Development of a Digital Twin for the Marine Cybernetics Lab: 3D visualization and simulation, online monitoring, and remote control

Fysisk testing av et autonomt system kan være dyrt og tidskrevende. Dette kan motvirkes ved å lage digitale tvillinger av fartøyene som kan testes i simulatorer. MC-laben (Marine Cybernetics lab) på Tyholt har forskjellige fartøy som brukes til å teste ut kontrollsystemer og gjennomføre hydrodynamis...

Full description

Bibliographic Details
Main Author: Premraj, James
Other Authors: Skjetne, Roger
Format: Master Thesis
Language:English
Published: NTNU 2023
Subjects:
Online Access:https://hdl.handle.net/11250/3092803
Description
Summary:Fysisk testing av et autonomt system kan være dyrt og tidskrevende. Dette kan motvirkes ved å lage digitale tvillinger av fartøyene som kan testes i simulatorer. MC-laben (Marine Cybernetics lab) på Tyholt har forskjellige fartøy som brukes til å teste ut kontrollsystemer og gjennomføre hydrodynamiske tester. Denne oppgaven tar for seg utviklingen av en digital tvilling av MC-Laben med fjernkontroll funksjoner. Den digitale tvillingen består av 3D-modeller (i Unity) av MC-Laben og fartøyene; CS Enterprise 1 (CSEI), CS Saucer (CSS) og CS Arctic Drillship (CSAD). Bevegelsen til 3D modellene er koblet til simulatorer i ROS som kjører på en annen maskin. Dette gjør at 2D-simulatorer i ROS kan visualiseres i et 3D-miljø. Virtuelle sensorer som light detection and ranging (LiDAR) og kamera er festet på de virtuelle fartøyene og sender ut sensordata fra det virtuelle 3D-miljøet i Unity. Fjernkontrollsystemet består av to hoveddeler; fjernstyring og overvåking. Fjernstyring lar en operatør kontrollere de fysiske fartøyene på MC-laben fra en annen lokasjon. Dette kan enten være ved å styre dem manuelt med en joystick eller sende koordinater til en DP-kontroller. Fjernovervåkingsfunksjonen gjør at det fysiske fartøyet kan visualiseres i 3D-miljøet. Ved å kombinere dette åpnes muligheten for å gjøre hybridtester med virtuelle sensordata med virtuelle hindringer som ikke er tilstede i det fysiske laboratoriet, og samtidig kontrollere det fysiske fartøyet. Verten for fjernkontrollsystemet er OS-laben som er koblet til det lokale nettverket på MC laben ved hjelp av et Meraki SD-WAN. Data, som joystick-inputen eller odometridataene fra det fysiske fartøyet, sendes mellom laboratoriene ved hjelp av UDP-meldinger. Dataen blir formatert slik at datastørrelsen er liten nok til å kunne sende og motta dem med høy frekvens. Disse systemene ble testet gjennom både simuleringer og fysiske eksperimenter i MC-Laben og OS-Laben. Systemene viste seg for å være vellykket med å representere det fysiske laboratoriet i et virtuelt miljø i ...