Autonomisen mobiilirobotiikan laboratorioympäristöjen ja harjoitusten kehittäminen TurtleBot 4 -alustalla

Abstract

Tässä opinnäytetyössä kehitettiin autonomisen mobiilirobotiikan kurssia varten uusi harjoitus- ja laboratorioympäristö Metropolia Ammattikorkeakouluun. Kehitystyö toteutettiin hyödyntämällä TurtleBot 4 -robottialustoja sekä ROS 2 -järjestelmää, jonka avulla robotit voivat toimia autonomisesti, viestiä keskenään ja suorittaa paikannukseen ja kartoitukseen liittyviä tehtäviä.

Työn päätavoitteena oli luoda selkeitä, käytännönläheisiä harjoituksia, joiden avulla opiskelijat oppivat robotiikan perusteita sekä syventävät osaamistaan ohjelmoinnissa, sensoritekniikassa ja konenäön sovelluksissa. Käytännön toteutuksessa raken-nettiin oppimisympäristö, jossa opiskelijat voivat harjoitella SLAM-tekniikkaa, lidar-datan tulkintaa, QR-koodien tunnistusta, manuaalista ohjausta sekä autonomista navigointia hyödyntäen Nav2-pinoa ja RViz2-visualisointiohjelmistoa.

Kurssilla käytettävien ohjelmien ja pakettien asentamista, robottien nimeämisavaruuksia ja tietoliikenteen konfigurointia dokumentoitiin huolellisesti, ja kaikki oleelliset komentoesimerkit koottiin erilliseen liitteeseen. Työn aikana kohdattiin ja ratkaistiin useita teknisiä haasteita, kuten multicast-verkkoliikenteen estyminen koulun verkossa, mikä haittasi robottien ja tietokoneiden välistä kommunikaatiota. Ratkaisuksi rakennettiin erillinen laboratorioverkko ja testattiin sen toimivuutta erityistyökaluilla, kuten ssmpingillä ja tcpdumpilla.

Lisäksi ratkaistiin ohjelmistoon ja robottiversioihin liittyviä ongelmia, esimerkiksi I2C-laitteen puuttumisesta aiheutuneita virheilmoituksia. Lopputuloksena syntyi toimiva, testattu ja dokumentoitu kurssiympäristö, joka tukee opiskelijoiden itseohjautuvaa oppimista ja kehittää heidän valmiuksiaan työskennellä autonomisten robottien ja ROS 2 -järjestelmän parissa. Työ hyödyttää opetusta tarjoamalla teknisesti ajantasai-sen, monipuolisen ja pedagogisesti selkeän alustan mobiilirobotiikan oppimiseen.