Ο πρωταρχικός στόχος αυτής της εργασίας είναι η υλοποίηση μιας βιομηχανικής διάταξης σε εργαστηριακή κλίμακα στην οποία να συνεργάζονται ένα στερεοσκοπικό σύστημα και ένας ρομποτικός βραχίονας. Πιο συγκεκριμένα, η διαδικασία χωρίζεται σε δύο μέρη, την αναγνώριση στο χώρο των επιθυμητών αντικειμένων και την οδήγηση βάση αυτής του ρομποτικού βραχίονα. Για το πρώτο μέρος έγινε χρήση της βιβλιοθήκης OpenCV σε γλώσσα C++ και ως στερεοσκοπικό υλικό χρησιμοποιήθηκαν δύο παράλληλα διατεταγμένες κάμερες τύπου webcam. Η διαδικασία που ακολουθήθηκε για την αναγνώριση θέσης χωρίστηκε σε αρκετά βήματα. Αρχικά δημιουργήθηκε ένα πρόγραμμα το οποίο αποθηκεύει καρέ από τις δύο κάμερες στα οποία απεικονίζεται ένα μοτίβο βαθμονόμησης. Στη συνέχεια, αυτές οι εικόνες εισάγονται στον κώδικα βαθμονόμησης με στόχο να υπολογιστούν οι εγγενείς και εξωγενείς παράμετροι των καμερών. Έπειτα, με τη χρήση των παραμέτρων αυτών και τη θεωρία της επιπολικής γεωμετρίας μπορεί να γίνει η αναγνώριση θέσης ενός αντικειμένου στο χώρο. Τέλος, χρησιμοποιείται ένας αλγόριθμος εντοπισμού του κέντρου ενός αντικειμένου στην οθόνη με βάση το χρώμα έτσι ώστε να καθοριστεί για ποιο αντικείμενο ο αλγόριθμος θα υπολογίσει τη θέση. Στο δεύτερο μέρος χρησιμοποιήθηκε ο ρομποτικός βραχίονας Katana s400 6M90G της εταιρείας Neuronics, ο οποίος προγραμματίστηκε σε γλώσσα C++, σε περιβάλλον Visual Studio 2008. Αρχικά, βρέθηκαν οι γωνίες Euler της αρπάγης, για διαφορετικές προσεγγίσεις του προσανατολισμού της. Με τον συνδυασμό των συντεταγμένων του αντικειμένου, που βρίσκονται από το στερεοσκοπικό σύστημα καθοδηγείται το Katana ώστε να το πιάσει. Τα πειράματα που διεξαχθήκαν περιλάμβαναν την αρπαγή στάσιμων αντικειμένων με γενικό και οριζόντιο προσανατολισμό εργαλείου. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν πειράματα με αντικείμενα εν κινήσει, τυχαίας θέσης με γενικό, κάθετο και οριζόντιο προσανατολισμό αρπάγης. / The primary objective of this thesis is the implementation of an industrial system at laboratory scale in which a stereo system collaborates with a robotic arm. More specifically, the process is divided into two parts, the recognition of the desired objects and the manipulation of the robotic arm. In the first part were used the OpenCV library, in C ++ language and two parallel web-cameras. The procedure for the recognition of the objects, was divided into several steps. Initially a number of images were inserted in the calibration algorithm in order to estimate the intrinsic and extrinsic camera parameters. Then, using these parameters and the epipolar geometry it was possible to recognize the position of an object in 3D space. Finally, an algorithm is used to locate the center of an object on the screen by color in order to determine for what object the algorithm will calculate the position. In the second part was used the robotic arm Katana s400 6M90G by Neuronics, programmed in C ++, in Visual Studio 2008. Initially, the Euler angles of the gripper for different orientations were found. Given the coordinates of the objects, provided by the stereo system, the Katana arm was guided to grasp them. The experiments that were conducted included the grasping of stationary objects in a general and horizontal orientation of the Katana tool. Finally, experiments were performed with objects in motion and random position in general, vertical and horizontal orientation of the gripper.

Ο στόχος αυτής της εργασίας είναι να αποκτήσουμε μία βασική γνώση όλων των διαφορετικών σχεδιαστικών παραμέτρων που πρέπει να εξεταστούν για να είναι εφικτή η κατασκευή και ο έλεγχος ενός πολυαρθρωτού εργαλείου. Επιπλέον, όλες οι αναλυτικές μέθοδοι ελέγχου που βασίζονται στις ιδιαιτερότητες των SMA παρουσιάζονται λεπτομερώς, ώστε να παραχθεί μία ικανοποιητική λύση βασιζόμενη στις μεταβολές κατάστασης των κραμάτων και του συγκεκριμένου βραχίονα. Με άλλα λόγια, μία πλήρης γνώση του πώς σχεδιάζουμε, κατασκευάζουμε, προσομοιώνουμε, ελέγχουμε και απεικονίζουμε ένα λειτουργικό μικροσκοπικό πολυαρθρωτό βραχίονα, με τένοντες βασισμένους σε SMA για ελάχιστα επεμβατική χειρουργική είναι ο στόχος της παρούσας εργασίας. / The purpose of this work is to acquire a fundamental knowledge of all the different design parameters, which must be evaluated in order to be able to fabricate and control a multi-DOF manipulator. Moreover, all the analytical control techniques based on the particularities of the shape memory alloys will be shown in details, in order to provide an efficient solution based on the variations of the alloys and the specific manipulator. In other words, the knowhow of building, evaluating, controlling and displaying a functional tiny multi- DOF SMA-based manipulator for minimally invasive surgery is the purpose of this work.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο προγραμματισμός και ο έλεγχος του ρομποτικού βραχίονα Katana s400 6M90 της εταιρίας Neuronics AG σε διάφορα περιβάλλοντα. Ο ρομποτικός βραχίονας έχει προγραμματιστεί στο περιβάλλον της γλώσσας C++, της γλώσσας C, του Matlab και του Labview. Βασικό στόχο αποτέλεσε η δημιουργία προγραμμάτων, τα οποία θέτουν τον ρομποτικό βραχίονα σε εκτέλεση βασικών λειτουργιών και κινήσεων. Τα προγράμματα αυτά δημιουργήθηκαν στο περιβάλλον της γλώσσας C++ και του Matlab. Προγράμματα για πιο σύνθετες λειτουργίες υλοποιήθηκαν στο περιβάλλον προγραμματισμού της γλώσσας C και του Labview. Στα προγράμματα αυτά συμπεριλαμβάνεται και ο έλεγχος του ρομπότ μέσω κάρτας ψηφιακών εισόδων/εξόδων (IOs), που είναι ενσωματωμένη στην βαθμίδα ελέγχου του ρομπότ. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε έλεγχος μέσω εφαρμογών TCP/IP, μέσω των οποίων δίνεται η δυνατότητα προγραμματισμού του ρομπότ από κάποια απομακρυσμένη θέση. Επιπρόσθετο στόχο αποτέλεσε η ανάπτυξη εφαρμογής, στην οποία χρησιμοποιήθηκε PLC για τον έλεγχο του ρομπότ σε συνδυασμό με μια μεταφορική ταινία, η οποία χρησιμοποιήθηκε για τη μεταφορά αντικειμένων. Κατά την εφαρμογή αυτή, το ρομπότ ελέγχθηκε μέσω της κάρτας ψηφιακών εισόδων/εξόδων. Τέλος, πραγματοποιήθηκε ορθή και αντίστροφη κινηματική ανάλυση και ορισμός του χώρου εργασίας του ρομποτικού βραχίονα. / The purpose of the present graduation study is the programming and control of the robotic arm Katana s400 6M90G, which belongs to the corporation Neuronics AG, under various softwares. The robotic arm has been programmed under a C++ and a C–based software, and under the development environments of Matlab and LabView. The main purpose was the creation of programs, which set the robot in mode of execution of main movements and functions. These programs were created in the environments of C++ and Matlab. Programs for more complex functions were created in the environment of C and LabView. These programs, also, include control via digital inputs/outputs (IOs) card, which is set in the control board of the robot. Moreover, control via TCP/IP applications has been accomplished, through which the user has the ability to program the robot while using a remote pc. An additional purpose was the development of an application, in which a plc and a conveyor were used. In this application, the robot was controlled via the digital inputs/outputs (IOs) card. Finally, direct kinematics and inverse kinematics analysis are presented, such as robot’s workspace definition.

Ο σκοπός αυτής της διπλωματικής είναι η ανάπτυξη ενός προσαρμοστικού ελεγκτή για έναν εύκαμπτο ρομποτικό βραχίονα. Οι μετρήσεις του συστήματος θεωρούνται πως παρεμβάλλονται από θόρυβο, του οποίου τα όρια είναι γνωστά εξ’αρχής. Ένας Set Memebership εκτιμητής υπολογίζει το δυνατό set (ορθότοπο) μέσα στο οποίο βρίσκονται οι τιμές του διανύσματος των παραμέτρων. Από τις ακμές του ορθοτόπου αυτού προκύπτουν τα όρια μέσα στα οποία βρίσκονται οι παράμετροι του συστήματος, τα οποία χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της αβεβαιότητας της εκτίμησης της εξόδου του συστήματος. Ο ελεγκτής καθορίζει τα κέρδη του μέσα σε μια online βελτιστοποίηση ενός κόστους, το οποίο βάζει κάποια βάρη στην προσπάθεια του ελέγχου (control effort), στην προκλημένη αβεβαιότητα στην έξοδο του συστήματος αλλά και στο σφάλμα παρακολούθησης της εξόδου με ένα σήμα αναφοράς. Μετά την εφαρμογή του ελεγκτή, ελέγχεται η ευστάθεια των οριακών κλειστών συστημάτων που προκύπτουν από την εφαρμογή κάθε πιθανού νόμου ελέγχου. Εξετάζεται επίσης η συμπεριφορά του Set Memebership εκτιμητή σε περίπτωση σφάλματος, δηλαδή στην περίπτωση που το σύστημά μας αλλάζει καθώς δουλεύει ο έλεγχος. / The development of an adaptive controller for a flexible link manipulator is the subject of this diploma thesis. The system’s measurements are assumed to be corrupted with noise of a priori known bounds. A Set Membership Identifier computes the feasible set (orthotope) within which the parameter vector resides. The orthotope’s vertices provide the parameter-vector’s bounds, which are used to compute the predicted system-output uncertainty. The controller tunes its gains through an on-line minimization of a cost that penalizes the control effort, the induced uncertainty on the system output, and the tracking error. After the application of the controller, the stability of the ‘extreme’ closed loop systems, derived from every possible control law, is checked. The behavior of the Set Membership Identifier is checked in the case where a fault occurs, which means that there is a change in our system’s structure while the controller is functioning.