Development of a Control System for a Tele Operated Mobile Robot

Mobile robots are capable of performing spatial displacement motions in different environments. This motions can be calculated based on sensorial data (autonomous robot) or given by an operator (tele operated robot). This thesis is focused on the latter providing the control architecture which bridges the tele operator and the robot’s locomotion system and end effectors. Such a task might prove overwhelming in cases where the robot comprises a wide variety of sensors and actuators hence a relatively new option was selected: Robot Operating System (ROS). The control system of a new robot will be sketched and tested in a simulation model using ROS together with Gazebo in order to determine the viability of such a system. The simulated model will be based on the projected shape and main features of the real machine. A stability analysis will be performed first theoretically and afterwards using the developed model. This thesis concluded that both the physical properties and the control architecture are feasible and stable settling up the ground for further work with the same robot.

Design of traction transmission and suspension systems for an omni-directional mobile robot

This project aims to design and manufacture a mobile robot with two Universal Robot UR10 mainly used indoors. In order to obtain omni-directional maneuverability, the mobile robot is constructed with Mecanum wheels. The Mecanum wheel can move in any direction with a series of rollers attached to itself. These rollers are angled at 45º about the hub’s circumference. This type of wheels can be used in both driving and steering with their any-direction property. This paper is focused on the design of traction system and suspension system, and the velocity control of Mecanum wheels in the close-loop control system. The mechanical design includes selection of bearing housing, couplers which are act as connection between shafts, motor parts, and other needed components. The 3D design software SolidWorks is utilized to assemble all the components in order to get correct tolerance. The driving shaft is designed based on assembled structure via the software as well. The design of suspension system is to compensate the assembly error of Mecanum wheels to guarantee the stability of the robot. The control system of motor drivers is realized through the Robot Operating System (ROS) on Ubuntu Linux. The purpose of inverse kinematics is to obtain the relationship among the movements of all Mecanum wheels. Via programming and interacting with the computer, the robot could move with required speed and direction.

Automated User Interface testing in Symbian Operating System

Tässä diplomityössä tutkitaan automatisoitua testausta ja käyttöliittymätestauksen tekemistä helpommaksi Symbian-käyttöjärjestelmässä. Työssä esitellään Symbian ja Symbian-sovelluskehityksessä kohdattavia haasteita. Lisäksi kerrotaan testausstrategioista ja -tavoista sekä automatisoidusta testaamisesta. Lopuksi esitetään työkalu, jolla testitapausten luominen toiminnalisuus- ja järjestelmätestaukseen tehdään helpommaksi. Graafiset käyttöliittymättuovat ainutlaatuisia haasteita ohjelmiston testaamiseen. Ne tehdään usein monimutkaisista komponenteista ja niitä suunnitellaan jatkuvasti uusiksi ohjelmistokehityksen aikana. Graafisten käyttöliittymien testaukseen käytetään usein kaappaus- ja toistotyökaluja. Käyttöliittymätestauksen testitapausten suunnittelu ja toteutus vaatii paljon panostusta. Koska graafiset käyttöliittymät muodostavat suuren osan koodista, voitaisiin säästää paljon resursseja tekemällä testitapausten luomisesta helpompaa. Käytännön osuudessa toteutettu projekti pyrkii tähän tekemällä testiskriptien luomisesta visuaalista. Näin ollen itse testien skriptikieltä ei tarvitse ymmärtää ja testien hahmottaminen on myös helpompaa.

Monitoring System Resources During Automated Testing in Symbian Operating System

Tässä diplomityössä esitellään ohjelmistotestauksen ja verifioinnin yleisiä periaatteita sekä käsitellään tarkemmin älypuhelinohjelmistojen verifiointia. Työssä esitellään myös älypuhelimissa käytettävä Symbian-käyttöjärjestelmä. Työn käytännön osuudessa suunniteltiin ja toteutettiin Symbian-käyttöjärjestelmässä toimiva palvelin, joka tarkkailee ja tallentaa järjestelmäresurssien käyttöä. Verifiointi on tärkeä ja kuluja aiheuttava tehtävä älypuhelinohjelmistojen kehityssyklissä. Kuluja voidaan vähentää automatisoimalla osa verifiointiprosessista. Toteutettu palvelin automatisoijärjestelmäresurssien tarkkailun tallentamalla tietoja niistä tiedostoon testien ajon aikana. Kun testit ajetaan uudestaan, uusia tuloksia vertaillaan lähdetallenteeseen. Jos tulokset eivät ole käyttäjän asettamien virherajojen sisällä, siitä ilmoitetaan käyttäjälle. Virherajojen ja lähdetallenteen määrittäminen saattaa osoittautua vaikeaksi. Kuitenkin, jos ne määritetään sopivasti, palvelin tuottaa hyödyllistä tietoa poikkeamista järjestelmäresurssien kulutuksessa testaajille.

Network Device Driver Design and Implementation for Symbian Operating System

Tämä diplomityö esittää Symbianin käyttöjärjestelmän verkkoarkkitehtuuriin perustuvan paikallisverkkokortin (LAN) käyttöönottoa. Pääajatus oli keskitetty langattoman LAN— kortin (WLAN) ajureiden käyttöönottoon. Jokainen Symbianin käyttöjärjestelmän verkkoarkkitehtuurin komponentti oli huolellisesti tutkittu, painottaen mahdollista langattoman yhteyden uudelleenkäyttöä. Myös olemassaolevan Ethernetkortin ajureiden uudelleenkäyttö oli huolellisesti otettu huomioon. Diplomityöprojektin aikana esimerkki WLAN-kortin ajurin lähdekoodista oli esitetty. Tämä ajuri on kirjoitettu NOKIA DTN-20 WLAN-korttia varten. Havaittiin myös, että suurin osa Symbianin käyttöjärjestelmän verkkoarkkitehtuurista voidaan käyttää myös WLAN-pohjaisessa yhteydessä ilman muutoksia.. Esitetty ajuri käyttää myös tiettyjä olemassaolevan Ethernetkortin ajureita, esim. Logical Device Driver (LDD):tä.

Reusable Bluetooth Networking Component for Symbian Operating System

Tässä diplomityössä käsitellään eri näkökulmia ohjelmistojen uudelleenkäyttöön sekä esitellään perustiedot langattomiin laitteisiin käytettävästä Symbian-käyttöjärjestelmästä ja langattomasta Bluetooth-teknologiasta. Työn käytännön osuudessa suunniteltiin ja toteutettiin uudelleenkäytettävä Bluetooth-ohjelmistokomponentti Symbiankäyttöjärjestelmälle. Ohjelmistojen uudelleenkäytön edut ovat erittäin selkeitä. Uudelleenkäytettävät ohjelmistokomponentit parantavat ohjelmiston laatua ja suorituskykyä. Ohjelmistotuotteiden tuotekehityssykliä voidaan lyhentää merkittävästi ja kehitystyön kokonaiskustannuksia voidaan alentaa tehokkaalla uudelleenkäyttöohjelmalla. Kuitenkin uudelleenkäytöllä on myös esteitä, esimerkkeinä näistä ovat mm. resurssien puute, koulutus sekä uudelleenkäytön vastaiset asenteet. Bluetooth-teknologia on kypsynyt viimeisen kahden vuoden aikana, kun markkinoille on tullut yhä enemmän Bluetooth-laitteita ja niitä käyttäviä sovelluksia. Kehitetty komponentti tarjoaa perustoiminnallisuudet Bluetooth-yhteyksien muodostamiselle ja datan siirtämiselle laitteiden välillä.

Protocol Specific Embedded Operating System

Sulautettujen järjestelmien määrä kuten niiden sisältämä älykkyyskin ovat viime vuosina kasvaneet merkittävästi. Sulautettujen ohjelmistojen yleistymistä ja monipuolistumista on edesauttanut sulautettujen laitteistojen prosessointitehon merkittävä kehittyminen, jonka myötä entistä vaativampien ohjelmistojen totetuttaminen sulautetusti on mahdollistunut. Seuraavana sulautettujen järjestelmien kehitysaskeleena on nähtävissä järjestelmien kommunikointikyvyn paraneminen ja siten uusien ja uudentyyppisten sulautettujen ratkaisujen toteuttaminen. VTT on päättänyt tutkia sulautettujen järjestelmien kommunikointia ja kehittää sulautettun protokolla-alustan. Tutkimuksen perusta on CVOPS protokollajärjestelmä, jota jatkokehittämällä pyritään toteuttamaan sulautettu protokollajärjestelmä, µCVOPS. Tässä diplomityössä esitetään kommunikaation sulautetulle järjestelmälle asettamia vaatimuksia, järjestelmän suunnittelu ja prototyypitys sulautetulla laitteistolla. Prototyypitykseen on käytetty sulautettua DragonBall mikrokontrolleria jonka käyttöjärjestelmänä käytettiin sulautettua Linux:a. Tälle alustalle on tehty CVOPS:sta modifioitu versio, jolla µCVOPS:ia pystytään simuloimaan.

Java Mobile Media API porting in Symbian Operating System

Työssä tutkitaan, kuinka Symbian käyttöjärjestelmälle voidaan tehdä siirrettäviä ohjelmia. Työssä käydään läpi menetelmiä, jotka helpottavat ohjelmistojen siirrettävyyttä uudelle alustalle. Uuteen älypuhelimeen voi tulla monia uusia komponentteja. Laite voi muuttua piiritasolla, käyttöjärjestelmästä voi tulla uusi versio sekä siirrettävästä ohjelmasta voi tulla uusi versio. Kaikki nämä vaikuttavat ohjelman siirrettävyyteen. Työssä tehtiin Java-rajapinnan siirto uudelle alustalle. Prosessin aikana löydettiin tärkeitä tekijöitä, jotka vaikuttavat ohjelmiston siirrettävyyteen. Siirrettävyys sinänsä pitäisi ottaa huomioon ohjelmistoprosessin jokaisessa vaiheessa. Älypuhelimista tulee jatkuvasti uusia versioita. Tämä tekee ohjelmien siirrettävyydestä hyvin tärkeän tekijän ohjelmistojen suunnittelussa. Hyvin suunniteltu ohjelma on helpompi ylläpitää, päivättää ja siirtää myöhemmin.

Control of a line robot system with Embedded Linux

Many, if not all, aspects of our everyday lives are related to computers and control. Microprocessors and wireless communications are involved in our lives. Embedded systems are an attracting field because they combine three key factors, small size, low power consumption and high computing capabilities. The aim of this thesis is to study how Linux communicates with the hardware, to answer the question if it is possible to use an operating system like Debian for embedded systems and finally, to build a Mechatronic real time application. In the thesis a presentation of Linux and the Xenomai real time patch is given, the bootloader and communication with the hardware is analyzed. BeagleBone the evaluation board is presented along with the application project consisted of a robot cart with a driver circuit, a line sensor reading a black line and two Xbee antennas. It makes use of Xenomai threads, the real time kernel. According to the obtained results, Linux is able to operate as a real time operating system. The issue of future research is the area of embedded Linux is also discussed.

RTOS Framework for Real-Time Control System

This thesis is done as a complementary part for the active magnet bearing (AMB) control software development project in Lappeenranta University of Technology. The main focus of the thesis is to examine an idea of a real-time operating system (RTOS) framework that operates in a dedicated digital signal processor (DSP) environment. General use real-time operating systems do not necessarily provide sufficient platform for periodic control algorithm utilisation. In addition, application program interfaces found in real-time operating systems are commonly non-existent or provided as chip-support libraries, thus hindering platform independent software development. Hence, two divergent real-time operating systems and additional periodic extension software with the framework design are examined to find solutions for the research problems. The research is discharged by; tracing the selected real-time operating system, formulating requirements for the system, and designing the real-time operating system framework (OSFW). The OSFW is formed by programming the framework and conjoining the outcome with the RTOS and the periodic extension. The system is tested and functionality of the software is evaluated in theoretical context of the Rate Monotonic Scheduling (RMS) theory. The performance of the OSFW and substance of the approach are discussed in contrast to the research theme. The findings of the thesis demonstrates that the forged real-time operating system framework is a viable groundwork solution for periodic control applications.

Uuden robottisolun ohjelmointitavan mahdollisuudet pienille ja keskisuurille yrityksille

Robotin ohjelmointi on aikaa vievää ja tarvitsee robotin ohjelmoinnin tuntevan operaattorin toimimaan robotin opettajana. Saadakseen robottisolun kustannustehokkaaksi operaattorilla olisi hyvä olla useampi solu hoidettavanaan samaan aikaan. Tämä ei ole suuri ongelma suurille yrityksille, joissa voi olla kymmeniä robottisoluja. Jos kyseessä on pieni tai keskisuuri yritys, automatisointi-investointi voi jäädä tekemättä ohjelmoinnin vaikeuden aiheuttaman ongelman vuoksi. Diplomityössä keskityttiin tutkimaan robotisointia pienten ja keskisuurten yritysten kannalta. Teoriaosassa on keskitytty robottisolun suunnittelun kannalta tarvittaviin perustietoihin robotin rakenteesta, ohjausjärjestelmästä, ohjelmoinnista sekä turvallisuudesta. Näiden perustietojen lisäksi on huomioitu hitsauksen automatisointia sekä taluttamalla ohjelmoitavan robottisolun tekninen konsepti. Taluttamalla ohjelmoitavan robottisolun konseptin käsittelyosassa on myös perehdytty taluttamalla ohjelmoinnin vaatimiin komponentteihin kuten voima/vääntö-anturi. Robottisolun suunnittelu on tehtävä koneasetuksen vaatimusten mukaan. Turvallisuus osiossa on käsitelty koneasetuksen vaatimuksia koneensuunnittelulle ja käytännön osassa on käsitelty Winnovan taluttamalla ohjelmoitavan robottisolun suunnittelua koneasetuksen ohjeiden mukaan. Käytännön osassa on tutkittu taluttamalla ohjelmoinnin tuomia etuja muihin ohjelmointimenetelmiin nähden sekä suoritettu investointilaskelmat taluttamalla ohjelmoitavasta ja opettamalla ohjelmoitavasta robottisolusta. Koetuloksista nähdään taluttamalla ohjelmoinnin olevan nopeampi ja yksinkertaisempi tapa ohjelmoida robottia kuin opettamalla ohjelmointi. Investointilaskelmien vertailusta nähdään taluttamalla ohjelmoinnin tulevan opettamalla ohjelmointia edullisemmaksi vaihtoehdoksi käyttökustannusten edullisuuden ansiosta.

Dual light barrier method for six degrees of freedom tool center point calibration of an industrial robot

Tool center point calibration is a known problem in industrial robotics. The major focus of academic research is to enhance the accuracy and repeatability of next generation robots. However, operators of currently available robots are working within the limits of the robot´s repeatability and require calibration methods suitable for these basic applications. This study was conducted in association with Stresstech Oy, which provides solutions for manufacturing quality control. Their sensor, based on the Barkhausen noise effect, requires accurate positioning. The accuracy requirement admits a tool center point calibration problem if measurements are executed with an industrial robot. Multiple possibilities are available in the market for automatic tool center point calibration. Manufacturers provide customized calibrators to most robot types and tools. With the handmade sensors and multiple robot types that Stresstech uses, this would require great deal of labor. This thesis introduces a calibration method that is suitable for all robots which have two digital input ports free. It functions with the traditional method of using a light barrier to detect the tool in the robot coordinate system. However, this method utilizes two parallel light barriers to simultaneously measure and detect the center axis of the tool. Rotations about two axes are defined with the center axis. The last rotation about the Z-axis is calculated for tools that have different width of X- and Y-axes. The results indicate that this method is suitable for calibrating the geometric tool center point of a Barkhausen noise sensor. In the repeatability tests, a standard deviation inside robot repeatability was acquired. The Barkhausen noise signal was also evaluated after recalibration and the results indicate correct calibration. However, future studies should be conducted using a more accurate manipulator, since the method employs the robot itself as a measuring device.

Co-creating Value For Smart Phone Operating Systems Via Virtual Discussion Forums

In the traditional way, value is created by manufacturer or producer of a product without engaging the customers. So, traditionally value creation is a monopoly in the part of a manufacturer. After gathering all the raw materials the manufacturers are inserting value to a product. And the inserted value is recognized in the time of consuming the product. In the modern time though there is traditional way of value creation but with the increase of more educated, smart, and technically sound customers the idea of value creation has changed. Now, customers are also contributing in value creation as value co-creator even before the product is consumed. This scenario has been encountered in the thesis with the main purpose of how value is cocreated in smart phone operating systems. The purpose is further divided into the following supobjectives: o What is value co-creation in smart phone operating systems? o Who participates in value co-creation in smart phone operating systems? o What are the procedures that are involved in value co-creation in smart phone operating systems? The research was conducted as a qualitative desk study by observing two of the leading smart phone operating system providers. Data has been collected from the official discussion forum of both the operating system providers. Other general concepts relating to the purpose of the study has been encountered through literature review. The research findings reveal that customers and companies both together co-create value of anticipated level when they communicate and interact with each other. However, most of the time customer to customer interactions, dialogues and discussions that come out in the core conversation help the value co-creation. The value co-creation framework sets up the customer at the main focus of value creation theory. By nullifying the inherited notion that companies only create value within its boundary and provide it to their customers in exchange of currencies. Rationally, it has been commenced that the firms are merely compromising value propositions to its customers. But the value has been co-created in a point where offerings are combined and interacted with customers’ capabilities, knowledge, resources and perceptions. This new perspective has radically altered the prospect of firms towards its customers. Typically customers are now taking part in value cocreation as a crucial member.

Dynamic Runtime Variation and Branding in S60 Software

Diplomityössä tutkitaan keinoja brändätä ja varioida S60-ohjelmistoja dynaamisesti ja ajonaikaisesti. S60 on kehitysalusta, jota käyttävät useat puhelinvalmistajat ja heidän puhelimiaan käyttävät lukuisat eri operaattorit. Operaattorit haluavat puhelimiensa tai osan puhelimen sovelluksista erottuvan kilpailijoista heidän omalla brändillään ja tämän takia täytyy olla keinot joko koko puhelimen, tai valittujen sovellusten brändäykselle. Osa sovelluksista saatetaan haluta vaihtavan käytettyä brändiä sen käyttämien resurssien, kuten verkkopalvelimen, mukaan. Variointidataa tulee myös pystyä jakamaan eri sovellusten tai sovellusten osien kesken. Työssä esitellään Symbian käyttöjärjestelmä ja S60 kehitysympäristö, sekä pohditaan Symbianin turvallisuuskäytäntöjen tuomia haasteita variointidatan jakamiseen eri sovellusten välillä. Olemassaolevia variointitapoja tutkitaan työn mahdolliseksi pohjaksi. Työ sisältää esittelyn projektista, jossa kehitettiin erään S60 sovelluksen dynaaminen brändäystoteutus, joka myös mahdollistaa variointidatan jakamisen eri sovellusten kanssa.

Evaluation of performance analysis software for Linux computing cluster

Tietokonejärjestelmän osien ja ohjelmistojen suorituskykymittauksista saadaan tietoa,jota voidaan käyttää suorituskyvyn parantamiseen ja laitteistohankintojen päätöksen tukena. Tässä työssä tutustutaan suorituskyvyn mittaamiseen ja mittausohjelmiin eli ns. benchmark-ohjelmistoihin. Työssä etsittiin ja arvioitiin eri tyyppisiä vapaasti saatavilla olevia benchmark-ohjelmia, jotka soveltuvat Linux-laskentaklusterin suorituskyvynanalysointiin. Benchmarkit ryhmiteltiin ja arvioitiin testaamalla niiden ominaisuuksia Linux-klusterissa. Työssä käsitellään myös mittausten tekemisen ja rinnakkaislaskennan haasteita. Benchmarkkeja löytyi moneen tarkoitukseen ja ne osoittautuivat laadultaan ja laajuudeltaan vaihteleviksi. Niitä on myös koottu ohjelmistopaketeiksi, jotta laitteiston suorituskyvystä saisi laajemman kuvan kuin mitä yhdellä ohjelmalla on mahdollista saada. Olennaista on ymmärtää nopeus, jolla dataa saadaan siirretyä prosessorille keskusmuistista, levyjärjestelmistä ja toisista laskentasolmuista. Tyypillinen benchmark-ohjelma sisältää paljon laskentaa tarvitsevan matemaattisen algoritmin, jota käytetään tieteellisissä ohjelmistoissa. Benchmarkista riippuen tulosten ymmärtäminen ja hyödyntäminen voi olla haasteellista.