BRPI0911283B1 - dispositivo de restrição, e, método e sistema de pilotagem combinada de veículos subaquáticos operados de modo remoto - Google Patents
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Abstract
PILOTAGEM RESUMO DE RESTRIÇÃO, E, MÉTODO COMBINADA DE VEÍCULOS E SISTEMA DE SUBAQUÁTICOS OPERADOS DE MODO REMOTO. A presente invenção é relativa a um método de pilotagem combinada de veículos subaquáticos operados de modo remoto, que compreende as fases que consistem em conectar a um perfil vertical (21) um dispositivo de restrição (20) que compreende pelo menos dois braços (25) arranjados em uma posição angular fixa alternada, cada um dos pelo menos dois braços de atracagem (25) compreendendo em uma primeira extremidade (25a), meios (29) para o enganchamento de um veículo subaquático operado de modo remoto (14), os pelo menos dois braços de atracagem (25) sendo restringidos em uma de suas segundas extremidades (25b) a meio (26) para deslizar e girar o enganchamento a dito perfil vertical (21); conectar pelo menos dois veículos operados de modo remoto (14) ao dispositivo de restrição (20); detectar a posição da estrutura global que consiste do dispositivo de restrição (20) e veículos operados de modo remoto (14), detectar a orientação de cada um dos veículos operados de modo remoto (14), receber dados relacionados à posição e orientação a ser alcançada; determinar a potência requerida por cada veículo operado de modo remoto (14) e transmitir comandos relacionados para cada veículo (14).
Description
[0001] A presente invenção é relativa a um método de pilotagemcombinada de veículos subaquáticos operados de modo remoto, um dispositivo para a implementação de dito método e um sistema que utiliza o mesmo.
[0002] A utilização de veículos subaquáticos operados de modo remoto,também chamados ROV (veículos operados de modo remoto) ao efetuar operações de construção e manutenção de estruturas subaquáticas, é amplamente empregada costa afora e ambiente científico, e para a instalação de estruturas de construção.
[0003] A necessidade de operar com estruturas crescentemente maisvolumosas e/ou que requerem operações particulares conduziu à produção de ROVs mais potentes e de alto desempenho, tendo também equipamento especial para a intervenção particular.
[0004] Procedimentos operacionais também foram elaboradosespecificamente para operações particulares tal como, por exemplo, o abaixamento e posicionamento de objetos em um ambiente subaquático, inspeção visual durante operações de instalação subaquática e a redução de perturbações durante a movimentação de estruturas longas ou de grande dimensão.
[0005] Existem atualmente diversos tipos de diferentes ROVs, cada um dosquais pode ser utilizado para efetuar uma certa operação.
[0006] Em particular, ROVs de baixa potência que são genericamenteutilizados apenas para a inspeção visual de operações subaquáticas, podem ser distinguidos de diferentes tipos de ROVs de alta potência que diferem em sua utilização, por exemplo, a movimentação de objetos e/ou atuação em operações de sistemas robóticos.
[0007] Para ser capaz de efetuar as inúmeras operações necessárias, porexemplo, em produção de petróleo costa afora, um número equivalente de diferentes ROVs, cada um pertencendo a um tipo particular de utilização é, portanto, necessário.
[0008] Os barcos utilizados para operações costa afora, contudo, não são genericamente equipados com um grande número de diferentes tipos de veículos operados de modo remoto, em particular devido à sua carga e custos significativos.
[0009] Estes equipamentos são genericamente equipados com ROVs debaixa potência, também chamados ROVs de inspeção que, contudo, não podem ser utilizados para realizar operações a serem efetuadas por ROVs de alta potência.
[0010] Isto atualmente não é possível, mesmo quando a potência maisbaixa oferecida por ROVs de inspeção é satisfeita através da utilização de uma pluralidade de ditos veículos.
[0011] A utilização de diversos ROVs de inspeção de fato não alcança osresultados oferecidos por um ROV de alta potência uma vez que, para esta finalidade, é necessário ter uma coordenação de das operações dos ROVs de inspeção isolados que não pode ser conseguida através dos métodos de pilotagem de modo remoto conhecidos atualmente, que somente permitem pilotar os ROVs isolados separadamente.
[0012] Na ausência desta coordenação fina, os ROVs de inspeção isolados,utilizados, por exemplo, na movimentação de objetos em um ambiente subaquático, poderiam desenvolver forças contrastantes sobre dito objeto, tornando-o ingovernável e mesmo danificando-o.
[0013] Um objetivo da presente invenção é superar as desvantagens acimae, em particular, criar um método de pilotagem combinada de veículos subaquáticos operados de modo remoto que permita operações que requerem uma potência elevada serem efetuadas através da combinação de veículos operados de modo remoto com uma baixa potência.
[0014] Outro objetivo da presente invenção é fornecer um dispositivo parapilotagem de veículos subaquáticos operados de modo remoto que permita a que a ação de uma pluralidade de veículos operados de modo remoto seja combinada.
[0015] Outro objetivo é fornecer um sistema de pilotagem de veículossubaquáticos operados de modo remoto que implemente dito método.
[0016] Estes e outros objetivos de acordo com a presente invenção sãoalcançados fornecendo um método de pilotagem combinada de veículos subaquáticos operados de modo remoto, um meio para implementação de dito método e um sistema que utiliza o mesmo, como especificado nas reivindicações independentes.
[0017] Outros aspectos da invenção são objeto das reivindicaçõesdependentes.
[0018] As características e vantagens de um método de pilotagemcombinada de veículos subaquáticos operados de modo remoto de acordo com a presente invenção irão parecer mais evidentes a partir da descrição a seguir, ilustrativa e não limitativa, fazendo referência a desenhos esquemáticos anexos, nos quais: - A figura 1 é uma representação esquemática de um sistema para a pilotagem combinada de veículo subaquático operado de modo remoto de acordo com a presente invenção; - A figura 2 mostra um meio para a restrição de uma pluralidade de veículos operados de modo remoto para a implementação da pilotagem combinada /método de acordo com a invenção; - As figuras 2a - 2b ilustram detalhes ampliados da figura 2; - A figura 3 é um esquema de blocos de método de pilotagem combinada de acordo com a presente invenção; - A figura 4 é um gráfico que representa o sistema de referência do dispositivo de restrição de acordo com a presente invenção.
[0019] Com referência às figuras, estas primeiras mostram um sistema para apilotagem combinada de veículos subaquáticos operados de modo remoto de acordo com a presente invenção, indicado como um todo com 10. Dito sistema 10 compreende uma unidade de processamento 11 conectada na saída a entradas de comunicação digital dos sistemas de controle de pelo menos dois veículos operados de modo remoto ou ROVs 14, para transmitir comandos para os mesmos.
[0020] Para esta finalidade a unidade de processamento 11 compreendemeio de software 16 que determina os comandos a serem transmitidos para os ROVs 14 através da implementação de um método de pilotagem combinada de ditos veículos 14, descrito ou mais adiante.
[0021] De acordo com a presente invenção os ROVs 14 são conectados demaneira rígida a um dispositivo 20 para sua restrição, para permitir sua pilotagem combinada.
[0022] A entrada da unidade de processamento 11 é também conectada auma interface 12 para a entrada de comandos de operador tais como, por exemplo, um console com um bastão de controle, e a um sistema 13 para determinar a posição de dito dispositivo de restrição 20 e também a orientação de pelo menos dois ROVs 14.
[0023] Para esta finalidade um sistema de posicionamento global 13a éutilizado, por exemplo, preferivelmente do tipo de alta precisão tal como o sistema DGPS (Differential Global Positioning System), que permite que uma precisão métrica ou submétrica seja alcançada, situado no dispositivo de restrição 20 associado com o compasso 13b instalado nos ROVs 14. De outra maneira, para determinar a posição do dispositivo de restrição 20 é possível prever um sistema de posicionamento acústico situado no fundo do mar (não mostrado) preferivelmente do tipo transmissor-receptor.
[0024] Finalmente, a unidade de processamento 11 compreendepreferivelmente uma interface de exibição 15 para a representação bidimensional e/ou tridimensional da posição instantânea dos veículos 14.
[0025] O dispositivo de restrição 20 compreende pelo menos dois braços deatracagem 25 arranjados em uma posição angular fixa alternada, cada um equipado em uma primeira extremidade 25a com meio 29 para conectar um ROV de maneira rígida 14. Ditos pelo menos dois braços de atracagem 25 são também restringidos em correspondência com sua segunda extremidade 25b a meio 26 para o enganchamento deslizante e rotativo com um perfil vertical 21.
[0026] Em uma modalidade preferida, porém não limitativa, o meio deenganchamento 26 é uma luva 26 equipada internamente com carrinhos 28 que permitem que toda a unidade, que consiste da luva 26 e braços 25, deslizar ao longo do perfil vertical 21 de maneira limitada a uma trajetória definida por dois elementos extremos de descida mecânica 27.
[0027] O funcionamento do sistema de pilotagem de veículos subaquáticosoperados de modo remoto de acordo com a presente invenção é o seguinte:
[0028] O dispositivo de restrição 20 é conectado a um perfil vertical 21.
[0029] Os ROVs 14 são em seguida conectados de maneira rígida aodispositivo de restrição 20 (fase 110) e à estrutura global 14, 20 desenvolvida na água (fase 120), monitorando sua posição e orientação através do sistema 13.
[0030] Alternativamente, a conexão dos ROVs (fase 110) pode ter lugarquando o dispositivo 20 já está na água. A unidade de processamento 11 operando o meio de software 16 determina (fase 150) os comandos a serem fornecidos para o mesmo 14 com base na posição e orientação instantânea de ditos veículos 14 (fase 130) e informação sobre a posição e orientação a serem alcançadas, inserida por um operador através da interface 12 (fase 140).
[0031] Ditos comandos são então transferidos para os controladores dosROVs 14 (fase 160) de modo que estes possam comandar as forças desejadas para os impulsores dos ROVs 14.
[0032] Para a determinação dos comandos a serem fornecidos para osROVs 14, o algoritmo Matriz de Alocação Impulsora (TAM) é aplicado na base da estrutura global que consiste de pelo menos dois ROVs rigidamente conectados ao dispositivo 20 para a pilotagem combinada.
[0033] Para finalidades puramente ilustrativas e não limitativas, adeterminação dos comandos a serem fornecidos para os ROVs 14 está descrita aqui abaixo com referência a uma estrutura global que consiste de apenas dois ROVs 14 conectados a um dispositivo 20 para a pilotagem combinada como especificado acima.
[0034] O centro de massa Oc da estrutura global 14, 20 é primeirodeterminado (fase 151) para construir um sistema de referência tal como aquele ilustrado na figura 4, no qual as coordenadas [xc, xc, 0], [xr1, 0, 0] são respectivamente definidas do centro de massa Oc, o sistema de referência OR1 de um primeiro ROV 14 e o sistema de referência OR2 de um segundo ROV 14, expressas em relação ao sistema de referência de navegação (Ok, Xk,Yk, Zk).
[0035] Ao definir (Fx1, Fy1, Fz1) a força aplicada pelo primeiro ROV 14 aosistema, e (Fx2, Fy2, Fz2) a força aplicada pelo segundo ROV ao sistema de acordo com o algoritmo Matriz de Alocação Impulsora, estas forças geram uma força resultante (Fx, Fy, Fz) e um momento resultante (Mx, My, Mz) com relação ao sistema de referência do centro de massa Oc da estrutura global 14, 20 cujos componentes são calculados por meio da seguinte matriz pelo seguinte cálculo matricial:
[0036] Com base na informação inserida pelo usuário com relação àorientação e posição que a estrutura global 14, 20 deve alcançar, a força (Fx, Fy, Fz) e o momento (Mx, My, Mz) necessários para efetuar o deslocamento requerido (fase 152) são determinados em tempo real.
[0037] Com base nestes dados os componentes são determinados dasforças Fx1, Fy1, Fz1 , Fx2, Fy2, Fz2 aplicados pelos ROVs 14 isolados através do cálculo matricial especificado acima (fase 153).
[0038] Graças à unidade de processamento 11 que compreende o meio desoftware 16 o usuário pode pilotar de modo remoto a pluralidade de ROVs 14 restringido-os de maneira rígida a um dispositivo de restrição 20 como se estivesse pilotando um único veículo.
[0039] Não é, portanto, necessário coordenar manualmente os comandosfornecidos para os ROVs isolados 14.
[0040] A unidade de processamento 11, operando o meio de software 16que implementa o método de pilotagem combinada de acordo com a presente invenção, traduz de maneira automática os comandos fornecidos pelo operador para a estrutura global 14, 20 para comandos específicos para os veículos isolados 14.
[0041] Foram efetuados diversos testes para validar a invenção de maneirapositiva verificando a capacidade de seguir trajetórias desejadas de qualquer tipo e manter uma posição e orientação desejadas.
[0042] Em particular um perfil vertical especial 21 foi concebido para estestestes, equipado com um lastro 22 na parte inferior e um elemento flutuante 23 conectado à estrutura superior 24.
[0043] Uma vez que o dispositivo de restrição 20 tenha sido conectado adito perfil vertical 21, ele é mantido com o eixo principal na vertical quando liberado na água.
[0044] Um sistema para determinar a posição 13a, do tipo DGPS cujoaéreo 17 foi instalado na estrutura superior 24 do perfil vertical 21, foi utilizado para os testes de validação.
[0045] Ao efetuar estes testes, perturbações de tração da estrutura tambémforam aplicadas.
[0046] O sistema 10 contudo se provou capaz de manter o erro de posiçãoe de orientação da estrutura global 14, 20 abaixo de margens de centímetros em posição e de alguns graus em relação à orientação.
[0047] As características do dispositivo, objeto da presente invenção, comotambém as vantagens relativas são evidentes da descrição acima.
[0048] A possibilidade da pilotagem combinada de uma pluralidade deROVs através do dispositivo de restrição de acordo com a presente invenção, e o método de pilotagem relacionado, também permitem que tipos diferentes de ROVs sejam utilizados para efetuar diferentes operações.
[0049] É de fato suficiente restringir de maneira rígida um número adequado deROVs através do dispositivo da presente invenção para obter uma estrutura global capaz de fornecer a potência necessária para a operação particular, que pode ser pilotada com a mesma simplicidade como guiar um único veículo.
[0050] É, portanto, possível utilizar, por exemplo, uma pluralidade de ROVsde inspeção genericamente disponíveis em equipamentos utilizados para operações costa afora, para efetuar operações que requerem a utilização de veículos capazes de fornecer uma potência maior.
[0051] Também, foi verificado que o sistema de pilotagem combinada deacordo com a presente invenção, se aplicado em produção de petróleo, em particular para a construção de cabeças de poço subaquáticas, permite que a posição e orientação de grandes módulos de cabeças de poço sejam controladas fazendo uso das orientações até aqui necessárias, supérfluas.
[0052] Finalmente, o dispositivo assim concebido pode evidentemente sofrer inúmeras modificações e variações, todas incluídas na invenção; além disto, todos os detalhes podem ser substituídos por elementos tecnicamente equivalentes. Na prática, os materiais utilizados, bem como as dimensões, podem variar de acordo com os requisitos técnicos.
Claims (11)
1. Dispositivo de restrição (20) de pelo menos doisveículos subaquáticos operados de modo remoto (14), caracterizadopelo fato de compreender pelo menos dois braços de atracagem (25) arranjados em uma posição angular fixa alternada, cada um de ditos pelo menos dois braços de atracagem (25) compreendendo em uma primeira extremidade (25a), meios (29) para o enganchamento de um veículo subaquático operado de modo remoto (14), ditos pelo menos dois braços de atracagem (25) sendo restringidos em uma segunda extremidade (25b), a meios (26) para o deslizamento e enganchamento rotativo a um perfil vertical (21).
2. Dispositivo de restrição (20) de acordo com areivindicação 1, caracterizadopelo fato de dito meio de enganchamento (26) ser uma luva (26) equipada internamente com carrinhos (28).
3. Dispositivo de restrição (20) de acordo com areivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de dito meio de enganchamento (26) poder ser restringido a dito perfil vertical (21) de modo a deslizar de maneira limitada entre dois comutadores extremos (27).
4. Método de pilotagem combinada de veículossubaquáticos operados de modo remoto (14), caracterizadopelo fato de compreender as fases que consistem de: a) conectar um dispositivo de restrição (20) comodefinida em qualquer uma das reivindicações precedentes a um perfil vertical (21); b) conectar de maneira rígida pelo menos dois veículos operados de modo remoto (14) ao dispositivo de restrição (20); c) detectar a posição da estrutura global que consiste de dito dispositivo de restrição (20) e ditos veículos operados de modo remoto (14); d) detectar a orientação de cada um de ditos veículos operados de modo remoto (14); e) receber dados relacionados à posição e orientação a ser alcançada; f) determinar a potência requerida por cada veículo operado de modo remoto (14) e transmitir comandos relacionados para cada veículo (14).
5. Método de pilotagem combinada de veículossubaquáticos operados de modo remoto (14) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de dita fase para determinar a potência requerida por cada veículo compreender as etapas que consistem de: f1) determinar o centro de massa de dita estrutura global (14, 20); f2) com base em ditos dados recebidos determinar a força e momento resultantes com relação a dito centro de massa necessários para alcançar dita posição e orientação; f3) calcular os componentes das forças requeridas pelos veículos isolados por meio de uma transformação de um cálculo matricial de dita força e dito momento resultantes com relação ao centro de massa.
6. Método de pilotagem combinada de veículossubaquáticos operados de modo remoto (14) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de dita transformação matricial ter lugar de acordo com o algoritmo Matriz de Alocação Impulsora.
7. Sistema de pilotagem combinada de veículossubaquáticos operados de modo remoto (14), caracterizado pelo fato de compreender uma unidade de processamento (11) conectada na entrada a um sistema (13) para determinar a posição e orientação de pelo menos dois veículos operados de modo remoto (14) e na saída aos sistemas de controle de ditos pelo menos dois veículos (14), dita unidade de processamento (11) sendo equipada com meio (16) adequado para implementar um método de pilotagem combinada de ditos pelo menos dois veículos (14) como definidos em qualquer uma das reivindicações desde 4 a 6, ditos pelo menos dois veículos (14) sendo conectados de maneira rígida um ao outro por meio de um dispositivo de restrição (20) como definido em qualquer uma das reivindicações desde 1 a 3.
8. Sistema de pilotagem combinada de veículossubaquáticos operados de modo remoto (14) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de dita unidade de processamento (11) ser conectada a uma interface (12) para a entrada de comandos.
9. Sistema de pilotagem combinada de veículossubaquáticos operados de modo remoto (14) de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de dita unidade de processamento (11) compreender uma interface de exibição (15) para a representação bidimensional e/ou tridimensional de dados.
10. Sistema de pilotagem combinada de veículos subaquáticos operados de modo remoto (14) de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de dito sistema (13) para determinar a posição e orientação de pelo menos dois veículos subaquáticos operados de modo remoto (14) compreender um sistema de posicionamento global (13a) fornecido em dito o dispositivo de restrição (20) e uma pluralidade de compassos (13b) cada um instalado em um veículo (14).
11. Sistema de pilotagem combinada de veículossubaquáticos operados de modo remoto (14) de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de dito sistema (13) para determinar a posição e orientação de pelo menos dois veículos subaquáticos operados de modo remoto (14) compreenderem um sistema de posicionamento acústico situado no fundo do mar e uma pluralidade de compassos (13b), cada uma instalada em um veículo (14).
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