Investigating Low-cost Quadcopters for Automated Indoor Facility Maintenance Management
Abstract
Vedlikehold av større bygg er en kompleks og tidkrevende oppgave som involverer en rekke aktiviteter.Denne oppgaven undersøker potensialet i å bruke rimelige, hyllevare-droner med begrensede sensorer tilå assistere byggningsoperatører. I tillegg undersøker oppgaven hvordan åpen kildekode kan brukes til åutvikle et dronebasert system for innendørs vedlikehold av fasiliteter, og hvilke designhensyn som måtas for å utvikle en slik prototype. Systemets design er basert på krav som er utledet fra intervjuer medbyggningsoperatører.Prototypen fokuserer på inspeksjon av rømningsveier og nødutganger, og bruker DJI Tello-dronen, Robot Operating System 2 (ROS2) og Navigation 2 (Nav2) for autonom navigering. Videre undersøker vibruken av dybdeestimeringsmodeller for forbedret autonom flyging av DJI Tello-dronen. På bakgrunn avdenne omfattende øvelsen presenterer vi en prototype som demonstrerer praktisk bruk av rimelige dronertil inspeksjonsoppgaver, belyser begrensningene ved åpen kildekode-teknologi og identifiserer passendemåter for å engasjere brukere. Prototypen evalueres med fokus på brukervennlighet og teknisk ytelse.Brukertester viser at deltakerne anser systemet som verdifullt og er positive til å ta det i bruk. Dentekniske evalueringen viser imidlertid at det er et betydelig gap mellom egenskapene til rimelige dronerog kravene til autonom flyging i forbindelse med automatiserte FMM-inspeksjoner. I tillegg er det vårerfaring at åpen kildekode ikke er tilstrekkelig orientert mot droner, noe som gjør det enda vanskeligereå utnytte dem for innendørs vedlikehold av bygg.Til slutt bruker vi prosessen, prototypen, erfaringene og resultatene til å foreslå en modell for utviklingav systemer som skal automatisere vedlikeholdsoppgaver ved hjelp av ubemannede roboter. Forskningenbidrar til kunnskapen om automatiserte vedlikeholdsløsninger og gir praktiske retningslinjer for fremtidigutvikling og implementering av dronebaserte systemer for innendørs vedlikehold. Facility maintenance management (FMM) is a complex, time-consuming task involving numerous activities. This thesis investigates the potential of using low-cost, off-the-shelf quadcopters (often known asdrones) with limited sensory capabilities to assist facility managers. Additionally, it explores the application of open-source technologies to develop a quadcopter-based system for indoor FMM and examinesthe design considerations when developing the prototype. The system’s design is largely based on requirements derived from interviews with facility managers.The prototype focuses on automating emergency hallway inspections, utilizing the DJI Tello drone,the Robot Operating System 2 (ROS2), and the Navigation 2 stack (nav2) for autonomous navigation.Furthermore, we investigate the use of depth estimation models for enhanced autonomous flight of theDJI Tello drone. From this exhaustive exercise, we present a prototype that demonstrates the practicalapplication of low-cost quadcopters for inspection-based tasks, highlights the limitations of open-sourcetechnologies, and identifies suitable modalities for user interaction. The prototype is evaluated with afocus on usability and technical performance. The usability tests show that participants found it valuable and are curious to adopt such a system. However, the technical evaluation reveals a significant gapbetween low-cost quadcopters’ ability and autonomous flight requirements in the context of automatedFMM inspections. Moreover, we experience that the open-source community is not oriented towardsaerial robotics, escalating the challenge of enabling quadcopters indoors.Lastly, we use the process, prototype, experiences, and results to suggest a model for designing systemsthat aim to automate facility maintenance tasks with unmanned robots. The research contributes to theknowledge of automated maintenance solutions and offers practical guidelines for future developmentand implementation of quadcopter-based systems for indoor FMM.