Control and Autonomy of a Water Quality Measuring Unmanned Surface Vehicle (USV) : Catfish project - Control and Autonomy

• Main Author: Hårding, Vidar
• Format: Others
• Language: English
• Published: Högskolan i Halmstad 2021
• Subjects: catfish; control and autonomy; pixhawk; usv; motor configurations; kontroll och autonomi; vattendrönare; motorkonfiguration; Robotics; Robotteknik och automation
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:hh:diva-45118

This report is about the implementation of autonomy and control on a water quality measuring unmanned surface vehicle. The project was termed Catfish and involved five teams focusing on different aspects of the initial goal to create an autonomous three-part system; a surface drone, a submerged drone and flying drone. In this iteration of the Catfish project the focus laid on creating the surface drone and submerged drone as the Catfish project will improve over generations of thesis projects. The author of the report was in the Control and Autonomy team and had been tasked with giving the surface drone the autonomy needed to make this project viable. Existing advances made in autonomy was adopted and tested. With the help of estimation algorithms, and sensor fusion, a flight controller navigates the surface drone between a set of GPS waypoints. It is also able to counteract the external forces wind, waves and stream to keep its position. To reach this autonomy four test phases were conducted on a pre-prototype with progressively increased difficult autonomy starting with manual control and ending in advanced autonomy. When the advanced missions were executed the speed and accuracy of two different thruster configurations were examined and the best performing out of the two was implemented on the final prototype the other teams had designed. The project ended with a fully autonomous system that was able to execute all the navigational maneuvers required to operate autonomous water quality measuring missions. === Den här rapporten handlar om implementationen av autonomi och kontroll på en vattenkvalitetsmätande vattenburen drönare. Projektet fick namnet Catfish och blev indelat i fem teams som fokuserade på olika aspekter av ett 3-delsystem; en vattenburen, en undervattens och en flygande drönare. I denna iteration av Catfish projektet fokuserade medlemmarna på att utveckla den vattenburna och undervattens drönaren då projektet kommer fortsätta utvecklas under kommande generationer av Catfish projektrapporter. Författaren av den här rapporten ingick i ett team som hette "Control and Autonomy" och hade i uppgift att installera en autonom intelligens till den vattenburna drönaren för att göra Catfish prototypen användbar. Befintliga framsteg inom forskningsområdet blev granskade och testade. Genom att använda uppskattningsalgoritmer och "sensor fusion" lyckades en "flight controller" navigera drönaren mellan GPS waypoints och även behålla sin position genom att motverka krafterna från vind, vågor och strömmar. För att uppnå denna nivå av autonomi utför en förprototyp fyra test faser av ökad autonomisk svårhetsgrad. Under uppdraget blev hastigheten och precisionen av två olika motoruppsättningar undersöka och den som presterade bäst blev implementerad på den slutgiltig designen som de andra teamen hade utvecklat. Projektet avslutades med att ett fullt autonomt system blev utvecklat som var kapabel till att utföra alla navigationsmanövrar nödvändiga för att genomföra autonoma vattenkvalitetsmätningsuppdrag.