20, № 6. – С. 1279–1306. – DOI: 10.15622/ia.20.6.4.
18. Detecting square markers in underwater environments / J. Cejka, F. Bruno, D. Skarlatos, F. Liarokapis // Remote Sensing. – 2019. – Vol. 11 (4). – P. 459. – DOI: 10.3390/rs11040459.
19. An evaluation of artificial fiducial markers in underwater environments / D.B. dos Santos Cesar, C. Gaudig, M. Fritsche, M.A. dos Reis, F. Kirchner // OCEANS 2015 – Genova. – IEEE, 2015. – P. 1–6. – DOI: 10.1109/OCEANS-Genova.2015.7271491.
20. Vision-based localization system suited to resident underwater vehicles / P. Trslic, A. Weir, J. Riordan, E. Omerdic, D. Toal, G. Dooly // Sensors. – 2020. – Vol. 20 (2). – P. 529.
21. Jabari R., Cheng T. Autonomous evolution robotic systems for underwater surveillance and inspection // Offshore Technology Conference (OTC-2020). – Houston, TX, USA, 2020. – Vol. 1. – P. 464–474.
22. Wang T., Zhao Q., Yang C. Visual navigation and docking for a planar type AUV docking and charging system // Ocean Engineering. – 2021. – Vol. 224. – P. 108744. – DOI: 10.1016/j.oceaneng.2021.108744.
23. Yang C., Wang T., Chen Y. Design and analysis of an omnidirectional and positioning tolerant AUV charging platform // IET Power Electronics. – 2019. – Vol. 12 (8). – P. 2108–2117. – DOI: 10.1049/iet-pel.2018.5663.
24. Wireless power and data transfer system for station-based autonomous underwater vehicles / M. Ogihara, T. Ebihara, K. Mizutani, N. Wakatsuki // OCEANS 2015-MTS/IEEE Washington. – IEEE, 2015. – P. 1–5. – DOI: 10.23919/OCEANS.2015.7404400.
25. Underwater wireless power transfer for non-fixed unmanned underwater vehicle in the ocean / S. Yoshida, M. Tanomura. Y. Hama, T. Hirose, A. Suzuki, Y. Matsui, N. Sogo, R. Sato // 2016 IEEE/OES Autonomous Underwater Vehicles (AUV). – IEEE, 2016. – P. 177–180. – DOI: 10.1109/auv.2016.7778668.
26. A circumferential coupled dipole-coil magnetic coupler for autonomous underwater vehicles wireless charging applications / C. Cai, Y. Zhang, S. Wu, J. Liu, Z. Zhang, L. Jiang // IEEE Access. – 2020. – Vol. 8. – P. 65432–65442. – DOI: 10.1109/ACCESS.2020.2984530.
27. Shi J., Li D., Yang C. Design and analysis of an underwater inductive coupling power transfer system for autonomous underwater vehicle docking applications // Journal of Zhejiang University. Science C. – 2014. – Vol. 15 (1). – P. 51–62. – DOI: 10.1631/jzus.C1300171.
28. Yang C., Lin M., Li D. Improving steady and starting characteristics of wireless charging for an AUV docking system // IEEE Journal of Oceanic Engineering. – 2018. – Vol. 45 (2). – P. 430–441. – DOI: 10.1109/JOE.2018.2872449.
29. Krestovnikov K., Erashov A. Research of performance characteristics of WPT system associated with mutual arrangement of coils // Electromechanics and Robotics. – Singapore: Springer, 2022. – P. 359–369. – DOI: 10.1007/978-981-16-2814-6_31.
Исследования выполнены при финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации МК-3094.2022.1.6.
Савельев А.И., Крестовников К.Д., Ерашов А.А. Анализ подходов к функционированию автономного необитаемого аппарата и надводного судна при проведении совместных миссий // Системы анализа и обработки данных. – 2022. – № 4 (88). – С. 49–62. – DOI: 10.17212/2782-2001-2022-4-49-62.
Saveliev A.I., Krestovnikov K.D., Erashov A.A. Analiz podkhodov k funktsionirovaniyu avtonomnogo neobitaemogo apparata i nadvodnogo sudna pri provedenii sovmestnykh missii [Analysis of approaches to functioning of an autonomous unmanned vehicle and a surface ship in joint missions]. Sistemy analiza i obrabotki dannykh = Analysis and Data Processing Systems, 2022, no. 4 (88), pp. 49–62. DOI: 10.17212/2782-2001-2022-4-49-62.
