Virtual technology and haptic interface solutions for design and control of mobile working machines

Commercially available haptic interfaces are usable for many purposes. However, as generic devices they are not the most suitable for the control of heavy duty mobile working machines like mining machines, container handling equipment and excavators. Alternative mechanical constructions for a haptic controller are presented and analysed. A virtual reality environment (VRE) was built to test the proposed haptic controller mechanisms. Verification of an electric motor emulating a hydraulic pump in the electro-hydraulic system of a mobile working machine is carried out. A real-time simulator using multi-body-dynamics based software with hardware-in-loop (HIL) setup was used for the tests. Recommendations for further development of a haptic controller and emulator electric motor are given.

Control of Robot by Means of Human Thought

Brain computer interface (BCI) is a kind of human machine interface, which provides a new interaction method between human and computer or other equipment. The most significant characteristic of BCI system is that its control input is brain electrical activities acquired from the brain instead of traditional input such as hands or eyes. BCI technique has rapidly developed during last two decades and it has mainly worked as an auxiliary technique to help the disable people improve their life qualities. With the appearance of low cost novel electrical devices such as EMOTIV, BCI technique has been applied to the general public through many useful applications including video gaming, virtual reality and virtual keyboard. The purpose of this research is to be familiar with EMOTIV EPOC system and make use of it to build an EEG based BCI system for controlling an industrial manipulator by means of human thought. To build a BCI system, an acquisition program based on EMOTIV EPOC system is designed and a MFC based dialog that works as an operation panel is presented. Furthermore, the inverse kinematics of RV-3SB industrial robot was solved. In the last part of this research, the designed BCI system with human thought input is examined and the results indicate that the system is running smoothly and displays clearly the motion type and the incremental displacement of the motion.

Reaaliaikaisen tiedonsiirtolinkin muodostaminen prosessisäädön simulointi- ja valvomo-ohjelmiston välille

Teollisuusautomaatiossa käytetään varta vasten automaatiosovelluksiin tarkoitettuja tietokoneita eli ohjelmoitavia logiikoita (PLC, Programmable Logic Control). Ohjelmoitavan logiikan ja käyttäjän välillä on hyvin useasti jonkin asteinen käyttöliittymä (HMI, Human-Machine Interface). Käyttöliittymä voidaan toteuttaa logiikkaan liitettävien näyttöpäätteiden tai PC-pohjaisten valvomo-ohjelmien avulla. Käyttöliittymän kautta käyttäjä voi valvoa ja ohjata automaatiojärjestelmää. Tämän kandidaatintyön aiheena on reaaliajassa toimivan tiedonsiirtolinkin luominen prosessisäädön simulointiohjelmiston ja valvomo-ohjelmiston välille. Prosessiasäätöä simuloidaan MATLAB:in Simulink-ohjelmistolla ja käyttöliittymä luodaan InTouch valvomo-ohjelmistolla. Simuloitavana prosessina toimii nelitankkiprosessi, jossa kahden tankin pinnankorkeutta säädetään kahdella pumpulla. Prosessista tekee erittäin mielenkiintoisen se, että prosessilla on kolmitieventtiilien asennoista riippuen kaksi eri toimintapistettä: minimivaiheinen ja ei-minimivaiheinen. Myös tankkien ristiinkytköksien johdosta prosessi on normaalia tankkiprosessia mielenkiintoisempi. Tiedonsiirtolinkin muodostaminen prosessisäädön simuloinnin sekä valvomo-ohjelmiston välille mahdollistaa lukuisia erilaisia käyttötarkoituksia. Varsinkin opetuskäytössä tämä on erittäin käyttökelpoinen, koska se ei vaadi todellisen prosessin eikä laitteistojen läsnäoloa. Sen avulla voidaan opettaa valvomo-ohjelmien luomista sekä niiden käyttöä. Myös prosessisäätöä voidaan opettaa erittäin havainnollisesti.

Virtuaalitodellisuuslaboratorion laiteympäristön kehittäminen - ohjaimet ja ohjelmistot

Tämä diplomityö on tehty osana HumanICT-projektia, jonka tavoitteena on kehittää uusi, virtuaalitekniikoita hyödyntävä, työkoneiden käyttäjäliityntöjen suunnittelumenetelmä. Työn tarkoituksena oli kehittää VTT:n Tuotteet ja tuotanto tutkimusyksikköön kuluvan Ihminen-kone-turvallisuus ryhmän nykyistä virtuaalitodellisuuslaboratoriota siten, että sitä voidaan käyttää työkoneiden suunnittelussa sekä monipuolisissa ergonomiatarkasteluissa. Itse ympäristön kehittäminen pitää sisällään uuden ohjainjärjestelmän suunnittelun sekä sen implementoinnin nykyisin käytössä olevaan virtuaaliympäristöön. Perinteisesti ohjaamosimulaattorit ovat olleet sovelluskohteisiin räätälöityjä, joten ne ovat kalliita ja niiden konfiguroinnin muuttaminen on vaikeaa, joskus jopa mahdotonta. Tämän työntarkoituksena oli kehittää PC-tietokoneeseen ja yleiseen käyttöjärjestelmään perustuva ohjainjärjestelmä, joka on nopeasti kytkettävissä erilaisiin virtuaaliympäristön sovelluksiin, kuten ohjaamomalleihin. Työssä tarkasteltiin myös tapoja mallintaa fysikaalisia ilmiöitä reaaliaikasovelluksissa, eli on-line simuloinnissa. Tämän tarkastelun perusteella etsittiin ja valittiin jatkokäsittelyyn ohjelmistoja, joiden reaaliaikaisen dynamiikan simulointialgoritmitolivat kaikkein kehittyneimpiä ja monipuolisia.

Towards multi bibliographic format support in Invenio

Presentation at Open Repositories 2014, Helsinki, Finland, June 9-13, 2014

Virtuaalinen käyttöönottoympäristö automaatiojärjestelmälle

Valmistavan teollisuuden kiristyvät vaatimukset suunnittelusta markkinoille -ajassa (engl. time-to-market), laadussa, kustannustehokkuudessa ja turvallisuudessa luovat paineita uusien toimintatapojen etsimisessä. Usein laitteiston ohjausalgoritmeja ei ole mahdollista testata todellisen laitteiston kanssa, vaan ainoaksi ennakoivaksi vaihtoehdoksi jää todellisen laitteiston virtuaalinen mallintaminen. Eräs uusista toimintavoista on virtuaalinen käyttöönotto, jossa tuotantolinja tai laitteisto mallinnetaan ja sen käyttäytymistä simuloidaan ohjausalgoritmien parantamista ja todentamista varten. Tämän diplomityön tavoitteena oli toteuttaa virtuaalinen käyttöönottoympäristö, jolla laitteiston 3D-mallinnettua virtuaalista mallia voidaan ohjata reaaliajassa todellisen laitteiston ohjauslaitteistolla. Käyttöönottoympäristön toteuttamisen lopullisena tavoitteena on tutkia, millaisia hyötyjä sillä voidaan saavuttaa Outotec (Finland) Oy:n automaatiojärjestelmien suunnittelussa ja käyttöönotossa kiristyvien vaatimusten täyttämiseksi. Työssä toteutetulla käyttöönottoympäristöllä pystytään simuloimaan 3D-mallinnetun laitteiston osan toimintaa reaaliajassa. Todellisen laitteiston ominaisuuksista määritettyjä vaatimuksia ei kustannussyistä täytetty, sillä ennen sitä haluttiin varmistua valitun alustan ominaisuuksista, toimivuudesta ja soveltuvuudesta. Toteutuksen katsotaan kuitenkin täyttävän pehmeän reaaliaikaisuuden kriteerin noin 40 ms aikatasolla ja 80 ms reaktioajalla. Toteutettu virtuaalinen käyttöönottoympäristö osoittautui toimivaksi ja soveltuvaksi, sekä sen todettiin tuovan potentiaalisia hyötyjä Outotec (Finland) Oy:lle, esimerkiksi kosketusnäyttöjen visualisoinnin parannus, hybridikäyttöönottomahdollisuus sekä automaatio-ohjauksien kehittäminen. Työn perusteella arvioidaan onko Outotec:lla tarvetta jatkaa valitulla alustalla todellisen laitteiston aikavaatimukset täyttävään reaaliaika-toteutukseen, jota työssä esitellään.

Liminal Monster and the Conflict Between Human and Machine: The Shrike in Dan Simmons’ Hyperion and The Fall of Hyperion

Tarkastelen tutkielmassani Dan Simmonsin kaksiosaista tieteisfiktioteosta, joka koostuu romaaneista Hyperion ja The Fall of Hyperion. Keskityn teoksissa esiintyvään Shrike-hirviöön, joka edustaa ihmiskunnan pelkäämää potentiaalista konfliktia ihmisten ja koneiden välillä. Pelko ja konflikti ovat keskeisiä teemoja paitsi tieteisfiktiossa, myös hirviöteoksissa yleensä, ja näiden kahden käyttö samassa kertomuksessa luo otolliset edellytykset nyky-yhteiskunnan ahdistusten kuvaamiseen. Hirviöitä ja tieteisfiktiota on tätä nykyä tutkittu melko laajalti, mutta Shrike on aiemmin jäänyt vähälle huomiolle. Lähtökohtaisen teoreettisen viitekehyksen tutkimukselleni ovat luoneet Jeffrey Cohenin Monster Theory: Reading Culture, Stephen Asman On Monsters: An Unnatural History of Our Worst Fears sekä Holly Lynn Baumgartnerin ja Roger Davisin At the Interface: Hosting the Monster. Teoksista kokoamani hirviöteorian kautta tarkastelen sitä, miten Shriken puoliksi orgaaninen ja puoliksi keinotekoinen keho heijastaa niitä romaaneissa esiintyviä osa-alueita, joista tulevaisuudenpelko ja ihmisten ja koneiden väliseen konfliktin uhka koostuu. Koska Shrike on puoliksi orgaaninen ja puoliksi keinotekoinen, se on näiden ominaisuuksien kynnyksellä; tässä risteytyneessä kehossa yhdistyvät molemmat ääripäät, jolloin tämä keho myös symboloi osapuolten välistä konfliktia. Konfliktin lisäksi Shrike ilmentää niitä vastakkaisuuksia, joista ihmisten ja koneiden välisen konfliktin pelko rakentuu: itseyttä ja toiseutta, houkuttelevuutta ja luotaantyöntävyyttä, menneisyyttä ja tulevaisuutta sekä utopiaa ja dystopiaa.

An Image Enhancement Technique using MTF of Human eye

Image filtering is a highly demanded approach of image enhancement in digital imaging systems design. It is widely used in television and camera design technologies to improve the quality of an output image to avoid various problems such as image blurring problem thatgains importance in design of displays of large sizes and design of digital cameras. This thesis proposes a new image filtering method basedon visual characteristics of human eye such as MTF. In contrast to the traditional filtering methods based on human visual characteristics this thesis takes into account the anisotropy of the human eye vision. The proposed method is based on laboratory measurements of the human eye MTF and takes into account degradation of the image by the latter. This method improves an image in the way it will be degraded by human eye MTF to give perception of the original image quality. This thesis gives a basic understanding of an image filtering approach and the concept of MTF and describes an algorithm to perform an image enhancement based on MTF of human eye. Performed experiments have shown quite good results according to human evaluation. Suggestions to improve the algorithm are also given for the future improvements.

Offset-print mottling measurement using machine vision

Mottling is one of the key defects in offset-printing. Mottling can be defined as unwanted unevenness of print. In this work, diameter of a mottle spot is defined between 0.5-10.0 mm. There are several types of mottling, but the reason behind the problem is still not fully understood. Several commercial machine vision products for the evaluation of print unevenness have been presented. Two of these methods used in these products have been implemented in this thesis. The one is the cluster method and the other is the band-pass method. The properties of human vision system have been taken into account in the implementation of these two methods. An index produced by the cluster method is a weighted sum of the number of found spots, and an index produced by band-pass method is a weighted sum of coefficients of variations of gray-levels for each spatial band. Both methods produce larger indices for visually poor samples, so they can discern good samples from the poor ones. The difference between the indices for good and poor samples is slightly larger produced by the cluster method. 11 However, without the samples evaluated by human experts, the goodness of these results is still questionable. This comparison will be left to the next phase of the project.

Computational Evaluation of Print Unevenness According to Human Vision

Print quality and the printability of paper are very important attributes when modern printing applications are considered. In prints containing images, high print quality is a basic requirement. Tone unevenness and non uniform glossiness of printed products are the most disturbing factors influencing overall print quality. These defects are caused by non ideal interactions of paper, ink and printing devices in high speed printing processes. Since print quality is a perceptive characteristic, the measurement of unevenness according to human vision is a significant problem. In this thesis, the mottling phenomenon is studied. Mottling is a printing defect characterized by a spotty, non uniform appearance in solid printed areas. Print mottle is usually the result of uneven ink lay down or non uniform ink absorption across the paper surface, especially visible in mid tone imagery or areas of uniform color, such as solids and continuous tone screen builds. By using existing knowledge on visual perception and known methods to quantify print tone variation, a new method for print unevenness evaluation is introduced. The method is compared to previous results in the field and is supported by psychometric experiments. Pilot studies are made to estimate the effect of optical paper characteristics prior to printing, on the unevenness of the printed area after printing. Instrumental methods for print unevenness evaluation have been compared and the results of the comparison indicate that the proposed method produces better results in terms of visual evaluation correspondence. The method has been successfully implemented as ail industrial application and is proved to be a reliable substitute to visual expertise.

Characterisation of Human Neutral and Lysosomal alpha-Mannosidases

Neutral alpha-mannosidase and lysosomal MAN2B1 alpha-mannosidase belong to glycoside hydrolase family 38, which contains essential enzymes required for the modification and catabolism of asparagine-linked glycans on proteins. MAN2B1 catalyses lysosomal glycan degradation, while neutral α-mannosidase is most likely involved in the catabolism of cytosolic free oligosaccharides. These mannose containing saccharides are generated during glycosylation or released from misfolded glycoproteins, which are detected by quality control in the endoplasmic reticulum. To characterise the biological function of human neutral α-mannosidase, I cloned the alpha-mannosidase cDNA and recombinantly expressed the enzyme. The purified enzyme trimmed the putative natural substrate Man9GlcNAc to Man5GlcNAc, whereas the reducing end GlcNAc2 limited trimming to Man8GlcNAc2. Neutral α-mannosidase showed highest enzyme activity at neutral pH and was activated by the cations Fe₂+, Co2+ and Mn₂+, Cu2+ in turn had a strong inhibitory effect on alpha-mannosidase activity. Analysis of its intracellular localisation revealed that neutral alpha-mannosidase is cytosolic and colocalises with proteasomes. Further work showed that the overexpression of neutral alpha-mannosidase affected the cytosolic free oligosaccharide content and led to enhanced endoplasmic reticulum associated degradation and underglycosylation of secreted proteins. The second part of the study focused on MAN2B1 and the inherited lysosomal storage disorder α-mannosidosis. In this disorder, deficient MAN2B1 activity is associated with mutations in the MAN2B1 gene. The thesis reports the molecular consequences of 35 alpha-mannosidosis associated mutations, including 29 novel missense mutations. According to experimental analyses, the mutations fall into four groups: Mutations, which prevent transport to lysosomes are accompanied with a lack of proteolytic processing of the enzyme (groups 1 and 3). Although the rest of the mutations (groups 2 and 4) allow transport to lysosomes, the mutated proteins are less efficiently processed to their mature form than is wild type MAN2B1. Analysis of the effect of the mutations on the model structure of human lysosomal alpha-mannosidase provides insights on their structural consequences. Mutations, which affect amino acids important for folding (prolines, glycines, cysteines) or domain interface interactions (arginines), arrest the enzyme in the endoplasmic reticulum. Surface mutations and changes, which do not drastically alter residue volume, are tolerated better. Descriptions of the mutations and clinical data are compiled in an α-mannosidosis database, which will be available for the scientific community. This thesis provides a detailed insight into two ubiquitous human alpha-mannosidases. It demonstrates that neutral alpha-mannosidase is involved in the degradation of cytosolic oligosaccharides and suggests that the regulation of this α-mannosidase is important for maintaining the cellular homeostasis of N-glycosylation and glycan degradation. The study on alpha-mannosidosis associated mutations identifies multiple mechanisms for how these mutations are detrimental for MAN2B1 activity. The α-mannosidosis database will benefit both clinicians and scientific research on lysosomal alpha‑mannosidosis.

Design and implementation of robot gripper interface

This thesis presents a design for an asynchronous interface to Robotiq adaptive gripper s-model. Designed interface is a communication layer that works on top of modbus layer. The design contains function definitions, finite state machine and exceptions. The design was not fully implemented but enough was so that it can be used. The implementation was done with c++ in linux environment. Additionally to the implementation a simple demo program was made to show the interface is used. Also grippers closing speed and force were measured. There is also a brief introduction into robotics and robot grasping.

Machine vision methods for process measurements in pulping

The papermaking industry has been continuously developing intelligent solutions to characterize the raw materials it uses, to control the manufacturing process in a robust way, and to guarantee the desired quality of the end product. Based on the much improved imaging techniques and image-based analysis methods, it has become possible to look inside the manufacturing pipeline and propose more effective alternatives to human expertise. This study is focused on the development of image analyses methods for the pulping process of papermaking. Pulping starts with wood disintegration and forming the fiber suspension that is subsequently bleached, mixed with additives and chemicals, and finally dried and shipped to the papermaking mills. At each stage of the process it is important to analyze the properties of the raw material to guarantee the product quality. In order to evaluate properties of fibers, the main component of the pulp suspension, a framework for fiber characterization based on microscopic images is proposed in this thesis as the first contribution. The framework allows computation of fiber length and curl index correlating well with the ground truth values. The bubble detection method, the second contribution, was developed in order to estimate the gas volume at the delignification stage of the pulping process based on high-resolution in-line imaging. The gas volume was estimated accurately and the solution enabled just-in-time process termination whereas the accurate estimation of bubble size categories still remained challenging. As the third contribution of the study, optical flow computation was studied and the methods were successfully applied to pulp flow velocity estimation based on double-exposed images. Finally, a framework for classifying dirt particles in dried pulp sheets, including the semisynthetic ground truth generation, feature selection, and performance comparison of the state-of-the-art classification techniques, was proposed as the fourth contribution. The framework was successfully tested on the semisynthetic and real-world pulp sheet images. These four contributions assist in developing an integrated factory-level vision-based process control.

The Human Communication Science Virtual Lab (HCS vLab): A repository microclimate in a rapidly evolving research-ecosystem

Presentation at Open Repositories 2014, Helsinki, Finland, June 9-13, 2014