Approach to wireless battery charging of autonomous underwater vehicles
Authors: Крестовников К.Д. , Ерашов А.А. , Савельев А.И. 
Published: December 2022

Актуальным направлением применения автономных необитаемых подводных аппаратов в рамках гражданских задач является нефтегазовый сектор. Задачи гидрохимического мониторинга акваторий, сейсмических исследований и инспекции инфраструктуры месторождений могут быть успешно решены посредством робототехнических комплексов. Время работы автономного необитаемого подводного аппарата ограничено энергоемкостью применяемого аккумулятора, в связи с чем задача обеспечения заряда аккумуляторной батареи является актуальной. В работе представлен подход, состоящий из геометрической схемы и алгоритма динамического позиционирования автономного подводного аппарата, для реализации беспроводного заряда аккумуляторной батареи. Работа алгоритма основана на принципе вычисления положения центра ArUco-маркера относительно центра объектива камеры системы технического зрения. Отличительной особенностью алгоритма является использование рабочих параметров беспроводной системы передачи энергии для принятия решений об остановке или продолжении позиционирования аппарата. Алгоритм позволяет корректировать положение подводного аппарата в процессе заряда при уменьшении эффективности передачи энергии, а также в процессе позиционирования аппарата до начала заряда аккумулятора. Анализ результатов моделирования показал, что эффективность передачи энергии при наличии подводного течения снижается на 12-15% относительно максимальной эффективности, соответствующей величине эффективности передачи энергии при отсутствии течения. При этом средняя эффективность для различной скорости течения меняется незначительно на 0,6-1,76%. Разработанный алгоритм возможно адаптировать к аппаратам с различными принципами управления перемещением и погружением.

The oil and gas sector is relevant direction of the autonomous underwater vehicles application within the frameworks of civilian tasks. The tasks of the water areas hydrochemical monitoring, seismic research and field infrastructure inspections can be successfully solved by robotic complexes. The time of working of the autonomous underwater vehicle is limited by the energy capacity of the using battery, in connection with which the task of the battery charging process providing is important. In this paper the approach, consisting of geometric model and algorithm of dynamic positioning of the autonomous underwater vehicle, is presented to realize wireless charging battery. Algorithm is based on principle of the calculation the ArUco-marker center position relate to center of the computer vision camera lens. The algorithm distinctive feature is using of the working parameters of the wireless power transmission system to decide whether to stop or continue vehicle positioning process. The algorithm allows adjusting the position of the autonomous underwater vehicle during the charging process with a decrease in the efficiency of energy transfer, as well as in the positioning process of the vehicle before the beginning of the battery charging. The analysis of the modeling results showed that energy transfer efficiency in the presence of the underwater current decreases by 12-15% relative to the maximum of the efficiency, corresponding to value of the efficiency in the absence of the underwater current. In this case, the average efficiency for different values of the underwater current velocity varies slightly by 0.6-1.76%. The developed algorithm can be adapted to the vehicles with different principles of movement and immersion control.