X
Логин
Пароль
English Вход для клиентов
(812) 292-37-16
194295, г. Санкт-Петербург,
ул. Есенина, 19/2
05.10.2016

Манипуляторы для подводных роботов. Статья в новом номере "Нефтегаз.ру"

Манипуляторные комплексы для подводных аппаратов

читать статью в журнале "Нефтегаз.ру", № 9, 2016.pdf>>

читать журнал>>

Активное развитие подводной робототехники для обеспечения подводной добычи углеводородов привело к формированию класса автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА). Базовые задачи АНПА сводились к мониторинговым и обследовательским работам на больших площадях (картирование) или линейных объектах донного расположения (кабель-трассы, магистральные трубопроводы). В дальнейшем, накопленный опыт эксплуатации и эволюция технологий позволили использовать АНПА для работ с точечной донной инфраструктурой (вертикальные и горизонтальные «деревья» устьевой арматуры, райзеры и якорные линии), а также с объектами в приповерхностном и заглубленном положении в водной среде.

Эффективность АНПА при решении «классических» и новых задач дала толчок к революционному развитию – реализации манипуляторного комплекса на АНПА. Основная задача - инспекционные и ремонтные работы на объектах донной инфраструктуры морского нефтегазового комплекса, в том числе и в подледных условиях мелководных и глубоководных районах. Причем не только для непосредственного манипулирования органами управления на донных объектах, но и для экологического мониторинга и контроля, в части сложнейшего глубоководного отбора проб.

AUV GIRONA 500

АНПА “GIRONA 500” в тестовом бассейне с противотоком, блоком клапанов, оснащенный манипуляторным комплексом ECA CSIP 5E Micro, 2012 год 

Развитие морской добычи углеводородов в России привело к активному росту рынка отечественных подводных аппаратов, комплектующих и программного обеспечения для подводной робототехники. Конструкторские группы СПбГМТУ и ЗАО «НПП ПТ «Океанос», ведущие инициативную разработку ряда надводно-подводных морских робототехнических систем, приступили к проработке вопросов перспективного проектирования манипуляторных комплексов для телеуправляемых необитаемых аппаратов (ТПА) II класса и гибридных АНПА.

Manip_drawing

Фрагмент совместной проработки рабочих зон манипуляторных комплексов ТПА II класса / АНПА СПбГМТУ и ЗАО «НПП ПТ «Океанос»

Данные классы аппаратов объединяют «малое водоизмещение» (читай «малая полезная нагрузка») и невысокая надводная/подводная остойчивость к присоединяемым массам и изменениям моментов. На ТПА частично устранить влияние данных факторов можно с помощью активного применения движительно-рулевых комплексов (в ручном или полуавтоматическом режимах). Для АНПА, ограниченных по запасам электроэнергии на борту, да и в силу конструктивных особенностей данный путь противопоказан. Как следствие, в результате анализа технических решений и расчетов, практического опыта эксплуатации ТПА Н300 с гидравлическим/электрическим манипуляторами и опытной эксплуатации ходового стенда «Глайдер» была признана целесообразной разработка модульного манипулятора с электрическими приводами.

AUV manip

Концепт-проект СПбГМТУ и «Океанос» АНПА с манипуляторным комплексом (на рис. представлена для примера устьевая донная арматура FMC Technologies)

Помимо выбора типа приводов манипулятоа был проведен значительный объем работы по анализу его конструктивного исполнения и сопряжению/взаимодействию с носителем. Полученные результаты положены в основу практического проектирования и моделирования ряда манипуляторов с разбивкой на 3 этапа: изготовление и отработка манипуляторного комплекса для ТПА; дальнейшее сопряжение манипуляторного комплекса с гибридным глайдером; конечная фаза - сопряжение манипуляторного комплекса с полностью автономным АНПА.

GLIDER 2_0

АНПА «Глайдер 2.0» с макетом АНПА экологического мониторинга СПбГМТУ на внешней подвеске

Применительно к задачам данного проекта и по результатам испытаний глайдера в 2015 году была создана модификация «Глайдер 2.0». А проведенная в 2016 году опытная эксплуатация ходового стенда «Глайдер 2.0» доказала верность принятой концепции и практическую реализуемость проекта. В частности, была сформирована база для практического моделирования движения и управления гибридным АНПА «Глайдер» с манипулятором на этапах:

  • перехода от мест базирования (запуска) аппарата к месту работ на объектах донной инфраструктуры,
  • непосредственного маневрирования и самих работ на объекте с учетом ходовых качеств АНПА, форм-фактора манипулятора и комплексности системы аппарат-манипулятор.

В качестве базы для практического моделирования  разработчики использовали:

  • замеры скорости прохождения мерного участка в различных конфигурациях аппарата (как конструктивного исполнения, так и алгоритмов управления) с различной полезной нагрузкой
  • расчеты по кинематике манипуляторных комплексов

Безусловно, принимая во внимание имеющийся мировой опыт, кроме проектирования непосредственно исполнительного манипуляторного механизма с учетом ходовых качеств носителя и кинематики манипулятора, гораздо большей проблемой представляется обеспечение вопроса программного или программно-дистанционного управления манипуляторным комплексом. Но в свете активного развития средств технического зрения и высокоскоростной подводной связи, а также учитывая рост внешней кооперации проекта, вопросы обеспечения работы манипуляторного комплекса АНПА представляются решаемыми (с ТПА таких вопросов не возникает).

Во всяком случае, к моменту практического решения данного вопроса, планируется уже иметь ряд манипуляторов отработанных на ТПА. Подобная методика подготовки к решению проблемных задач, осуществляемая СПбГМТУ и ЗАО «НПП ПТ «Океанос», уже положительно себя зарекомендовала, позволив вести отработку на созданном ходовом стенде «глайдер» таких комплектующих и составных частей подводных роботов, как:

  • Измеритель скорости течения ИСТ-1М, авторский коллектив Институт Природно-Технических Систем, г. Севастополь (ранее ФГБУН «Морской гидрофизический институт РАН» г. Севастополь);
  • Высокоточный приемник давления ПДС-1, АО «НПП «Радар-ММС»;
  • Высокоточный температурный датчик ПТС-М, АО «НПП «Радар-ММС»;
  • Гидроакустическая навигация с длиной базой, ОАО «Лаборатория подводной связи и навигации».

Кроме того, учитывая стендовое (ходовой стенд) исполнение имеющихся и проектируемых СПбГМТУ и ЗАО «НПП ПТ «Океанос» АНПА, систем управления и связи, в конструкцию и схемотехнику аппаратов заранее закладываются механические и электрические интерфейсы под манипулятор и сопутствующее оборудование, что позволит ускорить адаптацию и отработку манипуляторных комплексов АНПА.

Авторы: Занин В. Ю., советник Генерального директора ЗАО «НПП ПТ «ОКЕАНОС», Кожемякин И. В., начальник управления оборонных исследований и разработок ФГБОУ ВО СПб ГМТУ

Новости по теме:

Манипуляторные комплексы для автономных необитаемых подводных аппаратов, статья "Новый Оборонный Заказ. Стратегии", , №3(40), 2016

Награждение лауреатов конкурса «Арктика и континентальный шельф 2016», проводимого Минэнерго России

СПбГМТУ лауреат конкурса «Арктика и континентальный шельф 2016»

СПбГМТУ и ЗАО «НПП ПТ «ОКЕАНОС» стали лауреатами конкурса "Арктика 2016"

Проект ЗАО «НПП ПТ «ОКЕАНОС» - лауреат первой премии «Международного конкурса научных, научно-технических и инновационных разработок, направленных на развитие и освоение Арктики и континентального шельфа 2015»