Implementering av et PLS-basert fjernstyringssystem for ubemannede overflatefartøy (USV)

Abstract

Bacheloroppgaven tar for seg utvikling og implementering av et IP-basert fjernstyringssytem for en unmanned surface vehicle (USV). Det er også sett på mulighetene for å kjøre Maritime Robotics (MR) sitt OBS på en PLS ved hjelp av programmet Docker. Arbeidet har resultert i en fjernkontroll som kan styre en USV, samt en fullverdig versjon av OBS som kjører via en Docker Container-løsning på en WAGO programmable fieldbus controller (PFC) ved navn PFC200 750-8210.

Fjernkontrollen består av en Raspberry Pi (RPi), et egetutviklet kretskort og en joystick. Den gir operatøren det nødvendige grensesnittet og funksjonene som trengs for fartøystyring. Mulighetsrommet for styring av USV-en blir utvidet, ettersom fjernkontrollen kommuniserer direkte med OBS. Dette gjør det mulig å ta i bruk avanserte styringsfunksjoner som for eksempel Station Keeping. MR sitt nåværende fjernkontrollsystem består av en Hetronic-fjernkontroll som kommuniserer direkte med PFC-en ved hjelp av radiofrekvenser. Den har en begrenset rekkevidde, noe som medfører at det må være en Hentronic i hver havn hvor den skal legge til kai. Denne utfordringen blir løst med en IP-basert fjernkontroll som gjør at USV-en kan finmanøvreres fra et kontrollrom og legges til kai hvor som helst i verden. IP-fjernkontrollen er nyskapende og gir nye muligheter for fartøystyring.

Gruppens arbeid viste at det var mulig å kjøre OBS på PFC-en med Docker. Docker egnet seg for å løse problemet fordi det gjør det enklere å utvikle programmer på tvers av plattformer. Dette betyr da at man kan kjøre OBS, skrevet i C++, på en enhet som ikke er designet for å kompilere store C++ prosjekter. I arbeidet til gruppen ble det oppdaget en arkitekturforskjell mellom OBS-versjonene fra MR og arkitekturen til PFC-en. Denne hindringen førte til at gruppen prøvde ulike metoder for å få arkitekturene til å samsvare. Den endelige løsningen baserte seg på å bygge en versjon av OBS med lik arkitektur som PFC-en. Dette ble gjort ved å emulere ved hjelp av Docker. OBS-versjonen gruppen lagde er en fullverdig versjon av MR sitt OBS og kan kjøre på PFC-en. Dette ble vist via en simulering og visualisert i vehicle control station (VCS).

Rapporten viser til fremtidige muligheter for videreutvikling av systemet. Gruppen har flere tanker om forbedringer av systemet som MR kan ta med seg videre. Fjernstyringssystemet som er laget løser oppgaven på en formålstjenlig måte, og er en intuitiv ny styringsmåte.

This bachelor's thesis deals with the development and implementation of an IP-based remote control system for an unmanned surface vehicle (USV). The possibilities to run Maritime Robotics' onboard system (OBS) on a PLC with the help of the Docker application has been reviewed. The work has resulted in a remote control with the ability to control a USV, as well as a full-flegded version of OBS which runs by way of a Docker Container solution. This runs on a WAGO programmable fieldbus controller (PFC) named PFC200 750-8210.

The remote control consists of a Raspberry Pi (RPi), a self-developed circuit board and a joystick. It provides the operator with the necessary interface and functions needed for vehicle control. The range of possibilities for controlling the USV is expanded as the remote controller communicates directly with OBS. This makes it possible to use advanced vehicle control functionality, for example Station Keeping. MR's current remote control system consists of a Hetronic remote control that communicates directly with the PFC using radio frequency. It has limited range, which insues that there must be a Hetronic remote controller in every port where it will dock. This challenge is solved by an IP-based remote control that allows the USV to be finely maneuvered from a control room and docked from anywhere in the world. The IP remote control is innovative and offers new possibilities for vehicle control.

The group's work showed that it was possible to run OBS on the PFC with Docker. Docker was suited to solve the problem because it makes it easier to develop applications across platforms. This means that one can run OBS, written in C++ on a device that is not designed to compile large C++ projects. Through the group's work an architectural difference was discovered between the OBS versions from MR and the architecture of the PFC. This obstacle led the group to try multiple methods in order to make the architectures match. The final solution was based on building a version of OBS with the same architecture as the PFC. This was done by emulating using Docker. The OBS version the group made is a full-fledged version of MR's OBS and kan run on the PFC. This was shown through a simulation and visualized in vehicle control station (VCS).

This thesis shows future possibilities for further development of the system. The group has several thoughts on different improvements to the system that MR could make use of in the future. The remote control system that has been created solves the task in an adequate way, and is an intuitive new way of control.