EP0788969A1 - Véhicule subaquatique quasi immergé autopropulsé et radiocommandé - Google Patents

Véhicule subaquatique quasi immergé autopropulsé et radiocommandé Download PDF

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EP0788969A1
EP0788969A1 EP97430005A EP97430005A EP0788969A1 EP 0788969 A1 EP0788969 A1 EP 0788969A1 EP 97430005 A EP97430005 A EP 97430005A EP 97430005 A EP97430005 A EP 97430005A EP 0788969 A1 EP0788969 A1 EP 0788969A1
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Jean-Louis Michel
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Institut Francais de Recherche pour lExploitation de la Mer (IFREMER)
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/48—Means for searching for underwater objects
    • B63C11/49—Floating structures with underwater viewing devices, e.g. with windows ; Arrangements on floating structures of underwater viewing devices, e.g. on boats
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/34—Diving chambers with mechanical link, e.g. cable, to a base
    • B63C11/36—Diving chambers with mechanical link, e.g. cable, to a base of closed type
    • B63C11/42—Diving chambers with mechanical link, e.g. cable, to a base of closed type with independent propulsion or direction control

Definitions

  • the present invention relates to a radio controlled unmanned underwater self-propelled vehicle slightly flush with the surface of the water, the maneuverability of which allows a payload to be positioned with precision, for example a submerged television camera.
  • Using an unmanned radio controlled vehicle reduces operating costs compared to using plungers or tools deployed by surface vessels operated by personnel.
  • the vehicle according to the invention is not a surface vessel which offers a significant wind resistance or an underwater vehicle totally submerged connected by cable to its base and which limits its implementation, nor an underwater vehicle made to move at high speed with growths (mats and keel), said vehicles being more complex and expensive.
  • the machine according to the invention is a self-propelled underwater unmanned vehicle comprising an external protection means inside of which are disposed at least one sealed enclosure comprising various equipment necessary for the operation of the vehicle, at least one payload capable of picking up any information or measurement given in the marine environment and at least one buoyancy reserve; said vehicle according to the invention is radio controlled and almost submerged, flush with the surface of the water thanks to its buoyancy and comprises at least one radio antenna, a source of on-board electrical energy and at least two motor-propellants giving it the possibility of maneuvering and moving around a given point ..
  • the vehicle according to the invention is characterized by a very low buoyancy which can be of the order of a few percent of its displaced volume, which makes it possible to emerge only its upper part like an iceberg to allow to release from the water surface the antennas for radio transmissions (positioning, control, command).
  • This vehicle is submerged but floating, so we used the term near submerged to describe this feature. Outcropping on the surface of the water, it is therefore not very sensitive to wind and short swell due to wind.
  • Another advantage is that its propellants or actuators, and the sensors making it possible to record the information or measurements required in the marine environment are already submerged by construction.
  • Said means of protection is preferably a tubular frame making it possible to place the vehicle on the ground and in which all of the equipment thereof is fixed; the on-board energy source preferably consists of electric batteries, the vehicle being designed to be able to navigate in a completely autonomous manner at least in terms of energy. Skids at the bottom of the chassis also contributes to the ease of its implementation.
  • the vehicle is self-propelled, the main part, which is thus submerged, comprises in particular the energy source and the propellants which are arranged so as to make the vehicle very maneuverable even when it has to operate in a station.
  • the machine has a payload which can be different depending on the embodiments.
  • the payload can be composed by a television camera integrated into the vehicle or remote at the end of a cable with, if necessary, management of the cable by a winch.
  • the payload can also be constituted by sensors, integrated or remote in the same way as for television cameras, used to measure the quality of water or the characteristics of funds.
  • the vehicle is radio controlled, it is controlled but also controlled using radio waves which connect it with a base on land or a base at sea.
  • the commands are sent by the base to the vehicle for example using a radio control used in radio modeling.
  • Data is also transmitted from the vehicle to the base.
  • the vehicle shown in FIG. 1b is used to precisely place or move a payload integrated into the vehicle or offset via a cable unwound from an underwater winch on board the vehicle
  • the offset could also be obtained in certain cases with a simple cable deployed under the vehicle and of fixed length.
  • the payload can be defined according to the missions, for example for reconnaissance or inspection missions it can be constituted by immersed television cameras, placed at the lower part of the vehicle for any visual observations below it , or sensors for measuring water quality (dissolved oxygen, nitrates, etc.) or instruments for measuring soil or subsoil characteristics (bathymetry, imagery, sediment penetration,).
  • the remote payload can be tele-operated and itself include actuators going for example to a propulsion.
  • the device as shown in Figure la comprises a base on land or at sea from which the vehicle is controlled and controlled by radio waves.
  • the device also includes the vehicle, the arrangement of which is presented in perspective in FIG. 2.
  • the vehicle is made up around a light chassis made of aluminum comprising on the one hand two pads which give a seat to the machine in particular when it arrives on the coast and which support the principal equipment and on the other hand a defense making the complete turn of the machine. This defense makes it possible to fix the motor thrusters inside the protection perimeter.
  • the number of thrusters is at least two to ensure good maneuverability, vertically from a point that we want to observe, for example in video, on the bottom and can be higher depending on the maneuverability sought.
  • Vertical actuators or powerplants or an orientation of those horizontal can also be added to obtain a total immersion of the vehicle during certain punctual phases of mission such as for sampling.
  • Four propellants are shown in the figures below, oriented two by two along perpendicular axes.
  • a waterproof box is fixed on the two pads by means of compliant supports. Inside this marinized box are installed rechargeable batteries, power supplies as well as command and control electronics.
  • a means of acoustic transmission comprising at least one submerged transmitter and / or receiver capable of remotely controlling and / or controlling a device. distinct from the vehicle by orders transmitted by acoustic voice.
  • on-board equipment such as a means of acoustic transmission comprising at least one submerged transmitter and / or receiver capable of remotely controlling and / or controlling a device. distinct from the vehicle by orders transmitted by acoustic voice.

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Abstract

Le coeur du dispositif est un véhicule inhabité subaquatique quasi immergé (1) dont la plupart des composants sont situés sous la surface de l'eau. Seule une petite partie supérieure émerge en surface. L'engin navigue sous l'eau à faible vitesse et il est capable de tenir une position avec une grande précision grâce à ses propulseurs (6) alimentés par une source d'énergie électrique mise en enceinte étanche (4). La charge utile peut être constituée par des caméras de télévision, des capteurs ou des objets largables ou récupérables. Cette charge utile peut être intégrée au véhicule (8) ou déportée (9) à l'aide d'un câble (10) déployé par un treuil (11).L'engin est commandé et contrôlé en utilisant des ondes radioélectriques transmises grâce aux antennes du véhicule (7). Son positionnement est assuré par des moyens de localisation reçus sur antenne (7). Application par exemple à la surveillance sous-marine par télévision, aux mesures, aux prélèvements ou au largage d'objets. <IMAGE>

Description

  • La présente invention concerne un véhicule autopropulsé subaquatique inhabité radio commandé affleurant légèrement à la surface de l'eau dont la manoeuvrabilité permet de positionner avec précision une charge utile, par exemple une caméra de télévision immergée.
  • Pour certaines applications on a besoin d'effectuer des recherches, des inspections ou des travaux sous l'eau dans les océans, les mers, les lacs, etc..
  • Utiliser un véhicule inhabité radio commandé permet de réduire les coûts d'opération par rapport à l'utilisation de plongeurs ou d'outils déployés par des navires de surface opérés par du personnel.
  • Pour les reconnaissances par ondes acoustiques, il existe des bateaux habités ou non tel que décrit dans la demande de brevet WO85/04004 radio positionnés et/ou commandés, ou des engins inhabités complètement immergés autopropulsés et télé commandés tel que celui décrit dans la demande de brevet FR 2697001 ou même radio commandé dotés de mats remontant jusqu'en surface et de quille, ces derniers étant opérés à grande vitesse, ce qui ne permet pas de les utiliser pour les explorations visuelles ou les opérations en station.
  • Pour les reconnaissances visuelles on peut utiliser un véhicule sous-marin télé opéré par câble (Remotely Operated Vehicle en anglo-saxon) tel que décrit dans le brevet US54502407 mais le câble, même réduit à une simple fibre optique, devient trop vite une gène.
  • On peut également utiliser un navire de surface radio commandé remorquant une caméra, mais le système est sensible aux conditions de vent et de vague tandis que ses actionneurs doivent être suffisamment immergés pour éviter les phénomènes de cavitation, de même les capteurs doivent être déportés pour éviter les turbulences de l'interface air-eau.
  • Le véhicule selon l'invention n'est pas un navire de surface qui offre une prise au vent importante ni un véhicule sous-marin totalement submergé relié par câble à sa base et qui en limite la mise en oeuvre, ni un véhicule sous-marin fait pour évoluer à grande vitesse avec des excroissances (mats et quille), lesdits véhicules étant de plus complexes et coûteux..
  • L'engin selon l'invention est un véhicule inhabité subaquatique auto propulsé comportant un moyen de protection externe à l'intérieur duquel sont disposés au moins une enceinte étanche comprenant divers équipements nécessaires au fonctionnement du véhicule, au moins une charge utile apte à relever toute information ou mesure donnée dans le milieu marin et au moins une réserve de flottabilité ; ledit véhicule suivant l'invention est radio commandé et quasi immergé, affleurant la surface de l'eau grâce à sa flottabilité et comporte au moins une antenne radioélectrique, une source d'énergie électrique embarquée et au moins deux moto propulseurs lui donnant une possibilité de manoeuvre et de déplacement autour d'un point donné..
  • Quasi immergé, le véhicule selon l'invention est caractérisé par une flottabilité très faible qui peut être de l'ordre de quelques pour cents de son volume déplacé, ce qui permet de ne faire émerger que sa partie supérieure comme un iceberg pour permettre de dégager de la surface de l'eau les antennes de transmissions radioélectriques (positionnement, contrôle, commande).
  • Ce véhicule est immergé mais flottant, nous avons donc employé le terme de quasi immergé pour décrire cette particularité. Affleurant à la surface de l'eau, il est ainsi peu sensible au vent et à la houle courte due au vent. Un autre avantage est que ses propulseurs ou actionneurs, et les capteurs permettant de relever les informations ou mesures voulues dans le milieu marin sont déjà immergés par construction. Ledit moyen de protection est de préférence un châssis de forme tubulaire permettant de poser le véhicule sur le sol et dans lequel tous les équipements de celui-ci sont fixés ; la source d'énergie embarquée est de préférence constituée de batteries électriques, le véhicule étant conçu pour pouvoir naviguer d'une manière complètement autonome au moins sur le plan énergétique. Des patins à la partie inférieure du châssis contribue également à la facilité de sa mise en oeuvre.
  • Le fait que l'engin reste toujours flottant permet de faciliter sa pesée et de le récupérer facilement même en cas d'avarie notamment si ses actionneurs sont défaillants. Sa structure et sa conception sont assez simple et donc moins coûteuses que les appareils existants à ce jour tel qu'évoqué en introduction : sa mise en ouvre ne nécessite pas en particulier de support de surface et est bien adapté aux contrôles des fonds de faibles profondeurs, tel qu'en particulier près des cotes permettant son application dans le domaine du contrôle et de la protection de l'environnement ; en particulier il permet une surveillance sous-marine par télévision ainsi que des mesures, des prélèvements et des largages ou des récupérations d'objets .
  • Le véhicule est autopropulsé, la partie principale, qui est ainsi immergée, comporte notamment la source d'énergie et les propulseurs qui sont disposés de manière à rendre le véhicule très manoeuvrant même lorsqu'il doit opérer en station.
  • L'engin est doté d'une charge utile qui peut être différente suivant les modes de réalisation.
  • Suivant un mode de réalisation, la charge utile peut être composée par une caméra de télévision intégrée au véhicule ou déportée à l'extrémité d'une câble avec si nécessaire une gestion du câble par un treuil.
  • La charge utile peut également être constituée par des capteurs, intégrés ou déportés de la même manière que pour les caméras de télévision, servant à mesurer la qualité de l'eau ou les caractéristiques des fonds.
  • Le véhicule est radio commandé, il est commandé mais aussi contrôlé en utilisant des ondes radioélectriques qui le relient avec une base à terre ou une base en mer.
  • Les commandes sont envoyées par la base vers le véhicule par exemple à l'aide d'une radio commande utilisée en radio modélisme.
  • Son contrôle, depuis la base, s'effectue visuellement ou grâce à la réception des informations ou des images transmises par les ondes radioélectriques émises par l'engin.
  • Des données sont également transmises du véhicule vers la base.
  • Le résultat est un nouveau type de véhicule inhabité subaquatique autopropulsé pour des applications particulières et spécifiques pour lequel aucun autre engin existant n'est vraiment adapté. On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en prouver la nouveauté et l'intérêt. La description et les figures ci-après représentent un exemple de réalisation mais n'ont aucun caractère limitatif : d'autres réalisations sont possibles dans le cadre de la portée et de l'étendue de cette invention, en particulier en changeant la forme de la structure de protection externe et de différents composants telle que la réserve de flottabilité, les containers et enceintes étanches etc.
    • la Fig.1a montre un schéma simplifié de la base permettant la télécommande à distance du dispositif suivant l'invention,
    • la Fig.1b représente une vue latérale en coupe partielle simplifiée du véhicule inhabité subaquatique quasi immergé suivant l'invention.
    • la figure 2 représente une vue prespective du véhicule suivant l'invention.
  • Le véhicule schématisé à la Fig. 1b, est utilisé pour placer ou déplacer de façon précise une charge utile intégrée au véhicule ou déportée par l'intermédiaire d'un câble déroulé depuis un treuil sous-marin embarqué sur le véhicule Le déport pourrait aussi être obtenu dans certains cas avec un simple câble déployé sous le véhicule e t de longueur fixe.
  • La charge utile peut être définie en fonction des missions, par exemple pour des missions de reconnaissance ou d'inspection elle peut être constituée par des caméras de télévision immergées, placées à la partie inférieure du véhicule pour toute observations visuelles en dessous de celui-ci, ou des capteurs de mesure de la qualité de l'eau (oxygène dissous, nitrates...) ou des instruments de mesure des caractéristiques du sol ou du sous-sol (bathymétrie, imagerie, pénétration de sédiment, ).
  • Selon d'autres modes de réalisation la charge utile déportée peut être télé opérée et comporter elle même des actionneurs allant par exemple jusqu'à une propulsion.
  • Le dispositif tel que représenté sur la figure la comporte une base à terre ou en mer à partir de laquelle le véhicule est commandé et contrôlé par des ondes radioélectriques.
  • A titre d'exemple nous avons fait figurer schématiquement:
    • une radio-commande qui permet de commander le véhicule et notamment ses propulseurs ,
    • un écran de télévision recevant les images et les données transmises par le véhicule tout en étant relié d'une part à un ordinateur personnel qui permet un traitement en temps réel avec un archivage spécifique et d'autre part à un magnétoscope qui permet les enregistrements des vues sous-marines et des données, notamment de positionnement, sur un support magnétique commun selon un standard usuel.
  • Le dispositif comporte également le véhicule dont l'agencement est présenté en perspective en Fig.2. Le véhicule est constitué autour d'un châssis léger réalisé en aluminium comprenant d'une part deux patins qui donnent une assise à l'engin notamment lorsqu'il arrive sur la côte et qui supportent les équipements principaux et d'autre part une défense faisant le tour complet de l'engin. Cette défense permet de fixer les moto propulseurs à l'intérieur du périmètre de protection.
  • Le nombre de propulseurs est au moins de deux pour assurer une bonne manoeuvrabilité, à la verticale d'un point que l'on veut observer, par exemple en vidéo, sur le fond et peut être plus élevé en fonction de la manoeuvrabilité recherchée. Des actionneurs ou motopropulseurs verticaux ou une orientation de ceux horizontaux peuvent également être rajoutés pour obtenir une immersion totale du véhicule pendant certaines phases ponctuelles de mission tels que pour des prélèvements. Quatre moto propulseurs sont représentés sur les figures ci-après orientés deux par deux suivant des axes perpendiculaires.
  • Un coffret étanche est fixé sur les deux patins par l'intermédiaire de supports compliants. A l'intérieur de ce coffret marinisé sont implantés les batteries rechargeables, les alimentations ainsi que l'électronique de commande et de contrôle.
  • Le flotteur 5 est situé au dessus du coffret 4 de façon à assurer au véhicule une bonne stabilité et une légère flottabilité. A la partie supérieure de la réserve de flottabilité ou du flotteur 5 sont disposés plusieurs appendices dépassant au dessus de la surface de l'eau :
    • des antennes 7 pour permettre le positionnement grâce à un système de radio localisation ou de positionnement (par satellites comme avec le Global Positioning System, de base ou différentiel; ou autre), la commande (radio-commande de modélisme par exemple), le contrôle (les signaux vidéos des caméras embarqués étant ainsi radio transmis mais pouvant aussi enregistrés sur le véhicule ainsi que toutes données de télésurveillance, informations et mesures relevées dans le milieu marin grâce aux divers capteurs embarqués),
    • un flash intermittent 12 qui permet le repérage de surface,
    • une caméra de télévision 17 de pilotage et de surveillance en surface du plan d'eau pour aider le pilotage en particulier lors des déplacements éloignés et surveiller les abords du site où le véhicule est amené opérer.
  • On ne sortirait ainsi pas du cadre de l'invention en substituant ou complétant la source d'énergie électrique actuelle sous la forme de batteries 4 par une autre source solaire et/ou thermique.
  • On ne sortirait pas non plus du cadre de l'invention en substituant ou en adjoignant aux capteurs embarqués ou déportés, des instruments permettant des prélèvements ou même des interventions sur le fond de la mer comme par exemple pour le relevage ou la récupération ainsi que le dépôt ou le largage d'objets comme on pourrait le faire en larguant des marqueurs qui permettraient de baliser un site.
  • On ne sortirait pas non plus du cadre de l'invention en proposant un véhicule doté de carénages extérieurs ou conçu de façon à ce que le carénage serve de châssis partiellement ou totalement. Ce serait par exemple le cas dans une version où l'influence des courants serait à prendre en compte de façon plus importante.
  • On ne sortirait pas non plus du cadre de l'invention en rendant le véhicule plus ou moins autonome non pas seulement en énergie mais également dans ses fonctions opérationnelles, pendant certaines phases particulières de mission allant notamment jusqu'à l'immersion ponctuelle totale. Ce serait par exemple le cas où l'on souhaiterait se rapprocher des fonds.
  • On ne sortirait pas non plus du cadre de l'invention en dotant le véhicule d'un équipement embarqué tel qu'un moyen de transmission acoustique comportant au moins un émetteur et/ou récepteur immergé apte à commander et/ou contrôler à distance un dispositif distinct du véhicule par des ordres transmis par voix acoustique. Ce serait par exemple le cas où l'on recueillerait des mesures collectées par un station de fond. Ce pourrait être aussi le cas où l'on veut commander à distance des actions sur un dispositif immergé fixe comme une station de fond ou aussi mobile comme pourrait l'être un autre véhicule.
    On ne sortirait pas non plus du cadre de l'invention en dotant en option le véhicule d'une liaison par câble électrique et/ou à fibre optique pour des cas particuliers depuis une base fixe côtière par exemple. Ce pourrait être par exemple le cas où une énergie importante est nécessaire pour des opérations de très longue durée. Ce pourrait être aussi le cas où des images de très haute qualité doivent être transmises en temps réel.

Claims (11)

  1. Véhicule inhabité subaquatique (1) auto propulsé comportant un moyen (3) de protection externe à l'intérieur duquel sont disposés au moins une enceinte étanche (4) comprenant divers équipements nécessaires au fonctionnement du véhicule, au moins une charge utile (8,9) apte à relever toute information ou mesure donnée dans le milieu marin et au moins une réserve de flottabilité (5) caractérisé en ce que ledit véhicule est radio commandé et quasi immergé, affleurant la surface de l'eau grâce à sa flottabilité (4,5) et comporte au moins une antenne radioélectrique (7), une source d'énergie électrique embarquée et au moins deux moto propulseurs (6) lui donnant une possibilité de manoeuvre et de déplacement autour d'un point donné.
  2. Véhicule subaquatique suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ledit moyen de protection (3) est un châssis, permettant de poser le véhicule et dans lequel tout les équipements de celui-ci sont fixés, et la source d'énergie embarquée est constituée de batteries.
  3. Véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte une source d'énergie solaire.
  4. Véhicule selon une quelconque des revendications 1 à 2 caractérisé en ce qu'il comporte une source d'énergie thermique.
  5. Véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il comporte une caméra de télévision de pilotage (17) placée à la partie supérieure de sa réserve de flottabilité (5) dépassant au dessus de la surface de l'eau et au moins une caméra de télévision (8) placée à la partie inférieure du véhicule pour toute observation visuelle en dessous de celui-ci, les signaux vidéo desdites caméras étant radiotransmis et pouvant être enregistrés sur le véhicule.
  6. Véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comporte un système de radiolocalisation ou de positionnement par satellite transmis par l'intermédiaire d'une antenne (7) placée à la partie supérieure du véhicule pour dépasser au dessus de la surface de l'eau.
  7. Véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que ladite charge utile est au moins constituée d'instruments de mesure de la qualité de l'eau et/ou des caractéristiques du sol ou du sous sol.
  8. Véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que ladite charge utile est constituée au moins d'instruments permettant des prélèvements ou des interventions sur le fond de la mer tels que le dépôt et le relevage d'objets ou encore de largages.
  9. Véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que la dite charge utile et/ou ladite caméra de télévision(8) est déportée (9) par un câble déployé sous ledit véhicule.
  10. Véhicule selon la revendication 9 caractérisé en ce que ledit câble (10) est déroulé depuis un treuil sous-marin (11) embarqué sur ledit véhicule.
  11. Véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce qu'il comporte un équipement embarqué, dont au moins un émetteur et/ou récepteur acoustique immergé, apte à commander et/ou contrôler à distance un dispositif distinct du véhiculepar des ordres transmis par voix acoustique.
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