Intervencions submarines amb robots autònoms submarins

Durant les últimes dècades ha augmentat l'interès en la utilització de Vehicles Autònoms Submarins (AUVs) per realitzar tasques submarines. Una de les primeres tasques desenvolupades fou recollir dades mentre el vehiclesegueix unes trajectòries predefinides per realitzar un estudi posterior de l'àrea coberta, un exemple podria ser la construcció de mapes batimètrics o fotogràfics del fons marí. Més endavant es van utilitzar AUVs per realitzartasques d'inspecció en estructures submarines o altres elements amb l'objectiu d'inspeccionar el seu estat, un exemple podria ser el seguiment d'emissaris submarins. Tots aquests avanços han despertat l'interès de lacomunitat per utilitzar els AUVs en intervencions submarines substituint així els Vehicles Teleoperats (ROVs) o els submergibles tripulats. Aquesta substitució ofereix la possibilitat d'automatitzar les tasques, incrementantl'eficiència i la repetibilitat; per altra banda també redueix el cost, temps i equipament necessari per realitzar les tasques. Aquests factors obren la porta a més empreses i científics a dur a terme més tasques fins ara limitades pel cost.
En aquesta tesi s'ha desenvolupat un marc de treball (framework) per a realitzar intervencions submarines amb AUVs basat en un algorisme d'Aprenentatge per Demostració (LbD). Aquest algorisme permet a l'usuari del robottransferir el seu coneixement al vehicle d'intervenció (I-AUV) d'una forma natural i intuïtiva, realitzant demostracions al robot. La rapidesa i facilitat de la programació dóna al robot la capacitat de ser utilitzat en múltiples tasques amb un mínim esforç addicional.
El framework desenvolupat s'ha ajustat a les característiques del GIRONA 500 AUV, amb l'objectiu que pugui girar vàlvules submarines en diverses condicions. El GIRONA 500 s'ha equipat amb un braç robòtic de 4 graus dellibertat (DOF) i un element terminal passiu, el qual està sensoritzat amb una càmera i un sensor de força i torsió (F/T). El framework inclou mòduls amb les següents funcionalitats: un control coordinat del vehicle i del'element terminal; un sistema visual per detectar el panell i extreure l'estat de les vàlvules; una interfície robot-humà adequada per poder realitzar les demostracions còmodament; l'algorisme de LbD per aprendre i realitzarles tasques; l'ús del sensor de força i torsió per garantir la correcta manipulació de la vàlvula; i la possibilitat d'interactuar amb altres algorismes, com ara ajustar el comportament après segons un algorisme que analitza l'entorn.
Al llarg de tota la tesi s'ha utilitzat com entorn de desenvolupament un tanc d'aigua amb una recreació d'un escenari d'intervenció subaquàtic on s'han de girar determinades vàlvules d'un panell. Aquest escenari disposad'una recreació d'un panell de vàlvules submarines i de diversos tipus de sistemes de pertorbacions. El panell pot estar situat en múltiples posicions, simulant panells diferents; per altra banda les vàlvules tenen unmoviment limitat i la resistència al gir pot ser modificada fins a bloquejar la vàlvula. L'objectiu dels sistemes de pertorbacions és simular dificultats de l'entorn real, com ara oclusions del panell per elements estranys ocorrents d'aigua. El grau de dificultat de la tasca s'ha incrementat de forma gradual, per tal de poder provar noves millores en el framework. Els resultats més destacats en tota la tesi s'han obtingut en un experiment dellarga durada, on s'ha utilitzat el mètode proposat durant més de 3 hores de forma autònoma i s'han girat més 30 vàlvules. 

Lectura de la tesi: 21/07/2017, Sala d'Actes de l'Escola Politècnica Superior I