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.

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.

Comparison between dSPACE and NI systems based on real-time intelligent control of a teleoperated hydraulic servo system

The Laboratory of Intelligent Machine researches and develops energy-efficient power transmissions and automation for mobile construction machines and industrial processes. The laboratory's particular areas of expertise include mechatronic machine design using virtual technologies and simulators and demanding industrial robotics. The laboratory has collaborated extensively with industrial actors and it has participated in significant international research projects, particularly in the field of robotics. For years, dSPACE tools were the lonely hardware which was used in the lab to develop different control algorithms in real-time. dSPACE's hardware systems are in widespread use in the automotive industry and are also employed in drives, aerospace, and industrial automation. But new competitors are developing new sophisticated systems and their features convinced the laboratory to test new products. One of these competitors is National Instrument (NI). In order to get to know the specifications and capabilities of NI tools, an agreement was made to test a NI evolutionary system. This system is used to control a 1-D hydraulic slider. The objective of this research project is to develop a control scheme for the teleoperation of a hydraulically driven manipulator, and to implement a control algorithm between human and machine interaction, and machine and task environment interaction both on NI and dSPACE systems simultaneously and to compare the results.

Novel Interaction Techniques for Mobile Augmented Reality applications. A Systematic Literature Review

This study reviews the research on interaction techniques and methods that could be applied in mobile augmented reality scenarios. The review is focused on themost recent advances and considers especially the use of head-mounted displays. Inthe review process, we have followed a systematic approach, which makes the reviewtransparent, repeatable, and less prone to human errors than if it was conducted in amore traditional manner. The main research subjects covered in the review are headorientation and gaze-tracking, gestures and body part-tracking, and multimodality– as far as the subjects are related to human-computer interaction. Besides these,also a number of other areas of interest will be discussed.

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.

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.

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.

Towards multi bibliographic format support in Invenio

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

User Experience of Geocaching and Its Application to Tourism and Education

Advances in technology have provided new ways of using entertainment and game technology to foster human interaction. Games and playing with games have always been an important part of people’s everyday lives. Traditionally, human-computer interaction (HCI) research was seen as a psychological cognitive science focused on human factors, with engineering sciences as the computer science part of it. Although cognitive science has made significant progress over the past decade, the influence of people’s emotions on design networks is increasingly important, especially when the primary goal is to challenge and entertain users (Norman 2002). Game developers have explored the key issues in game design and identified that the driving force in the success of games is user experience. User-centered design integrates knowledge of users’ activity practices, needs, and preferences into the design process. Geocaching is a location-based treasure hunt game created by a community of players. Players use GPS (Global Position System) technology to find “treasures” and create their own geocaches; the game can be developed when the players invent caches and used more imagination to creations the caches. This doctoral dissertation explores user experience of geocaching and its applications in tourism and education. Globally, based on the Geocaching.com webpage, geocaching has been played about 180 countries and there are more than 10 million registered geocachers worldwide (Geocaching.com, 25.11.2014). This dissertation develops and presents an interaction model called the GameFlow Experience model that can be used to support the design of treasure hunt applications in tourism and education contexts. The GameFlow Model presents and clarifies various experiences; it provides such experiences in a real-life context, offers desirable design targets to be utilized in service design, and offers a perspective to consider when evaluating the success of adventure game concepts. User-centered game designs have adapted to human factor research in mainstream computing science. For many years, the user-centered design approach has been the most important research field in software development. Research has been focusing on user-centered design in software development such as office programs, but the same ideas and theories that will reflect the needs of a user-centered research are now also being applied to game design (Charles et al. 2005.) For several years, we have seen a growing interest in user experience design. Digital games are experience providers, and game developers need tools to better understand the user experience related to products and services they have created. This thesis aims to present what the user experience is in geocaching and treasure hunt games and how it can be used to develop new concepts for the treasure hunt. Engineers, designers, and researchers should have a clear understanding of what user experience is, what its parts are, and most importantly, how we can influence user satisfaction. In addition, we need to understand how users interact with electronic products and people, and how different elements synergize their experiences. This doctoral dissertation represents pioneering work on the user experience of geocaching and treasure hunt games in the context of tourism and education. The research also provides a model for game developers who are planning treasure hunt concepts.

Käyttäjäkokemuksen määrittelyn erot eri käyttäjäryhmien ja kehittäjien välillä sekä niiden merkitys

Usein käyttäjäkokemuksella (user experience, UX) kuvataan tuotteen tai palvelun synnyttämiä tunteita ja kokemuksia. Vaikka UX on yleisesti tunnettu termi ja tärkeä tekijä menestyvän tuotteen luomisessa, ei yhtenäistä määritelmää sille ole muodostunut. Kun suunnittelija, ohjelmistotuottaja ja loppukäyttäjä käsittävät sen eri tavoin, ei tuote vastaa loppukäyttäjän vaatimuksia. Ongelman ratkaisemiseksi laaditaan kysely lukiolaisille ja tuloksia verrataan aikaisempiin tuloksiin, jossa vastaajina olivat yliopisto-opiskelijat ja UX-ammattilaiset. Tulosten perusteella lukiolaiset määrittelevät UX:n hyvin laaja-alaisesti ja sisällyttävät siihen lähes kaikki käyttöön liittyvät asiat. Heille tärkeintä ovat tuotteen konkreettiset ominaisuudet, kuten toimivuus ja luotettavuus. Koska UX merkitsee niin monia asioita loppukäyttäjille, suunnittelijoiden tulisi keskittyä käyttäjäkokemuksen luomiseen sen määrittelemisen sijaan. Oikea käyttäjäkokemus oikealle käyttäjälle.

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.

Front end development for building automation systems using JavaScript Frameworks

Automation technologies are widely acclaimed to have the potential to significantly reduce energy consumption and energy-related costs in buildings. However, despite the abundance of commercially available technologies, automation in domestic environments keep on meeting commercial failures. The main reason for this is the development process that is used to build the automation applications, which tend to focus more on technical aspects rather than on the needs and limitations of the users. An instance of this problem is the complex and poorly designed home automation front-ends that deter customers from investing in a home automation product. On the other hand, developing a usable and interactive interface is a complicated task for developers due to the multidisciplinary challenges that need to be identified and solved. In this context, the current research work investigates the different design problems associated with developing a home automation interface as well as the existing design solutions that are applied to these problems. The Qualitative Data Analysis approach was used for collecting data from research papers and the open coding process was used to cluster the findings. From the analysis of the data collected, requirements for designing the interface were derived. A home energy management functionality for a Web-based home automation front-end was developed as a proof-of-concept and a user evaluation was used to assess the usability of the interface. The results of the evaluation showed that this holistic approach to designing interfaces improved its usability which increases the chances of its commercial success.

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.

Expectations of elderly people on the nurse-client relationship and interaction in home care : "When I see the nurse's smiling face it feels likes sunshine on a rainy and gloomy day"

The purpose of the thesis was to explore expectations of elderly people on the nurse-client relationship and interaction in home care. The aim is to improve the quality of care to better meet the needs of the clients. A qualitative approach was adopted. Semi-structured theme interviews were used for data collection. The interviews were conducted during spring 2006. Six elderly clients of a private home care company in Southern Finland acted as informants. Content analysis was used as the method of data analysis. The findings suggest that clients expect nurses to provide professional care with loving-kindness. Trust and mutual, active interaction were expected from the nurse-client relationship. Clients considered it important that the nurse recognizes each client's individual needs. The nurse was expected to perform duties efficiently, but in a calm and unrushed manner. A mechanic performance of tasks was considered negative. Humanity was viewed as a crucial element in the nurse-client relationship. Clients expressed their need to be seen as human beings. Seeing beyond the illness was considered important. A smiling nurse was described to be able to alleviate pain and anxiety. Clients hoped to have a close relationship with the nurse. The development of a close relationship was considered to be more likely if the nurse is familiar and genuine. Clients wish the nurses to have a more attending presence. Clients suggested that the work areas of the nurses could be limited so that they would have more time to transfer from one place to another. Clients felt that they would benefit from this as well. The nurses were expected to be more considerate. Clients wished for more information regarding changes that affect their care. They wished to be informed about changes in schedules and plans. Clients hoped for continuity from the nurse-client relationship. Considering the expectations of clients promotes client satisfaction. Home care providers have an opportunity to reflect their own care behaviour on the findings. To better meet the needs of the clients, nurses could apply the concept of loving-kindness in their work, and strive for a more attending presence.