VICOROB Ictineo

VICOROB-UdG es un equipo multidisciplinar de estudiantes y profesores del Grupo de Investigación en Visión por Computador y Robótica de la Universidad de Girona. Se creó para participar en una competición de robots submarinos conocida como SAUC-E que se realiza a nivel europeo. El desafio consiste en la construcción de un robot submarino totalmente autónomo capaz de poner en práctica una misión predefinida por la organización de la competición. El año 2006 el equipo VICOROB construyó el ICTINEO, para participar en la competición y la ganó.

El ICTINEO se construyó con una estructura de diseño de marco abierto. Este marco sostiene tres contenedores cilíndricos y estancos que albergan los ordenadores y los equipos de alimentación eléctrica, así como los drivers de los cuatro motores, que mueven las hélices que desplazan el robot. El chasis está fabricado en Delrin, que es una resina técnica que soporta bien el contacto con el agua y puede ser mecanizada, compitiendo con el uso de metales.

Los motores son MAXON de corriente continua de 250 watios de potencia y reductores planetarios, contenidos en elementos de acero inoxidable. Las hélices de tres palas de bronce, van unidas al eje de acero inoxidable y proporcionan al robot un empuje de 14,7 Newtons.

La flotabilidad se la proporciona un elemento de espuma, situado en la parte superior, (De color rojo) de 10,5 litros de volumen y un peso de 0,6 Kg. Esta espuma puede soportar presiones de hasta once bares (Atmósferas), lo que corresponde a una profundidad de cien metros. El centro de empuje que proporciona la flotabilidad de esta espuma, se encuentra situado por encima del centro de gravedad del robot. La flotabilidad proporcionada por esta espuma es ligeramente positiva, para que en caso de perdida de control del robot, vuelva lentamente hacia la superficie.

El robot está propulsado por cuatro hélices. Estas hélices le permiten subir y bajar y moverse en todas las direcciones, combinando el movimiento (En los dos sentidos) de las dos hélices verticales y de las dos hélices horizontales. Las hélices horizontales permiten al robot avanzar hacia adelante y hacia atrás y girar sobre si mismo.

Los tres recipientes cilíndricos se utilizan para situar toda la electrónica. Los dos cilindros más grandes son de aluminio, mientras que el pequeño es de Delrin. Todos disponen de una tapa, a través de la que pasan todos los conectores eléctricos y que se sella para que no entre el agua mediante un anillo convencional de goma. Uno de los cilindros alberga los ordenadores, otro las baterías y los controladores de los motores eléctricos de las hélices y el último, encapsula el MRU.

Los dos ordenadores se utilizan, uno para el control de los movimientos del robot y el otro para el proceso de las imágenes y los ecos del sonar. Los ordenadores están conectados a través de un bus de 100 MB. El microprocesador del ordenador principal es un AMD Geode a 300 MHz, alimentado con una fuente de 50 Watios. El PC104 incorpora una tarjeta de 8 canales analógicos de entrada, 4 canales analógicos de salida y 24 canales digitales de entrada o salida.

Las 4 salidas analógicas se utilizan para ajustar la velocidad de los motores de las hélices, mientras que 4 de las entradas analógicas informan al ordenador de la velocidad a la que están girando realmente las hélices. Otras dos entradas analógicas son utilizadas para conocer la temperatura y la presión (Como medio de seguridad) dentro del contenedor cilíndrico. Por lo que respecta a los canales digitales, 4 salidas se utilizan para activar y desactivar los controladores de los motores de las hélices, uno de entrada se utiliza para leer la señal que señala el comienzo de la misión, 4 entradas se conectan a los detectores de fugas de agua y una salida digital se utiliza para poner en marcha el contador de tiempo. Dos líneas las utiliza el puerto serie para facilitar el acceso a los sensores Doppler de velocidad (DVL) y a la Unidad de Referencia de Movimientos (MRU).

El segundo ordenador mini-ITX utiliza un microprocesador Via C3, similar a un Pentium, que trabaja a 1 GHz y está conectado con el sonar a través de un puerto serie de alta velocidad. Para el procesado de la imagen se utiliza una tarjeta PCTV110 de Pinnacle. Dado que se usan dos cámaras (Una mirando hacia delante y otra mirando hacia abajo), se utilizan los dos canales de entrada, el de vídeo compuesto y el S-video.

El robot también incorpora un cable umbilical que suministra energía eléctrica y señal de Ethernet, papara poder comunicarse con él, con el objetivo de permitir el desarrollo del equipo en el laboratorio.

El contenedor cilíndrico del módulo de potencia contiene los cuatro controladores de los propulsores, así como un conjunto de dos baterías selladas de plomo-ácido. Un convertidor CC-CC se encarga de proporcionar una tensión estabilizada en el resto de componentes electrónicos. También dispone de un circuito de relés que conmuta entre la alimentación por baterías y la exterior, a través del cable umbilical. Esta energía externa es muy útil para realizar experimentos de larga duración antes de la competición. Vale la pena señalar que las baterías han sido dimensionadas para los experimentos de poca duración, para llevar a cabo durante los días de competición. Por otra parte, cuando el robot funciona con la alimentación externa se pueden recargar las baterías de forma simultanea.

Simulador NEPTUNE

Los programas que utiliza el robot funcionan en Linux. El diseño del software garantiza la funcionalidad del robot. Esta basado en un conjunto de subprogramas distribuidos entre los dos ordenadores de a bordo y el ordenador externo. Este último sólo se utiliza durante los experimentos en el laboratorio, conectándose al robot a través del cable umbilical para fines de control. El programa principal actua de sistema de referencia y controla en tiempo real el estado de los diferentes sensores.

Disposición de las hélices del robot y movimientos que permiten.

Las dimensiones del robot son de 74 x 47 x 53 C y su peso de 48 Kg.

Conjunto de controladores de los motores de las cuatro hélices.

Contenedor de los ordenadores abierto y mostrando su interior.

La localización durante el concurso, del robot dentro de la piscina, se lleva a cabo combinando la información de varios sensores y de un mapa del entorno. En primer lugar, la imagen del sonar se utiliza para obtener una completa imagen acústica de las paredes del tanque de agua, que servirá para situar al robot en su posición inicial. Luego, los datos de imágenes del sonar y del mapa, junto con las mediciones de la DVL, se fusionan dentro del EKF para obtener una estimación de la posición.

A continuación se puede ver el equipo actual del VICOROB.

El Centro de Investigación en Robótica Submarina (CIRS) es una plataforma de robótica submarina de 800 m². Dispone de una piscina con una profundidad progresiva hasta un máximo de 5 metros, sistemas de iluminación sumergidos, un generador de turbulencias y una sala sumergida de 20 m², con ventanales para la observación de los trabajos en el fondo de la piscina.

Este edificio está utilizado principalmente por el Grupo de Investigación en Visión por Computador y Robótica (VICOROB), que incluye unos 70 investigadores.