Development and experimental testing of the Girona AUV autonomous docking using a novel marker design for underwater localization

Abstract

The development of underwater technology can be justified because of the need for tools that can inspect and maintain structures underwater, like offshore wind turbines or oil and gas extraction facilities. Adding on, the ocean floor is not completely explored yet, only about 5% of it has been explored [4]. The maintenance for underwater structures can be done using an Underwater manned Vehicle or Remotely operated vehicle [5]. Still, such vehicles cost up to $30k [6] per day of operation. So for present applications, the Remotely Operated Vehicle (ROV) are consolidated to solve the problem but in the future, the Autonomous Underwater Vehicle (AUV) will become a better choice for long-time inspection and continuous projects. Comparing AUV’s to submersibles, AUV’s main difference is the automation, which allows it to inspect wider areas without the limitation of wire connection, while the ROV needs to be connected to the host by a physical cable. Another submersible that can perform underwater operations is the manned underwater vehicle. The manned vehicles require high safety precautions to protect the onboard crew. Considering the previously mentioned details and targets, the main goal of this master thesis can be specified as: Experimental testing to perform a successful autonomous docking of the Girona AUV in its DS in a controlled environment using the UM for localization. The research questions can be presented as follow: 1. Can a new marker be developed for underwater localization, that satisfies long-term deployment scenario requirements, based on computer vision? 2. Can the Girona AUV achieve an autonomous dock with the GDS design, or further improvements are required? 3. Is the novel underwater marker proposal appropriate for the docking station system?

El desenvolupament de la tecnologia submarina es pot justificar per la necessitat d'eines que puguin inspeccionar i mantenir estructures sota l'aigua, com ara aerogeneradors marins o instal•lacions d'extracció de petroli i gas. A més, el fons oceànic encara no s'ha explorat completament, només s'ha explorat al voltant d'un 5% [4]. El manteniment de les estructures submarines es pot fer mitjançant un vehicle submarí tripulat o un vehicle operat remotament [5]. Tot i així, aquests vehicles costen fins a 30.000 dòlars [6] per dia de funcionament. Per tant, per a les aplicacions actuals, els vehicles operats remotament (ROV) es consoliden per resoldre el problema, però en el futur, el vehicle submarí autònom (AUV) esdevindrà una millor opció per a la inspecció a llarg termini i els projectes continus. En comparació amb els AUV amb els submergibles, la principal diferència dels AUV és l'automatització, que els permet inspeccionar àrees més àmplies sense la limitació de la connexió per cable, mentre que el ROV ha d'estar connectat a l'amfitrió mitjançant un cable físic. Un altre submergible que pot realitzar operacions subaquàtiques és el vehicle submarí tripulat. Els vehicles tripulats requereixen altes precaucions de seguretat per protegir la tripulació a bord. Tenint en compte els detalls i objectius esmentats anteriorment, l'objectiu principal d'aquesta tesi de màster es pot especificar com: Proves experimentals per dur a terme un acoblament autònom amb èxit del Girona AUV al seu DS en un entorn controlat utilitzant l'UM per a la localització. Les preguntes de recerca es poden presentar de la següent manera: 1. Es pot desenvolupar un nou marcador per a la localització subaquàtica, que satisfaci els requisits d'escenaris de desplegament a llarg termini, basat en la visió per computador? 2. Pot el Girona AUV aconseguir un acoblament autònom amb el disseny GDS, o calen més millores? 3. La nova proposta de marcador subaquàtic és adequada per al sistema d'estació d'acoblament?