Automating Tank Operations in Smolt Production - Control of an Underwater Manipulator

Abstract

Formålet med denne master oppgaven var å utlede en matematisk modell av en robotarm (manipulator) til bruk for automatisering av identifiserte operasjoner innen smolt produksjonsanlegg. Arbeidet er utført som en del av en masteroppgave ved NTNU Trondheim i samarbeid med SINTEF Ocean.

Et litteratursøk innen manipulator fluid dynamikk har blitt gjennomført. Basert på funnene i litteratursøket, ble en rekke metoder relatert til undervannsmanipulatorer og andre robotsystemer kombinert til en generalisert fremgangsmetode for robot armer til bruk under vann. Den matematiske modellen som beskriver manipulatorens dynamiske oppførsel under vann, ble deretter brukt i et Inverse Dynamics Controller system for å kontrollere posisjonen til robotarmens end-effector.

Inverse Dynamics Control systemet ble utviklet og simulert i Matlab Simulink ved bruk av en B-spline Trajectory Planner fra Robotic System Toolbox. Simuleringene ble utført i form av to casestudier relatert til typiske produksjonsoperasjoner i et smoltanlegg.

Denne oppgaven har lagt et godt grunnlag for videre utvikling og forskning innen den matematiske modelleringen og kontrollen av robotarm systemer innen smoltproduksjon gjennom å lage en metode for å definere og simulere manipulatorer i undervannsmiljøer ved bruk av Matlab og Simulink.

This thesis aims at creating a mathematical model for a mobile robotic manipulator system to automate identified operations within smolt production facilities. The work has been done as part of a masters thesis at NTNU Trondheim in collaboration with SINTEF Ocean.

A literature review within the field of manipulator fluid dynamics has been conducted. Based on these findings, a set of methods from different studies and literature, related to underwater manipulators and vehicle-manipulator-systems, were combined and a generalized method for underwater robot manipulators was proposed. The mathematical model describing the manipulator underwater dynamics was then applied in an Inverse Dynamics Controller for end-effector position tracking. The input to the control system was formed by a trajectory planner.

The inverse dynamics control system was created and simulated in Matlab Simulink using a B-spline trajectory planner provided by the Robotics System Toolbox. The simulations were performed in the form of two case studies related to smolt production operations. This thesis has laid a good foundation for further development and research within the mathematical modelling and control of robotic manipulator systems within smolt production by creating a method for defining and simulating manipulators in underwater environments using Matlab and Simulink.