Experimental validation of a 3-D vision-based measurement system applied to robot calibration

One of the problems that slows the development of off-line programming is the low static and dynamic positioning accuracy of robots. Robot calibration improves the positioning accuracy and can also be used as a diagnostic tool in robot production and maintenance. A large number of robot measurement systems are now available commercially. Yet, there is a dearth of systems that are portable, accurate and low cost. In this work a measurement system that can fill this gap in local calibration is presented. The measurement system consists of a single CCD camera mounted on the robot tool flange with a wide angle lens, and uses space resection models to measure the end-effector pose relative to a world coordinate system, considering radial distortions. Scale factors and image center are obtained with innovative techniques, making use of a multiview approach. The target plate consists of a grid of white dots impressed on a black photographic paper, and mounted on the sides of a 90-degree angle plate. Results show that the achieved average accuracy varies from 0.2mm to 0.4mm, at distances from the target from 600mm to 1000mm respectively, with different camera orientations.

Performance evaluation of 3D computer vision techniques

This work presents the implementation and comparison of three different techniques of three-dimensional computer vision as follows: • Stereo vision - correlation between two 2D images • Sensorial fusion - use of different sensors: camera 2D + ultrasound sensor (1D); • Structured light The computer vision techniques herein presented took into consideration the following characteristics: • Computational effort ( elapsed time for obtain the 3D information); • Influence of environmental conditions (noise due to a non uniform lighting, overlighting and shades); • The cost of the infrastructure for each technique; • Analysis of uncertainties, precision and accuracy. The option of using the Matlab software, version 5.1, for algorithm implementation of the three techniques was due to the simplicity of their commands, programming and debugging. Besides, this software is well known and used by the academic community, allowing the results of this work to be obtained and verified. Examples of three-dimensional vision applied to robotic assembling tasks ("pick-and-place") are presented.

Stock Market reaction to the CSR announcements of American fast food companies

The purpose of this study is to examine whether Corporate Social Responsibility (CSR) announcements of the three biggest American fast food companies (McDonald’s, YUM! Brands and Wendy’s) have any effect on their stock returns as well as on the returns of the industry index (Dow Jones Restaurants and Bars). The time period under consideration starts on 1st of May 2001 and ends on 17th of October 2013. The stock market reaction is tested with an event study utilizing CAPM. The research employs the daily stock returns of the companies, the index and the benchmarks (NASDAQ and NYSE). The test of combined announcements did not reveal any significant effect on the index and McDonald’s. However the stock returns of Wendy’s and YUM! Brands reacted negatively. Moreover, the company level analyses showed that to their own CSR releases McDonald’s stock returns respond positively, YUM! Brands reacts negatively and Wendy’s does not have any reaction. Plus, it was found that the competitors of the announcing company tend to react negatively to all the events. Furthermore, the division of the events into sustainability categories showed statistically significant negative reaction from the Index, McDonald’s and YUM! Brands towards social announcements. At the same time only the index was positively affected by to the economic and environmental CSR news releases.

Energy and Dynamics of the solar agricultural robot "SolarSprayer"

The main objective of the present study was to design an agricultural robot, which work is based on the generation of the electricity by the solar panel. To achieve the proper operation of the robot according to the assumed working cycle the detailed design of the main equipment was made. By analysing the possible areas of implementation together with developments, the economic forecast was held. As a result a decision about possibility of such device working in agricultural sector was made and the probable topics of the further study were found out.

Putkimaisten kappaleiden hitsausautomaatioratkaisun kehittäminen

Putkipalkkiliitosten käyttäminen offshore-teollisuuden rakennusten tukirakenteissa on erittäin yleistä. Liitosten valmistaminen on hankalaa ja hidasta. Hyvin usein tukirakenteiden putkipalkkiliitokset joudutaan hitsaamaan manuaalisesti tukirakenteen suuren koon vuoksi. Tukirakenteen uudella valmistustavalla, jossa rakenne kootaan pienemmistä osista, voidaan putkipalkkiliitosten valmistaminen ja hitsaaminen automatisoida. Robottihitsausasema sekä sen käyttöliittymä ja ohjelmisto todettiin toimivaksi ratkaisuksi putkipalkkiliitosten hitsaamiseen. Automaatiosuunnitteluun liittyy monia eri vaiheita, joiden huolellinen läpikäynti takaa todenmukaisemman konseptiratkaisun. Konseptiratkaisu kehittyy samalla, kun laitteistoja ja layoutia muokataan valmiimmiksi. Automaatiosuunnittelun aikana pyritään löytämään oikea taso automaatiolle. Valittu automaation taso vaikuttaa tuotannon tuottavuuteen, läpimenoaikaan ja joustavuuteen. Automaation määrällä vaikutetaan myös ihmisen tekemän työn määrään ja työnkuvaan. Tässä diplomityössä kehitettiin Pemamek Oy:lle hitsausautomaatioratkaisuja putkimaisille kappaleille. Putkiston osia valmistavan tehtaan hitsaus- ja tuotantoautomaation konseptiratkaisua tarkasteltiin esimerkkitapauksen muodossa, jolla kuvattiin, kuinka automaatiojärjestelmä voidaan suunnitella konseptitasolle. Toinen hitsausautomaatioratkaisu, joka tässä työssä kehitettiin, on robottihitsausasema käyttöliittymineen putkipalkkiliitoksen hitsaamiseen.

Deep generative models for facial keypoints detection

A new area of machine learning research called deep learning, has moved machine learning closer to one of its original goals: artificial intelligence and general learning algorithm. The key idea is to pretrain models in completely unsupervised way and finally they can be fine-tuned for the task at hand using supervised learning. In this thesis, a general introduction to deep learning models and algorithms are given and these methods are applied to facial keypoints detection. The task is to predict the positions of 15 keypoints on grayscale face images. Each predicted keypoint is specified by an (x,y) real-valued pair in the space of pixel indices. In experiments, we pretrained deep belief networks (DBN) and finally performed a discriminative fine-tuning. We varied the depth and size of an architecture. We tested both deterministic and sampled hidden activations and the effect of additional unlabeled data on pretraining. The experimental results show that our model provides better results than publicly available benchmarks for the dataset.

Robottihitsauksen toimintojen kehittäminen hitsaustuotannossa

Tämän diplomityön tarkoituksena oli kehittää robottihitsauksen toimintoja KKR Steel Oy:ssä. Tärkeimmät tutkimuskohteet olivat robottisolujen toiminnan tehostaminen ja uusien robottihitsaukseen sopivien tuotteiden kartoittaminen. Työ on jaettu teoreettiseen ja käytännön osuuteen. Teoriaosassa perehdytään kirjallisuuskatsauksen kautta robottihitsauksen perusteisiin, hitsauksen robotisointiin sekä tuottavuuteen ja laatuun. Robottihitsauksen osuudessa käsitellään hitsausrobotin rakennetta, siihen liittyviä oheislaitteita ja robottien ohjelmointia. Hitsauksen robotisoinnissa selvitetään syitä robottihitsauksen käyttöönotolle, robotisoitavilta tuotteilta vaadittavia ominaisuuksia sekä erilaisia toimenpiteitä robottiaseman toiminnan tehostamiseksi. Tuottavuuteen liittyvässä osuudessa selvitetään erilaisten laskentakaavojen ja tunnuslukujen käyttöä ja merkitystä hitsauksessa. Käytännön osuudessa kartoitettiin yrityksen robottihitsauksen lähtötilanne ja selvitettiin ongelmakohtien perusteella kehittämistoimenpiteitä. Tutkimuksissa seurattiin ja havainnoitiin hitsaustuotannon eri vaiheita, minkä perusteella laadittiin erilaisia parannuskeinoja. Toimenpiteistä saatavan hyödyn arviointiin käytettiin yrityksen tuotantoon sopivia mittareita kuten läpimenoaikaa ja kaariaikasuhdetta. Havaittujen ongelmakohtien perusteella ryhdyttiin kehittämään hitsauskiinnittimien suunnittelua ja käsittelylaitteiden käyttöä hitsaustuotannossa sekä hyödyntämään etäohjelmointia tuotteiden viennissä robottiasemille. Lisäksi robottiasemien käyttöastetta pyrittiin nostamaan tutkimalla käsinhitsattavia tuotteita ja siirtämällä niistä robotille soveltuvimmat robottiasemille hitsattavaksi.

PERFORMANCE ANALYSIS OF A TACTICAL ASSET ALLOCATION – Evidence from the Black–Litterman model based fixed income portfolio

Over time the demand for quantitative portfolio management has increased among financial institutions but there is still a lack of practical tools. In 2008 EDHEC Risk and Asset Management Research Centre conducted a survey of European investment practices. It revealed that the majority of asset or fund management companies, pension funds and institutional investors do not use more sophisticated models to compensate the flaws of the Markowitz mean-variance portfolio optimization. Furthermore, tactical asset allocation managers employ a variety of methods to estimate return and risk of assets, but also need sophisticated portfolio management models to outperform their benchmarks. Recent development in portfolio management suggests that new innovations are slowly gaining ground, but still need to be studied carefully. This thesis tries to provide a practical tactical asset allocation (TAA) application to the Black–Litterman (B–L) approach and unbiased evaluation of B–L models’ qualities. Mean-variance framework, issues related to asset allocation decisions and return forecasting are examined carefully to uncover issues effecting active portfolio management. European fixed income data is employed in an empirical study that tries to reveal whether a B–L model based TAA portfolio is able outperform its strategic benchmark. The tactical asset allocation utilizes Vector Autoregressive (VAR) model to create return forecasts from lagged values of asset classes as well as economic variables. Sample data (31.12.1999–31.12.2012) is divided into two. In-sample data is used for calibrating a strategic portfolio and the out-of-sample period is for testing the tactical portfolio against the strategic benchmark. Results show that B–L model based tactical asset allocation outperforms the benchmark portfolio in terms of risk-adjusted return and mean excess return. The VAR-model is able to pick up the change in investor sentiment and the B–L model adjusts portfolio weights in a controlled manner. TAA portfolio shows promise especially in moderately shifting allocation to more risky assets while market is turning bullish, but without overweighting investments with high beta. Based on findings in thesis, Black–Litterman model offers a good platform for active asset managers to quantify their views on investments and implement their strategies. B–L model shows potential and offers interesting research avenues. However, success of tactical asset allocation is still highly dependent on the quality of input estimates.

O ritmo na queda da desigualdade no Brasil é aceitável?

The rhythm in the fall of inequality in Brazil is acceptable? Evidences of the historical and international context. The following study uses two approaches to answer the question of whether inequality in Brazil is falling fast enough. The first is to compare the variation of the Gini coefficient in Brazil with what was observed in several countries that today belong to the OCDE (United Kingdom, United States, Netherlands, Sweden, France, Norway, and Spain) while these same countries built their social welfare systems during the last century. The second approach is to calculate for how much Brazil must keep up the fall in the Gini coefficient to attain the same levels of inequality of three OCDE countries that can be used as a reference: Mexico, the United States, and Canada. The data indicate that the Gini coefficient in Brazil is falling 0.7 point per year and that this is superior to the rhythm of all the OCDE countries analyzed while they built their welfare systems but Spain, whose Gini fell 0.9 point per year during the 1950s. The time needed to attain various benchmarks in inequality are: 6 years to Mexico, 12 to the United States and 24 to Canadian inequality levels. The general conclusion is that the speed with which inequality is falling is adequate, but the challenge will be to keep inequality falling at the same rate for another two or three decades.

Modulaarinen arkkitehtuuri tuoteperheen kehittämisessä

Modulaarisen tuotteen kehittäminen tehostaa yrityksen kilpailukykyä ja helpottaa asiakkaiden tarpeiden tyydyttämistä. Tuoteperheen edut verrattaessa massatuotantoon ovat laajempi tuotevalikoima sekä parempi tuotettavuus massaräätälöintiin verrattuna. Eri tuotevaihtoehtoja ja moduuleja on mahdollista kehittää rinnakkain. Moduloitava tuoteperhe helpottaa yrityksen eri vaiheita aina tuotteen suunnittelusta huoltotoimenpiteisiin ja lopulta tuotteen purkamiseen. Asiakkaille tärkeitä hyötyjä moduloinnin osalta ovat tuotteiden parempi laatu ja huollettavuus. Täysin uuden modulaarisen tuoteperheen kehittäminen vaatii runsaasti resursseja suunnitteluosastolla. Modulaarisessa tuotteessa suunnittelutyö voidaan kohdistaa vain tietyn moduulin kohdalle ja suunnitteluaikoja saadaan täten lyhennettyä. Tässä kandidaatintyössä tutkittiin, miten hitsausautomaatiosovelluksissa modulaarisuus on toteutettu sekä pohditaan kehityskohteita, koska hitsausautomaatiosovelluksia tuotetaan runsaasti asiakasräätälöintinä. Tarkasteltavana tuoteperheenä oli robottihitsausportaalit ja hitsaustornit.

Robotiikkatuoteperheen kehittäminen

Robottiikkatuoteperheeseen kuuluu robottihitsausportaalit, joiden päärunko rakentuu kote-lopalkeista. Koteloprofiilien käyttö on suosittua teollisuuden eri aloilla ja se soveltuu hyvin raskaaseen konepajateollisuuteen. Hitsausrobottiportaalin suunnitteluun liittyy monia eri vaiheita ja valituilla teknisillä ratkaisuilla voidaan vaikuttaa valmistettavan tuotteen hitsin laatuun ja työn onnistumiseen. Hitsausrobottiportaalit ovat usein asiakasräätälöityjä ratkaisuja, jolloin suunnittelutyö sekä valmistusvaihe vaativat runsaasti kapasiteettia. Modulaarisuuden avulla suunnittelu- ja valmistusvaiheita on mahdollista nopeuttaa sekä parantaa tuotteen testausta, huollettavuutta ja laatua. Tässä diplomityössä tutkittiin, miten hitsausrobottiportaalin vaakapuomi käyttäytyy ja taipuu erilaisissa kuormitustilanteissa. Lisäksi työssä määritettiin alkuperäisen koteloprofiilin tilalle uusi optimoitu koteloprofiili sekä tarkasteltiin moduloinnin mahdollistamista robo-tiikkatuoteperheen portaalisovelluksiin.

Reading Instruction and Instructors’ Perceptions of Learners’ Needs in LINC Level 1-3 Classes

This study investigates instructors’ perceptions of reading instruction and difficulties among Language Instruction for Newcomers to Canada (LINC) Level 1-3 learners. Statistics Canada reports that 60% of immigrants possess inadequate literacy skills. Newcomers are placed in classes using the Canadian Language Benchmarks but large, mixed-level classes create little opportunity for individualized instruction, leading some clients to demonstrate little change in their reading benchmarks. Data were collected (via demographic questionnaires, semi-structured interviews, teaching plans, and field study notes) to create a case study of five LINC instructors’ perceptions of why some clients do not progress through the LINC reading levels as expected and how their previous experiences relate to those within the LINC program. Qualitative analyses of the data revealed three primary themes: client/instructor background and classroom needs, reading, strategies, methods and challenges, and assessment expectations and progress, each containing a number of subthemes. A comparison between the themes and literature demonstrated six areas for discussion: (a) some clients, specifically refugees, require more time to progress to higher benchmarks; (b) clients’ level of prior education can be indicative of their literacy skills; (c) clients with literacy needs should be separated and placed into literacy-specific classes; (d) evidence-based approaches to reading instruction were not always evident in participants’ responses, demonstrating a lack of knowledge about these approaches; (e) first language literacy influences second language reading acquisition through a transfer of skills; and (f) collaboration in the classroom supports learning by extending clients’ capabilities. These points form the basis of recommendations about how reading instruction might be improved for such clients.

Correcting the Errors : A Note on Volatility Forecast Evaluation Based on High-Frequency Data and Realized Volatilities

This note develops general model-free adjustment procedures for the calculation of unbiased volatility loss functions based on practically feasible realized volatility benchmarks. The procedures, which exploit the recent asymptotic distributional results in Barndorff-Nielsen and Shephard (2002a), are both easy to implement and highly accurate in empirically realistic situations. On properly accounting for the measurement errors in the volatility forecast evaluations reported in Andersen, Bollerslev, Diebold and Labys (2003), the adjustments result in markedly higher estimates for the true degree of return-volatility predictability.

Assessing waiting times in the clinical trajectory of patients with lung cancer

Le cancer du poumon a une incidence et une létalité parmi les plus hautes de tous les cancers diagnostiqués au Canada. En considérant la gravité du pronostic et des symptômes de la maladie, l’accès au traitement dans les plus brefs de délais est essentiel. Malgré l’engagement du gouvernement fédéral et les gouvernements provinciaux de réduire les délais de temps d’attente, des balises pour les temps d’attente pour le traitement d’un cancer ne sont toujours pas établis. En outre, le compte-rendu des indicateurs des temps d’attente n’est pas uniforme à travers les provinces. Une des solutions proposées pour la réduction des temps d’attente pour le traitement du cancer est les équipes interdisciplinaires. J’ai complété un audit du programme interdisciplinaire traitant le cancer du poumon à l’Hôpital général juif (l’HGJ) de 2004 à 2007. Les objectifs primaires de l’étude étaient : (1) de faire un audit de la performance de l’équipe interdisciplinaire à l’HGJ en ce qui concerne les temps d’attente pour les intervalles critiques et les sous-groupes de patients ; (2) de comparer les temps d’attente dans la trajectoire clinique des patients traités à l’HGJ avec les balises qui existent ; (3) de déterminer les facteurs associés aux délais plus longs dans cette population. Un objectif secondaire de l’étude était de suggérer des mesures visant à réduire les temps d’attente. Le service clinique à l’HGJ a été évalué selon les balises proposées par le British Thoracic Society, Cancer Care Ontario, et la balise pan-canadienne pour la radiothérapie. Les patients de l’HGJ ont subi un délai médian de 9 jours pour l’intervalle «Ready to treat to first treatment», et un délai médian de 30 jours pour l’intervalle entre le premier contact avec l’hôpital et le premier traitement. Les patients âgés de plus de 65 ans, les patients avec une capacité physique diminuée, et les patients avec un stade de tumeur limité étaient plus à risque d’échouer les balises pour les temps d’attente.

Optimization and validation of a new 3D-US imaging robot to detect, localize and quantify lower limb arterial stenoses

L’athérosclérose est une maladie qui cause, par l’accumulation de plaques lipidiques, le durcissement de la paroi des artères et le rétrécissement de la lumière. Ces lésions sont généralement localisées sur les segments artériels coronariens, carotidiens, aortiques, rénaux, digestifs et périphériques. En ce qui concerne l’atteinte périphérique, celle des membres inférieurs est particulièrement fréquente. En effet, la sévérité de ces lésions artérielles est souvent évaluée par le degré d’une sténose (réduction >50 % du diamètre de la lumière) en angiographie, imagerie par résonnance magnétique (IRM), tomodensitométrie ou échographie. Cependant, pour planifier une intervention chirurgicale, une représentation géométrique artérielle 3D est notamment préférable. Les méthodes d’imagerie par coupe (IRM et tomodensitométrie) sont très performantes pour générer une imagerie tridimensionnelle de bonne qualité mais leurs utilisations sont dispendieuses et invasives pour les patients. L’échographie 3D peut constituer une avenue très prometteuse en imagerie pour la localisation et la quantification des sténoses. Cette modalité d’imagerie offre des avantages distincts tels la commodité, des coûts peu élevés pour un diagnostic non invasif (sans irradiation ni agent de contraste néphrotoxique) et aussi l’option d’analyse en Doppler pour quantifier le flux sanguin. Étant donné que les robots médicaux ont déjà été utilisés avec succès en chirurgie et en orthopédie, notre équipe a conçu un nouveau système robotique d’échographie 3D pour détecter et quantifier les sténoses des membres inférieurs. Avec cette nouvelle technologie, un radiologue fait l’apprentissage manuel au robot d’un balayage échographique du vaisseau concerné. Par la suite, le robot répète à très haute précision la trajectoire apprise, contrôle simultanément le processus d’acquisition d’images échographiques à un pas d’échantillonnage constant et conserve de façon sécuritaire la force appliquée par la sonde sur la peau du patient. Par conséquent, la reconstruction d’une géométrie artérielle 3D des membres inférieurs à partir de ce système pourrait permettre une localisation et une quantification des sténoses à très grande fiabilité. L’objectif de ce projet de recherche consistait donc à valider et optimiser ce système robotisé d’imagerie échographique 3D. La fiabilité d’une géométrie reconstruite en 3D à partir d’un système référentiel robotique dépend beaucoup de la précision du positionnement et de la procédure de calibration. De ce fait, la précision pour le positionnement du bras robotique fut évaluée à travers son espace de travail avec un fantôme spécialement conçu pour simuler la configuration des artères des membres inférieurs (article 1 - chapitre 3). De plus, un fantôme de fils croisés en forme de Z a été conçu pour assurer une calibration précise du système robotique (article 2 - chapitre 4). Ces méthodes optimales ont été utilisées pour valider le système pour l’application clinique et trouver la transformation qui convertit les coordonnées de l’image échographique 2D dans le référentiel cartésien du bras robotisé. À partir de ces résultats, tout objet balayé par le système robotique peut être caractérisé pour une reconstruction 3D adéquate. Des fantômes vasculaires compatibles avec plusieurs modalités d’imagerie ont été utilisés pour simuler différentes représentations artérielles des membres inférieurs (article 2 - chapitre 4, article 3 - chapitre 5). La validation des géométries reconstruites a été effectuée à l`aide d`analyses comparatives. La précision pour localiser et quantifier les sténoses avec ce système robotisé d’imagerie échographique 3D a aussi été déterminée. Ces évaluations ont été réalisées in vivo pour percevoir le potentiel de l’utilisation d’un tel système en clinique (article 3- chapitre 5).