title: Ανάπτυξη αυτόνομου ρομποτικού οχήματος για συνεργατικές Drone-Rover αποστολές περιβαλλοντικής παρακολούθησης
title: Development of an autonomous robotic rover for collaborative Drone-Rover environmental monitoring missions
Creators: name: Μπολωνακης Γεωργιος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2020

description: Στην εποχή μας εκδηλώνεται ολοένα και μεγαλύτερο ενδιαφέρον για εφαρμογές αυτόνομων συνεργατικών αποστολών ρομποτικών ομάδων, όπως έρευνα και διάσωση μετά από καταστροφές, καταγραφή περιβαλλοντικών μετρήσεων, επιτήρηση έργων και χώρων, κλπ., σε περιοχές δύσβατες ή επικίνδυνες για τον άνθρωπο. Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη (υλικό και λογισμικό) ενός αυτόνομου επίγειου ρομποτικού οχήματος τύπου rover για συνεργατικές drone-rover αποστολές περιβαλλοντικής παρακολούθησης. Στόχος είναι η αυτόνομη πλοήγηση και δράση του rover σε μια δύσβατη περιοχή, μετά την αερομεταφορά του από το drone με τη βοήθεια ενός ήδη υλοποιημένου συστήματος σύζευξης των δύο οχημάτων. Για την επίτευξη του στόχου, η αρχικά επιλεγμένη εξάτροχη πλατφόρμα του οχήματος επεκτάθηκε με πρόσθετες βάσεις τρισδιάστατης εκτύπωσης, όπου τοποθετήθηκαν τα απαραίτητα ηλεκτρονικά στοιχεία. Όλα τα επιμέρους στοιχεία του οχήματος (κινητήρες, αισθητήρες, ελεγκτές, κεραίες, μπαταρίες, κοκ) είναι συνδεδεμένα και ελέγχονται από ένα Raspberry Pi 3b. Για την επίλυση του προβλήματος της αυτόνομης πλοήγησης έγινε εκτενής χρήση του Robot Operating System (ROS) για αξιόπιστο συγχρονισμό, επικοινωνία και επεκτασιμότητα του συστήματος. Με τη βοήθεια του συστήματος Global Navigation Satellite Systems (GNSS) και τους χάρτες ανοιχτού κώδικα Open Street Maps (OSM) αναπτύχθηκαν οι απαραίτητοι αλγόριθμοι για την αυτόνομη πλοήγηση του οχήματος κατά μήκος οποιασδήποτε εφικτής επιθυμητής διαδρομής. Επίσης, υλοποιήθηκε η αμφίδρομη επικοινωνία τόσο των ενσωματωμένων συστημάτων, όσο και των ελεγκτών κίνησης και πτήσης που βρίσκονται στο rover και στο drone αντίστοιχα, για να εξασφαλισθεί η απρόσκοπτη επικοινωνία μεταξύ τους και ο απαραίτητος συντονισμός για τη δράση τους. Το ρομποτικό όχημα που αναπτύχθηκε, δοκιμάστηκε σε συνθήκες πραγματικού κόσμου και εκτός της τηλεχειριζόμενης ή αυτόνομης πλοήγησης, έχει επιπλέον τη δυνατότητα της δημιουργίας νέων χαρτών στον χώρο όπου κινείται. Το προτεινόμενο σύστημα παρέχει μια αξιόπιστη βάση για την ανάπτυξη πιο σύνθετων ρομποτικών ομάδων για συνεργατικές αποστολές.
description: In our days, there is a growing interest in applications of autonomous cooperative missions of robotic teams, such as post-disaster search-and-rescue, environmental measurements, surveillance of works and sites, etc., in areas inaccessible to humans. The subject of this thesis is the development (hardware and software) of an autonomous ground robotic rover for collaborative drone-rover environmental monitoring missions. The aim is to autonomously navigate and operate the rover in a hard-to-access area, after transporting it with the drone using an already implemented coupling system between the two vehicles. To achieve this goal, the initially selected six-wheel-drive vehicle platform was expanded with additional 3D-printed bases, where the necessary electronic components were installed. All vehicle components (motors, sensors, controllers, antennas, batteries, etc.) are connected to and controlled by a Raspberry Pi 3b. Extensive use of the Robot Operating System (ROS) for reliable synchronization, communication and scalability has been extensively used to solve the problem of autonomous navigation. With the help of the Global Navigation Satellite Systems (GNSS) and the open-source Open Street Maps (OSM), the algorithms necessary for autonomous vehicle navigation along any possible desired route have been developed. Two-way communication within the embedded systems, as well as between the motion and flight controllers located on the rover and the drone respectively, was implemented to ensure seamless communication between them and the necessary coordination for their operation. The robotic vehicle that has been developed, was tested in real-world conditions and, in addition to remote or autonomous navigation, it has the ability to create new maps in the area where it moves. The proposed system provides a reliable basis for developing more complex robotic teams for collaborative missions.