Wireless teleoperation of HSURF artificial fish in complex paths

📄 arXiv: 2407.05120v1 📥 PDF

作者: Saverio Iacoponi, Nikita Mankovskii, Mohammed El Hanbaly, Andrea Infanti, Shamma Alhajeri, Federico Renda, Cesare Stefanini, Giulia De Masi

分类: cs.RO

发布日期: 2024-07-06

期刊: OCEANS 2023 - Limerick, Ireland, 2023, pp. 1-5

DOI: 10.1109/OCEANSLimerick52467.2023.10244729

💡 一句话要点

HSURF多平台机器人系统水下无线遥操作，用于复杂路径的监测与检查

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)

关键词: 水下机器人 遥操作 仿生鱼 声学通信 共享自主 多平台系统 水下监测

📋 核心要点

  1. 现有水下机器人遥操作受限于声学通信的带宽和延迟，难以实现复杂路径的精确控制。
  2. 提出基于HSURF多平台系统的共享自主控制方案，协同漂浮、沉降平台与仿生鱼，降低操作难度。
  3. 实验结果表明，该系统能够通过声学遥操作，控制仿生鱼访问水下多个目标，验证了方案的可行性。

📝 摘要（中文）

本文展示了新型机器人多平台系统HSURF在遥操作中的应用，目标是监测和检查。HSURF系统由三种不同的平台组成：漂浮平台、沉降平台和仿生鱼。通过协同控制这三种平台，远程操作员可以控制仿生鱼，使其按照复杂轨迹访问和检查水下多个目标。共享自主控制方案被证明是最合适的，以最大限度地减少声学通信固有的有限带宽和显著延迟的影响。文章描述了控制架构，并提供了在测试水池中通过声学遥操作访问多个目标的初步结果。

🔬 方法详解

问题定义：论文旨在解决水下环境复杂路径监测与检查任务中，由于声学通信的限制（低带宽、高延迟）导致传统遥操作方法难以有效控制水下机器人，特别是仿生鱼的问题。现有方法在复杂路径跟踪和精确目标访问方面存在挑战。

核心思路：论文的核心思路是采用共享自主控制策略，结合HSURF多平台系统，将操作员的指令与机器人的自主能力相结合。操作员提供高层指令（例如目标点），机器人自主完成路径规划和运动控制，从而降低对通信质量的要求，提高操作效率和精度。

技术框架：HSURF系统包含三个主要平台：漂浮平台（floater）、沉降平台（sinker）和仿生鱼。漂浮平台可能用于通信和定位，沉降平台的作用未知，仿生鱼负责实际的水下移动和目标访问。控制架构采用分层结构，操作员通过声学通信向系统发送指令，系统根据指令进行路径规划和运动控制，并将状态信息反馈给操作员。

关键创新：关键创新在于将HSURF多平台系统与共享自主控制相结合，实现了在声学通信受限环境下的水下机器人高效遥操作。通过平台间的协同，降低了对单一平台性能的要求，提高了系统的整体鲁棒性和适应性。

关键设计：论文中没有详细描述关键参数设置、损失函数或网络结构等技术细节。共享自主控制的具体实现方式（例如，如何进行任务分解、如何融合操作员指令和机器人自主决策）也未明确说明。声学通信的具体协议和参数设置未知。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

论文提供了在测试水池中通过声学遥操作访问多个目标的初步结果，验证了HSURF系统和共享自主控制方案的可行性。虽然没有提供具体的性能数据和对比基线，但实验结果表明，该系统能够在一定程度上克服声学通信的限制，实现水下机器人的有效遥操作。

🎯 应用场景

该研究成果可应用于水下环境监测、水下基础设施巡检、水下搜救等领域。通过远程遥操作，可以减少人员下水的风险，提高工作效率。未来，该技术有望应用于更复杂的水下任务，例如水下考古、海洋资源勘探等。

📄 摘要（原文）

In this paper we show the application of the new robotic multi-platform system HSURF to a specific use case of teleoperation, aimed at monitoring and inspection. The HSURF system, consists of 3 different kinds of platforms: floater, sinker and robotic fishes. The collaborative control of the 3 platforms allows a remotely based operator to control the fish in order to visit and inspect several targets underwater following a complex trajectory. A shared autonomy solution shows to be the most suitable, in order to minimize the effect of limited bandwidth and relevant delay intrinsic to acoustic communications. The control architecture is described and preliminary results of the acoustically teleoperated visits of multiple targets in a testing pool are provided.