ROBÔS SUBMARINOS

ROBÔS SUBMARINOS

1. NAVEGAÇÃO

   • emprega a informação de sensores tipicamente presentes em sistemas de navegação veicular e de robôs móveis terrestres
     • unidades inerciais
     • sistemas de posicionamento global (GPS)
       • limitada pois a água atenua a transmissão de ondas eletromagnéticas
         • obrigando o veículo a emergir para a atualização de sua posição
         • baseando sua navegação na utilização de outros sensores quando submerso
     • bússolas
     • e transdutores de pressão, para a medida de profundidade
   • ganham destaque, para a navegação submarina, os sensores de natureza hidroacústica
     • com menores perdas na propagação, sinais acústicos em água alcançam distâncias muito maiores
     • sendo conhecida a velocidade de propagação do som na água, calcula-se a distância do veículo e as coordenadas do veículo
       • sensores acústicos podem proporcionar informação de velocidade
         • sensor de velocidade via efeito Doppler
           • com base na diferença de frequência entre os sinais acústicos emitidos e refletidos no solo aquático, proporciona a informação indireta de velocidade do veículo

2. CARACTERISTICAS GERAIS

   • ROVs (Remote Operated Vehicles)
     • tem estrutura robusta
       • hélices distribuidas
       • carregam sensores
         • específicos para percepção ambiental
       • carregam ferramentas
         • que dependem da missão
           • luzes
           • câmeras
           • manipuladores em geral
       • que pode ser
         • aberta (open frame)
         • cobertas por carenagens (closed frames)
     • são controlados
       • por controle remoto
       • a partir da superficie
       • através de um cbo
         • que transmite os comandos
           • de manobra
         • que transmite a energia
           • para a operação do veículo
         • que transmite os sinais sensoriais
           • imagens do ambiente ao seu redor
     • preferidos para tarefas que requerem uma inspeção visual mais minuciosa
       • e interação com o operador humano em tempo real
   • AUV (Autonomous Underwater Vehicle)
     • utilizado na execução de missões
       • de maior duração
       • de maior área
     • perfis mais hidrodinâmicos
     • possuem forma
       • de torpedo
       • de casco de submarino militar em escala
         • o casco pode ser
           • estanque
           • inundável
     • navegação autônoma
     • desempenham as missões de coleta de informações
   • VEÍCULOS HÍBRIDOS
     • propostos recentemente
     • a navegação autônoma ou por controle remoto pode ser escolhida pelo usuário
     • a forma do casco é mais hidrodinâmica
     • exemplo mais célebre é o Nereus
       • desenvolvido pelo Instituto Oceanográfico Woods Hole

3. PROPULSÃO E MANOBRA

   • grande maioria de AUVs utiliza hélices para a propulsão
     • e hidroplanos para a manobra
       • utiliza-se a movimentação dos pacotes de bateria bem como a deflexão de hidroplanos
   • ROVs são dependentes de hélices para propulsão e manobra
   • meio alternativo de propulsão em AUVs
     • planadores
       • a variação de flutuabilidade é utilizada para iniciar movimentos de imersão e emersão
         • a troca de fluido entre reservatórios na parte estanque e a inundada faz com que a flutuabilidade mude

4. APLICAÇÕES

   • ROVs (Remote Operated Vehicles)
     • na investigação visual do fundo do mar
       • navios afundados
       • estruturas submersas
       • enviando imagens
         • coletadas por câmeras embarcadas
       • oletando amostras
         • coletados através de manipuladores
     • exploração de petróleo offshore
       • reparo
       • monitoramento
       • instalação de estruturas e equipamentos
     • auxiliar no resgate de equipamentos
   • AUV (Autonomous Underwater Vehicle)
     • levantamento topográfico
     • investigação do subsolo marinho
     • medição de características físico-químicas da água
     • coleta de plânctons
     • identificação de minas submersas
       • sem colocar em risco vidas humanas
       • sem colocar em risco grandes investimentos militares

5. SISTEMAS DE PERCEPÇÃO DO AMBIENTE

   • a baixa atenuação do sinal acústico no meio aquático, explica a predominância do sonar como sensores embarcados nos veículos submarinos
     • várias medições de distância ao fundo do mar podem ser realizadas
   • com a posição do veículo, pode-se construir um mapa do solo submerso
     • mapa batimétrico
     • para aumentar a eficiência do mapeamento, sonares multifeixe podem ser utilizados
   • na obtenção de imagens através de informações que não são oriundas da batimetria é comum a utilização de sonares de varredura lateral
     • proporciona a geração de feixes acústicos de grande abertura angular na direção perpendicular ao movimento do veículo
       • cada feixe é gerado por uma fileira de transdutores dispostos na direção longitudinal do veículo
   • se a intenção é investigar além do solo submerso, pode-se utilizar um sonar para o levantamento do perfil do subsolo
     • sinais acústicos de maior intensidade e menor frequência são utilizados para penetrar no subsolo e refletir em suas camadas
   • o sensor de velocidade por efeito Doppler também pode ser aplicado
     • no levantamento de perfis de correntes marinhas
     • na detecção de cardumes

6. aplicação vem crescendo nas últimas décadas

7. são empregados

   • na exploração de recursos oceânicos
   • na monitoração ambiental
   • na supervisão de instalações submarinas

8. são exemplos notáveis de robôs de campo

9. DESAFIOS

   • ROVs
     • o aperfeiçoamento na captação e processamento das imagens de vídeo
     • maior integração com modelos computacionais para a assistência às missões
     • aumento da riqueza e disponibilidade de informações para a solução remota de problemas durante as missões do veículo
   • AUVs
     • aumento da eficiência das fontes embarcadas de energia de modo a prover maior independência
       • utilização e crescimento da autonomia do sistema computacional embarcado

10. formam uma plataforma rica

    • para os avanços na área de tecnologia marinha
    • para a capacitação em mecatrônica

11. NO BRASIL

    • desenvolvimentos de ROVs foram iniciados na década de 1990
      • na UFRJ
    • recentemente foi iniciado a pesquisa e o desenvolvimento de AUVs
      • AUV Pirajuba
        • desenvolvido pela USP

12. CONTROLE

    • os sistemas de controle embarcados em AUVs vêm sofrendo a influência dos desenvolvimentos em hardware
      • e dos paradigmas e abordagens que são investigados para o projeto da arquitetura de controle de robôs móveis
    • através de estratégias que priorizam a segurança do veículo e a execução de missões bem específicas
      • o sistema embarcado atua de maneira pré-programada, não dando margem à emergência
        • priorizando a execução de tarefas simples em tempo real de maneira eficiente e confiável
          • evando em conta um ambiente pouco dinâmico ao redor do AUV
    • No controle de movimento e guiagem destes veículos, alia-se a modelagem da planta com abordagens clássicas ou modernas no projeto do piloto automático
      • aplicações de técnicas de controle clássico
        • PID
        • controle linear quadrático gaussiano
        • controle robusto linear e não linear
    • para AUVs é comum modelagens similares àquelas de pilotos automáticos para navios, submarinos e aeronaves.