[論文レビュー] Design and Development of a Robotic Vehicle for Shallow-Water Marine Inspections

Parag J. Tarwadi, Yuta Shiraki+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 9, 2020

Microplastics and Plastic Pollution参考文献 18被引用数 4

ひとこと要約

本論文では、浅水域の海洋点検を目的とした低コストでコンパクトな遠隔操作式水中ビークル（ROV）を提案する。このROVは、ラズベリーパイを搭載したオフボードプロセッサ、リアルタイム制御、およびGPS、慣性計測装置、深度、圧力、温度のマルチセンサナビゲーションを統合している。システムは、表面ステーションからの命令同期を伴う単一カメラを用いた水中点検を可能にし、ACRA 2019でのプールテストで成功裏に検証された。

ABSTRACT

Underwater marine inspections for ship hull or marine debris, etc. are one of the vital measures carried out to ensure the safety of marine structures and underwater species. This work details the design, development and qualification of a compact and economical observation class Remotely Operated Vehicle (ROV) prototype, intended for carrying out scientific research in shallow-waters. The ROV has a real-time processor and controller onboard, which synchronizes the movement of the vehicle based on the commands from the surface station. The vehicle piloting is done using the onboard Raspberry pi camera and the support of some navigation sensors like Global Positioning System (GPS), inertial, temperature, depth and pressure. This prototype of ROV is a compact unit built using a limited number of components and is suitable for underwater inspection using a single camera. The developed ROV is initially tested in a pool.

研究の動機と目的

• 浅水域の海洋点検に適した経済的でコンパクトなROVの開発を目的とする。
• オフボードプロセッサと表面ステーションからの命令を用いて、リアルタイムでの車両制御を可能にする。
• GPS、慣性計測装置、深度、圧力、温度のナビゲーションセンサを統合し、水中での位置特定を向上させる。
• 制限された環境での単一カメラによる点検の実現可能性を示す。
• 制御されたプールテストを通じてプロトタイプの検証を行う。

提案手法

• ROVは、命令同期のためのオフボードリアルタイムプロセッサとしてラズベリーパイを用いる。
• 車両の移動は、リアルタイムの視覚フィードバックを得るためのラズベリーパイカメラを用いて操縦される。
• ナビゲーションは、GPS、慣性計測装置（IMU）、温度、深度、圧力センサの統合により支援される。
• コンパクト性とコスト効率を確保するため、最小限の部品でシステムが設計されている。
• プロトタイプは、性能と信頼性の評価を目的として、制御されたプール環境でテストされた。
• 表面ステーションからの命令はリアルタイムで送信・処理され、車両の運動を制御する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 効果的な浅水域の海洋点検に適したコンパクトで低コストなROVは、どのように設計できるか？
• RQ2 浅水域の水中環境で信頼性の高いナビゲーションを実現するためのセンサ連合アプローチは何か？
• RQ3 単一のオフボードカメラとラズベリーパイを用いて、リアルタイムの制御と視覚フィードバックを達成できるか？
• RQ4 GPS、深度、圧力、慣性計測センサの統合は、ROVの位置特定精度をどのように向上させるか？
• RQ5 このようなシステムを制御されたプールベースのテスト環境に展開する可行性は何か？

主な発見

• ROVプロトタイプは、オフボードラズベリーパイプロセッサを介したリアルタイム制御と命令同期を成功裏に実証した。
• GPS、慣性計測装置、深度、圧力、温度センサの統合により、浅水域の安定したナビゲーションが可能になった。
• 単一カメラによる視覚フィードバックシステムは、点検作業に十分な状況認識を提供した。
• コンパクトで低コストな設計は、制御されたプールテストにおいて実現可能で効果的であった。
• 本システムは、オーストラリア・ニュージーランドロボティクスアソシエーション年次会議（ACRA 2019）での発表に採択され、技術的妥当性が確認された。
• プロトタイプは、浅水域点検のシナリオにおいて、コスト、サイズ、機能性の設計目標を満たした。