Robo Garagen mobiilirobottialustan sähkösuunnittelu ja ohjauksen kehittäminen
Nikkola, Tero (2026)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202603234820
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202603234820
Tiivistelmä
Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli palauttaa puretusta mobiilirobotista toimiva mobiilirobotiikan kehitysalusta, jota voidaan hyödyntää robotiikan opetuksessa, opiskelijaprojekteissa sekä järjestelmän jatkokehityksessä Metropolia Ammattikorkeakoulun Robo Garagessa. Työssä suunniteltiin ja toteutettiin robotin sähköjärjestelmä, ohjausjärjestelmä sekä modulaarinen ohjelmistoarkkitehtuuri.
Robotin sähkösuunnittelu toteutettiin kolmelle 36 voltin akulle perustuvana järjestelmänä, jossa moottorinohjaus, ohjaustietokone ja anturijärjestelmät on jaettu toiminnallisiin kokonaisuuksiin. Järjestelmä sisältää päävirtapiirin, suojaukset sekä kaksikanavaisen hätäseis-järjestelmän. Robotin liikkeestä vastaavat BLDC-napamoottorit, joita ohjataan moottorinohjaimien kautta Modbus RS-485 -väylän avulla.
Robotin ohjausjärjestelmä toteutettiin ZED Box Orin NX -tietokoneen ympärille. Ohjelmisto kehitettiin Python-kielellä modulaarisena järjestelmänä, jossa robotin toiminta on jaettu sensori-, havainnointi-, päätöksenteko- ja ohjausmoduuleihin. Robotin käyttöliittymä toteutettiin selainpohjaisena sovelluksena NiceGUI-kirjaston avulla. Järjestelmän toimintaa testattiin moottorien testausohjelmalla, Modbus-väyläkommunikaation testauksella sekä Docker-kontissa toteutetulla anturisimulaatiolla.
Työn tuloksena syntyi toimiva mobiilirobotiikan kehitysalusta, jonka laitteisto ja ohjelmisto on suunniteltu ja dokumentoitu jatkokehitystä varten. Kehitetty järjestelmä mahdollistaa robotiikan ohjelmisto- ja laitteistokehityksen opetuskäytössä sekä tarjoaa perustan järjestelmän laajentamiselle esimerkiksi paikannukseen, kartoitukseen ja autonomiseen navigointiin.
Robotin sähkösuunnittelu toteutettiin kolmelle 36 voltin akulle perustuvana järjestelmänä, jossa moottorinohjaus, ohjaustietokone ja anturijärjestelmät on jaettu toiminnallisiin kokonaisuuksiin. Järjestelmä sisältää päävirtapiirin, suojaukset sekä kaksikanavaisen hätäseis-järjestelmän. Robotin liikkeestä vastaavat BLDC-napamoottorit, joita ohjataan moottorinohjaimien kautta Modbus RS-485 -väylän avulla.
Robotin ohjausjärjestelmä toteutettiin ZED Box Orin NX -tietokoneen ympärille. Ohjelmisto kehitettiin Python-kielellä modulaarisena järjestelmänä, jossa robotin toiminta on jaettu sensori-, havainnointi-, päätöksenteko- ja ohjausmoduuleihin. Robotin käyttöliittymä toteutettiin selainpohjaisena sovelluksena NiceGUI-kirjaston avulla. Järjestelmän toimintaa testattiin moottorien testausohjelmalla, Modbus-väyläkommunikaation testauksella sekä Docker-kontissa toteutetulla anturisimulaatiolla.
Työn tuloksena syntyi toimiva mobiilirobotiikan kehitysalusta, jonka laitteisto ja ohjelmisto on suunniteltu ja dokumentoitu jatkokehitystä varten. Kehitetty järjestelmä mahdollistaa robotiikan ohjelmisto- ja laitteistokehityksen opetuskäytössä sekä tarjoaa perustan järjestelmän laajentamiselle esimerkiksi paikannukseen, kartoitukseen ja autonomiseen navigointiin.