AUVx

Ein miniaturisiertes autonomes Unterwasserfahrzeug


AUVx
Das AUVx kurz nach einer Tauchfahrt (Foto: Annemarie Popp, DFKI GmbH)
Ansprechpartner/in:

Technische Details

Größe: 393 x 188 x 200 mm³
Gewicht: 2.120g
Stromversorgung: 9 NiMH Eneloop Akkus; 11,2 V / 2,3 Ah
Geschwindigkeit: 0.5m/s
Antrieb/ Motoren:
3 um 180 ° drehbare am DFKI entwickelte Thruster mit Magnetkupplung; der Antrieb erfolgt mit Hilfe von Maxon-Getriebemotoren. Eine Besonderheit ist die verbaute Magnetkupplung die ein Eindringen von Wasser in den Motorraum verhindert.
Sensoren:
IMU: Analog Devices ADXL345 Beschleunigungssensor, Honeywell HMC5883L Magnetometer, Invensense ITG3200 Gyro
Drucksensor: Freescale MPX5100DP, Sensitivität 45 mV/kPa, Messbereich von 0 bis 100 kPa (4,5 mV/cm)
Kamera: 8 MP Pi camera
Eingebetteter Motorencoder zur Bestimmung der Drehzahl
Kommunikation:
Optisch oder kabelgebunden
Rechenpower:
Custom FPGA Board, DAEDALUS BaseBoard mit STM32 und Raspberry Pi Zero
Maximale Tauchtiefe:
10m

Organisatorische Details

Partner: Fraunhofer IIS
Fördergeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Förderkennzeichen: Das Projekt DAEDALUS wird gefördert von der Raumfahrt-Agentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages unter dem Förderkennzeichen 50NA1312 (DFKI).
Team: Team II - Hardware Architekturen
Anwendungsfelder: Unterwasserrobotik
Weltraumrobotik
Verwandte Projekte: DAEDALUS
Modulare, energieautarke Trackingsysteme (08.2013- 01.2017)
EurEx
Europa-Explorer (12.2012- 04.2016)
Verwandte Robotersysteme: µAUV
µAUV²

Systembeschreibung

Das Unterwasserfahrzeug AUVx ohne Druckhülle. (Foto: Hendrik Hanff, Annemarie Popp, DFKI GmbH)
Das Unterwasserfahrzeug AUVx kurz vor einer Tauchfahrt (Foto: Annemarie Popp, DFKI GmbH)

Das autonome Unterwasserfahrzeug AUVX ist als miniaturisiertes Explorations- und Forschungsfahrzeug konzipiert. Seine Form ist speziell auf die Anforderungen im Projekt EurEx angepasst – so ermöglicht ein geringer Durchmesser die Unterbringung im Eisbohrer des EurEx Projektes. Im Kontext von EurEx muss das AUVX dazu in der Lage sein, die als Referenzpunkte fungierenden µGlider zu finden oder Nahbereichserkundungen durchführen zu können. Hierfür ist das AUVX mit einer Vielzahl unterschiedlicher Sensoren ausgestattet. So gestattet eine Kamera, Unterwasseraufnahmen zu machen, die mit Hilfe von Bilderkennungsalgorithmen verarbeitet werden. All diese Eigenschaften ermöglichen es dem Fahrzeug, die in EurEx gestellten Anforderungen bestmöglich zu bewältigen. Im Projekt DAEDALUS dient das AUVX weiterhin als Demonstrator für die Anwendbarkeit des DAEDALUS Trackingtags in einem robotischen Kontext. Um den Energieaufwand bei der Fahrt unter Wasser zu minimieren wurde die Strömungshülle als logische Weiterentwicklung des µAUV² hydrodynamisch optimiert. Eine weitere Verbesserung betrifft die Thruster, die beim AUVX über eine Magnetkupplung verfügen. So ist sichergestellt, dass die empfindliche Elektronik im Inneren der Motorgondeln sicher vor dem umgebende Wasser geschützt ist. Neben dem vollautonomen Betrieb kann das AUVX auch als Hybrid-ROV (Remotely Operated Vehicle) mit einer optischen Kommunikation oder einem Kupferdrahtkabel aus der Ferne gesteuert werden.

Die Navigation basiert auf einer Fusion von Inertialsensordaten, einem mathematischen Modell und einer Markererkennung die mit Hilfe von OpenCV und ROS auf dem Raspberry Pi Zero implementiert wurde.

Videos

DAEDALUS: Das AUVx im Missionsszenario von EurEx

In dieser Videoanimation wird die Aufgabe des AUVX im EurEx Missionszenario dargestellt: Nachdem der Eisbohrer durch den Eispanzer des Jupitermondes Europa geschmolzen ist werden mehrere µGlider freigesetzt. Das AUVX beginnt nun die Positionen der µGlider zu bestimmen und die ermittelten Positionen an das autonome Forschungsfahrzeug Leng zu übermitteln.

DAEDALUS: AUVx während eines Experiments am DFKI RIC

In diesem Video ist das AUVX im großen Becken des DFKI RIC zu sehen. Während seiner Fahrt durch das Wasser steuert das Fahrzeug selbständig Wegpunkte an die mit AprilTags markiert sind. Durch eine Fusionierung der Inertialsensorikdaten mit einem Modell des Fahrzeugs und den Daten aus der Bilderkennung ist das Fahrzeug dazu in der Lage, die komplette Mission autonom zu durchlaufen.

 

Fotogalerie

Direkter Vergleich zwischen dem µAUV² (links) und dem AUVx (rechts)
Direkter Vergleich zwischen dem µAUV² (links) und dem AUVx (rechts) (Foto: Annemarie Popp, DFKI GmbH)
AUVx, Seitenansicht
AUVx, Seitenansicht (Foto: Annemarie Popp, DFKI GmbH)
AUVx nach einem Experiment
AUVx nach einem Experiment (Foto: Annemarie Popp, DFKI GmbH)
Direkter Vergleich zwischen dem µAUVI (links), µAUV² (mitte) und dem AUVx (rechts)
Direkter Vergleich zwischen dem µAUVI (links), µAUV² (mitte) und dem AUVx (rechts) (Foto: Annemarie Popp, DFKI GmbH)
AUVx während eines Experiments
AUVx während eines Experiments (Foto: Annemarie Popp, DFKI GmbH)
Ergebnis der 2-dimensionalen CFD Simulation des µAUV² Hauptkörpers bei einer Geschwindigkeit von 0,5m/s. Visualisiert ist das Geschwindigkeitsfeld der Umströmung. Weiße Linien stellen Stomlinien zur Darstellung von gegebenenfalls auftretenden Wirbeln dar. Rot bedeutet hohe Umströmungsgeschwindigkeit, blau niedrige Umströmungsgeschwindigkeit. (Foto: Aljoscha Nicolai Sander, DFKI GmbH)
Ergebnis der 2-dimensionalen CFD Simulation des µAUV² Hauptkörpers bei einer Geschwindigkeit von 0,5m/s. Visualisiert ist das Geschwindigkeitsfeld der Umströmung. Weiße Linien stellen Stomlinien zur Darstellung von gegebenenfalls auftretenden Wirbeln dar. Rot bedeutet hohe Umströmungsgeschwindigkeit, blau niedrige Umströmungsgeschwindigkeit. (Foto: Aljoscha Nicolai Sander, DFKI GmbH)
Ergebnis der 2-dimensionalen CFD Simulation des AUVx Hauptkörpers bei einer Geschwindigkeit von 0,5m/s. Visualisiert ist das Geschwindigkeitsfeld der Umströmung. Weiße Linien stellen Stomlinien zur Darstellung von gegebenenfalls auftretenden Wirbeln dar. Rot bedeutet hohe Umstömungsgeschwindigkeit, blau niedrige Umstömungsgeschwindigkeit. (Foto: Aljoscha Nicolai Sander, DFKI GmbH)
Ergebnis der 2-dimensionalen CFD Simulation des AUVx Hauptkörpers bei einer Geschwindigkeit von 0,5m/s. Visualisiert ist das Geschwindigkeitsfeld der Umströmung. Weiße Linien stellen Stomlinien zur Darstellung von gegebenenfalls auftretenden Wirbeln dar. Rot bedeutet hohe Umstömungsgeschwindigkeit, blau niedrige Umstömungsgeschwindigkeit. (Foto: Aljoscha Nicolai Sander, DFKI GmbH)
Ergebnis der 3-dimensionalen CFD-Simulation des µAUV² ohne Thruster bei einer Umströmungsgeschwindigkeit von 0.5m/s. Visualisiert sind die Wirbelstrukturen der Umströmung. Blau: geringer Druck, Rot: hoher Druck. (Foto: Aljoscha Nicolai Sander, DFKI GmbH)
Ergebnis der 3-dimensionalen CFD-Simulation des µAUV² ohne Thruster bei einer Umströmungsgeschwindigkeit von 0.5m/s. Visualisiert sind die Wirbelstrukturen der Umströmung. Blau: geringer Druck, Rot: hoher Druck. (Foto: Aljoscha Nicolai Sander, DFKI GmbH)
Ergebnis der 3-dimensionalen CFD-Simulation des AUVx ohne Thruster, mit Batterieverkleidung bei einer Umströmungsgeschwindigkeit von 0.5m/s. Visualisiert sind die Wirbelstrukturen der Umströmung. Blau: geringer Druck, Rot: hoher Druck. (Foto: Aljoscha Nicolai Sander, DFKI GmbH)
Ergebnis der 3-dimensionalen CFD-Simulation des AUVx ohne Thruster, mit Batterieverkleidung bei einer Umströmungsgeschwindigkeit von 0.5m/s. Visualisiert sind die Wirbelstrukturen der Umströmung. Blau: geringer Druck, Rot: hoher Druck. (Foto: Aljoscha Nicolai Sander, DFKI GmbH)
Ergebnis der 3-dimensionalen CFD-Simulation des AUVX ohne Thruster, mit Batterieverkleidung bei einer Umströmungsgeschwindigkeit von 0.5m/s. Visualisiert sind die Wirbelstrukturen der Umströmung. Blau: geringer Druck, Rot: hoher Druck (Foto: Aljoscha Nicolai Sander, DFKI GmbH)
Ergebnis der 3-dimensionalen CFD-Simulation des AUVX ohne Thruster, mit Batterieverkleidung bei einer Umströmungsgeschwindigkeit von 0.5m/s. Visualisiert sind die Wirbelstrukturen der Umströmung. Blau: geringer Druck, Rot: hoher Druck (Foto: Aljoscha Nicolai Sander, DFKI GmbH)
Motorgehäuse mit Motor, Magnetkupplung, Duct und Propeller (Grafik: Philipp Kloss, DFKI GmbH)
Motorgehäuse mit Motor, Magnetkupplung, Duct und Propeller (Grafik: Philipp Kloss, DFKI GmbH)
 
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zuletzt geändert am 17.08.2017
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