BRPI0911283A2

BRPI0911283A2 - dispositivo de restrição, e, método e sistema de pilotagem combinada de veículos subaquáticos operados de modo remoto

Info

Publication number: BRPI0911283A2
Application number: BRPI0911283-9A
Authority: BR
Inventors: Paolo Ferrara; Michele Filippini; Roberto Finotello; Tiberio Grasso
Original assignee: Eni S.P.A.
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2009-04-06
Publication date: 2020-08-04
Also published as: GB2470886B; BRPI0911283B1; WO2009125279A3; NO20101501L; NO340920B1; US20110093138A1; AU2009235129A1; US8418765B2; ITMI20080603A1; AU2009235129B2; WO2009125279A2; GB201017703D0; GB2470886A

Abstract

DISPOSITIVO DE RESTRIÇÃO, E, MÉTODO E SISTEMA DE PILOTAGEM COMBINADA DE VEÍCULOS 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

"DISPOSITIVO DE RESTRIÇÃO, E, MÉTODO E SISTEMA DE

PILOTAGEM COMBINADA DE VEÍCULOS SUBAQUÁTICOS OPERADOS DE MODO REMOTO" A presente invenção é relativa a um método de pilotagem combinada de veículos subaquáticos operados de modo remoto, um dispositivo para a implementação de dito método e um sistema que utiliza o mesmo. A utilização de veíeulos subaquáticos operados de modo remoto, também chamados ROV (veículos operados de modo remoto) ao efetuar operações de construção e manutenção de estmturas subaquáticas, é amplamente empregada costa afora e ambiente científico, e para a instalação de estruturas de construção. A necessidade de operar com estruturas crescentemente mais volumosas 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.

Procedimentos operacionais também foram elaborados especificamente para operações particulares tal como, por exemplo, o abaixamento e posicionamento de objetos eín um ambiente subaquático, inspeção visual durante operações de instalação subaquática e a redução de perturbações durante a movimentação de estmturas longas ou de grande dimensão. Existem atuahnente diversos tipos de diferentes ROVs, cada um dos quais pode ser utilizado para efetuar uma certa operação.

Em particular, ROVs de baixa potência que são genericamente utilizados apenas para a inspeção visual de operações subaquáticas, podem ser distinguidos de diferentes tipos de ROVs de alta potência que diferein em sua utilização, por exemplo, a movimentação de objetos e/ou atuação em operações de sistemas robÓticos.

Para ser capaz de efetuar as inúmeras operações necessárias, por exemplo, em produção de petróleo costa afora, um número equivalente de diferentes ROVs, cada um pertencendo a um tipo particular de utilização é, portanto, necessário.

Os barcos utilizados para operações costa afora, contudo, não são genericamente equipados com uin grande número de diferentes tipos de veículos operados de modo remoto, em particular devido à sua carga e custos signincativos. Estes equipamentos são genericamente equipados com ROVs lO de baixa potência, também chamados ROVS de inspeção que, contudo, não podem ser utilizados para realizar operações a serem efetuadas por ROVs de ajta potência. Isto atuahnente não é possível, mesmo quando a potência mais baixa oferecida por ROVs de inspe.ção é satisfeita através da utilização de uma pluralidade de ditos veículos. A utilização de diversos ROVs de inspeção de fato não alcança os resultados 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 pilotagein de modo remoto conhecidos atualmente, que somente permitem pilotar os ROVs isolados separadainente. 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, tomando-o ingovemável e mesmo danificando-o. Um objetivo da presente invenção é superar as desvantagens acima e, 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. Outro objetivo da presente invenção é fornecer um dispositivo para pilotagem de veículos subaquáticos operados de modo remoto que permita a que a ação de uma pluralidade de veículos operados de modo remoto seja combmada. Outro objetivo é fomecer um sistema de pilotagem de veículos subaquáticos operados de niodo remoto que implemente dito método. Estes e outros objetivos de aeordo com a presente invenção são alcançados fomecendo 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. Outros aspectos da invenção são objeto das reivindicações dependentes.

As características e vantagens de um método de pilotagem combinada de ve.ículos 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 uina representação esqueinática 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 lmétodo de acordo com a invenção; - As figuras 2a - 2b ilustram detalhes ampliados da figura 2; - A figura 3 é uin 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. Com referência às figuras, estas priineiras mostram um sistema para a pilotagem combinada de veículos subaquáticos operados de rnodo remoto de acordo com a presente invenção, indicado como um todo com lO. Dito sistenia lO compreende uma unidade de processame.nto 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 transinitir comandos para os mesmos. Para esta finalidade a unidade de processamento 1 1 compreende rneio 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. De aeordo com a presente invenção os ROVs 14 são conectados de maneira rígida a um dispositivo 20 para sua restrição, para permitir sua pilotagem combinada..

A entrada da unidade de processamento 11 é também conectada a uma 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 detemiinar a posição de dito dispositivo de restiição 20 e também a orientação de pelo menos dois ROVs 14.

Para esta fm.alidade um sistema de posicionainento global 13a é utilizado, por exemplo, preferivelmente do tipo de alta precisão tal como o sistema DGPS (Differential Global Positioning System), que pennite 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 uin sistema de posicionamento acústico situado no fúndo do mar (não mostrado) preferivehnente do tipo trmsmissor-receptor. Finalmente, a unidade de processamento 11 compreende preferivehnente uma interface de exibição 1 5 para a representação bidimensional e/ou tridimensional da posição instantânea dos veículos 14. O dispositivo de restrição 20 compreende pelo menos dois braços de atracagem 25 arranjados em uma posição angular fixa altemada, cada um equipado em uma primeira extremidade 25a com meio 29 para coneetar um ROV de maneira rígida 14. Ditos pelo menos dois braços de atracagem 25 são também restringidos em correspondê.ncia com sua segunda extremidade 25b a meio 26 para o engan.c-hamento deslizante e rotativo com um perfil vertical 21. Em uma modalidade preferida, porém não limitativa, o meio lO de enganchaniento 26 é uma luva 26 equipada intemamente com carrinhos 28 que pennitem que toda a unidade, que consiste da luva 26 e braços 25, deslizar ao longo do perfil vertical 21 de maneira liinitada a uma trajetória definida por dois elementos extremos de descida mecânica 27. O fiuncionainento do sistema de pilotagem de veículos subaquáticos operados de modo remoto de acordo com a presente invenção é o seguinte: O dispositivo de restriç.ão 20 é conectado a um perfil vertical

21. Os ROVS 14 são em seguida conectados de maneira rígida ao dispositivo 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. Altemativamente, a conexão dos ROVs (fase 110) pode ter lugar quando o dispositivo 20 já está na água. A unidad.e de processamento 11 operando o meio de software 16 determina (fase 150) os comandos a serem fomecidos para o mesmo 14 com base na posição e orientação instantânea de ditos veículos L4 (fase 130) e informação sobre a posição e orientação a serem alcançadas, inserida por um operador através da interface 12 (fase 140). Ditos coniandos são então transferidos para os controladores dos ROVs 14 (fase 160) de modo que estes possam comandar as forças desejadas para os impulsores dos ROVs 14.

Para a deterininação dos comandos a serem fomecidos para os ROVs 14, o algoritmo Matriz de Alocação hnpulsora (TAM) é aplicado na base da estrutura global que consiste de pelo menos dois ROVs rigidamente

W 5 conectados ao dispositivo 20 para a pilotagem combinada.

- Para finalidades puramente ilustrativas e não limitativas, a determinação dos comandos a serem fomecidos para os ROVs 14 está descrita aqui abaixo com referêneia a uma estrutura global que consiste de apenas dois ROVs 14 conectados a um dispositivo 20 para a pilotagem 10 combmada. como especificado acima.

O centro de massa O, da estrutura global 14, 20 é primeiro determinado (fase 151) para construir um sistema de referência tal como aquele ilustrado na figura 4, no qual as coordenadas [x,, xç, 0], [X,j, 0, 0] são respectivamente definidas do centro de massa O,, o sistema de referêneia Ori de 15 um primeiro ROV 14 e o sistema de referência Or2 de um segundo ROV 14, expressas em relação ao sistema de referência de navegação (Õb &,Yb ZJ Ao defmir (F,'l, Fy], Fzl) a força aplicada pelo primeiro ROV 14 ao sistema, e (Fx2, Fy2, Fz2) a força aplicada pelo segundo ROV ao sistema de acordo com o algoritmo Matriz de Alocação Impulsora, estas forças geram 20 uma força resultante (Fx, Fy, F,) e um momento resultante Nx, M> Mz) com relação ao sistema de referência do centro de massa O, da estmtura globál 14, 20 cujos componentes são ealculados por meio da seguinte matriz pelo seguinte cálculo matricial: f, '1 0 0 0 i 0 1 fF,,j F, 0 1 Q -l 0 0 ||F,!l I F, 0 0 1 0 Q 1 I ! È1j iãj = 0 0 - y, 0 0 6'r2 _y,)|"| Fq I M, 0 0 (X, — JÇR,) 0 0 X, I |Fy2| _M, y, (xRi _ X,) 0 X, (y, _ yj 0 J LÊ2j Com- base na informação inserida pelo usuário com relação à orientação e posição que a estrutura global !4, 20 deve alcançar, a força (F,, Fy, F,) e o momento (Mx, My, M,) necessários para efetuar o deslocamento requerido (fase 152) são determinados em tempo real. Com base nestes dados os componentes são determinados das

W 5 forças Fxl, Fy1, Fzl , Fx2, Fy2, F,q aplicados pelos ROVs 14 isolados através do - cálculo matricial especificado acima (fase 153). Graças à unidade de proeessamento 11 que compreende o meio de software 16 o usuário pode pilotar de modo remoto a pluralidade de ROVs 14 restringido-os de maneira rígida a um dispositivo de restrição 20 10 como se estivesse pilotando um único veículo. Não é, portanto, necessário coordenar manualmente os comandos fomecidos para os ROVs isolados 14. A unidade de processamento ll, operando o meio de software 16 que implementa o método de pilotagem combinada de acordo com a 15 presente invenção, traduz de maneira automática os comandos fomecidos pelo operador para a estrutura global 14, 20 para comandos específicos para os veículos isolados 14. Foram efetuados diversos testes para validar a invenção de maneira positiva verificando a eapacidade de seguir trajetórias desejadas de 20 qualquer tipo e manter uma posição e orientação desejadas. Em particular um perfil vertical especial 21 foi concebido para estes testes, equipado com um lastro 22 na parte inferior e um elemento flutuante 23 conectado à estmtura superior 24. Uma vez que o dispositivo de restrição 20 tenha sido 25 conec.tado a dito perfil vertical 21, ele é mantido coni o eixo principal na vertical quando liberado na água. Um sistema para detenninar a posição 13a, do tipo DGPS cujo aéreo 17 foi instalado na estrutura superior 24 do perfij vertical 21, foi utilizado para os testes de validação.

Ao efetuar estes testes, perturbações de tração da estrutura também foram aplicadas. O sistema 10 contudo se provou capaz de manter o erro de posição e de orientação da estrutura global 14, 20 abaixo de margens de 0 5 centímetros em posição e de alguns graus em relação à orientação. As características do dispositivo, objeto da presente invenção, como também as vantagens relativas são evidentes da descrição acima. A possibilidade da pilotagem combinada de uma pluralidade de ROVs através do dispositivo de restrição de aeordo com a presente 10 invenção, e o método de pilotagem relacionado, também permitem que tipos diferentes de ROVs sejam utilizados para efetuar diferentes operações. É de Eíto suhciente restringir de maneira rígida um número adequado de ROVs através do dispositivo da presente invenção para obter uma estrutura globáI capaz de fomecer a potência necessária para a operação particular, 15 que pode ser pilotada corn a mesina sünplicidade como guiar um único veículo. É, portanto, possível utilizar, por exemplo, uma pluralidade de ROVs de inspeção genericamente disponíveis em equipamentos utilizados para operações costa afora, para efetuar operações que requerem a utilização de veículos capazes de fomecer uma potência maior.

20 Também, foi verificado que o sistema de pilotagem combinada de acordo 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.

25 Finahnente, o dispositivo assim concebido pode evidentemente soEer inúmeras modificações e variações, todas incluíd.as na invenção; além disto, todos os detalhes podein ser substituídos por elenientos tecnicamente equivalentes. Na prática, os materiais utilizados, bem como as dimensões, podem variar de acordo com os requisitos téenicos.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo de restrição (20) de pelo menos dois veículos subaquátieos operados de modo remoto (14), caraeterizado pelo fato de compreender pelo menos dois braços de atracagem (25) arranjados em uina m 5 posição angular fixa altemada, 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 10 deslizamento e enganchainento rotativo a um perfil vertical (21).

2. Dispositivo de restrição (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de dito meio de enganchamento (26) ser uma luva (26) equipada intemamente com carrinhos (28).

3. Dispositivo de restrição (20) de acordo com a 15 reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo 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 veículos subaquáticos operados de modo remoto (14), caracterizado pelo fato de compreender as 20 fases que consistem de: a) conectar uin dispositivo de restrição (20) como definida 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); 25 ç) 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 akançada; f) determinar a potência requerida por eada veículo operado de niodo remoto (14) e transmitir comandos relacionados para cada veículo (14).

5. Método de pilotagem combinada de veículos subaquáticos operados de modo remoto (14) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de dita fase para detenninar a potência requerida por cada veículo compreender as etapas que consistem de: fl) de.terminar 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 alc-ançar dita posição e orientação; f3) calcular os componentes das forças requeridas pelos veículos isolados por meio de uma transfonnação de um cálculo matricial de dita força e dito inomento resultantes com relação ao centro de massa.

6. Método de pilotagem combinada de veículos subaquáticos 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 Impukora.

7. Sistema de pilotagem combinada de veículos subaquáticos operados de modo remoto (14), caracterizado pelo fato de compreender uma unidade de processainento (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 (ll) sendo equipada com meio (16) adequado para implementar um método de pilotagem combinada de ditos pelo menos dois veículos (14) como definidos ein 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 veículos subaquáticos operados de modo remoto (14) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de dita unidade de processamento (11) ser eonectada a uma interface

V 5 (12) para a entrada de comandos. »

9. Sistema de pilotagem combinada de veículos subaquáticos operados de modo remoto (14) de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de dita "unidade de processamento (11) eompreender uma interface de exibição (15) para a representação bidimensional e/ou lO tridimensional de dados.

10. Sistenia de pilotagení eombinada de veículos subaquáticos operados de modo remoto (14) de acordo com 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 15 remoto (14) compreender um sistema de posicionamento global (13a) fomecido em dito o dispositivo de restrição (20) e uma pluralidade de compassos (13b) cada um instalado em um veículo (14). 1l. Sistema de pilotagem combinada de veículos subaquáticos operados de modo remoto (14) de acordo com uina das reivindicações 7 a 9, 20 caracterizado pelo fato de dito sistema (13) para determinar a posição e orientação de pelo menos dois veículos subaquáticos operados de modo remoto (14) compreenderern um sistema de posicionaniento acústico situado no Mndo do niar e uma pluralidade de compassos (13b), cada uma instalada em um veículo (14).

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Conectar os ROVs ao .p1"1o dispositivo de restrição Emergir a estrutu Fig.3 .. global na agua ,, I j120 Detectar a posição orientação e instantâneas 1/ 130 dos ROVS.

151 ;""":"'-" p°"jcã) " ) 140 ) L)termjnar o centro de ) orien açao a serem massa da estrutura global a cançadas

152.

De erminar com relação ao ' 150 centro de massa a força e Determinar os comandos momento necessários para para os ROVs so ados \ ,0 deslocamento requerido om base na força e moment alculados determinar os Enviar os comandos l, 160 omponentes das forças para os ROVS 2querjdas para os ROVs iolados 153

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