Coarse Global Visual Localization of a Mobile Robot

Localization, which is the ability of a mobile robot to estimate its position within its environment, is a key capability for autonomous operation of any mobile robot. This thesis presents a system for indoor coarse and global localization of a mobile robot based on visual information. The system is based on image matching and uses SIFT features as natural landmarks. Features extracted from training images arestored in a database for use in localization later. During localization an image of the scene is captured using the on-board camera of the robot, features are extracted from the image and the best match is searched from the database. Feature matching is done using the k-d tree algorithm. Experimental results showed that localization accuracy increases with the number of training features used in the training database, while, on the other hand, increasing number of features tended to have a negative impact on the computational time. For some parts of the environment the error rate was relatively high due to a strong correlation of features taken from those places across the environment.

Release Process Effectiveness - Case of Operating Room Management Software

Työn päätavoitteena oli tuoda esiin tärkeimmät julkistamisprosessin tehokkuuteen vaikuttavat tekijät. Tutkimuksessa tarkasteltiin aihetta julkistamisprojektien vetäjän näkökulmasta. Kirjallinen selvitys kattaa keskeisimmät ohjelmistoprosessin, palvelun laadun sekä projektihallinnan teoriat. Kokeellisena aineistona käytettiin asiakkailta ja myynnin sekä käyttöönoton organisaatioilta tullutta palautetta ja asiantuntijahaastatteluita. Case-tuotteena tarkasteltiin suuren kansainvälisen yrityksen jälleenmyymää leikkaussalihallinnan ohjelmistoa. Tärkeimpiä julkistamisprosessin tehokkuuteen vaikuttavia tekijöitä ovat tiekartan ja julkistamispakettien sisällön hallinta, projektin aikataulujen pitäminen, rehellinen ja nopea kommunikaatio myyntikanavaan ja asiakkaille, sekä hyvin toteutettu testaus. Työssä käydään läpi esimerkkistrategioita kehittymiseen näillä alueilla.

Business competence and training needs in Finnish companies operating in the Leningrad Region

Tässä pro gradu -työssä tutkitaan Leningradin alueella, Venäjällä, toimivien suomalaisyritysten liiketoimintaosaamisen koulutustarpeita. Tavoitteena on ollut tutkia, millaisia yritysten koulutustarpeet ovat, sekä lisäksi selvittää yleisemmällä tasolla, miten liiketoimintaosaaminen määritellään. Useat tutkimusta varten haastatellut johtajat pitävät liiketoimintaosaamista erityisesti markkinoilla toimimiseen liittyvänä osaamisena. Myös johtaminen, sekä tuotteet ja teknologia nähdään liiketoimintaosaamisen tärkeinä osina. Yrityksillä on koulutustarpeita seuraavilla alueilla: johtaminen; myynti, markkinat ja asiakkaat; yrityksen sisäinen yhteistyö; kielet, sekä juridiikka ja laskentatoimi. Haastateltavien mukaan markkinoiden nopea kehitys sekä yrityksen kasvu luovat yrityksille koulutustarpeita. Yllättäen myös Venäjän koulutusjärjestelmää itsessään pidetään koulutustarpeiden syynä. Tutkimuksessa mukana olleiden yritysten koulutuskäytännöt ovat keskenään melko erilaisia: koulutusbudjetti, koulutuspäivien määrä ja koulutusorganisaation valintakriteerit vaihtelevatyrityksestä riippuen. Joka tapauksessa yleisin koulutusmuoto näyttää olevan yrityksen sisäinen koulutus. Monet haastateltavat painottavat suuresti uusien työntekijöiden kouluttamista. Selvästikin rekrytointi ja uusien työntekijöiden koulutus vievät suuren osan tutkimusta varten haastateltujen johtajien ajasta. Tärkeä huomio koulutusmarkkinoihin liittyen on se, että lyhyiden, kaikille avoimien koulutusten kohdalla markkinat ovat Pietarissa täynnä. Suurimpana uhkana nähdään alalla vallitseva kouluttajapula.

Mobile robot localization using sonar ranging and wlan intensity maps

 Main goal of this thesis was to implement a localization system which uses sonars and WLAN intensity maps to localize an indoor mobile robot. A probabilistic localization method, Monte Carlo Localization is used in localization. Also the theory behind probabilistic localization is explained. Two main problems in mobile robotics, path tracking and global localization, are solved in this thesis. Implemented system can achieve acceptable performance in path tracking. Global localization using WLAN received signal strength information is shown to provide good results, which can be used to localize the robot accurately, but also some bad results, which are no use when trying to localize the robot to the correct place. Main goal of solving ambiguity in office like environment is achieved in many test cases.

Project for Active and Robot Vision Course

Tässä työssä raportoidaan harjoitustyön kehittäminen ja toteuttaminen Aktiivisen- ja robottinäön kurssille. Harjoitustyössä suunnitellaan ja toteutetaan järjestelmä joka liikuttaa kappaleita robottikäsivarrella kolmiuloitteisessa avaruudessa. Kappaleidenpaikkojen määrittämiseen järjestelmä käyttää digitaalisia kuvia. Tässä työssä esiteltävässä harjoitustyötoteutuksessa käytettiin raja-arvoistusta HSV-väriavaruudessa kappaleiden segmentointiin kuvasta niiden värien perusteella. Segmentoinnin tuloksena saatavaa binäärikuvaa suodatettiin mediaanisuotimella kuvan häiriöiden poistamiseksi. Kappaleen paikkabinäärikuvassa määritettiin nimeämällä yhtenäisiä pikseliryhmiä yhtenäisen alueen nimeämismenetelmällä. Kappaleen paikaksi määritettiin suurimman nimetyn pikseliryhmän paikka. Kappaleiden paikat kuvassa yhdistettiin kolmiuloitteisiin koordinaatteihin kalibroidun kameran avulla. Järjestelmä liikutti kappaleita niiden arvioitujen kolmiuloitteisten paikkojen perusteella.

Joustavan robotisoidun särmäyssolun käyttöönotto levytuotetahtaalla

Diplomityön ensimmäisenä tavoitteena on selvittää robotisoidun särmäyssolun tehokkaimmat käyttöalueet särmättävien kappaleiden muotojen ja laitteiston teknisten edellytysten perusteella. Toisena tavoitteena on tuoda esille robotisoidun särmäyssolun käyttöönottoon liittyviä ongelmia ja antaa käytännön ohjeita niiden ratkaisemiseksi. Tuloksia sovelletaan jatkossa kohdeyrityksen markkinoiman särmäyssolun tuotekehitykseen. Särmäyksen automatisoinnin pääpiirteitä tarkastellaan tutkimalla markkinoilla olevien robottisolujen toimintaperiaatteita ja ohjelmointitapoja. Työssä on myös esitetty kohdeyrityksen omat tavoitteet ja lähtökohdat särmäysmenetelmien kehittämiseen, joista tärkeimmät ovat integroitavuus joustavaan valmistusjärjestelmään ja solun kehittäminen myyntiartikkeliksi. Työssä esitellään robotisoidun särmäyssolun toimintaa kuvaamalla työkierron toiminnot pääpiirteissään. Samassa yhteydessä esitellään myös solun konekanta sekä koneiden välillä tapahtuva tiedon siirto. Erityisenä mielenkiinnon kohteena ovat olleet joustavan valmistusjärjestelmän soluohjaimen toiminnot ja särmäyssolun toimivuus FMS:n osana. Analyyttisessä osuudessa tutkitaan kappaleiden särmättävyyttä robotisoidussa tuotantoratkaisussa. Lähtökohdaksi on otettu särmäyspuristimen, robotin, lisälaitteiden ja kappaleen muotojen asettamat rajoitukset sekä toisaalta robotisoinnin tuomat uudet mahdollisuudet. Tulosten perusteella robotisointi soveltuu parhaiten painaville tai monimutkaisille kappaleille, joiden manuaalisärmäys vie paljon aikaa. Taloudellisia käyttöalueita kartoitettiin tutkimalla eräkokoon, ohjelmointiajan, kappaleajan ja särmien määrän vaikutusta valmistuskustannuksiin. Robotisoinnin on todettu kannattavan yrityksissä, joissa sarjat ovat usein toistuvia ja eräkoot yli 150 kappaleen suuruisia. Kappaleen muoto ja särmien määrä vaikuttaa monin tavoin kappaleaikaan ja siten myös valmistuskustannuksiin. Robotisoinnin kannattavuutta on näissä tapauksissa arvioitava aina tapauskohtaisesti työkierron vaatimien toimintojen perusteella.

Successful Implementation of an ERP System

Työn tarkoituksena on tarkastella ERP-järjestelmän käyttöönottoa ja tarjota ohjekartta kuinka tehdä se menestyksekkäästi. Lisäksi työ kartoittaa Konecranesin saamia etuja ja hyötyjä yrityksen ottaessa ERP-järjestelmä käyttöön. Käyttöönottoprojekti, sen vaiheet ja muut merkittävät ERP-projekteihin liittyvät vaiheet on kuvattu työssä yksityiskohtaisesti. Ensiksi ERP-järjestelmän käyttöönottoa tarkastellaan kirjallisuuteen perustuen. Myöhemmin sitä tarkastellaan perustuen kirjoittajan kokemuksiin ja havaintoihin ERP-järjestelmän käyttöönotosta, ja vertaillaan käytännön suhdetta teoriaan.ERP-järjestemät ovat kalliita ja niiden käyttöön ottaminen on aikaa vievää. Viimeisen vuosikymmenen aikana yritykset ovat enenevissä määrin alkaneet ottamaan ERP-järjestelmiä käyttöön. ERP-järjestelmät ovat saavuttaneet kasvavaa suosiota mm. niiden operaatioita integroivan ja tehostavan luonteesta ansiosta sekä niiden kyvystä tarjota päivitettyä tietoa reaaliajassa.Myös menestyksekkäissä ERP-projekteissa on parantamisen varaa. Mitattaessa ERP- projektin menestyksellisyyttä pitäisi käyttää sekä määrällisiä että laadullisia mittareita. On helppoa käyttää ainoastaan määrällisiä mittareita. Usein kuitenkin laadulliset asiat ovat tärkeämpiä. Ihmiset on saatava sitoutumaan yhteiseen tavoitteeseen kommunikaation avulla. Huonoja ensivaikutelmia on vaikea muuttaa. Vaikka vaikuttaisikin siltä, että ERP-projekti on onnistunut, kun kaikki näyttää hyvältä ”paperilla”, loppujen lopuksi systeemiä käyttävät ihmiset päättävät projektin menestyksellisyydestä. Järjestelmän käyttöönottohetkeä on pidettävä ERP-projektin ensimmäisenä vaiheena.

Simulation Supported Robot Programming using XML

The main objective of this master's thesis is to study robot programming using simulation software, and also how to embed the simulation software into company's own robot controlling software. The further goal is to study a new communication interface to the assembly line's components -more precisely how to connect the robot cell into this new communication system. Conveyor lines are already available where the conveyors use the new communication standard. The robot cell is not yet capable of communicating with to other devices using the new communication protocols. The main problem among robot manufacturers is that they all have their own communication systems and programming languages. There has not been any common programming language to program all the different robot manufacturers robots, until the RRS (Realistic Robot Simulation) standards were developed. The RRS - II makes it possible to create the robot programs in the simulation software and it gives a common user interface for different robot manufacturers robots. This thesis will present the RRS - II standard and the robot manufacturers situation for the RRS - II support. Thesis presents how the simulation software can be embedded into company's own robot controlling software and also how the robot cell can be connected to the CAMX (Computer Aided Manufacturing using XML) communication system.

Control remoto del robot ABB IRB 120 por tecnología Wifi

Durante toda la evolución de la tecnología, se han empleado aparatos interconexionados por cables. Los cables limitan la libertad de movimiento del usuario y pueden captar interferencias entre ellos si la red de cableado es elevada. Mientras avanzaba la tecnología inalámbrica, se ha ido adaptando al equipamiento electrónico a la vez que se iban haciendo cada vez más pequeños. Por esto, se impone la necesidad de utilizarlos como controles a distancia sin el empleo de cables debido a los inconvenientes que estos conllevan. El presente trabajo, pretende unificar tres tecnologías que pueden tener en el futuro una gran afinidad. · Dispositivos basados en el sistema Android. Desde sus inicios, han tenido una evolución meteórica. Se han ido haciendo cada vez más rápidos y mejores. · Sistemas inalámbricos. Los sistemas wifi o bluetooth, se han ido incorporando a nuestras vidas cada vez más y están prácticamente en cualquier aparato. · Robótica. Cualquier proceso de producción incorpora un robot. Son necesarios para hacer muchos trabajos que, aunque el hombre lo puede realizar, un robot reduce los tiempos y la peligrosidad de los procesos. Aunque las dos primeras tecnologías van unidas, ¿quién no tiene un teléfono con conexión wifi y bluetooth?, pocos diseños aúnan estos campos con la Robótica. El objetivo final de este trabajo es realizar una aplicación en Android para el control remoto de un robot, empleando el sistema de comunicación inalámbrico. La aplicación desarrollada, permite controlar el robot a conveniencia del usuario en un entorno táctil/teledirigido. Gracias a la utilización de simulador en ambos lenguajes (RAPID y Android), ha sido posible realizar la programación sin tener que estar presente ante el robot objeto de este trabajo. A través de su progreso, se ha ido evolucionando en la cantidad de datos enviados al robot y complejidad en su procesamiento, a la vez que se ha mejorado en la estética de la aplicación. Finalmente se usó la aplicación desarrollada con el robot, consiguiendo con éxito que realizara los movimientos que eran enviados con la tablet programada.

Development of a Filter Aid Proportioning, Mixing, and Feeding System for a Polishing Filter

The purpose of this work was to study the characteristics of the most commonly used filter aid materials and their influences on the design of proportioning, mixing, and feeding system for polishing filter family. Based on the literature survey and hands-on experience a system was designed with defined equipment and capital and operating costs. The system was designed to serve precoating and bodyfeeding applications and is easily extended to be used in multiple filter processes. Also a test procedure was carried out where influences of flux and filter cloths to accumulated cake were studied. Filter aid is needed in challenging conditions to improve filtration efficiency and cleaning, and thus extend the operating life of the filter media. Filter aid preparation and feeding system was designed for the use of two different filter aids; precoat and bodyfeed. Precoating is used before the filtration step initiates. If the solids in the filterable solution have a tendency to clog the filter bag easily, precoat is used on the filter bag to obtain better filtration efficiency and quality. Diatomite or perlite is usually used as a precoating substance. The intention is to create a uniform cake to the overall surface of the filter cloth, with predetermined thickness, 2 – 5 mm. This ensures that the clogging of the filter cloth is reduced and the filtration efficiency is increased. Bodyfeed is used if the solids in the filterable solution have a tendency to form a sticky impermeable filter cake. The cake properties are enhanced by maintaining the permeability of the accumulating cake by using the filter aid substance as bodyfeed during the filtration process.

Characterization and Control Strategies of an Integrated Chemical-Biological System for the Remediation of Toxic Pollutants in Wastewater: A case of study

In a previous work, a hybrid system consisting of an advanced oxidation process (AOP) named Photo-Fenton (Ph-F) and a fixed bed biological treatment operating as a sequencing batch biofilm reactor (SBBR) was started-up and optimized to treat 200 mg·L-1 of 4-chlorophenol (4-CP) as a model compound. In this work, studies of reactor stability and control as well as microbial population determination by molecular biology techniques were carried out to further characterize and control the biological reactor. Results revealed that the integrated system was flexible and even able to overcome toxic shock loads. Oxygen uptake rate (OUR) in situ was shown to be a valid tool to control the SBBR operation, to detect toxic conditions to the biomass, and to assess the recovery of performance. A microbial characterization by 16S rDNA sequence analysis reveals that the biological population was varied, although about 30% of the bacteria belonged to the Wautersia genus.

Sensor Fusion of Proprioception, Force and Vision in Estimation and Robot

Sensor-based robot control allows manipulation in dynamic environments with uncertainties. Vision is a versatile low-cost sensory modality, but low sample rate, high sensor delay and uncertain measurements limit its usability, especially in strongly dynamic environments. Force is a complementary sensory modality allowing accurate measurements of local object shape when a tooltip is in contact with the object. In multimodal sensor fusion, several sensors measuring different modalities are combined to give a more accurate estimate of the environment. As force and vision are fundamentally different sensory modalities not sharing a common representation, combining the information from these sensors is not straightforward. In this thesis, methods for fusing proprioception, force and vision together are proposed. Making assumptions of object shape and modeling the uncertainties of the sensors, the measurements can be fused together in an extended Kalman filter. The fusion of force and visual measurements makes it possible to estimate the pose of a moving target with an end-effector mounted moving camera at high rate and accuracy. The proposed approach takes the latency of the vision system into account explicitly, to provide high sample rate estimates. The estimates also allow a smooth transition from vision-based motion control to force control. The velocity of the end-effector can be controlled by estimating the distance to the target by vision and determining the velocity profile giving rapid approach and minimal force overshoot. Experiments with a 5-degree-of-freedom parallel hydraulic manipulator and a 6-degree-of-freedom serial manipulator show that integration of several sensor modalities can increase the accuracy of the measurements significantly.

Treatment of oily wastewater by ultrafiltration: The effect of different operating and solution conditions

In many industries, such as petroleum production, and the petrochemical, metal, food and cosmetics industries, wastewaters containing an emulsion of oil in water are often produced. The emulsions consist of water (up to 90%), oils (mineral, animal, vegetable and synthetic), surfactants and other contaminates. In view of its toxic nature and its deleterious effects on the surrounding environment (soil, water) such wastewater needs to be treated before release into natural water ways. Membrane-based processes have successfully been applied in industrial applications and are considered as possible candidates for the treatment of oily wastewaters. Easy operation, lower cost, and in some cases, the ability to reduce contaminants below existing pollution limits are the main advantages of these systems. The main drawback of membranes is flux decline due tofouling and concentration polarisation. The complexity of oil-containing systems demands complementary studies on issues related to the mitigation of fouling and concentration polarisation in membranebased ultrafiltration. In this thesis the effect of different operating conditions (factors) on ultrafiltration of oily water is studied. Important factors are normally correlated and, therefore, their effect should be studied simultaneously. This work uses a novel approach to study different operating conditions, like pressure, flow velocity, and temperature, and solution properties, like oil concentration (cutting oil, diesel, kerosene), pH, and salt concentration (CaCl2 and NaCl)) in the ultrafiltration of oily water, simultaneously and in a systematic way using an experimental design approach. A hypothesis is developed to describe the interaction between the oil drops, salt and the membrane surface. The optimum conditions for ultrafiltration and the contribution of each factor in the ultrafiltration of oily water are evaluated. It is found that the effect on permeate flux of the various factors studied strongly depended on the type of oil, the type of membrane and the amount of salts. The thesis demonstrates that a system containing oil is very complex, and that fouling and flux decline can be observed even at very low pressures. This means that only the weak form of the critical flux exists for such systems. The cleaning of the fouled membranes and the influence of different parameters (flow velocity, temperature, time, pressure, and chemical concentration (SDS, NaOH)) were evaluated in this study. It was observed that fouling, and consequently cleaning, behaved differently for the studied membranes. Of the membranes studied, the membrane with the lowest propensity for fouling and the most easily cleaned was the regenerated cellulose membrane (C100H). In order to get more information about the interaction between the membrane and the components of the emulsion, a streaming potential study was performed on the membrane. The experiments were carried out at different pH and oil concentration. It was seen that oily water changed the surface charge of the membrane significantly. The surface charge and the streaming potential during different stages of filtration were measured and analysed being a new method for fouling of oil in this thesis. The surface charge varied in different stages of filtration. It was found that the surface charge of a cleaned membrane was not the same as initially; however, the permeability was equal to that of a virgin membrane. The effect of filtration mode was studied by performing the filtration in both cross-flow and deadend mode. The effect of salt on performance was considered in both studies. It was found that salt decreased the permeate flux even at low concentration. To test the effect of hydrophilicity change, the commercial membranes used in this thesis were modified by grafting (PNIPAAm) on their surfaces. A new technique (corona treatment) was used for this modification. The effect of modification on permeate flux and retention was evaluated. The modified membranes changed their pore size around 33oC resulting in different retention and permeability. The obtained results in this thesis can be applied to optimise the operation of a membrane plant under normal or shock conditions or to modify the process such that it becomes more efficient or effective.

Learning Robot Motions from Visual Sensing

Learning from demonstration becomes increasingly popular as an efficient way of robot programming. Not only a scientific interest acts as an inspiration in this case but also the possibility of producing the machines that would find application in different areas of life: robots helping with daily routine at home, high performance automata in industries or friendly toys for children. One way to teach a robot to fulfill complex tasks is to start with simple training exercises, combining them to form more difficult behavior. The objective of the Master’s thesis work was to study robot programming with visual input. Dynamic movement primitives (DMPs) were chosen as a tool for motion learning and generation. Assuming a movement to be a spring system influenced by an external force, making this system move, DMPs represent the motion as a set of non-linear differential equations. During the experiments the properties of DMP, such as temporal and spacial invariance, were examined. The effect of the DMP parameters, including spring coefficient, damping factor, temporal scaling, on the trajectory generated were studied.

Parallel-Operating Three-Phase Voltage Source Inverters – Circulating CurrentModeling, Analysis and Mitigation

The maximum realizable power throughput of power electronic converters may be limited or constrained by technical or economical considerations. One solution to this problemis to connect several power converter units in parallel. The parallel connection can be used to increase the current carrying capacity of the overall system beyond the ratings of individual power converter units. Thus, it is possible to use several lower-power converter units, produced in large quantities, as building blocks to construct high-power converters in a modular manner. High-power converters realized by using parallel connection are needed for example in multimegawatt wind power generation systems. Parallel connection of power converter units is also required in emerging applications such as photovoltaic and fuel cell power conversion. The parallel operation of power converter units is not, however, problem free. This is because parallel-operating units are subject to overcurrent stresses, which are caused by unequal load current sharing or currents that flow between the units. Commonly, the term ’circulatingcurrent’ is used to describe both the unequal load current sharing and the currents flowing between the units. Circulating currents, again, are caused by component tolerances and asynchronous operation of the parallel units. Parallel-operating units are also subject to stresses caused by unequal thermal stress distribution. Both of these problemscan, nevertheless, be handled with a proper circulating current control. To design an effective circulating current control system, we need information about circulating current dynamics. The dynamics of the circulating currents can be investigated by developing appropriate mathematical models. In this dissertation, circulating current models aredeveloped for two different types of parallel two-level three-phase inverter configurations. Themodels, which are developed for an arbitrary number of parallel units, provide a framework for analyzing circulating current generation mechanisms and developing circulating current control systems. In addition to developing circulating current models, modulation of parallel inverters is considered. It is illustrated that depending on the parallel inverter configuration and the modulation method applied, common-mode circulating currents may be excited as a consequence of the differential-mode circulating current control. To prevent the common-mode circulating currents that are caused by the modulation, a dual modulator method is introduced. The dual modulator basically consists of two independently operating modulators, the outputs of which eventually constitute the switching commands of the inverter. The two independently operating modulators are referred to as primary and secondary modulators. In its intended usage, the same voltage vector is fed to the primary modulators of each parallel unit, and the inputs of the secondary modulators are obtained from the circulating current controllers. To ensure that voltage commands obtained from the circulating current controllers are realizable, it must be guaranteed that the inverter is not driven into saturation by the primary modulator. The inverter saturation can be prevented by limiting the inputs of the primary and secondary modulators. Because of this, also a limitation algorithm is proposed. The operation of both the proposed dual modulator and the limitation algorithm is verified experimentally.