Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι να αναπτυχθεί ένα μοντέλο αποφυγής συγκρόυσεων μεταξύ των οχημάτων μέσω της επικοινωνίας αυτών. Το σύστημα αυτό θα πρέπει να αναγνωρίζει τις περιπτώσεις που εγκυμονούν κίνδυνο μέσω της ανταλλαγής μηνυμάτων από τα οχήματα κάθε χρονική στιγμή και μέσα από διάφορους μηχανισμούς που επιτελούνται από αυτό, τελικά, να επεμβαίνει και να αποτρέπει τη σύγκρουση ή να ειδοποιεί τον οδηγό ώστε αυτός να αντιδράσει εγκαίρως. Για να το πετύχουμε αυτό ακολουθήσαμε τα εξής βήματα: 1. Προσομοιώσαμε τη λειτουργία μίας συσκευής GPS. 2. Σχεδιάσαμε λεκτικά και γραφικά τα μοντέλα κίνησης στα οποία θα τρέχει το σύστημά μας. 3. Ορίσαμε ένα πρωτόκολλο ανταλλαγής μηνυμάτων και προειδοποίησης σε περίπτωση συγκρουσης για αυτά τα μοντέλα κίνησης. 4. Αναπτύξαμε το σύστημα μέσω της matlab, λαμβάνοντας υπόψιν το πρωτόκολλο και τα σενάρια κίνησης των προηγούμενων βημάτων. 5. Κατασκευάσαμε μία διεπαφή εποπτίας και ελέγχου όλου του συστήματος. 6. Τέλος, κατασκευάσαμε ένα GUI ειδοποίησης του οδηγού σε περιπτώσεις κινδύνου. / Distributed traffic Control for Optimisation of the Safety Conditions.

Η αποφυγή συγκρούσεων με αναγνώριση της θέσης και της σχετικής ταχύτητας προπορευόμενων οχημάτων είναι μια άκρως ενδιαφέρουσα εφαρμογή που βρίσκεται σε πειραματικό στάδιο. Η ύπαρξη πολλαπλών αντικειμένων στο οπτικό πεδίο της κάμερας δημιουργεί προβλήματα στον ακριβή εντοπισμό του προπορευόμενου οχήματος, ενώ η έλλειψη βάσεων δεδομένων με κατηγοριοποιημένα παραδείγματα είναι ένα επιπλέον εμπόδιο για την ανάπτυξη της εφαρμογής αυτής. Στην εργασία αυτή περιγράφονται οι υπάρχουσες εφαρμογές όσον αφορά στο πρόβλημα της μηχανικής όρασης στην αυτοκίνηση, τα προβλήματα που λύνουν αλλά και οι δυσκολίες που συνεχίζουν να υπάρχουν. Αναφέρονται οι αιτίες της έλλειψης βάσεων δεδομένων με κατηγοριοποιημένα παραδείγματα και αναλύεται η ημιαυτόματη μέθοδος (Random Walker) στην οποία καταφεύγουμε για τον λόγο αυτό. Εν συνεχεία θα παρουσιαστούν τα αποτελέσματα της ανάπτυξης σε Matlab που πραγματοποιήθηκε, τα συμπεράσματα που προέκυψαν, αλλά και οι μελλοντικές προκλήσεις. / In this diplom work, the ways followed to deal with the issue of mechanical vision in car driving are described. The reasons why there there are not any specific data sets are decribed and the focus of this work is on the Random Walker algorithm.

Η ανάπτυξη ενός ενσωματωμένου στο όχημα συστήματος υποβοήθησης του οδηγού για αποφυγή συγκρούσεων με άλλα οχήματα, βρίσκεται τελευταία στο επίκεντρο του ενδιαφέροντος. Στα συστήματα αυτά η αξιοπιστία αποτελεί ένα πολύ σημαντικό παράγοντα. Στην παρούσα εργασία αναπτύσσεται ένα σύστημα αναγνώρισης προπορευόμενου οχήματος βασισμένο σε εικόνες οι οποίες λαμβάνονται από βιντεοκάμερα που έχει ενσωματωθεί στο όχημα. Η μεθοδολογία την οποία επιλέξαμε να εργαστούμε περιλαμβάνει τον εντοπισμό των κόκκινων εικονοστοιχείων στην εικόνα και τη δημιουργία της αντίστοιχης δυαδικής εικόνας. Στη συνέχεια, με μορφολογική επεξεργασία της δυαδικής εικόνας εντοπίζουμε τις περιοχές που αντιστοιχούν στα πιθανά φανάρια του οχήματος. Με βάση τα σημεία των πιθανών φαναριών καθορίζουμε την περιοχή στην οποία περικλείεται το όχημα. Για την επιβεβαίωση της ύπαρξης οχήματος στην περιοχή αυτή, εκτελούμε έναν έλεγχο συμμετρίας βασιζόμενοι στην ομοιότητα των υποεικόνων και συνεχίζουμε με τον προσεγγιστικό υπολογισμό της απόστασής του. Τέλος, παρουσιάζουμε τα αποτελέσματα της μεθόδου, τα συμπεράσματα που προέκυψαν και προτείνουμε κατευθύνσεις για μελλοντικές βελτιώσεις. / Developing on-board automotive driver assistance systems aiming to alert drivers about possible collision with other vehicles has attracted a lot of attention lately. In these systems, robust and reliable vehicle detection is a critical step. In this work a vehicle detection system is developed based on video frames grabbed by a camera mounted on the vehicle. Vehicle detection is mainly based on the detection of its red rear-lights. First we detect all red pixels of the frame and create the corresponding binary image (mask). Then we detect the areas that possibly constitute vehicle’s rear-lights by performing morphological binary image processing. Based on that, we determine the boundary of the vehicle. To verify the presence of the vehicle in this area, we perform a symmetry test based on sub-image similarity. Finally, we present some experimental results and give directions for future improvements.

Τα τελευταία χρόνια εξελίξεις στην τεχνολογία της μικροηλεκτρονικής και των ψηφιακών επικοινωνιών έκαναν δυνατή τη δημιουργία αυτόνομων μικροσκοπικών συσκευών, εξοπλισμένων με αισθητήρες, επεξεργαστή και δυνατότητα ασύρματης επικοινωνίας, που ονομάζονται μικροαισθητήρες. Τα ασύρματα δίκτυα μικροαισθητήρων αποτελούνται από ένα μεγάλο πλήθος μικροαισθητήρων που τοποθετούνται (συνήθως με τυχαίο τρόπο) σε μία περιοχή ενδιαφέροντος προκειμένου να μετρήσουν την τιμή ενός μεγέθους ενδιαφέροντος. Λόγω των περιορισμένων δυνατοτήτων των συσκευών, τόσο σε υπολογιστικούς πόρους, μνήμη και εμβέλεια επικοινωνίας όσο και κυρίως σε αποθέματα ενέργειας, είναι αναγκαία η ανάπτυξη πρωτοκόλλων επικοινωνίας που λαμβάνουν υπόψη τους περιορισμούς αυτούς. Στο παρόν κείμενο παρουσιάζουμε νέα πρωτόκολλα για ασύρματα δίκτυα μικροαισθητήρων. Τα πρωτόκολλα καλύπτουν πολλές σημαντικές πτυχές του προβλήματος της επικοινωνίας σε αυτή την κατηγορία δικτύων, όπως είναι η αποτελεσματική διάδοση δεδομένων, η αποφυγή συγκρούσεων και η εξοικονόμηση ενέργειας. Ο σχεδιασμός τέτοιων πρωτοκόλλων απαιτεί ανάπτυξη και χρήση μη τετριμμένων αλγοριθμικών τεχνικών, όπως είναι η προσαρμοστικότητα, η ικανοποίηση \\\\EN{trade-offs}, η ετερογένεια του δικτύου ως σχεδιαστικό εργαλείο κλπ. Η ανάλυση των πρωτοκόλλων γίνεται με την διεξαγωγή εξαντλητικών πειραμάτων προσομοίωσης μεγάλης κλίμακας και την μέτρηση της απόδοσής τους σε συγκεκριμένες μετρικές. Οι επιδόσεις των πρωτοκόλλων αξιολογούνται σε σύγκριση με ευρέως αποδεκτά αντίστοιχα πρωτόκολλα που έχουν προταθεί στη διεθνή βιβλιογραφία. / In recent years, advances in technology in the areas of microelectronics and digital communications made possible the creation of tiny autonomous devices, that are equipped with sensors, a processor and wireless communication capabilities, which are called sensors. Wireless sensor networks are comprised of a large number of sensor devices which are deployed (usually in a random manner) in an area of interest, in order to measure the value of a condition. Due to the limited capabilities of the devices, in processing, memory, communication range and mostly energy supplies, it is necessary to develop communication protocols that take into account these limitations. In this work we present new protocols for wireless sensor networks. Our protocols cover many important aspects of the problem of efficient communication in this type of networks, such as efficient data propagation, collision avoidance and energy conservation. The design of such protocols requires the development and use of non-trivial algorithmic techniques, such as adaptation, satisfaction of trade-offs, using the heterogeneity of the network as a design tool etc. The analysis of the protocols is performed by conducting thorough, large scale simulation experiments and measuring their performance in various metrics. The performance of the protocols is evaluated in comparison to well known widely accepted protocols proposed in the international literature.

Η παρούσα διπλωματική ασχολείται με την πλοήγηση κινούμενου ρομπότ. Δεδομένου ενός χώρου με εμπόδια και στόχο, ασχολείται με την δημιουργία ενός αλγορίθμου για την οδήγηση του ρομπότ διαμέσου του χώρου στο στόχο, αποφεύγοντας τα εμπόδια κατά την κίνηση. Επικεντρώνεται σε δίτροχα ρομπότ και αναλύει βήμα βήμα την διαδικασία εύρεση μονοπατιού, δημιουργία τροχιάς και έλεγχο του ρομπότ. / The present thesis deals with the navigation of moving robots. Granted an area with obstacles and target, it deals with the creation of an algorithm for guiding the robot through space at target, avoiding obstacles during movement. It focuses on two-wheeled robots and analyzes step by step the process of finding a path, creating the trajectory and controlling the robot.

Η διατριβή αυτή εξετάζει την χρήση γενετικών αλγορίθμων (ΓΑ) για την επίλυση του προβλήματος του σχεδιασμού κίνησης ρομποτικών συστημάτων τα οποία εκτελούν εργασίες εφοδιαστικής (όπως εργασίες λήψης και μεταφοράς από σημείο σε σημείο, μετακίνησης υλικών επί συνεχούς διαδρομής, κ.α.) στα πλαίσια λειτουργίας τους εντός ενός ευέλικτου συστήματος παραγωγής (ΕΣΠ). Το πρόβλημα του σχεδιασμού κίνησης (ΠΣΚ) είναι ένα υπολογιστικά άλυτο συνδυαστικό πρόβλημα βελτιστοποίησης (έχει αποδειχτεί PSPACE-hard) το οποίο μπορεί να οριστεί ως εξής: «Πως μπορεί ένα ρομπότ να αποφασίσει ποιες κινήσεις πρέπει να αποδώσει προκειμένου να εκτελέσει με επιτυχία επιθυμητές εργασίες στο περιβάλλον εργασίας του;» Προς τον σκοπό αυτό αναπτύχθηκε ένας αριθμός νέων, πρωτότυπων αλγορίθμων εμπνευσμένων από τη Βιολογία των οποίων η απόδοση μετρήθηκε τόσο μέσω πειραμάτων προσομοιωμένων σε υπολογιστή, όσο και σε πραγματικά ρομποτικά περιβάλλοντα στο εργαστήριο του Τμήματος. Συγκρινόμενοι με τις κλασσικές από τη βιβλιογραφία μεθόδους επίλυσης του ΠΣΚ, οι ΓΑ βρέθηκαν ανώτεροι τόσο από πλευράς ποιότητας των λύσεων που παρήγαγαν, όσο και από πλευράς ταχύτητας σύγκλησης (δηλαδή του χρόνου που χρειάστηκαν για τον εντοπισμό αυτών των λύσεων). Επιπρόσθετα, εξετάστηκαν και αντιμετωπίστηκαν με επιτυχία πολύπλοκα προβλήματα κινηματικής που αναφύονται κατά τον σχεδιασμό κίνησης ρομποτικών βραχιόνων σε ένα ΕΣΠ, όπως: Το αντίστροφο κινηματικό πρόβλημα ρομποτικών βραχιόνων με πλεονάζοντες βαθμούς ελευθερίας, η μεγιστοποίηση της επιδεξιότητας του ρομπότ κατά την εκτέλεση των εργασιών του και η παραγωγή με το άκρο εργασίας του ρομπότ ασφαλών και αξιόπιστων τροχιών επί προκαθορισμένων επιθυμητών διαδρομών. Η επίλυση αυτών των προβλημάτων είναι πολύ σημαντική σε πολλές πραγματικές βιομηχανικές εφαρμογές όπως εργασίες συγκόλλησης, βαψίματος ή επάλειψης με ψεκασμό, λείανσης, κ.α. / The use of genetic algorithms (GAs) for the solution of motion planning of robotic systems which perform logistics operations within a flexible manufacturing system (FMS), as well as, logistics tasks in indoors hazardous environments was investigated. Robot motion planning (RMP) is a PSPACE-hard combinatorial problem loosely stated as: How can a robot decide what motions to perform in order to achieve desired tasks in its environment? A number of new biological-inspired approaches were implemented and evaluated on computer simulated environments, as well as, on real industrial environments. In comparison to existing RMP methods, GAs were found superior in terms of both solutions quality and speed of convergence. Furthermore, focusing on RMP of robot manipulators, the proposed approaches tackled with high success difficult kinematics problems such as: the inverse kinematics for robots with redundant degrees of freedom, the maximization of robot’s manipulability, the path following by the robot’s end-effector on demanded trajectories.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει ως κύριο αντικείμενο μελέτης την μοντελοποίηση και έλεγχο ενός μικρορομποτικού βραχίονα αναλυόμενου σε σφαιρικά πεπερασμένα στοιχεία σε περιβάλλον με εξωτερικές δυνάμεις Van Der Waals και συνυπολογίζοντας την τριβή. Τα κύρια σημεία είναι η εισαγωγή των εξωτερικών δυνάμεων στο μοντέλο του μικρορομπότ, η δημιουργία προσαρμοστικού ελέγχου για την επίτευξη ακολουθίας τροχιάς με αναγνώριση και ακύρωση των ισχυρών μεταβαλλόμενων εξωτερικών δυνάμεων, η αναγνώριση της θέσης και η αποφυγή εμποδίων σε άγνωστο περιβάλλον κλίμακας μικρομέτρων και ο καθορισμός τροχιάς για προσέγγιση σημείων στον χώρο εργασίας του μικρορομπότ. Προτείνεται επίσης ένα σύστημα επενέργησης σε διάταξη τένοντα με νανοκαλώδια και γίνεται μελέτη της αντοχής του σε σχέση με τις μέγιστες δυνάμεις-ροπές που παρουσιάζονται κατά τον έλεγχο. Για την αναγνώριση των εξωτερικών δυνάμεων δοκιμάζονται διαφορετικά είδη εκτιμητών και εξετάζεται η απόδοσή τους στο συνολικό σύστημα. / The present PhD thesis has a key object the modeling and control of a micro robotic manipulator, represented by spherical particles in an environment with external Van Der Waals forces and taking friction into account. The main points are a) the insertion of the external forces in the micro robot model, b) the adaptive control used in order to follow a desired trajectory, with identification and cancellation of the external forces, the position identification and avoidance of obstacles in an unstructured micrometer scale environment and the trajectory planning towards a target point in the task space of the microrobot. Also a tendon like actuation system is proposed, using nanowires and its mechanical properties are studied in order to determine the viability of its use in relation to the required torques during the control process. For the external force identification scheme, various types of estimators are proposed and their efficiency in the system is studied.