Υποβρύχια ρομποτική: δημιουργία ρομποτικού οχήματος για επιτήρηση κλωβών ιχθυοτροφείου

Abstract

Underwater vehicles can play an essential role in aquaculture and their construction can be a challenging aspect of their development due to the necessity of waterproofing electronic components. This paper describes the construction, the basic framework of a robotic vehicle named "Kalypso", which was developed to inspect nets in fish farms as well as the problems that arose and how they were addressed. Kalypso can distinguish between clean areas in the net and areas that are either torn or covered with algae, based on an algorithm. It is also equipped with sensors for estimating position, depth, temperature and leakage, which can detect water in the waterproof housing. The watertight part of the robot includes cable connectors, some of which are detachable to facilitate the connection of various devices, such as sensors and lights. The robotic vehicle has two cameras, one in front and one at the bottom. In addition, the robot has underwater ultrasonic sensors, which measure the distance to the environment and LED lights on the front for increased visibility in low-light environments. Several tests were carried out, both inside fish farming nets and in the open sea.During the construction and field tests, various problems arose that will be presented below, as well as how they were solved with the various techniques and methods. There were problems with the sealing of the material, various problems with the electronics inside the underwater vehicle, such as cable capacity, communication, autonomy and power supply problems. There were still not a few problems with the buoyancy and balance of the robotic vehicle, but also several others that were found in the tests carried out at the Kefalonia Fish Farms. Overall, the development of Kalypso demonstrates the enormous potential of robotics technology to address some of the challenges facing the aquaculture industry. As this technology continues, the Kalypso AUV is low-cost and adaptable with simple materials and 3D printed parts that can be assembled. A strong point of the robot is the detachable plugs for battery charging and other applications, compared to other robots in this category. Another point is the bottom camera that allows taking photos and videos at the bottom of the network, without the robot having to make additional movements. Finally, there are future extensions such as long-distance communication and robot navigation.

Τα υποβρύχια οχήματα διαδραματίζουν ουσιαστικό ρόλο στην ιχθυοκαλλιέργεια και η κατασκευή τους μπορεί να είναι μια προκλητική πτυχή της ανάπτυξής τους λόγω της αναγκαιότητας στεγανοποίησης ηλεκτρονικών εξαρτημάτων. Στην παρούσα εργασία περιγράφεται η κατασκευή, το βασικό πλαίσιο του ρομποτικού οχήματος με το όνομα "Kalypso", το οποίο αναπτύχθηκε για να επιθεωρεί δίχτυα σε ιχθυοτροφεία καθώς και τα προβλήματα - προκλήσεις που προέκυψαν και το πως αντιμετωπίστηκαν. Το Kalypso μπορεί να διακρίνει μεταξύ καθαρών περιοχών στο δίχτυ και περιοχών που είτε είναι σκισμένες είτε καλυμμένες με φύκια, με βάση έναν αλγόριθμο. Επίσης, είναι εξοπλισμένο με αισθητήρες για την εκτίμηση της θέσης, του βάθους, της θερμοκρασίας και της διαρροής, οι οποίοι μπορούν να ανιχνεύσουν νερό στο στεγανό περίβλημα. Το υδατοστεγές μέρος του ρομπότ περιλαμβάνει βύσματα καλωδίων, μερικά από τα οποία είναι αποσπώμενα για να διευκολύνουν τη σύνδεση διαφόρων συσκευών, όπως αισθητήρες και φώτα. Το ρομποτικό όχημα έχει δύο κάμερες, μια μπροστά και μια στο κάτω μέρος. Επιπλέον, το ρομπότ διαθέτει υποβρύχιους αισθητήρες υπερήχων, οι οποίοι μετρούν την απόσταση από το περιβάλλον και φώτα LED στο μπροστινό μέρος για αυξημένη ορατότητα σε περιβάλλοντα χαμηλού φωτισμού. Πραγματοποιήθηκαν αρκετές δοκιμές, τόσο μέσα σε δίχτυα ιχθυοκαλλιέργειας όσο και στην ανοιχτή θάλασσα.Κατά τη διάρκεια της κατασκευής αλλά και των επιτόπιων δοκιμών προέκυψαν διάφορα προβλήματα τα οποία θα παρουσιαστούν παρακάτω, καθώς και το πως επιλύθηκαν με τις διάφορες τεχνικές και μεθόδους. Υπήρχαν προβλήματα στεγανοποίησης του υλικού, διάφορα προβλήματα όσον αφορά τα ηλεκτρονικά στο εσωτερικό του υποβρυχίου οχήματος, όπως χωρητικότητα καλωδίων, προβλήματα επικοινωνίας, αυτονομίας και τροφοδοσίας. Ακόμα δεν ήταν λίγα τα προβλήματα πλευστότητας και ισορροπίας του ρομποτικού οχήματος, αλλά και διάφορα άλλα τα οποία διαπιστώθηκαν στις δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν στα Ιχθυοτροφεία Κεφαλονιάς. Συνολικά, η ανάπτυξη του Kalypso καταδεικνύει τις τεράστιες δυνατότητες της τεχνολογίας της ρομποτικής για την αντιμετώπιση ορισμένων από τις προκλήσεις που αντιμετωπίζει ο κλάδος της ιχθυοκαλλιέργειας. Καθώς αυτή η τεχνολογία συνεχίζεται, το Kalypso AUV είναι χαμηλού κόστους και προσαρμοστικό με απλά υλικά και 3D εκτυπωμένα εξαρτήματα που μπορούν να συναρμολογηθούν. Δυνατό σημείο του ρομπότ είναι τα αποσπώμενα βύσματα για φόρτιση μπαταριών και άλλες εφαρμογές, σε σύγκριση με άλλα ρομπότ αυτής της κατηγορίας. Ένα άλλο σημείο είναι η κάτω κάμερα που επιτρέπει τη λήψη φωτογραφιών και βίντεο στο κάτω μέρος του διχτυού, χωρίς το ρομπότ να χρειάζεται να κάνει επιπλέον κινήσεις. Τέλος, υπάρχουν μελλοντικές επεκτάσεις όπως η επικοινωνία μεγάλων αποστάσεων και η πλοήγηση του ρομπότ.