Ανάπτυξη και αξιολόγηση εκπαιδευτικού ρομποτικού οχήματος ανοικτού κώδικα σε περιβάλλον ROS2
Δεν υπάρχει διαθέσιμη μικρογραφία
Ημερομηνία
2026-04-28
Συγγραφείς
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
ΕΛΜΕΠΑ, Σχολή Μηχανικών (ΣΜΗΧ), ΠΜΣ Μηχανικών Πληροφορικής
Επιβλέπων
Περίληψη
Η διδασκαλία της ρομποτικής εφαρμόζεται σήμερα σε όλες τις βαθμίδες της εκπαίδευσης
και τα βασικά εργαλεία που χρησιμοποιούνται σε αυτή είναι οι πλατφόρμες ρομποτικής που
απαρτίζονται από το λογισμικό και τα κινούμενα ή μη ρομποτικά συστήματα. Οι πλατφόρμες
αυτές μπορούν να υποστηρίξουν αντικείμενα διδασκαλίας από την εισαγωγή στη ρομποτική
στην πρωτοβάθμια εκπαίδευση έως την ανάπτυξη λογισμικού για αυτόνομα ρομποτικά οχήματα
στην τριτοβάθμια. Ανάλογα με τη βαθμίδα στην οποία χρησιμοποιούνται, έχουν διαφορετικά
χαρακτηριστικά και κόστος.
Το Free and Open Source Software Bot (FOSSBot) είναι ένα οικονομικό εκπαιδευτικό
ρομποτικό όχημα, το οποίο έχει σχεδιαστεί από τον Οργανισμό Ανοιχτών Τεχνολογιών
(ΕΕΛ/ΛΑΚ) και είναι κατάλληλο για μαθητές της πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας
εκπαίδευσης. Υστερεί όμως στη διδασκαλία της ρομποτικής στην τριτοβάθμια εκπαίδευση
καθώς ο εξοπλισμός του υποστηρίζει απλούς αλγόριθμους κίνησης και όχι σύνθετους όπως η
χαρτογράφηση και πλοήγηση σε πραγματικό χρόνο (SLAM). Τα ρομποτικά οχήματα που
υποστηρίζουν τέτοιους αλγόριθμους, ενσωματώνουν προηγμένους αισθητήρες όπως LiDAR και
κάμερα, και έχουν υψηλό κόστος και επίπεδο πολυπλοκότητας γεγονός που συχνά αποτρέπει τη
μαζική χρησιμοποίηση τους στην εκπαίδευση. Για το λόγο αυτό, στην παρούσα εργασία γίνεται
προσπάθεια να αναβαθμιστεί το υλικό και το λογισμικό του FOSSBot, ώστε να καταστεί ένα
οικονομικό εκπαιδευτικό εργαλείο κατάλληλο για όλες τις βαθμίδες εκπαίδευσης.
Στόχος αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι: α) Η επιτυχής ενσωμάτωση των
αρχικών και των νέων αισθητήρων στο πλαίσιο του FOSSBot διασφαλίζοντας τη στερέωση και
την τροφοδοσία τους, β) η ανάπτυξη λογισμικού για την ενσωμάτωση των νέων αισθητήρων στο
FOSSBot και για την αναβάθμιση του μοντέλου προσομοίωσης του σε περιβάλλον Gazebo, γ) η
υλοποίηση και η δοκιμή, σε περιβάλλον ROS2, αλγορίθμων SLAM χρησιμοποιώντας τα
δεδομένα από τον LiDAR, την IMU και την οδομετρία, καθώς και αλγορίθμων αυτόνομης
πλοήγησης βασιζόμενων στους χάρτες που δημιουργούνται από τους πρώτους αλγόριθμους, δ) η
δημιουργία οδηγιών και σεναρίων χρήσης για τη χρησιμοποίηση του FOSSBot από φοιτητές
τόσο σε πραγματικά σενάρια όσο και σε προσομοιώσεις και ε) η αξιολόγηση της απόδοσης του
συστήματος όσον αφορά την ακρίβεια της χαρτογράφησης, του εντοπισμού θέσης και της
πλοήγησης που επιτυγχάνει.
The teaching of robotics is currently applied at all levels of education and the main tools used are robotics platforms which are divided into software and moving or non-moving robotic systems. These platforms can support teaching subjects ranging from the introduction to robotics in primary education to the software development for autonomous robotic vehicles in tertiary education and depending on their use they have different characteristics and costs. The Free and Open Source Software Bot (FOSSBot) is an economical educational robotic vehicle, which has been designed by the Open Technologies Organization (GFOSS) and is suitable for students in primary and secondary education. However, it lags behind in the teaching of robotics in tertiary education as its equipment supports simple movement algorithms and not complex ones such as real-time mapping and navigation (SLAM). Robotic vehicles that support such algorithms, incorporate advanced sensors such as LiDAR and cameras and have a high cost and level of complexity, which prevents their use in education. For this reason, this thesis attempts to upgrade the hardware and software of FOSSBot to make it an economical educational tool suitable for all levels of the education. The aim of this thesis is: a) The successful integration of the original and new sensors into the FOSSBot framework, ensuring their mounting and power supply, b) the development of software for integration of the new sensors into it and for the upgrading of its simulation model in the Gazebo environment, c) the implementation and testing, in a ROS2 environment, of SLAM algorithms using data from LiDAR, IMU and odometry and autonomous navigation algorithms based on the maps created by the first algorithms, d) the creation of instructions and usage scenarios for the use of FOSSBot by students in both real scenarios and simulations and e) the evaluation of the system's performance in terms of mapping accuracy and location detection
The teaching of robotics is currently applied at all levels of education and the main tools used are robotics platforms which are divided into software and moving or non-moving robotic systems. These platforms can support teaching subjects ranging from the introduction to robotics in primary education to the software development for autonomous robotic vehicles in tertiary education and depending on their use they have different characteristics and costs. The Free and Open Source Software Bot (FOSSBot) is an economical educational robotic vehicle, which has been designed by the Open Technologies Organization (GFOSS) and is suitable for students in primary and secondary education. However, it lags behind in the teaching of robotics in tertiary education as its equipment supports simple movement algorithms and not complex ones such as real-time mapping and navigation (SLAM). Robotic vehicles that support such algorithms, incorporate advanced sensors such as LiDAR and cameras and have a high cost and level of complexity, which prevents their use in education. For this reason, this thesis attempts to upgrade the hardware and software of FOSSBot to make it an economical educational tool suitable for all levels of the education. The aim of this thesis is: a) The successful integration of the original and new sensors into the FOSSBot framework, ensuring their mounting and power supply, b) the development of software for integration of the new sensors into it and for the upgrading of its simulation model in the Gazebo environment, c) the implementation and testing, in a ROS2 environment, of SLAM algorithms using data from LiDAR, IMU and odometry and autonomous navigation algorithms based on the maps created by the first algorithms, d) the creation of instructions and usage scenarios for the use of FOSSBot by students in both real scenarios and simulations and e) the evaluation of the system's performance in terms of mapping accuracy and location detection
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Εκπαιδευτική ρομποτική, Ρομποτικό όχημα, Αυτόνομη πλοήγηση, Educational robotics, Robotic vehicle, Autonomous navigation, ROS2