新型海底石油装置维修机器人Aquanaut | 智能技术

发布日期:2019-08-10 10:00
休斯顿机电一体化公司建造了一个人工智能机器人子系统--Aquanaut,可以转变为熟练的人形机器人。Aquanaut像一艘微型潜艇一样顺畅地滑过水面。起初,它似乎与其他无人驾驶的水下交通工具或UUV不同,后者配备了用于收集数据的传感器和用于推进的推进器。然后,在电影变形金刚的场景中,机器人船体的顶部从基座上升起,露出两条从两侧展开的大臂。一个装满传感器的楔形头部旋转到位,在几秒钟内完成转换。光滑的潜艇现在是一个半人形的机器人。



Aquanaut代表了一种全新的设计,它的创造者在一家名为Houston Mechatronics Inc.(HMI)的创业公司,希望完全改变海底机器人技术。传统的UUV通常分为两类:用于远程测量任务的鱼雷式自由游泳潜水器,以及用于支撑船只并用于水下操纵的四方形远程操作机器。HMI希望将这两种模式组合成一个机器人,这是一个大胆的方法,以前没有人尝试过。

HMI工程师经常开玩笑说建造变压器是他们长期的职业目标之一,他们确信可以做到。Aquanaut主要用于维修海底石油和天然气装置。拥有和运营这种基础设施的公司会花费大量资金来检查和维护它。它们依赖于几十年来没有根本改变的机器人技术,主要是因为在如此极端的环境中工作的挑战。然而,对于HMI而言这不是问题,在其75名员工中,有超过24名曾经为NASA工作过。极端环境是他们最擅长的。

HMI联合创始人兼首席技术官Nic Radford在休斯顿的NASA约翰逊航天中心工作了14年,致力于先进机器人项目。“我会告诉你,进入海底比进入太空更困难。”他说。“海底空间是一个原始的环境,水下的事情是非常动态的。我认为设计水下工作的机器人比在太空中工作的机器人更难10倍或50倍。”



Aquanaut在无人水下航行器中是独一无二的,因为它可以从专为长距离巡航设计的灵活潜艇转变为能够执行复杂操纵任务的半人形机器人,上图是它变形的过程。
  • Aquanaut以简化的潜艇模式前往海底工作场所。
  • 一旦机器人到达现场,其船体的顶部就会上升,暴露出两个巨大的手臂和一个楔形的头部。
  • 头部携带立体摄像头,3D传感器和声纳系统。
  • 机器人展开其强大的手臂,配备力传感器和爪式夹钳。

自2014年启动HMI以来,Radford和其他联合创始人Matt Ondler和Reg Berka已经筹集了超过2300万美元的风险资本。现在,经过无数次设计迭代,Aquanaut终于走到了一起。然而,在进入海洋之前,机器人需要在更加可控的条件下证明自己,这意味着在NASA的游泳池游泳。

美国宇航局的中性浮力实验室(NBL)拥有2350万升水,最大深度为12米,足以容纳大部分国际空间站的全面模型,并有足够的空间。宇航员在NBL训练太空行走,接近失重,你可以到达地面。在这个3月下旬的早晨,HMI已经接管了该设施的北端以测试Aquanaut。

十米下,背上有两个高碳酸盐罐,当我跟踪机器人在水中移动时,我尽量保持稳定。Aquanaut现在只用了大约八天,但测试进展顺利。唯一的问题是手臂的沟通故障,但HMI团队并不担心, 他们知道还有很多工作要做,机器人将在明天早些时候回到这里。

拉德福德告诉我,他喜欢经营创业公司的狂热行为,这与美国宇航局等巨大政府机构的典型步伐形成鲜明对比。在这之前,他花了五年时间担任NASA Robonaut项目的总工程师,开发了一个飞到国际空间站的人形机器人,后来他领导了Valkyrie的开发,这是一个更加复杂的人形平台。他说:“我在美国宇航局专注的技术领域是将机器人置于偏远地区,让他们在极其严峻的环境中高效地工作。”

我们看到和听到的关于海上石油和天然气行业的大部分内容涉及从平台进行的工作,人们从地面进行水下钻井作业。平台是该过程中最明显的部分,但海底也有大量复杂的基础设施。

海底的井口由用于控制碳氢化合物流向地面的金属组件加盖。这些结构由管道、阀门、歧管和仪表覆盖,该结构如此复杂,通常被称为圣诞树。有些是四层楼的大小。



在潜艇模式下,Aquanaut调查并检查部署在海底的石油和天然气设备。在人形模式中,机器人使用其手臂抓住专用工具并操作控制碳氢化合物流向地面的阀门。

为了对井口进行日常维护,或改变井的输出,必须转动树上的一些阀门,并且在深水中的井--300米以下(人类潜水员通常去不到),唯一这样做的方法是使用机器人。

几十年来,在深水井上工作的既定程序是向井场发送远程操作的水下航行器(ROV)。但是你不能单独发送ROV --你还必须派遣一支装有训练有素的人员的大型支援船,作为ROV的作战基地,ROV很少或根本没有自主权,并被束缚在水面上权力和控制。这非常快速地变得非常昂贵,典型的工作每天花费数十万美元。

人机界面的计划是切断人们对此的大部分需求。Aquanaut不需要系绳或支援船。它将以潜艇模式进入其深水目的地,在那里它将变为人形,展现其强大的武器。每个臂都配有力 - 扭矩传感器,并具有八个运动轴,类似于人的手臂。Aquanaut上的手臂还具有能够在海底“树木”上转动阀门的夹具,甚至可以操作机器人在内部有效载荷舱中携带的专用维护工具。

Aquanaut将执行人工操作员监督但不直接控制它的任务。一旦工作完成,机器人将自动返回家中。Radford表示,这种方法将使Aquanaut的部署速度更快,运营成本也比现在的ROV更低。他估计成本可能远低于传统业务市场价格的一半。

时机似乎是正确的。据查克·理查兹,海底技术的开拓者目前谁是主席ROV委员会的的海洋技术学会,总部设在华盛顿特区,石油价格低,在过去几年已经削减利润,并导致石油企业之间竞争的加剧,推动新技术的采用。理查兹在休斯顿的公司CA Richards&Associates为数十家海底公司提供设备 - 其中包括人机界面 - 解释说,尽管该行业可能会对像Aquanaut这样的创新持谨慎态度,但看到机器人的成就也会很兴奋可以做。

理查兹解释说,当商业ROV技术的优势在20世纪70年代推出后变得明显时,该行业急于接受它,即使事情在一开始有点粗糙。“随着ROV行业的成熟,石油公司对ROV行业非常有帮助和耐心。”他说,“而且我认为他们将采用更自动化的机器人。”

在 NBL测试Aquanaut 三天后,该团队在HMI办公室后面的停车场用小龙虾煮沸庆祝,伴随着不可思议的机器人鱼类IPA罐头,它来自纽约布鲁克林的一家啤酒厂,关于机器人技术的故事在NASA流动的速度和啤酒一样快,而我学会了如何玩玉米孔并从小龙虾头吸出汁液。

测试进展顺利的一种解脱感很容易转变为对未来的兴奋。Radford解释说,当前版本的Aquanaut主要是一个演示和测试平台,专为相对较浅的水而设计,最大操作深度为300米。虽然这个版本可以在世界许多地方进行商业运营,但人机界面已经在设计一个可以行驶数百公里并达到3000米深度的放大版本,这对于海湾等地区来说是必不可少的。墨西哥

当然,商业运营并不是HMI为Aquanaut探索的唯一内容。Radford无法跟踪我与美国国防部有关任何潜在工作的记录,但在2018年末,国防高级研究计划局宣布了一项名为Angler的计划,寻求“开发海底自治系统,可以导航到和在物理上操纵海床上的物体。“DARPA的声明伴随着这一宣布,它配备了一个带有两个臂的流线型机器人潜艇,这个概念对某个休斯顿公司来说是个好兆头。

派对继续在外面,但人们已经开始回到他们的办公桌,意图让Aquanaut为下一次NBL测试做好准备。它的首次开放水域演示可能会在8月份在罗德岛举行的海军技术演习中进行。对于三月份的机器人而言,这是一个激进的时间表,但Radford确信他的团队可以处理它。

“在大胆的事情上工作很有趣,”他说。“我们认为在水下工作有更好,更具成本效益的方式。我们要证明这一点。“