UUSI Mobiilirobotiikka ja paikannus (4op)

Osaamistavoitteet

Opintojakson suoritettuaan opiskelija
- tuntee eri paikannusteknologioiden teknistä ja matemaattista toimintaa sekä analysoi ja vertailee niiden soveltuvuutta eri käyttötapauksiin teknisten rajoitteiden perusteella.
- kykenee soveltamaan ja yhdistämään paikannus-, anturi- ja karttatietoja mobiilirobotin paikannustehtävissä sekä rakentamaan ja dokumentoimaan toimivan sensorifuusioputken (esim. IMU + GNSS + wheel odometry) käyttäen ROS2:n työkaluja.
- suunnittelee ja toteuttaa ROS2-pohjaisen mobiilirobotin perustoiminnallisuudet (viestinvälitys, nodet, launch-tiedostot)
- pystyy itsenäisesti työskennellen integroimaan opetusalusta SeBOTiin uuden sensorin, toimilaitteen tai algoritmisen toiminnallisuuden ja arvioimaan sen toimivuutta käytännön testauksella.

Sisältö

- satelliitti- ja sisätilapaikannuksen tekniikat ja matemaattiset periaatteet,
- paikannus- ja fuusiomenetelmien soveltaminen eri käyttökonteksteihin,
- karttarajapinnat,
- ROS2-ekosysteemin työkalut, toimintamallit ja mobiilirobotiikan kehitysympäristöt,
- mobiilirobotin paikannusmenetelmien sensorifuusio ROS2-järjestelmässä,
- SeBOT-robotin ohjelmistokehitys, testaus ja käytännön integraatiot

Esitietovaatimukset

Python 3 ja/tai C++ ohjelmointi,
vektori- ja matriisilaskennan menetelmät,
Git versionhallinta,
Linux komentorivityöskentely

Arviointikriteerit, tyydyttävä (1)

Opiskelija:
- nimeää keskeiset paikannusteknologiat ja niiden tyypilliset tekniset ominaisuudet
- pystyy toteuttamaan perus-ROS2-ympäristön ja käyttämään yksinkertaisia nodeja ohjeiden mukaan
- toteuttaa annetun paikannus- tai sensorifuusiotehtävän mallin mukaan

Arviointikriteerit, hyvä (3)

Opiskelija:
- kuvailee tarkasti keskeiset paikannusteknologiat ja niiden tekniset ominaisuudet sekä rajoitteet
- soveltaa eri paikannusmenetelmiä ja tekee koordinaattimuunnoksia
- toteuttaa oman ROS2-kokonaisuuden, muokkaa paketteja ja konfiguroi launch-tiedostot hyödyntäen ROS2 parametrejä
- dokumentoi ja perustelee tekniset valinnat (esim. miksi tietty fuusiomenetelmä)
- arvioi ratkaisunsa vahvuudet ja rajoitteet testiaineiston perusteella

Arviointikriteerit, kiitettävä (5)

Edellisten lisäksi opiskelija:
- laajentaa SeBOT-järjestelmää lisäämällä uuden sensorin, toimilaitteen tai algoritmisen komponentin (esim. SLAM-menetelmän, kamerapohjaisen ohjauksen, NAV2-navigoinnin)
- integroi ja testaa tämän ROS2-kokonaisuuteen omalla suunnittelulla
- tekee syvällisen teknisen analyysin toimivuudesta, rajoitteista ja kehittämiskohteista
- esittää selkeästi jatkokehityksen suuntaviivat

Oppimateriaalit

Luentomonisteet.
SeBOT materiaali https://github.com/SeAMKedu/sebot
Tukimateriaali: Kaplan Elliot D. Understanding GPS: Principles and applications. ISBN 1-58053-894-0