Будущее: Автономный роботизированный уход за корпусом

Пользовательский интерфейс автономного робота по уходу за корпусом. Любезность Фотографии Greensea Systems

Два года груминга. Панели с покрытием 6 дюймов x 12 дюймов ухоженные еженедельно (вверху) по сравнению с панелями, оставленными необработанными (внизу). Любезность Фотографии Greensea Systems

Робот для груминга на небольшом судне со стороны причала, как показано на другом транспортном средстве. Фото предоставлено Greensea Systems

Previous Next

Биозагрязнение корпуса судна оказывает существенное влияние на готовность флота, эксплуатационные характеристики судна, его стоимость и окружающую среду. Биологическое обрастание приводит к увеличению гидродинамического сопротивления, что приводит к большему расходу топлива и большему количеству выбросов на пройденное расстояние, чем у гидравлически гладкого корпуса. Исследование Schultz, et al. нашел типичный показатель загрязнения (FR) судна класса DDG-51 ВМС США, FR-30, увеличивает расход топлива на 10,3% по сравнению с гидравлически гладким DDG-51. Результаты показали, что снижение этого показателя загрязнения до FR-20 приведет к экономии в размере 340 тыс. Долл. США за корабль и более чем вдвое больше, чем при сохранении корпуса корпуса с рейтингом загрязнения FR-10, что экономит ВМС США почти 800 тыс. Долл. США за корпус в год. И хотя такие исследования на коммерческих судах практически отсутствуют, аналогичные экономические последствия загрязнения неизбежны. В недавнем отчете упоминается EMMA MAERSK, контейнеровоз вместимостью 397 м, по оценкам тратящий приблизительно 20 тыс. Долл. США в день на пропульсивное топливо, потерянное для биологического обрастания.

Экономическое воздействие загрязнения также связано с дорогостоящими обычными действиями по очистке и локализации. Исследование, проведенное в 2016 году по заказу береговой охраны США, определило стоимость удаления легкого биообрастания из корпуса судна в размере 0,33 долл. США за фут2 (примерно 3,55 долл. США за м2). Исходя из этой оценки, полное удаление биологического обрастания из DDG-51 будет стоить более 10 тысяч долларов, в то время как стоимость удаления биологического обрастания с контейнеровоза класса Panamax будет превышать 98 тысяч долларов. Эти оценки относятся к традиционным методам очистки, которые ухудшают абляционные покрытия, используемые для предотвращения обрастания, что приводит к сухой стыковке для повторного нанесения покрытия один раз в несколько лет. Сухой док большого корабля может стоить от 1 до 2 миллионов долларов.

Загрязнение также оказывает значительное воздействие на окружающую среду: от выбросов парниковых газов, связанных с повышением стоимости пропульсивного топлива, до токсинов, выделяющихся при очистке воды. Многие страны в настоящее время требуют сдерживания очистки в воде или запрещают практику во время нахождения в порту. Традиционные интенсивные процессы очистки, используемые для очистки загрязненных корпусов, являются дорогостоящими, неэффективными для операций, повреждают покрытие корпуса и экологически неприемлемы. Альтернативой реакционному интенсивному процессу очистки является регулярное и тщательное разрушение нароста на покрытии корпуса судна путем мягкой чистки маленькими щетинками с мягкой щетиной. Этот процесс, называемый уходом за корпусом, похож на чистку зубов каждый день, чтобы избежать ежемесячного посещения стоматолога и ежегодного корневого канала. Исследования, проведенные доктором Джеффри Суэйном во Флоридском технологическом центре по контролю коррозии и биологического обрастания (FIT CCBC), впервые применили методологию и практику ухода за корпусом, продемонстрировав, что это экономически эффективный метод контроля биологического обрастания, при котором выделяется гораздо меньше токсинов. в воду, чем чистка. Поскольку уход за корпусом лишь слегка смазывает корпус судна и не удаляет покрытие, защитная оболочка не требуется, а срок службы исходного покрытия увеличивается, что удлиняет период между дорогостоящей сухой стыковкой. Кроме того, уход за корпусом выполняется с помощью легких щеток, которые очень нежно соприкасаются с корпусом судна. Это позволяет использовать ручные щетки, которыми могут легко управлять водолазы или даже щетки, которыми могут управлять маленькие роботы, ползающие по корпусу. Отсутствие необходимости в тяжелом оборудовании для запуска и восстановления инструмента для очистки дополнительно повышает экономическую эффективность.

Уход за автомобилем за работой. Любезность Фотографии Greensea Systems

Тем не менее, чтобы быть эффективными, уход за корпусом должен проводиться так же регулярно, как раз в неделю или более, и должен быть тщательным, не оставляя пустот или упущений. (Продолжая предыдущую аналогию с чисткой зубов, представьте, что вы чистите все зубы, кроме нескольких, - визит стоматолога еще впереди.) Требования регулярности и тщательности ухода за корпусом создают проблемы для жизнеспособности. Например, судно класса DDG-51 составляет примерно 22% флота ВМС США по количеству и примерно 22% по площади смачиваемого корпуса. Уход за общей влажной частью этой части военно-морского флота США один раз в неделю является материально-финансовым и финансовым запретом без роботизированных средств для этого. Даже при использовании роботизированного решения время очистки может составлять более 15 часов на судно при использовании одного маленького робота и обеспечении 50% перекрытия путей ухода.

Несколько усилий за последнее десятилетие внесли свой вклад в развитие роботизированной уборки. Эти усилия привели к созданию проверенных инструментов, методов подготовки, роботизированных платформ, процессов обеспечения качества и методов немагнитного крепления, позволяющих роботам ползти вдоль корпуса корабля. Почему же после почти десятилетия исследований и не менее 15 коммерчески доступных «роботов для очистки корпуса» у нас до сих пор нет решения, которое действительно готово для принятия сообществом судостроителей? Причина так же стара, как робототехника. До тех пор, пока робот не сможет выполнить работу, как ожидалось, с минимальным вмешательством оператора, и пока отношения между человеком и роботом не станут оптимальными, робот не может быть использован для работы.
Робот, способный выполнять задачу, опирается на три основных момента: навигация, управление и связь. Навигация: может ли робот точно знать, где он находится в окружающей среде и как добраться туда, где это требуется? Управление: может ли робот точно маневрировать и работать для выполнения задачи? Связь: Можем ли мы осмысленно передать наши команды роботу и интерпретировать статус робота? Неспособность полностью удовлетворить любые из этих соображений не позволяет получить оптимальное решение для роботов. Вот почему мы считаем, что роботизированное решение по уходу за корпусом еще не поставлено.

Greensea Systems, Inc., компания-разработчик программного обеспечения, специализирующаяся на передовых решениях в области навигации, управления и автономии для морской робототехники, в 2017 году в партнерстве с командой FIT CCBC по уходу за корпусом разработала оптимальное роботизированное решение для ухода за корпусом. При финансовой поддержке Управления военно-морских исследований ВМС США команда Greensea и CCBC FIT в 2018 году представила опытную роботизированную систему, которая может автономно обрабатывать корпус судна с очень небольшим вкладом оператора, обеспечивая при этом точность позиционирования на корпусе менее 0,15 м. RMS. В этой системе-прототипе использовалась имеющаяся в продаже система ROV, оснащенная системой управления и контроля, разработанной Greensea, и щеточным инструментом для груминга, разработанным FIT CCBC.
В дополнение к навигационному решению Greensea использовала свои передовые программные модули для планирования миссий и автономии, используемые для транспортных средств с дистанционным управлением (ROV). Эти программные модули OPENSEA предоставляют инструменты и возможности для определения региона для ухода, планирования покрытия и выполнения автономной операции ухода. Оператор может осуществлять надзор в качестве эксперта по предмету (SME) или оставить транспортное средство в покое, чтобы провести операцию без посторонней помощи. Роль автономии в процессе роботизированной подготовки имеет решающее значение для жизнеспособности этого процесса из-за времени, необходимого для обеспечения 100% покрытия корпуса судна.

Чтобы обеспечить навигацию и автономность робота по уходу за корпусом, Greensea использовала OPENSEA, свою программную платформу с открытой архитектурой. Автономный робот для очистки корпуса использует инерциальную навигационную систему и многолучевой гидролокатор, чтобы обеспечить основанную на особенностях информацию о положении робота на корпусе корабля. Вся система ухода за корпусом реализована в транспортно-независимой раме трактора, включая системы навигации и управления, автономную систему, гидролокатор и инструмент для ухода. Занос для груминга может легко адаптироваться к большинству коммерческих ROV. Greensea коммерциализирует систему в 2019 году на VideoRay MSS ROV.

Интуитивно понятный графический пользовательский интерфейс, разработанный на основе программного обеспечения Greensea для групп по обезвреживанию взрывоопасных предметов (EOD), обеспечивает связь с роботом, необходимую для технического специалиста для планирования, выполнения и документирования процесса очистки корпуса. Рабочая область Hull Grooming Workspace позволяет планировать операции по уходу по регионам, накладывать сонар для предотвращения препятствий и видео для полной ситуационной осведомленности. Графические индикаторы на экране фиксируют ход машины на корпусе и показывают полосу ухода. Рабочая область также позволяет техническим специалистам сохранять и вызывать планы очистки, регистрировать препятствия и препятствия, а также регистрировать все данные для архивирования и воспроизведения.
Точное решение Greensea по относительной навигации корпуса позволяет использовать автономные роботы для применений корпуса и делает уход за корпусом реальной альтернативой в очистке воды, которая является экономически эффективной и экологически ответственной. В 2019 году Greensea будет коммерциализировать автономного робота по уходу за корпусом, а также задействованную технологию навигации и ухода.

Сноска: Greensea и FIT CCBC хотели бы поблагодарить Управление военно-морских исследований и DARPA за поддержку разработки автономного робота для очистки корпуса, а также технологию навигации и локализации на основе функций, используемую навигационной системой.

Автор
Бен Киннаман - основатель и генеральный директор Greensea Systems, Inc. Он провел свою карьеру в морской отрасли и создал программную платформу открытой архитектуры OPENSEA, которую Greensea использует для развития морской робототехники. [email protected]

Бен Киннаман - основатель и генеральный директор Greensea Systems, Inc.