Autonomisen vesimittalaitealustan ArduPilot-pohjainen ohjausjärjestelmä

Abstract

Insinöörityön tavoitteena oli suunnitella ja toteuttaa ohjausjärjestelmä autonomiseen vedessä liikkuvaan mittalaitealustaan. Työn tilaajana oli Oulun yliopiston mittaustekniikan yksikkö CEMIS-Oulu. Mittalaitealusta ja sen ohjausjärjestelmä suunniteltiin ja valmistettiin pääosin CEMIS-Oulun tiloissa Kajaanissa.

Insinöörityön alussa esitellään veden pinnalla tai sukelluksissa liikkuvaan laitteeseen soveltuvia paikannus- ja navigointijärjestelmiä. Työn alussa käydään läpi myös yleisimpiä veden laadun mittauksia, joita autonominen veden alla liikkuva laite (AUV) voi suorittaa. Työn pääpaino on kahdessa eri osassa. Ensimmäisessä osassa keskitytään ohjaus- ja navigointijärjestelmän suunnitteluun ja testaukseen. Toisessa osassa keskitytään vapaaseen lähdekoodin perustuvan ArduPilot-autopilotjärjestelmän laitteistoon ja ohjelmistoon.

Mittalaitealustan ohjausjärjestelmä toteutettiin vaiheeseen, jossa kaikki yksittäiset ohjauksen komponentit ja käsiohjaus toimivat halutulla tavalla. ArduPilotin ja maa-aseman välisen telemetriayhteyden avulla maa-asemasta voitiin lähettää mittalaitealustalle reittipisteitä ja seurata ArduPilotin lähettämiä telemetriatietoja.

Työn tuloksena mittalaitealustassa oli toimiva ohjausjärjestelmä, jonka toiminta testattiin laboratorio-olosuhteissa. Ohjausjärjestelmän käsiohjaus ja telemetriayhteys testattiin ja todettiin toimivaksi autonomisen navigoinnin ja kenttätestauksen jäädessä jatkokehitettäväksi.

The aim of this Bachelor’s thesis was to design and implement a steering and navigation system for an autonomous measurement platform that moves in water. The commissioner of the thesis was Oulu university’s unit CEMIS-Oulu that specializes in measurement technology. The measurement platform and its steering system were manufactured mainly in CEMIS-Oulu’s facilities in Kajaani.

The thesis starts with an introduction to positioning and navigation systems available for a device moving on the surface of water or submerged. Also, some of the basic water measurements made by an autonomous underwater vehicle (AUV) are explained. The main focus of this work is divided into two parts. First is the designing and testing of the steering and navigation system. The second part focuses on open source autopilot ArduPilot’s hardware and software.

As a result of this thesis the measurement platform had a working steering system which was tested in laboratory conditions. The telemetry connection and manual control of the steering system were tested and found working, while autonomous navigation was left for field tests and further development.