Desafíos de Innovación2019

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Desafío 4: ¿Cómo desarrollar una estrategia de control de navegación autónoma para un vehículo submarino no tripulado de inspección de estructuras subacuáticas?


Dirigido a: Grupos y Centros de Investigación, Alianzas Interinstitucionales, Empresas, Centros de Desarrollo.
Premios disponibles: $45'000.000
Fecha apertura: 01 de agosto de 2019
Fecha cierre: 30 de septiembre de 2019
Resultados definitivos: 10 de diciembre de 2019
Caracterización del Desafío Consultar Términos de referencia Adenda No 1 Términos de referencia V2 Adenda No 2 Términos de referencia V3
Requisitos según participante
Grupos y Centros de Investigación Alianzas Interinstitucionales Empresas Centros de Desarrollo

Antecedentes

Como es bien sabido, cerca de dos terceras partes de la superficie de la tierra están cubiertas por agua. Los océanos permiten el transporte de productos y materia prima entre países, representan fuentes críticas de alimentos y otros recursos como lo son el petróleo y el gas, y tienen un gran efecto en el clima y el medio ambiente.

El conocimiento científico de los mares profundos está creciendo rápidamente mediante el uso de una variedad de tecnologías. Las primeras exploraciones científicas se llevaron a cabo mediante vehículos submarinos ocupados por humanos. Recientemente, los robots submarinos han comenzado a revolucionar la exploración del fondo marino, ofreciendo generalmente mejor información a un costo más reducido. Por otro lado, estos robots han permitido realizar operaciones en aguas profundas [1].

Un esfuerzo en conjunto realizado por Ecopetrol – Centro de Innovación y Tecnología (ICP), Colciencias, Universidad Pontificia Bolivariana, y la Universidad Nacional de Colombia concluyeron que el Pioneer 500 se trata del primer vehículo submarino operado remotamente (ROV: Remote Operated Vehicle) desarrollado en Colombia. El Pioneer 500 fue construido para descender a unos 1640 ft (500 m). [2].

La mayoría de los ROV están equipados con cámaras de video e iluminación. También pueden ser equipados con manipuladores o brazos para herramientas, muestreadores de agua, equipo para recolectar muestras e instrumentos de medición para ampliar las capacidades del vehículo de recolectar datos acerca del medio ambiente profundo del océano.

Para que los ROV realicen las misiones subacuáticas es requerido que posean un sistema de control que les permita realizar el desplazamiento. El sistema de control es el encargado de calcular las fuerzas necesarias que debe generar el sistema de propulsión para que el robot alcance las referencias deseadas. La construcción del sistema de control involucra el diseño y la sintonización de las Leyes de Control que regularán los movimientos del ROV. El sistema de control recibe la información de posición, velocidad y aceleración deseada y el estado actual de estas variables medidas a través de los sensores del robot. Este sistema puede consistir en las Leyes de Control Clásico, Control No Lineal, Control Inteligente, Sistemas Basados en Comportamiento (Behavior-Based), etc.

Para cada propósito el ROV tiene sus particularidades y exigencias en términos de la estrategia de control para navegación, por dicho motivo se plantea el presente desafío que busca contribuir con el desarrollo de estrategias de control; con el propósito de inspeccionar estructuras longitudinales subacuáticas y avanzar en el desarrollo de estrategias de control eficientes.

[1] Robótica Submarina: Conceptos, Elementos, Modelado y Control, Hector A. Moreno, Roque Saltaren, Lisandro Puglisi, Isela Carrera, Pedro Cárdenas, César Álvarez.

Objetivos y Meta

Diseñar, desarrollar y probar una estrategia de control de navegación autónoma para un vehículo submarino no tripulado con mínimo cuatro grados de libertad que logre desplazarse de manera autónoma siguiendo una referencia establecida, para inspeccionar estructuras longitudinales subacuáticas tales como tuberías de transporte de hidrocarburos.

Las pruebas se realizarán en ambiente de simulación utilizando un modelo del ROV con mínimo cuatro grados de libertad que será entregado por Ecopetrol. La estrategia de control deberá ser diseñada y desarrollada para seguir una trayectoria suministrada por Ecopetrol que incluye el recorrido para inspección de una estructura longitudinal que simulará una tubería de transporte de hidrocarburos. Durante las sesiones de co-working los participantes tendrán que presentar al menos 3 estrategias de control diferentes, de acuerdo con los lineamientos que entregará Ecopetrol para ello, de forma que en esta fase se evalúe el desempeño de éstas. Posteriormente, se escogerá solo una de las propuestas de control construidas, la cual será sometida a la evaluación de criterios de las fases de preselección y selección.

El ambiente de simulación será Simulink o herramienta similar que permita emular el funcionamiento del modelo del ROV navegando por la ruta designada gobernado por la estrategia de control para navegación autónoma desarrollada. De esta forma, el desplazamiento del ROV será presentado en una interfaz que permitirá visualizar la animación tridimensional de la navegación.

Durante las pruebas de navegación en ambiente de simulación se definirán restricciones sobre variables particulares, se someterá el modelo a perturbaciones típicas subacuáticas definidas por Ecopetrol, y se evaluará el funcionamiento y desempeño de la estrategia de control desarrollada.
La robótica submarina contribuye con la exploración del Offshore Colombiano, brindándonos herramientas tecnológicas que viabilizan, agilizan y reducen el riesgo de las exploraciones subacuáticas.

Los ROV permiten monitorear parámetros oceanográficos, climáticos-meteorológicos de las áreas incluidas en el proyecto offshore de Ecopetrol, así como la infraestructura, estaciones, facilidades y pozos existentes bajo la superficie marina.

Alcance y Cobertura

El reto será el de lograr el diseño, desarrollo, simulación y emulación de una estrategia de control para navegación de un vehículo submarino no tripulado modelado, mediante el trabajo colaborativo en sesiones de coworking. El desarrollo de la estrategia de control mediante esta experiencia colectiva persigue la meta común de evaluar ideas diversas y novedosas en un lapso corto. Esta modalidad nos permitiría disponer de la tecnología en corto tiempo para continuar con el desarrollo y realización de pruebas en ambiente industrial, y de esta forma acelerar la incorporación del desarrollo en los segmentos de negocio.

El Prototipo del dispositivo propuesto se busca que sea integrable con soluciones tecnológicas principalmente en las temáticas de automatización, integridad, ambiental, etc., las cuales tienen cobertura transversal en la cadena de valor de la empresa.