Digital-physical testbed for ship autonomy studies in the Marine Cybernetics Laboratory basin

要約

海上自律型の表面船（質量）のために開発されたアルゴリズムは、運用コストと安全性の高い考慮事項により、実際の船舶でテストするのが難しいことがよくあります。
シミュレーションは費用対効果の高い代替品を提供し、リスクを排除しますが、特定のタスクの実際のダイナミクスを正確に表すことはできません。
実験室盆地と併せて小規模モデル船とロボット容器を利用することで、検証プロセスの初期段階にアクセス可能なテスト環境を提供します。
ただし、単一のテスト用のモデル容器の設計と開発は、費用がかかり、面倒な場合があり、研究者はしばしばそのようなインフラストラクチャへのアクセスを欠いています。
これらの課題に対処し、合理化されたテストを可能にするために、デジタル物理実験室での質量アルゴリズムの開発、テスト、検証、および検証を促進する社内テストベッドを開発しました。
このインフラストラクチャには、小規模モデル容器のセット、各容器のシミュレーション環境、包括的なテストベッド環境、およびユニティのデジタルツインが含まれます。
これにより、各モデル容器の高忠実度シミュレーションモデルから始まる完全な設計および検証パイプラインを実験室盆地でのモデルスケールテストに確立することを目指しており、R/V Milliampere1を使用した半フルスケール検証とR/V Gunnerusによる全面的な検証に移行する可能性を可能にします。
この作業では、このテストベッド環境とそのコンポーネントの開発に関する進展を示し、自律性を含む船のガイダンス、ナビゲーション、および制御（GNC）を可能にする際のその有効性を示しています。

要約(オリジナル)

The algorithms developed for Maritime Autonomous Surface Ships (MASS) are often challenging to test on actual vessels due to high operational costs and safety considerations. Simulations offer a cost-effective alternative and eliminate risks, but they may not accurately represent real-world dynamics for the given tasks. Utilizing small-scale model ships and robotic vessels in conjunction with a laboratory basin provides an accessible testing environment for the early stages of validation processes. However, designing and developing a model vessel for a single test can be costly and cumbersome, and researchers often lack access to such infrastructure. To address these challenges and enable streamlined testing, we have developed an in-house testbed that facilitates the development, testing, verification, and validation of MASS algorithms in a digital-physical laboratory. This infrastructure includes a set of small-scale model vessels, a simulation environment for each vessel, a comprehensive testbed environment, and a digital twin in Unity. With this, we aim to establish a full design and verification pipeline that starts with high-fidelity simulation models of each model vessel, to the model-scale testing in the laboratory basin, allowing possibilities for moving towards semi-fullscale validation with R/V milliAmpere1 and full-scale validation with R/V Gunnerus. In this work, we present our progress on the development of this testbed environment and its components, demonstrating its effectiveness in enabling ship guidance, navigation, and control (GNC), including autonomy.

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