Un alcance robótico en la energía eólica marina

Con experiencia en submarinos y en alta mar, proponer nuevas ideas es la norma para la consultora de ingeniería con sede en el Reino Unido STL (Submarine Technology Limited), escribe Elaine Maslin.

Los últimos años no han sido diferentes. La compañía se ha centrado en la robótica basada en barcos, incluidos los brazos robóticos. Estos no son simplemente brazos robóticos: son sistemas de movimiento compensado para desplegar/recuperar personas y robots hacia y desde objetos fijos o en movimiento.

Eso podría ser desde técnicos eólicos hasta una turbina eólica marina o un vehículo submarino autónomo (AUV) dentro y fuera del agua, todo con un solo sistema de brazo desde una embarcación.

De hecho, STL ha desarrollado dos sistemas diferentes, uno para el traslado de personas a lugares de hasta 20 m sobre la superficie del mar y otro, un sistema articulado, para el lanzamiento y recuperación de vehículos operados a distancia (ROV) y AUV, utilizando un sistema de teledetección.

Fechs Fechs, gerente de desarrollo comercial y de proyectos en STL, explicó ambos sistemas en el seminario conjunto de la Sociedad de Tecnología Subacuática (SUT), IMCA y la Sociedad Hidrográfica de Escocia en Aberdeen a mediados de noviembre.

Un objetivo clave ha sido mejorar la seguridad y la capacidad de acceder a estructuras en alta mar, inicialmente estructuras fijas, desde barcos, incluidos aquellos relativamente más pequeños que los actuales barcos basados ​​en el sistema de pasarela, dice. Pero otro objetivo es dar a los futuros buques de superficie sin tripulación (USV) más capacidad.

Ha sido un desafío que STL ha estado analizando desde principios de la década de 2010, cuando la necesidad de mejores sistemas de acceso se convirtió en un problema para la energía eólica marina, pero también para las instalaciones de petróleo y gas normalmente desatendidas. Mientras que otros ahora han introducido comercialmente sistemas de pasarela, STL ha estado desarrollando "estabilización espacial" y "estabilización sincrónica". Su primer concepto, Neptune, se puso en marcha en 2012, con fondos gubernamentales de I+D.

El Neptune es un brazo articulado de dos partes que ha sido diseñado para poder transportar 3-4 personas o 1000 toneladas de equipo hasta una altura de 20 m sobre la superficie del mar y un alcance de 20 m, con una precisión de mantenimiento de posición de +-10 cm. .

Pesa 12 toneladas y tiene una huella de cimentación de 2,5 mx 3 m, y se basa en una estructura de armadura de acero,

“Por ligereza y rigidez, ya que tienen que montarse en embarcaciones relativamente pequeñas, pero alcanzar hasta 20 m de altura y moverse con relativa rapidez”, explica Fechs, lo que permite instalar el sistema en un catamarán de 36 m o en un monocasco de 54 m de eslora. .Neptune de STL durante las pruebas en tierra. Foto de STL.

Todas las articulaciones, la corona de giro y la base del cardán se mueven con cilindros o motores hidráulicos (la HPU no forma parte de la máquina de 12 toneladas), debido a la necesidad de velocidad y precisión, utilizando un sistema de control por computadora: software y hardware en el corazón del sistema, que admite los seis grados de movimiento de la embarcación (a través de una IMU y GNSS), incluida una altura de ola significativa de hasta 3 m. El sistema Neptune utiliza redes CAN duales de alta velocidad para una rápida transferencia de datos entre sensores, controladores y actuadores. Esto permite una compensación de movimiento total y una precisión de mantenimiento de la posición.

La compañía ha desarrollado un prototipo a gran escala, probado por primera vez en tierra en 2017, tanto en un simulador de movimiento de barcos de seis grados de libertad que STL tiene como en tierra en las instalaciones de investigación de STL en Cowes en la Isla de Wight, utilizando datos reales de movimiento de barcos. como entrada Fechs dice que se planeó una prueba de este sistema en un barco antes de fines de 2022.

Habiendo desarrollado Neptune, STL decidió llevar el concepto más allá. ¿Por qué no un brazo articulado multieje con más inteligencia, para que los USV puedan hacer más, como transferencias de equipos, levantamiento e inspección o operaciones de lanzamiento y recuperación, desde un objeto en movimiento, es decir, un barco o USV, a otro objeto en movimiento?

Esta es la estabilización síncrona en la que ha estado trabajando la compañía, o su Plataforma Estabilizada Sincronizada Autónoma (ASSP), que ha contado con el Fondo Europeo de Desarrollo Regional a través del programa Marine-I en Cornualles, donde la compañía tiene otra base. Agrega visión artificial para sincronizar el movimiento de la carga útil con el objetivo en movimiento, de modo que, independientemente del movimiento que experimente el brazo articulado, el extremo del brazo no tiene movimiento residual con respecto al objeto en movimiento (flotante) con el que se sincroniza.

Esto podría usarse desde barcos para el lanzamiento y recuperación de ROV y AUV, dice Fechs. Usando un sistema de detección remota (RSS), desarrollado por STL, y visión artificial para detectar robots en el agua, el brazo, desde un barco anfitrión, podría usarse para sacarlos del agua, aunque esto necesitaría agregar un sistema de bloqueo. a los vehículos, dice.

Una parte fundamental de este sistema es un "Sistema de detección remota" (RSS), que STL contó con más fondos de Marine-I para desarrollar. El RSS agrega visión artificial al sistema de control robótico, lo que permite rastrear el movimiento de objetos de interés en relación con un dato conocido. Esto se alimenta al sistema de control para que el brazo pueda sincronizarse con el objeto, como un AUV, ROV, otra embarcación o una turbina eólica flotante, dice STL.

El sistema se probó inicialmente en 2020 utilizando un simulador de movimiento de barcos y una plataforma de prueba de objetivos en movimiento, y desde entonces ha habido una demostración en el Laboratorio COAST de la Universidad de Plymouth, que tiene pruebas en el agua que permiten pruebas de modelos físicos con olas combinadas, corrientes y viento.

Se trataba de un prototipo de investigación con un brazo articulado de tres partes. Estaba limitado a una carga útil de 100 kg, lo que permitiría el despliegue de un Falcon ROV o Gavia AUV, dice Fechs. “Pero se aplicaría a cualquier brazo de grúa robótica”, dice Fechs. “Podría permitir la transferencia de barco a barco. La geometría se puede adaptar a cualquier aplicación y objetos pesados.” Es decir, la tecnología también se puede aplicar a un sistema más grande como Neptune, dice STL.

Todavía hay trabajo por hacer. La visión artificial para la detección remota deberá estar en un punto en el que se demuestre la robustez y confiabilidad adecuadas en alta mar.