Novel force control methods in a teleoperation system of a hydraulic slider

The objective of the this research project is to develop a novel force control scheme for the teleoperation of a hydraulically driven manipulator, and to implement an ideal transparent mapping between human and machine interaction, and machine and task environment interaction. This master‘s thesis provides a preparatory study for the present research project. The research is limited into a single degree of freedom hydraulic slider with 6-DOF Phantom haptic device. The key contribution of the thesis is to set up the experimental rig including electromechanical haptic device, hydraulic servo and 6-DOF force sensor. The slider is firstly tested as a position servo by using previously developed intelligent switching control algorithm. Subsequently the teleoperated system is set up and the preliminary experiments are carried out. In addition to development of the single DOF experimental set up, methods such as passivity control in teleoperation are reviewed. The thesis also contains review of modeling of the servo slider in particular reference to the servo valve. Markov Chain Monte Carlo method is utilized in developing the robustness of the model in presence of noise.

Reglering och förvaltning av produktions- och slaktdjurs välbefinnande : en offentligrättslig undersökning

Djur och djurskyddet hör till ett rättsligt regleringsområde som inte varit föremål för omfattande rättsvetenskaplig forskning i vårt land även om intresset för djurs välbefinnande ökat både i samhället och inom EU. Avhandlingen har avfattats som en artikelavhandling och är en offentligrättslig studie om djurskyddslagstiftningen och förvaltningen av djurskyddsärenden i Finland. Tematiken har behandlats både ur djurens och djurens ägares eller innehavares synvinkel med utgångspunkt i djurskyddslagstiftningen och förvaltningen av djurskyddsärenden i Finland. Forskningen är fokuserad huvudsakligen på skyddet av och välbefinnandet hos produktions- och slaktdjur även om bland annat de begrepp som granskas också berör andra djurkategorier. De övergripande frågeställningarna i avhandlingen är två. För det första, vad är det som avses med djurs välbefinnande och skydd i regleringen av djurskyddet och för det andra, hur realiseras dessa i djurskyddsmyndigheternas förvaltningsverksamhet? I forskningen presenteras och diskuteras bland annat en ny begreppskonstruktion: djurs rättsliga välbefinnande. Den empiriska delen i avhandlingen omfattar förvaltningsverksamheten inom området av djurskydd under åren 1996–2006. Sammanlagt 10468 dokument som upprättats av djurskyddsmyndigheten i samband med verkställandet av djurskyddsövervakning ingår i undersökningen. Forskningen utmynnar i en åtgärdsförteckning med förslag till utvecklingen av området för djurskydd.

Flexible multibody dynamics and intelligent control of a hydraulically driven hybrid redundant robot machine

The assembly and maintenance of the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) vacuum vessel (VV) is highly challenging since the tasks performed by the robot involve welding, material handling, and machine cutting from inside the VV. The VV is made of stainless steel, which has poor machinability and tends to work harden very rapidly, and all the machining operations need to be carried out from inside of the ITER VV. A general industrial robot cannot be used due to its poor stiffness in the heavy duty machining process, and this will cause many problems, such as poor surface quality, tool damage, low accuracy. Therefore, one of the most suitable options should be a light weight mobile robot which is able to move around inside of the VV and perform different machining tasks by replacing different cutting tools. Reducing the mass of the robot manipulators offers many advantages: reduced material costs, reduced power consumption, the possibility of using smaller actuators, and a higher payload-to-robot weight ratio. Offsetting these advantages, the lighter weight robot is more flexible, which makes it more difficult to control. To achieve good machining surface quality, the tracking of the end effector must be accurate, and an accurate model for a more flexible robot must be constructed. This thesis studies the dynamics and control of a 10 degree-of-freedom (DOF) redundant hybrid robot (4-DOF serial mechanism and 6-DOF 6-UPS hexapod parallel mechanisms) hydraulically driven with flexible rods under the influence of machining forces. Firstly, the flexibility of the bodies is described using the floating frame of reference method (FFRF). A finite element model (FEM) provided the Craig-Bampton (CB) modes needed for the FFRF. A dynamic model of the system of six closed loop mechanisms was assembled using the constrained Lagrange equations and the Lagrange multiplier method. Subsequently, the reaction forces between the parallel and serial parts were used to study the dynamics of the serial robot. A PID control based on position predictions was implemented independently to control the hydraulic cylinders of the robot. Secondly, in machining, to achieve greater end effector trajectory tracking accuracy for surface quality, a robust control of the actuators for the flexible link has to be deduced. This thesis investigates the intelligent control of a hydraulically driven parallel robot part based on the dynamic model and two schemes of intelligent control for a hydraulically driven parallel mechanism based on the dynamic model: (1) a fuzzy-PID self-tuning controller composed of the conventional PID control and with fuzzy logic, and (2) adaptive neuro-fuzzy inference system-PID (ANFIS-PID) self-tuning of the gains of the PID controller, which are implemented independently to control each hydraulic cylinder of the parallel mechanism based on rod length predictions. The serial component of the hybrid robot can be analyzed using the equilibrium of reaction forces at the universal joint connections of the hexa-element. To achieve precise positional control of the end effector for maximum precision machining, the hydraulic cylinder should be controlled to hold the hexa-element. Thirdly, a finite element approach of multibody systems using the Special Euclidean group SE(3) framework is presented for a parallel mechanism with flexible piston rods under the influence of machining forces. The flexibility of the bodies is described using the nonlinear interpolation method with an exponential map. The equations of motion take the form of a differential algebraic equation on a Lie group, which is solved using a Lie group time integration scheme. The method relies on the local description of motions, so that it provides a singularity-free formulation, and no parameterization of the nodal variables needs to be introduced. The flexible slider constraint is formulated using a Lie group and used for modeling a flexible rod sliding inside a cylinder. The dynamic model of the system of six closed loop mechanisms was assembled using Hamilton’s principle and the Lagrange multiplier method. A linearized hydraulic control system based on rod length predictions was implemented independently to control the hydraulic cylinders. Consequently, the results of the simulations demonstrating the behavior of the robot machine are presented for each case study. In conclusion, this thesis studies the dynamic analysis of a special hybrid (serialparallel) robot for the above-mentioned special task involving the ITER and investigates different control algorithms that can significantly improve machining performance. These analyses and results provide valuable insight into the design and control of the parallel robot with flexible rods.

Kaksi tietä huipulle. Media ja puoluejohtajuus Suomessa naisten noususta populismin aaltoon

Tässä väitöskirjassa tarkastellaan suomalaisen puoluejohtajuuden ja suuren puolueen johtajaksi nousun murroskautta 1980-luvun lopulta 2010-luvulle median ja politiikan vuorovaikutuksen näkökulmasta. Puolueiden johtaminen on myös Suomessa ollut miesten työtä, ja perinteisesti tehtävään on ollut yksi väylä: asettuminen ehdolle puheenjohtajavaalissa ja valituksi tulo puoluekokouksessa. Tarkastelujakson alkupuolella naisia oli Suomessa ensimmäistä kertaa ehdolla suurten puolueiden puheenjohtajavaaleissa. Kauden loppupuolella heitä myös valittiin tuohon tehtävään ja ensimmäiset naiset nousivat pääministeriksi. Tämä historiallinen murros päätti liki satavuotisen perinteen, jossa miehet ovat olleet Suomessa sekä suurten puolueiden että hallitustyön johtajia. Julkisessa keskustelussa kysymys tasa-arvosta jäi toissijaiseksi: naisia alettiin valita puoluejohtajiksi tilanteissa, joissa heidän valintansa nähtiin puolueille edulliseksi. Naisen valinta tulkittiin miehen valintaa merkittävämmäksi symboliseksi viestiksi, johon liitettiin ajatuksia uudistumisesta ja puolueen julkisuuskuvan parantamisesta. Merkille pantavaa on, että naisten ensimmäiset valinnat suurten puolueiden johtajiksi tapahtuivat vaiheessa, jossa puoluejohtajien valta-asema on vahvin kautta suomalaisen poliittisen historian. Tässä valossa näyttää siltä, että valta ei aina pakenekaan naisilta. Vaikka suomalainen yhteiskunta ja suomalaiset naiset ovat monessa mielessä olleet edelläkävijöitä tasa-arvon suhteen, politiikan johtopaikkoja tavoitelleet naiset ovat meilläkin kohdanneet kansainvälisessä tutkimuksessa naisten haasteeksi osoitettuja lasikattoja, pyöröovia ja liukkaita jyrkänteitä. Tutkittavan ajanjakson aikana konkretisoitui myös toinen mahdollinen, joskin poikkeuksellinen reitti suuren puolueen johtajaksi: pienen puolueen nouseminen suurten joukkoon eduskuntavaaleissa. Tämä vaihtoehto toteutui vuonna 2011 perussuomalaisten eduskuntavaalivoiton myötä. Perussuomalaisten nousu eduskunnan pienimmästä puolueesta kolmanneksi suurimmaksi mursi perinteisen kolmen suuren puolueen asetelman. Puolueen menestyksen seuraukset ovat olleet kauaskantoisemmat kuin ehkä ensin ajateltiin: perussuomalaisten vaalivoiton sosiaalidemokraateille, keskustalle, ja kokoomukselle aiheuttama järkytys heijastui myöhemmin myös niiden johtajavaihdoksiin ja -valintoihin. Sekä naisten läpimurrossa että populismin voittokulussa median rooli oli monisyisempi kuin siihen perinteisesti liitetty tiedon välittäjän ja valtaa pitävien toimia kriittisesti seuraavan neljännen valtiomahdin tehtävänkuva. Tutkittavalla jaksolla tiedotusvälineet tekivät onnistuneen intervention politiikan osapuoleksi. Toimittajat ottivat kantaa valintoihin ja ohjeistivat puolueita, ja puolueet taas mukauttivat näkyvyyden maksimoidakseen käytäntöjään median tarpeisiin. 1980-luvun lopulta 2010-luvulle ulottuvalla jaksolla suuren puolueen puoluejohtajaksi valikoitumisen kriteerit muuttuivat, samalla kun median merkitys johtajavalinnoissa ja myös puoluejohtajan käytännön työssä kasvoi. Mediasta tuli aiempaa konkreettisemmin johtajavalintojen ja valtakamppailun areena, ja siihen liittyvät näkökohdat nousivat myös keskeisiksi johtajan taitoja arvioitaessa. Kuka ehdokkaista toisi näkyvyyttä, ”pärjäisi” median paineissa ja vakuuttaisi äänestäjät? Vielä 1980- ja 1990-lukujen taitteessa johtajavalinnat olivat pitkälti puolueorganisaatioiden hallinnoimia prosesseja, joista lehdistö raportoi askeleen jäljessä kulkien. Viimeistään 2000-luvun ensimmäisellä vuosikymmenellä puolueet omaksuivat ajatuksen median hyödyllisyydestä. Tämän strategisen muutoksen myötä puolueet tulivat samalla luovuttaneeksi määriteltyvaltaa oman organisaationsa ulkopuolelle. Kokoomuksen vuoden 2014 johtajavaalissa silmiinpistävää oli pyrkimys sekä hyötyä julkisuudesta että palauttaa valtaa takaisin puolueelle. Politiikan mediajulkisuuden alttius tarttua myyviin poliitikkopersooniin, ilmiöihin, ristiriitoihin ja draamaan sekä vastaavasti populistijohtaja Timo Soinin ja perussuomalaisten kyky tarjota kaikkia näitä auttoivat puolueen suurvoittoon vuoden 2011 eduskuntavaaleissa. Organisaatioltaan pieni ja johtajaansa henkilöityvä puolue sai selvästi poliittista painoarvoaan suuremman julkisuuden, koska kiinnostavuus määritti näkyvyyden ja puolueen nousevasta kannatuksesta tuli yksi vaalien pääaiheista. Median ja politiikan suhteessa tapahtuneet muutokset olivat vauhdittamassa niin naisten nousua suurten puolueiden johtajiksi kuin populistisen johtajuuden läpimurtoa ja perussuomalaisten menestystä. Koska suurten puolueiden johtajista valikoituvat myös pääministerit, näiden muutosten vaikutus ulottuu Suomen poliittisesti vaikutusvaltaisimpaan tehtävään asti.