Reconstruction of 3D Planar Objects with Partial Occlusion

Kolmiulotteisten kappaleiden rekonstruktio on yksi konenäön haastavimmista ongelmista, koska kappaleiden kolmiulotteisia etäisyyksiä ei voida selvittää yhdestä kaksiulotteisesta kuvasta. Ongelma voidaan ratkaista stereonäön avulla, jossa näkymän kolmiulotteinen rakenne päätellään usean kuvan perusteella. Tämä lähestymistapa mahdollistaa kuitenkin vain rekonstruktion niille kappaleiden osille, jotka näkyvät vähintään kahdessa kuvassa. Piilossa olevien osien rekonstruktio ei ole mahdollista pelkästään stereonäön avulla. Tässä työssä on kehitetty uusi menetelmä osittain piilossa olevien kolmiulotteisten tasomaisten kappaleiden rekonstruktioon. Menetelmän avulla voidaan selvittää hyvällä tarkkuudella tasomaisista pinnoista koostuvan kappaleen muoto ja paikka käyttäen kahta kuvaa kappaleesta. Menetelmä perustuu epipolaarigeometriaan, jonka avulla selvitetään molemmissa kuvissa näkyvät kappaleiden osat. Osittain piilossa olevien piirteiden rekonstruointi suoritetaan käyttämäen stereonäköä sekä tietoa kappaleen rakenteesta. Esitettyä ratkaisua voitaisiin käyttää esimerkiksi kolmiulotteisten kappaleiden visualisointiin, robotin navigointiin tai esineentunnistukseen.

Yksittäistuotannon robotisointi konenäön avulla

Työn tavoitteena oli uuden konenäköpohjaisen hitsausrobottiaseman käyttöönotto ja järjestelmän kehittäminen siten, että voitiin mahdollistaa vähintään vaadittu 70 %:n kaariaikasuhde ohjelmien sisällä. Aseman käyttöönotolla pyrittiin tehostamaan hitsaustyötä ja helpottamaan tuotanto-paineita osavalmistuksen paneeli-linjalla. Hitsausasemalla parannetaan myös työntekijöiden työergonomiaa sekä koko työn imagoa. Kirjallisen osan tarkoituksena oli tutkia robotisoitua hitsausta ja sen tuomia etuja, verrata jo olemassa olevia ohjelmointimenetelmiä uuteen ohjelmointitapaan ja selvittää robottien tarkkuuksia. Kirjallisuusosan jälkimmäisessä osassa tutustuttiin konenäköön ja sen laitteistoihin sekä sovelluksiin. Kirjallisuus-tutkimuksessa selvisi, että uusi ohjelmointimenetelmä on selvä parannus kyseiseen sovellukseen. Käytännön osassa on esitelty konenäköpohjainen hitsausrobottiasema sen suunnittelusta, käyttöönottoon ja tuotantotesteihin asti. Käytännön osassa on lisäksi esitelty asema osana koko automatisointiprojektia. Lisäksi on kerrottu järjestelmän toiminnasta sekä makroista, joihin robotin toiminta perustuu. Lopuksi on tehty katsaus maailmalla olevista vastaavista järjestelmistä ja niiden teknologioista sekä verrattiin niitä tähän uuteen järjestelmään. Tavoitteena olleeseen 70% kaariaikasuhteeseen ohjelmien sisällä päästiin jo lyhyen koejakson aikana. Käyttöönotettu konenäköpohjainen hitsausrobottiasema on tiettävästi ensimmäinen hitsausasema maailmassa, jota ei tarvitse ohjelmoida etukäteen. Ohjelmointiin kuluva aika on minimaalinen, koska operaattori ohjelmoi robotin sen hitsatessa tuotetta. Kokeellinen osa osoitti, että käyttöönotettu konenäköpohjainen hitsausrobottiasema toimii, kuten se oli suunniteltukin. Käyttöönoton yhteydessä huomattiin monia kehitettäviä asioita, joilla järjestelmästä on mahdollista saada vieläkin tehokkaampi.

Designing a modular, open and expandable Bluetooth-platform

Lähitulevaisuudessa langattomien järjestelmien kaupalliset mahdollisuudet tulevat olemaan valtavia. Tutkiaksemme tulevia tarpeita, tässä diplomityössä esitellään kuinka voidaan suunnitella ja toteuttaa avoin langaton asiakas-palvelin järjestelmä. Järjestelmänä päätettiin käyttää Bluetooth:ia. Tutkituista langattomista standardeista Bluetooth sopii parhaiten akkukäyttöiselle laitteelle, jonka tulee olla monipuolinen. Lisäksi Bluetooth:iin on liitetty suuria kaupallisia odotuksia ja yksi työn tavoitteista olikin tutkia, ovatko nämä odotukset realistisia. Bluetooth:iin havaittiin liittyvän paljon ylimainontaa ja, sen todettiin olevan monimutkainen. Sillä on kuitenkin paljon ominaisuuksia ja erilaisten käyttöprofiilien avulla sitä voidaan käyttää monenlaisiin tehtäviin. Suunniteltu järjestelmä ajaa socket-palvelinta Bluetooth-yhteyden päällä. Tietyntyyppiseen liikenteeseen erikoistuneet socket:t tarjoavat vaaditun laajennattavuuden. Palvelin toteutetiin Linux-säikeenä ja se hallitsee Bluetooth protokollapinoa sekä sovelluksia, joita suoritetaan palvelimella. Näiden sovelluksien palvelut ovat muiden käytössä Bluetooth:n kautta.

Robots and robotic systems for the electronics and telecommunication industry

Tämä diplomityö tutkii elektroniikka- ja telekommunikaatioteollisuutta sekä siihen läheisesti liittyviä robotteja ja robottijärjestelmiä. Tavoitteena on määrittää E&T-teollisuuden prosesseihin soveltuvien robottien testausmenetelmä. Tavoitteena on myös selvittää kahden ABB:n robotin soveltuvuutta E&T-teollisuuden tarpeisiin. Muutamia systemaattisia valmistusjärjestelmien suunnitteluun soveltuvia menetelmiä ja apuvälineitä on myös käsitelty. Alussa työ keskittyy elektroniikka- ja telekommunikaatioteollisuuden nykytilan tutkimiseen sekä siellä vallitsevien ja ennustettujen trendien kartoitukseen. Kohdat “Collaborative manufacturing” ja E&T-teollisuuden valmistusjärjestelmille asettamat vaatimukset käydään yksityiskohtaisesti läpi. Tutkimuksen pääkohteina ovat robotit, erityisesti ABB:n IRB 140 ja IRB 340 sekä robottien testausmenetelmän määrittäminen. Työssä käydään läpi IRB 340:llä suoritetut testit, jotka tehtiin sekä konenäköjärjestelmää apuna käyttäen että ilman. Myös TTKK:lla suoritetut robottitestit on käyty läpi. Robottien testituloksia on analysoitu ja vertailtu muihin robotteihin. Testausmenetelmät perustuvat ISO 9283 standardiin. Viimeinen osa työstä esittelee robottijärjestelmien systemaattiseen suunnitteluun soveltuvia menetelmiä ja apuvälineitä. Esillä ovat mm. Modular function deployment (MFD) ja The system design method (SDM).

Beaming into the rat world: enabling real-time intereaction between rat and human each at their own scale

Immersive virtual reality (IVR) typically generates the illusion in participants that they are in the displayed virtual scene where they can experience and interact in events as if they were really happening. Teleoperator (TO) systems place people at a remote physical destination embodied as a robotic device, and where typically participants have the sensation of being at the destination, with the ability to interact with entities there. In this paper, we show how to combine IVR and TO to allow a new class of application. The participant in the IVR is represented in the destination by a physical robot (TO) and simultaneously the remote place and entities within it are represented to the participant in the IVR. Hence, the IVR participant has a normal virtual reality experience, but where his or her actions and behaviour control the remote robot and can therefore have physical consequences. Here, we show how such a system can be deployed to allow a human and a rat to operate together, but the human interacting with the rat on a human scale, and the rat interacting with the human on the rat scale. The human is represented in a rat arena by a small robot that is slaved to the human"s movements, whereas the tracked rat is represented to the human in the virtual reality by a humanoid avatar. We describe the system and also a study that was designed to test whether humans can successfully play a game with the rat. The results show that the system functioned well and that the humans were able to interact with the rat to fulfil the tasks of the game. This system opens up the possibility of new applications in the life sciences involving participant observation of and interaction with animals but at human scale.

Liikesimulaattorialustan kehittäminen virtuaaliprototyypin avulla

Työn tarkoituksena oli kehittää kuuden vapausasteen liikesimulaattorialusta virtuaaliprototyypin avulla siten, että alustan dynamiikka mallinnetaan Adams-ohjelmistolla ja ohjaus- ja säätöpiiri Matlab Simulink:llä. Tarkoituksena oli tutkia dynaamisen mallin ja säätöteknisen mallin yhdistämistä ja niiden yhteen toimimista. Tarkoituksena oli myös selvittää tulevaisuudessa rakennettavan Stewart:n alustan mekaniikan mitat ja hydraulikomponenttien koot. Työssä tutkittiin alustan käyttäytymistä halutulla liikealueella, nopeuksia joita saavutetaan ja mekaanisia rajoitteita. Työn tuloksesta on tarkoitus rakentaa fyysinen prototyyppi liittyen KONSI-projektiin, jossa kehitetään satamanosturisimulaattori nosturiohjaajan koulutuksen tueksi. Malli tullaan kytkemään Teppo Lehtisen diplomityönä tehtyyn satamanosturi kontin simulointimalliin ja koko järjestelmän on tarkoitus toimia reaaliaikaisena.

In-Vessel Penetrator -käärmerobotin mallinnus ADAMS-ohjelmistolla

Työn tavoitteena oli muodostaa virtuaaliprototyyppi fuusioreaktorin huollossa käytettävästä IVP-robotista. Työssä mallinnettiin robotin mekaniikka joustavana sekä toimilaitteiden ja käyttöjen dynaamiset ominaisuudet valmistajien esitietojen ja mitoitustietojen perusteella. Käyttöjen ja mekaniikan mallit yhdistettiin ADAMS-ohjelmistossa. Mekaanisten joustojen mallinnuksessa sekä verifioinnissa käytettiin apuna ANSYS –ohjelmistoa. Virtuaaliprototyypin toimivuudesta varmistuttiin vertaamalla sitä robotin suunnittelutietoihin ja fyysiseen prototyyppiin. Robotin ohjauksessa käytettävän P-säätäjän vaikutusta tutkittiin eri vahvistuksen arvoilla sekä verrattiin mekaanisia vasteita fyysisen prototyypin dynaamisiin testeihin. Esimerkkinä robotin käyttäytymisestä todellisessa tilanteessa simuloitiin sen ajoa reaktoriin. Toteutetun simulointimallin todettiin vastaavan rakenteeltaan sekä siinä esiintyvien voimien osalta suunnitelmien mukaista konstruktiota. Käytetyillä parametreilla se toteutti hyvin robotille asetetut nopeusvaatimukset.

Beaming into the rat world: enabling real-time intereaction between rat and human each at their own scale

Immersive virtual reality (IVR) typically generates the illusion in participants that they are in the displayed virtual scene where they can experience and interact in events as if they were really happening. Teleoperator (TO) systems place people at a remote physical destination embodied as a robotic device, and where typically participants have the sensation of being at the destination, with the ability to interact with entities there. In this paper, we show how to combine IVR and TO to allow a new class of application. The participant in the IVR is represented in the destination by a physical robot (TO) and simultaneously the remote place and entities within it are represented to the participant in the IVR. Hence, the IVR participant has a normal virtual reality experience, but where his or her actions and behaviour control the remote robot and can therefore have physical consequences. Here, we show how such a system can be deployed to allow a human and a rat to operate together, but the human interacting with the rat on a human scale, and the rat interacting with the human on the rat scale. The human is represented in a rat arena by a small robot that is slaved to the human"s movements, whereas the tracked rat is represented to the human in the virtual reality by a humanoid avatar. We describe the system and also a study that was designed to test whether humans can successfully play a game with the rat. The results show that the system functioned well and that the humans were able to interact with the rat to fulfil the tasks of the game. This system opens up the possibility of new applications in the life sciences involving participant observation of and interaction with animals but at human scale.

Les émotions, bien connaître les siennes pour mieux gérer les leurs

L'adolescence est une période de modification profonde du vécu émotionnel, tant sur le plan qualitatif que quantitatif. La pathologie mentale vient, de plus, compliquer le processus de gestion des émotions, dans les excès ou les débordements; du côté des agirs, ou des manques, du côté de l'abrasion des affects ou de l'alexithymie. Les mouvements émotionnels suscités chez les soignants par les adolescents en souffrance sont colorés des mêmes excès. Pouvoir les reconnaître, les accepter et les gérer de manière souple et modulée nous offre de précieuses informations sur ce que vivent nos patients et leur permet de percevoir et de mesurer leurs effets à travers un miroir et ainsi percevoir une part de leur fonctionnement. Cette capacité soignante a des vertus pare-excitantes et constitue un modèle de gestion des émotions que nos patients adolescents peuvent intégrer. Des ateliers prenant en compte la gestion des émotions complètent ce travail ardu du soignant, qui mobilise son énergie et vient se questionner au plus près de ce qu'il vit et ressent dans sa fonction.

Poétique des objets chez Sophocle : fonctions dramatiques et valeurs symboliques

La thèse propose une analyse du rôle des objets dans quatre tragédies (Ajax, Trachiniennes, Electre, Philoctèté) et un drame satyrique (Limiers) de Sophocle. Le propos est d'étayer le constat selon lequel les objets ont un rôle prépondérant dans l'économie générale de chacune de ces intrigues et de dégager ce rôle chez cet auteur. L'introduction met en évidence l'émergence du material turn en sciences humaines jusque dans les sciences de l'Antiquité en passant par la littérature et l'anthropologie, souligne le caractère souple et opératoire de la catégorie de l'objet, le lien avec la question du signe et du langage non verbal et relève l'absence d'équivalent en grec ancien pour cette catégorie, avec le problème épistémologique que cela implique pour la présente recherche. L'objet n'est pas abordé ici comme accessoire, mais comme entité participant d'une fiction théâtrale. On distingue les moments où les objets sont susceptibles d'apparaître sur scène des moments où ils apparaissent dans des récits ou des évocations. Dans le monde fictionnel constitué par chaque intrigue, sont envisagés les modes d'apparition textuels et poétiques d'objets intra-fictionnels, dans le cadre du genre théâtral, qui combine discours et actions, avec les décalages et les phénomène de dissimulation et d'ostentation que cela implique. Les métaphores et les images jouent ici un rôle prépondérant. Des analyses circonstanciées en 5 chapitres thématisant les objets et leurs fonctions. Dans I'Ajax, les valeurs liées aux armes, en particulier l'épée d'Hector et le bouclier d'Eurysacès, telles qu'elles apparaissent dans l'épopée, sont transposées dans une logique tragique où le prestige lié à ces armes devient polémique et problématique. Le vêtement sacrificiel des Trachiniennes, auquel répond la figure d'Iole, un personnage largement réifiés, thématise le déséquilibre qui caractérise les relations entre Héraclès et Déjanire, dans le cadre des institutions du mariage et du sacrifice, où s'immisce une dimension sauvage et sournoise. Dans l'Electre, au contexte funéraire et d'appel à la vengeance, auquel renvoie une multitude d'objets (sceptre, hache, lit et autres pièces de mobilier, offrandes, etc.) se superpose une dimension méta-fictionnelle et méta-théâtrale investie par l'urne vide. L'arc du Philoctèté constitue l'enjeu dramatique principal de la tragédie et cristallise un débat polémique de valeurs humaines instables auquel s'oppose une logique divine et collective attachée au passé de l'objet, qui se trouve réorienté vers un avenir glorieux. Un passage par le seul drame satyrique conservé de Sophocle permet de constater que l'objet, une tortue-lyre, possède des caractéristiques similaires transposées dans le contexte satyrique, où l'hybridité, les marqueurs de la civilisation, les attributions des Satyres, mais aussi des traits comiques, jouent un rôle prépondérant. La conclusion tente une synthèse et identifie plusieurs observations transversales : jeux sur la présence et l'absence, décalages entre discours et actions, entre langage verbal et non verbal, modalités d'allusion à des personnages, temporalités et espaces absents, détournement des fonctions d'usage, modalités du don, de l'échange et de la privation, procédures de personnification et de réification, rôle prépondérant dans les modalités de l'accomplissement du destin. A la faveur de l'identification de ces caractéristiques transversales, on tente d'ouvrir le propos sur la question du cadavre, dont le statut semble intermédiaire entre personnage et objet, notamment aussi dans \'Antigone, et la figure d'Oedipe, qui apparaît comme un héros- objet dans les deux tragédies que lui consacre Sophocle, l'Oedipe-roi, et \'Oedipe à Colone.

PK-yrityksen investointimalli:robotin hankinnan kannattavuus

Työn tavoitteena oli tutkia robotti-investointia ja muodostaa siitä investointimalli, jossa selvitetään sen aiheuttamat kustannukset ja tuotot investointilaskelmien avulla. Investointimalli tehtiin siten, että sillä pystytään tutkimaan myös tulevia investointihankkeita. Robotti-investointi on luonteeltaan korvausinvestointi, joten sen toteuttamisessa on huomioitu tarkoin sille asetetut vaatimukset. Näiden perusteilla lähdettiin etsimään sopivaa laitetoimittajaa, joka pystyisi täyttämään annetut vaatimukset. Robottiaseman suunnittelu ja kehittäminen tehtiin vahvassa yhteistyössä laitetoimittajien kanssa, joilta saatiin myös tarvittavaa aineistoa teknisistä ominaisuuksista ja käytöstä aiheutuvista kustannuksista. Investoinnin kannattavuutta arvioitiin laskentamallin avulla, jonka tärkeimpinä kannattavuuden mittareina pidettiin takaisinmaksuaikaa ja nykyarvoa. Laskelmien tuloksiin liittyvää epävarmuutta arvioitiin herkkyysanalyysillä, jossa tutkittiin nykyarvon kehitystä eri tapauksissa. Investointia tutkittiin myös muista, kuin taloudellisista näkökulmista, joka vaikutti lopulliseen päätöksentekoon. Investointi muodostui erittäin kannattavaksi.

Runkoverstaan tuotannon läpimenoajan sekä valmistusystävällisyyden kehittäminen

Diplomityö tehtiin kansainväliseen maanalaisia kaivoskoneita toimittavaan yritykseen. Diplomityön tavoitteena oli kartoittaa runkojen läpimenoaikaa robottihitsauksen ja koneistuksen osalta Normet Oy:n hitsaamon tuotannossa. Diplomityön teoriaosassa on esitelty tuotantojärjestelmiä, tuotantotekniikan kehittämisen osa-alueita, valmistusystävällisyyttä, tuotannonohjausta sekä tuotannon mittareita tuottavuuden kehittämisen näkökulmasta. Diplomityön kokeellisessa osassa tehtiin nykyisten tuotantoprosessien tarkat aikaseurannat. Ensisijaisesti koneistuksen kehittämisellä tavoiteltiin asetus- ja sivuaikojen minimointia sekä tuottavampaa lastuamista. Näin ollen uusien työkalujen sekä koneistusinnovaatioiden löytäminen oli avainasemassa kehitystyössä. Robotisoinnin kehittämisessä tärkeintä on tehokkaampien hitsausprosessien hyödyntäminen, laatutekijöiden analysointi sekä robottiystävällisten konstruktioiden käyttöönotto. Case-esimerkissä näitä menetelmiä pyritään esittämään Normetin volyymituote NT100-rungossa.

Serious games for rehabilitation using head-mounted display and haptic devices

In the health domain, the field of rehabilitation suffers from a lack specialized staff while hospital costs only increase. Worse, almost no tools are dedicated to motivate patients or help the personnel to carry out monitoring of therapeutic exercises. This paper demonstrates the high potential that can bring the virtual reality with a platform of serious games for the rehabilitation of the legs involving a head-mounted display and haptic robot devices. We first introduce SG principles and the current context regarding rehabilitation interventions followed by the description of an original haptic device called Lambda Health System. The architecture of the model is then detailed, including communication specifications showing that lag is imperceptible for user (60Hz). Finally, four serious games for rehabilitation using haptic robots and/or HMD were tested by 33 health specialists.

Accuracy of cognitive MRI-targeted biopsy in hitting prostate cancer-positive regions of interest.

PURPOSE: Prostate cancer (PCa) diagnosis relies on clinical suspicion leading to systematic transrectal ultrasound-guided biopsy (TRUSGB). Multiparametric magnetic resonance imaging (mpMRI) allows for targeted biopsy of suspicious areas of the prostate instead of random 12-core biopsy. This method has been shown to be more accurate in detecting significant PCa. However, the precise spatial accuracy of cognitive targeting is unknown. METHODS: Consecutive patients undergoing mpMRI-targeted TRUSGB with cognitive registration (MRTB-COG) followed by robot-assisted radical prostatectomy were included in the present analysis. The regions of interest (ROIs) involved by the index lesion reported on mpMRI were subsequently targeted by two experienced urologists using the cognitive approach. The 27 ROIs were used as spatial reference. Mapping on radical prostatectomy specimen was used as reference to determine true-positive mpMRI findings. Per core correlation analysis was performed. RESULTS: Forty patients were included. Overall, 40 index lesions involving 137 ROIs (mean ROIs per index lesion 3.43) were identified on MRI. After correlating these findings with final pathology, 117 ROIs (85 %) were considered as true-positive lesions. A total of 102 biopsy cores directed toward such true-positive ROIs were available for final analysis. Cognitive targeted biopsy hit the target in 82 % of the cases (84/102). The only identified risk factor for missing the target was an anterior situated ROI (p = 0.01). CONCLUSION: In experienced hands, cognitive MRTB-COG allows for an accuracy of 82 % in hitting the correct target, given that it is a true-positive lesion. Anterior tumors are less likely to be successfully targeted.

Pose-based SLAM with probabilistic scan matching algorithm using a mechanical scanned imaging sonar

This paper proposes a pose-based algorithm to solve the full SLAM problem for an autonomous underwater vehicle (AUV), navigating in an unknown and possibly unstructured environment. The technique incorporate probabilistic scan matching with range scans gathered from a mechanical scanning imaging sonar (MSIS) and the robot dead-reckoning displacements estimated from a Doppler velocity log (DVL) and a motion reference unit (MRU). The proposed method utilizes two extended Kalman filters (EKF). The first, estimates the local path travelled by the robot while grabbing the scan as well as its uncertainty and provides position estimates for correcting the distortions that the vehicle motion produces in the acoustic images. The second is an augment state EKF that estimates and keeps the registered scans poses. The raw data from the sensors are processed and fused in-line. No priory structural information or initial pose are considered. The algorithm has been tested on an AUV guided along a 600 m path within a marina environment, showing the viability of the proposed approach