Der schwarmfähige Unterwasserroboter Monsun

Benjamin Meyer

Der schwarmfähige Unterwasserroboter Monsun

Benjamin Meyer

Institute of Computer Engineering

Abstract

Albert Einstein said long time ago, imagination is more important than knowledge. For knowledge is limited, whereas imagination embraces the entire world, stimulating progress, giving birth to evolution. Thus, this imagination made the development of the Monsun AUV possible, which is the robot dedicated to in this work. Our age is characterised by the change of our surrounding environment and caused natural phenomena. The aim is to find explanations and reasons for these effects. The research field of Environmental Monitoring deals with the survey of the world and especially monitoring of water bodies requires tremendous effort in data collection and measurements, because of two thirds of earth’s surface is covered with water. To be able to identify changes in different habitats, a periodical and extensive monitoring is needed, which is difficult to achieve with conventional methods. Whenever the resulting task is too complex for solving with nowadays resources, it is in the human nature to search for a tool for relief. Therefore, it is not surprising, that autonomous underwater vehicles arouse interest to help with the monitoring. However, the existing systems were primary designed to drive in open waters, expensive and not easily adaptable to needed missions. Therefore, this work describes the design of the swarm-capable underwater robot Monsun, flexibly developed towards the goal to be applicable for a large number of missions and to be used in areas not suitable for larger AUVs. One by one all components of the robot are described to be finally assembled to a comparable small underwater robot. Besides large modularity in design, the robot is characterized by its capability to drive in a swarm. It is possible to move in a team of robots to fulfil the missions. Thus, a wider range of possibilities is given due to the simultaneous use, for instance underwater localisation with the help of distance measurements instead of expensive sensors. Besides various experiments and trials to present general functioning of the robot, the Expedition Clockwork Ocean will be presented as central evaluation point and gathered data is processed. The flexible Monsun AUV is the result of the work, which acts as a starting point for new ideas and possible applications in the imagination of the viewer.

Original language	German
Qualification	Doctorate / Phd
Awarding Institution	Faculty of Computer Science and Engineering
Supervisors/Advisors	Maehle, Erik, Supervisor Hellbrück, Horst, Supervisor
Award date	24.09.2019
Publication status	Published - 09.10.2019

UN SDGs

This output contributes to the following UN Sustainable Development Goals (SDGs)

SDG 9 Industry, Innovation, and Infrastructure

Access to Document

https://d-nb.info/1207954411/34

Cite this

@phdthesis{0c5bc49d799c44afb580427f79461fe3,

title = "Der schwarmf{\"a}hige Unterwasserroboter Monsun",

abstract = "Albert Einstein sagte vor langer Zeit, die Phantasie sei wichtiger als Wissen, denn das Wissen ist begrenzt. Und genau diese Phantasie war es, die die Entwicklung des Monsun AUVs erm{\"o}glichte und diesem Roboter ist die vor Ihnen liegende Dissertation gewidmet. Unsere Zeit ist gepr{\"a}gt durch den Wandel der uns umge- benden Umwelt und den dadurch hervorgerufenen Naturph{\"a}nomenen, f{\"u}r die Gr{\"u}nde und Erkl{\"a}rungen gesucht werden. Der Forschungsbereich des Umweltmoni- torings besch{\"a}ftigt sich mit der Bestandsaufnahme unser Welt und besonders das Gew{\"a}ssermonitoring erfordert einen immensen Aufwand an Datenerhebungen und Vermessungen, da zwei Drittel der Erde von Wasser bedeckt sind. Um die Ver{\"a}nde- rungen der verschiedenen Lebensr{\"a}ume erkennen zu k{\"o}nnen, ist ein periodisches und fl{\"a}chendeckendes Monitoring alternativlos und mit konventionellen Methoden kaum zu bewerkstelligen. Immer wenn die sich ergebende Aufgabe zu gro{\ss} oder komplex erscheint, liegt es in der Natur des Menschen, sich Hilfsmittel zur Erleichterung zu erstellen. So ist es nicht verwunderlich, dass die autonomen Unterwasserfahrzeuge schnell ins Auge des Betrachters fielen, um bei den Aufgaben des Monitorings zu helfen. Die vorhandenen Systeme waren allerdings vor allem f{\"u}r den Einsatz auf offenem Meer konzipiert, kostspielig und nicht einfach an die Aufgaben anzupassen. Diese Arbeit beschreibt daher die Entwicklung des schwarmf{\"a}higen Unterwasserroboters Monsun, der mit dem Ziel entworfen wurde, durch ein flexibles und modulares Design f{\"u}r viele Missionen geeignet zu sein, um dort eingesetzt werden zu k{\"o}nnen, wo gro{\ss}e AUVs ungeeignet erscheinen. Nacheinander werden alle Komponenten des Roboters Monsun genau beschrieben, bis sie sich final zu einem vergleichsweise kleinen Roboter zusammensetzen. Neben der gro{\ss}en Modularit{\"a}t zeichnet sich Monsun besonders durch seine Schwarmf{\"a}higkeit aus. Er kann zusammen mit anderen seines Typs Aufgaben in einer Gruppe von Robotern erf{\"u}llen. Positiv sind die sich ergebenden zus{\"a}tzlichen M{\"o}glichkeiten durch den gleichzeitigen Einsatz mehrerer Einheiten, wie beispielsweise die Unterwasserlokalisation anhand von Entfernungsmessungen, wodurch teure Spezialsensorik nicht ben{\"o}tigt wird. Neben verschiedenen Experimenten und Versuchen zur Pr{\"a}sentation der Funkti- onsweise des Roboters wird als zentrale Evaluation die Expedition Uhrwerk Ozean pr{\"a}sentiert und die gewonnenen Daten des mehrw{\"o}chigen Einsatzes aufgearbeitet. Das Ergebnis der Arbeit ist ein flexibler Unterwasserroboter, der die Basis f{\"u}r viele weitere Ideen und Eins{\"a}tze bietet, die heute noch in der Phantasie des Betrachters liegen.",

author = "Benjamin Meyer",

year = "2019",

month = oct,

day = "9",

language = "Deutsch",

school = "Sektion Informatik/Technik",

}

TY - BOOK

T1 - Der schwarmfähige Unterwasserroboter Monsun

AU - Meyer, Benjamin

PY - 2019/10/9

Y1 - 2019/10/9

N2 - Albert Einstein sagte vor langer Zeit, die Phantasie sei wichtiger als Wissen, denn das Wissen ist begrenzt. Und genau diese Phantasie war es, die die Entwicklung des Monsun AUVs ermöglichte und diesem Roboter ist die vor Ihnen liegende Dissertation gewidmet. Unsere Zeit ist geprägt durch den Wandel der uns umge- benden Umwelt und den dadurch hervorgerufenen Naturphänomenen, für die Gründe und Erklärungen gesucht werden. Der Forschungsbereich des Umweltmoni- torings beschäftigt sich mit der Bestandsaufnahme unser Welt und besonders das Gewässermonitoring erfordert einen immensen Aufwand an Datenerhebungen und Vermessungen, da zwei Drittel der Erde von Wasser bedeckt sind. Um die Verände- rungen der verschiedenen Lebensräume erkennen zu können, ist ein periodisches und flächendeckendes Monitoring alternativlos und mit konventionellen Methoden kaum zu bewerkstelligen. Immer wenn die sich ergebende Aufgabe zu groß oder komplex erscheint, liegt es in der Natur des Menschen, sich Hilfsmittel zur Erleichterung zu erstellen. So ist es nicht verwunderlich, dass die autonomen Unterwasserfahrzeuge schnell ins Auge des Betrachters fielen, um bei den Aufgaben des Monitorings zu helfen. Die vorhandenen Systeme waren allerdings vor allem für den Einsatz auf offenem Meer konzipiert, kostspielig und nicht einfach an die Aufgaben anzupassen. Diese Arbeit beschreibt daher die Entwicklung des schwarmfähigen Unterwasserroboters Monsun, der mit dem Ziel entworfen wurde, durch ein flexibles und modulares Design für viele Missionen geeignet zu sein, um dort eingesetzt werden zu können, wo große AUVs ungeeignet erscheinen. Nacheinander werden alle Komponenten des Roboters Monsun genau beschrieben, bis sie sich final zu einem vergleichsweise kleinen Roboter zusammensetzen. Neben der großen Modularität zeichnet sich Monsun besonders durch seine Schwarmfähigkeit aus. Er kann zusammen mit anderen seines Typs Aufgaben in einer Gruppe von Robotern erfüllen. Positiv sind die sich ergebenden zusätzlichen Möglichkeiten durch den gleichzeitigen Einsatz mehrerer Einheiten, wie beispielsweise die Unterwasserlokalisation anhand von Entfernungsmessungen, wodurch teure Spezialsensorik nicht benötigt wird. Neben verschiedenen Experimenten und Versuchen zur Präsentation der Funkti- onsweise des Roboters wird als zentrale Evaluation die Expedition Uhrwerk Ozean präsentiert und die gewonnenen Daten des mehrwöchigen Einsatzes aufgearbeitet. Das Ergebnis der Arbeit ist ein flexibler Unterwasserroboter, der die Basis für viele weitere Ideen und Einsätze bietet, die heute noch in der Phantasie des Betrachters liegen.

AB - Albert Einstein sagte vor langer Zeit, die Phantasie sei wichtiger als Wissen, denn das Wissen ist begrenzt. Und genau diese Phantasie war es, die die Entwicklung des Monsun AUVs ermöglichte und diesem Roboter ist die vor Ihnen liegende Dissertation gewidmet. Unsere Zeit ist geprägt durch den Wandel der uns umge- benden Umwelt und den dadurch hervorgerufenen Naturphänomenen, für die Gründe und Erklärungen gesucht werden. Der Forschungsbereich des Umweltmoni- torings beschäftigt sich mit der Bestandsaufnahme unser Welt und besonders das Gewässermonitoring erfordert einen immensen Aufwand an Datenerhebungen und Vermessungen, da zwei Drittel der Erde von Wasser bedeckt sind. Um die Verände- rungen der verschiedenen Lebensräume erkennen zu können, ist ein periodisches und flächendeckendes Monitoring alternativlos und mit konventionellen Methoden kaum zu bewerkstelligen. Immer wenn die sich ergebende Aufgabe zu groß oder komplex erscheint, liegt es in der Natur des Menschen, sich Hilfsmittel zur Erleichterung zu erstellen. So ist es nicht verwunderlich, dass die autonomen Unterwasserfahrzeuge schnell ins Auge des Betrachters fielen, um bei den Aufgaben des Monitorings zu helfen. Die vorhandenen Systeme waren allerdings vor allem für den Einsatz auf offenem Meer konzipiert, kostspielig und nicht einfach an die Aufgaben anzupassen. Diese Arbeit beschreibt daher die Entwicklung des schwarmfähigen Unterwasserroboters Monsun, der mit dem Ziel entworfen wurde, durch ein flexibles und modulares Design für viele Missionen geeignet zu sein, um dort eingesetzt werden zu können, wo große AUVs ungeeignet erscheinen. Nacheinander werden alle Komponenten des Roboters Monsun genau beschrieben, bis sie sich final zu einem vergleichsweise kleinen Roboter zusammensetzen. Neben der großen Modularität zeichnet sich Monsun besonders durch seine Schwarmfähigkeit aus. Er kann zusammen mit anderen seines Typs Aufgaben in einer Gruppe von Robotern erfüllen. Positiv sind die sich ergebenden zusätzlichen Möglichkeiten durch den gleichzeitigen Einsatz mehrerer Einheiten, wie beispielsweise die Unterwasserlokalisation anhand von Entfernungsmessungen, wodurch teure Spezialsensorik nicht benötigt wird. Neben verschiedenen Experimenten und Versuchen zur Präsentation der Funkti- onsweise des Roboters wird als zentrale Evaluation die Expedition Uhrwerk Ozean präsentiert und die gewonnenen Daten des mehrwöchigen Einsatzes aufgearbeitet. Das Ergebnis der Arbeit ist ein flexibler Unterwasserroboter, der die Basis für viele weitere Ideen und Einsätze bietet, die heute noch in der Phantasie des Betrachters liegen.

M3 - Dissertationen

ER -