Studio e implementazione di algoritmi NGC per un sistema ROV ed il suo gemello digitale

Questa tesi esamina l'importanza fondamentale dei veicoli sottomarini, in particolare di un Remotely Operated Vehicle (ROV), nel promuovere l'esplorazione e la comprensione degli ambienti marini. L'obiettivo primario è lo sviluppo di un sistema di guida, navigazione e controllo per un BlueROV2, un prodotto di BlueRobotics, integrato con il sistema di navigazione SeaTrac Lightweight USBL di Blueprint Subsea. Il sistema di guida è progettato per generare istruzioni per i propulsori del ROV, facilitando il controllo autonomo sulla sua traiettoria e il suo orientamento. Al centro del sistema di navigazione vi è un complesso insieme di sensori, inclusi bussole, sistemi di posizionamento USBL, sistemi ottici mono e stereo, Unità di Misura Inerziali (IMU), altimetri, misuratori di profondità e altre tecnologie pertinenti. È stata sviluppata una strategia di controllo Line of Sight per mantenere una traiettoria lineare, mentre un gemello digitale del ROV, in Unity, ne replica il comportamento in tempo reale. Questo approccio duale sfrutta sinergicamente gli attributi fisici del ROV insieme alle avanzate capacità di simulazione e analisi del suo analogo digitale, fornendo una metodologia completa per la mappatura dettagliata dei fondali marini e l'elaborazione delle immagini. Lo studio si conclude con la presentazione dei risultati sperimentali acquisiti durante una missione marittima nel Porto di Marsiglia, dimostrando l'efficacia e l'efficienza del sistema di controllo implementato. L'intero lavoro è stato realizzato durante il programma ERASMUS presso il CNRS (Centre national de la recherche scientifique), all'Università di Aix-Marseille.

This thesis highlights the critical role of submarine vehicles, with a particular emphasis on the deployment of a Remotely Operated Vehicle (ROV), in enhancing the exploration and understanding of the underwater domain. The primary purpose is to devise a guidance, navigation and control system for a BlueROV2, a product of BlueRobotics, integrated with the SeaTrac Lightweight USBL navigation system by Blueprint Subsea. The guidance system is designed to compute instructions for the ROV's thrusters, facilitating autonomous control over its trajectory and orientation. At the core of the navigation system is a complex set of sensors, including compasses, USBL positioning systems, mono and stereo optical systems, Inertial Measurement Units (IMUs), altimeters, depth meters, and other relevant technologies. A Line of Sight control strategy was developed to mantain a linear trajectory, while a digital twin of the ROV, in Unity, mirrors its behavior in real time. This dual approach synergistically harnesses the physical attributes of the ROV along with the advanced simulation and analytical capabilities of its digital analogue, providing a comprehensive methodology for detailed seabed mapping and image processing. The study concludes with the exhibition of experimental outcomes acquired during a maritime expedition in the Port of Marseille, demonstrating the efficacy and efficiency of the implemented control system. The entire work was realized during the internship for the ERASMUS program at the CNRS (Centre national de la recherche scientifique) at the University of Aix-Marseille.