Learning Grasp Affordances from Vision

Monimutkaisissa ja muuttuvissa ympäristöissä työskentelevät robotit tarvitsevat kykyä manipuloida ja tarttua esineisiin. Tämä työ tutkii robottitarttumisen ja robottitartuntapis-teiden koneoppimisen aiempaa tutkimusta ja nykytilaa. Nykyaikaiset menetelmät käydään läpi, ja Le:n koneoppimiseen pohjautuva luokitin toteutetaan, koska se tarjoaa parhaan onnistumisprosentin tutkituista menetelmistä ja on muokattavissa sopivaksi käytettävissä olevalle robotille. Toteutettu menetelmä käyttää intensititeettikuvaan ja syvyyskuvaan po-hjautuvia ominaisuuksi luokitellakseen potentiaaliset tartuntapisteet. Tämän toteutuksen tulokset esitellään.

Silloitushitsauksen robotisointi

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia ja selvittää kuormakoneen takarunkorakenteen silloitushitsauksen robotisointia. Työ päätettiin rajata koskemaan vain tiettyä moduulia takarungosta. Työssä kartoitettiin tarvittava laitteisto, selvitettiin runkomoduulin silloitusajat sekä arvioitiin investoinnin kannattavuutta. Silloituksen suorittavan järjestelmän vaatimuksena oli, että sen tulee asettaa osat paikoilleen hitsauskiinnittimeen ja tehdä tarvittavat silloitushitsaukset automaattisesti. Sopivaksi laitteistoksi osoittautui taloudellisuuden ja toiminnallisuuden näkökulmasta yhdestä kappaleenkäsittely- sekä hitsausrobotista muodostuva järjestelmä. Kappaleenkäsittelijän ohjauksessa käytetään konenäköä sekä osien paikannuksessa että laadunvarmistuksessa. Robotit liikkuvat yhteisellä lineaariradalla, jonka rinnalla on kappaleenkäsittelylaitteistoja hitsauskiinnittimineen. Robotisoinnin käyttöönotolla yhden takarungon moduulien kokoonpanoon ja silloitukseen käytettävä aika pienenee alle puoleen manuaaliseen työhön verrattuna. Näin saavutetaan merkittäviä kustannussäästöjä. Lisäksi hitsauskiinnittimet voivat olla verrattain yksinkertaisia manuaalityöhön verrattuna, jolloin myös säästetään työkaluinvestoinneissa. Robotisointiprojektin jatkotoimenpiteitä ovat laajamittaiset tuotantosimulaatiot layoutin, laitteiston sekä työkiertojen tarkaksi määrittämiseksi. Lisäksi itse tuotetta on muokattava paremmin robottisilloitukseen sopivaksi.

Modeling, optimizing and simulating robot calibration with accuracy improvement

This work describes techniques for modeling, optimizing and simulating calibration processes of robots using off-line programming. The identification of geometric parameters of the nominal kinematic model is optimized using techniques of numerical optimization of the mathematical model. The simulation of the actual robot and the measurement system is achieved by introducing random errors representing their physical behavior and its statistical repeatability. An evaluation of the corrected nominal kinematic model brings about a clear perception of the influence of distinct variables involved in the process for a suitable planning, and indicates a considerable accuracy improvement when the optimized model is compared to the non-optimized one.

Control of a one-legged robot with energy savings

This paper presents a new strategy to control an one-legged robot aiming to reduce the energy expended by the system. To validate this algorithm, a classic method as benchmark was used. This method has been extensively validated by simulations and experimental prototypes in the literature. For simplicity reasons, the work is restricted to the two dimensional case due to simplicity reasons. This new method is compared to the classic one with respect to performance and energy expended by the system. The model consists on a springy leg, a simple body, and an actuated hinge-type hip. The new control strategy is composed of three parts, considering the hopping height, the forward speed, and the body orientation separately. The method exploits the system passive dynamics, defined as non-forced response of the system. In this case, the model is modified adding a spring to the hip. The method defines a desired leg trajectory close to the passive hip swing movement. Simulation results for both methods are analyzed and compared.

A Test Bed Applied Mobile Robot Navigation

It is presented a test bed applied to studies on dynamics, control, and navigation of mobile robots. A cargo ship scale model was chosen, which can be radio-controlled or operated autonomously through an embedded control system. A control program, which manages on board mission execution, is implemented on a microcontroller. Navigation is based on an electronic compass, which includes automatic compensation for pitch and roll motions. Heading control loop is based on this sensor, and on a rudder positioning system. A propulsion control system is also implemented. Typical manoeuvres as the turning test and "zig-zag", were implemented and tested. They are included on a manoeuvre library, and can be accessed independently or in combined modes. The embedded system is also in charge of signal acquisition and storing during the missions. It is possible to analyse experiments on identification of ship dynamics, control, and navigation, through the data transferred to a PC by serial communication. Navigation is going to be improved by including inertial sensors on board, and a DGPS. Preliminary tests are aimed to ship identification, and manoeuvrability, using free model tests. Future steps include extending this system for developing other mobile robots as, ROVs, AUVs, and aerial vehicles.

Variable structure position control of an industrial robotic manipulator

The use of a robust position controller for a robotic manipulator moving in free space is presented. The aim is to implement in practice a controller that is robust to uncertainties in the model of the system, as well as being inexpensive from a computational point of view. Variable structure theory provides the technique for the design of such controller. The design steps are presented, first from a theoretical perspective and then applied to the control of a two degree-of-freedom manipulator. Simulation results that backed the implementation are presented, followed by the experiments conducted and the results that were obtained. The conclusion is that variable structure control is readily applicable to industrial robots for the robust control of positions.

Proposal of methodology for the modeling and control of manipulators

Industrial applications demand that robots operate in agreement with the position and orientation of their end effector. It is necessary to solve the kinematics inverse problem. This allows the displacement of the joints of the manipulator to be determined, to accomplish a given objective. Complete studies of dynamical control of joint robotics are also necessary. Initially, this article focuses on the implementation of numerical algorithms for the solution of the kinematics inverse problem and the modeling and simulation of dynamic systems. This is done using real time implementation. The modeling and simulation of dynamic systems are performed emphasizing off-line programming. In sequence, a complete study of the control strategies is carried out through the study of several elements of a robotic joint, such as: DC motor, inertia, and gearbox. Finally a trajectory generator, used as input for a generic group of joints, is developed and a proposal of the controller's implementation of joints, using EPLD development system, is presented.

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.

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.

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.

Peruskoulun yläkouluvalinnat Turussa. Perheiden yläkouluvalintojen rakentuminen äitien puheissa ja toimissa

Tutkimuksessa tarkastellaan peruskoulun yläkouluvalintoja Turussa. Tarkastelun keskiössä ovat vuonna 1997 syntyneiden turkulaislasten vanhempien yläkouluvalintaa koskeva yleinen sekä omaan lapseen kiinnittyvä puhe ja toimijuus paikallisessa institutionaalisessa kouluvalintatilassa sekä vanhempien lapsen koulutukseen ja kouluvalintaan liittämät perustelut, merkitykset, arvot ja arvostukset. Tämän lisäksi tutkimuksessa tarkastellaan puheesta ja toimista rakentuvia perheiden kouluvalintastrategioita, joita peilataan äitien koulutuksellisiin ja sosiaalisiin resursseihin sekä paikalliseen toimintapolitiikkaan. Tutkimus ei kerro ainoastaan paikallisessa kontekstissa tapahtuvista kouluvalinnoista, vaan laajemmin yhteiskunnassa vallitsevista hierarkioista ja arvoista sekä koulutukseen ja sosioekonomiseen asemaan linkittyvistä normatiivisista toimintatavoista. Tutkimuksessa käytetään haastattelu- ja kyselyaineistoja. Aineistot kerättiin osana kahta laajempaa Suomen Akatemian rahoittamaa Helsingin ja Turun yliopistojen kanssa yhteistyössä tehtyä tutkimusprojektia Vanhemmat ja kouluvalinta – Perheiden koulutusstrategiat, eriarvoistuminen ja paikalliset koulupolitiikat suomalaisessa peruskoulussa (VAKOVA) 2009–2012 sekä Parents and School Choice. Family Strategies, Segregation and School Policies in Chilean and Finnish Basic Schooling (PASC) 2010–2013. Tutkimusaineistot koostuvat 87 turkulaisäidin haastattelusta ja kyselyaineistosta. Kyselyaineiston analyysissä on käytetty kuvailevia tilastollisia menetelmiä, ja sitä käytetään ensisijaisesti taustoittamaan haastatteluaineistoa. Haastatteluaineiston analyysi perustuu pääasiallisesti teema-analyysiin, mutta toimija-asema-analyysin osalta myös diskursiiviseen lähestymistapaan. Haastatteluaineiston pohjalta esiin nousseiden lasten koulutusta ja kouluvalintoja koskevien kuvausten perusteella perheiden yläkouluvalinnat jaettiin kolmeen erityyppiseen valintastrategiaan: perinteiseen lähikouluvalintastrategiaan (n=41), ambivalenttiseen kouluvalintastrategiaan (n=23) ja päämäärätietoiseen kouluvalintastrategiaan (n=23). Jokainen kolmesta strategiasta piti sisällään kahdenlaista toimijuutta kouluvalintakentällä. Ryhmittely kouluvalintastrategioittain ja toimija-asemittain perustui äitien puhetapaan kouluvalinnoista ja yleisemmin koulutukseen liitetyistä merkityksistä ja arvoista sekä konkreettiseen toimintaan kouluvalinnan suhteen. Lähikouluvalintastrategiaa suosivien jälkeläiset siirtyivät koulunsa yleisluokalle. Perheet toimivat valintakentällä kaupungin rajaavan toimintapolitiikan ohjaamina, jolloin kouluvalinta näytti passiiviselta. Osoitteenmukaiseen kouluun siirtymistä perusteltiin praktisilla syillä; koulumatkan pituudella, kulkuyhteyksillä ja lapsen kaverisuhteilla. Hyvinvointivaltion edellytykseksi nähtiin kaikille taattu samanvertainen koulutus ja edelleen luotettiin perinteistä peruskoulua määrittävään mahdollisuuksien tasa-arvoon. Koulutuksen yhdeksi tärkeäksi tehtäväksi nähtiin lapsen kasvattaminen hyvinvoivaksi ja onnelliseksi. Vanhempien toiminta oli perinteisen kouluvalintastrategian mukaista. Ambivalenttista kouluvalintastrategiaa käyttävistä perheistä toiminta kouluvalintakentällä oli kahtalaista. Äidit joko harkitsivat kouluvalintoja tai vertailivat kouluja ja niihin pääsymahdollisuuksia realistisesti tasapainoillen ohjaavan ja mahdollistavan toimintapolitiikan välimaastossa. Tärkeintä oli olla tietoinen kaupungin kouluvalintapolitiikasta sekä siitä, että valinnoilla voi olla merkitystä jälkikasvun koulupolulle. Eri vaihtoehtojen punnitsemisen jälkeen päädyttiin useimmin lähikoulun painotettuun opetukseen. Lapsen peruskoulutusta haluttiin rikastaa painotetulla opetuksella ja hänen toivottiin pääsevän motivoituneeseen ja oppimismyönteiseen koululuokkaan. Valintoja tehtiin paikallisen toimintapolitiikan puitteissa lapsen parasta toivoen. Koulutuksen tehtäväksi nähtiin lapsen intellektuaalinen kasvu kiedottuna koulutuksen tuottamaan hyvinvointiin ja onnellisuuteen. Perheiden valintastrategiaksi muodostui ambivalenttinen strategia motivoituneen oppimisympäristön löytämiseksi. Päämäärätietoista kouluvalintastrategiaa käyttävät vanhemmat hyödynsivät aktiivisesti erilaisia reittejä tiettyihin yläkouluihin pääsemiseksi. Ennakoivien perheiden lapset olivat opiskelleet sellaisessa alakoulussa, joka ei kuulunut yläkoulun oppilasalueelle, mutta takasi lapselle reitin suosittuun yläkouluun. Määrätietoisten perheissä havahduttiin valintoihin puolestaan yläkouluun siirryttäessä, jolloin koulupaikkaa haettiin sopivimman painotetun opetuksen ja koulun maineen mukaan pois lähiyläkoulusta. Lähikoulu -periaate koettiin epäoikeudenmukaiseksi, sillä lapsella tulee olla oikeus toteuttaa omia kykyjään ja lahjakkuuttaan valikoidussa oppilasryhmässä ja perheillä mahdollisuus valita lapsen koulu. Paikallinen toimintapolitiikka ei näyttänyt rajaavan vanhempien kouluvalintoja. Koulutuksen tarkoitukseksi nähtiin intellektuaalinen kasvu ja akateemissivistävä tehtävä. Päämäärätietoisen kouluvalintavalintastrategian tavoitteena oli perheelle sopivan habituksen takaaminen. Paikallinen toimintapolitiikka mahdollisti vanhempien erilaisten kouluvalintastrategioiden rakentumisen ohjaten ensisijaisesti lähiyläkouluun, mutta samalla mahdollistaen koulun valinnan toissijaisen haun kriteerein. Kouluvalintastrategioihin ja toimintatapaan kouluvalintakentällä kytkeytyi vanhempien koulutukseen liittämät arvot sekä kulttuuriset ja sosiaaliset resurssit ja se, miten niitä käytettiin.

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.

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.

Advocating recognition and redistribution in poverty alleviation programs in Ghana : an examination of state and NGO programs and policies

Abstract This thesis argues that poverty alleviation strategies and programs carried out by the government and Non Governmental Organizations in Ghana provide affirmative solutions to poverty. This is because, these intervention strategies have been influenced by conventional discourses on poverty that fail to adequately address non-economic issues of poverty such as powerlessness, marginalization and tmder-representation. The study is carried out in a two-pronged manner; first, it analyses state policies and strategies, particularly the Ghana Poverty Reduction Strategy (GPRS), on poverty alleviation and compares these to NGO programs, implemented with funds and support from external donor organizations. Specifically, I focus on how NGOs and the governnlent of Ghana negotiate autonomy and financial dependency with their funding donor-partners and how these affect their policies and programs. Findings from this study reveal that while external influences dominate poverty alleviation policies and strategies, NGOs and the government of Ghana exercise varying degrees of agency in navigating these issues. In particular, NGOs have been able to adapt their programs to the changing needs of donor markets, and are also actively engaged in re-orienting poverty back to the political domain through advocacy campaigns. Overall, rural communities in Ghana depend on charitable NGOs for the provision of essential social services, while the Ghanaian government depends on international donor assistance for its development projects.

The role of leaders in building organizational learning capacity

In a world in which social, economic, and environmental circumstances are continuously evolving and increasingly complex, leaders face the challenging prospect of navigating their organizations through unpredictable operating conditions. Finding a way to tap into the learning capacity of the people who comprise their organizations may be the answer to adapt and to survive. This qualitative research study explored the role of leaders in building this organizational learning capacity. The literature identified three domains of personal, interpersonal, and organizational capacity for learning in an organizational setting. Interviews with three senior leaders who had successfully built learning capacity in their respective organizations revealed four elements of leader commitment: (a) to the process of building learning capacity, (b) to organizational objectives and results, (c) to personal actions and behaviours, and (d) to the people of the organization. Each of the four elements of leader commitment spans the three domains of learning capacity that can guide leaders as they build organizational learning capacity.