- / -

Η πτυχιακή εργασία αποτελείται από τρία μέρη: Στο πρώτο μέρος γίνεται επισκόπηση της βιβλιογραφίας που οδήγησε στο ερευνητικό ερώτημα, ανάδειξη των θεμάτων που προκύπτουν, και παρουσίαση αποτελεσμάτων ερευνητικών εργασιών που επιχειρηματολογούν υπέρ της εισαγωγής της εκπαιδευτικής ρομποτικής στο σχολείο, και προτείνουν μεθοδολογίες εφαρμογής της. Εδώ θα γίνει επίσης αναφορά στο ρόλο και τη χρησιμότητα των Lego σε αυτή την κατεύθυνση. Στο δεύτερο μέρος παρουσιάζεται αναλυτικά το εκπαιδευτικό σενάριο που υλοποιήθηκε κατά τη διάρκεια της έρευνας, ως μια εκπαιδευτική πρόταση για την ενίσχυση της ενεργητικής εμπλοκής και της αύξησης του ενδιαφέροντος και των επιδόσεων των παιδιών στις stem. Στο τρίτο μέρος γίνεται παρουσίαση μικρής έρευνας σε παιδιά δημοτικού, που ακολούθησαν πρόγραμμα δραστηριοτήτων επίλυσης προβλήματος με χρήση ρομποτικού συστήματος και περιβάλλοντος οπτικού προγραμματισμού. / The present essay consists of three parts. The first part involves an extended analysis of research made on the field of educational robotics, finally presenting results arguing for its introduction in formal education, as well as certain methodologies of its application at schools. A reference to the role and usefulness of Lego Robots is also made here. The second part involves a presentation of an educational scenario implemented during elaboration of this essay, as an educational proposal to stimulate childrens' interest and performance in stem. Finally, a presentation of a small research is made in the third part, converning results of personal observations made during a problem solving situation undertaken by primary school children, mainly with the use of a robotic system and a visual programming language, as part of an application of the aforementioned scenario.

Στην παρούσα διπλωματική, κύριος στόχος ήταν η παραλληλοποίηση ενός αλγορίθμου σχεδιασμού κίνησης για κάρτες γραφικών. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιήθηκε ο Probabilistic Road Map (PRM), ένας αλγόριθμος που προσφέρει μεγάλο βαθμό παραλληλισμού και, συνεπώς, προτείνεται για υλοποίηση σε πολυπύρηνους επεξεργαστές. Το πλαίσιο εργασίας που χρησιμοποιήθηκε για τον προγραμματισμό στην κάρτα γραφικών ήταν το OpenCL επειδή προσφέρει ένα αφαιρετικό επίπεδο προγραμματισμού ανεξαρτήτως υλικού και μπορεί να μεταφερθεί σε κάρτες γραφικών από διαφορετικούς κατασκευαστές. Ο αλγόριθμος αποσυντέθηκε στα δομικά του μέρη και καθένα από αυτά μελετήθηκε ξεχωριστά, ώστε να παραλληλοποιηθεί. Κατά τη διαδικασία αυτή, λοιπόν, υλοποιήθηκαν οι εξής αλγόριθμοι: • Ταξινόμηση • Αναζήτηση Γράφου κατά Πλάτος • Κατακερματισμός • Αναζήτηση Κοντινότερων Γειτόνων Οι παραπάνω αλγόριθμοι έχουν γραφτεί με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν αυτόνομα, ως ξεχωριστά κομμάτια. / In this thesis work, the main objective was the parallelization of a motion planning algorithm for graphics card units. For this purpose, the Probabilistic Road Map (PRM) was chosen, an algorithm that offers a high degree of parallelism and, consequently, is suggested for implementation in many core processing units. The framework used for GPU programming was OpenCL because it provides an abstraction programming layer independent of hardware and is portable among GPUs. The algorithm was decomposed in its structural components and each one of them was processed indepedently with the purpose of massive parallelization. During this process, the following algorithms were implemented: • Sorting • Breadth First Traversal • Hashing • Nearest Neighbours Search The above algorithms have been written in such a way so that they can be used as separate parts.

Η διατριβή αυτή έχει ως θέμα την Χάραξη Διαδρομής Σε Αυτόνομα Οχήματα. Το πρόβλημα αυτό μπορεί να βρεθεί στην βιβλιογραφία, άλλoτε ως motion planning problem, άλλοτε ως path planning problem. Στο θέμα αυτό έχει δοθεί ιδιαίτερη προσοχή απο την ακαδημαϊκή κοινότητα τα τελευταία χρόνια, μιας και τα robot όλο και γρηγορότερα γίνονται βασικά συστατικά στην παραγωγή, και σύντομα ίσως στην καθημερινή ζωή των ανθρώπων. Ακόμα και αν τα robot έχουν διαφορές στο μέγεθος, στην λειτουργία, ή στους αισθητήρες που χρησιμοποιούν, το πρόβλημα της πλοήγησης μέσα σε έναν χώρο που περιέχει εμπόδια είναι παρόν σε όλες τις εφαρμογές τις ρομποτικής. Επίσης, το πρόβλημα είναι σχετικό με προβλήματα που αντιμετωπίζονται σε άλλες επιστήμες, όπως την βιολογία και την γενετική μηχανική. Το πρόβλημα χάραξης διαδρομής σε αυτόνομα οχήματα ορίζεται αρκετά έυκολα. Πιο συγκεκριμένα, δοθέντος μιας περιγραφής ενός robot και ενός περιβάλλοντος στο οποίο το robot κινείται, μιας αρχικής κατάστασης, και ενός συνόλου καταστάσεων, το πρόβλημα αναφέρεται στην εύρεση μιας ακολουθίας ενεργειών που θα οδηγήσουν το robot από την αρχική κατάσταση σε μία από τις τελικές, αποφεύγοντας συγκρούσεις με εμπόδια. Με βάση τα παραπάνω, υπάρχουν δύο είδη προβλημάτων που θέλουμε να λύσουμε στην πλειονότητα των εφαρμογών: το προβλημα εύρεσης ενός εφικτού μονοπατιού (feasibility), και το πρόβλημα εύρεσης ενός βέλτιστου μονοπατιού. Στην πρώτη περίπτωση αγνοούμε παντελώς το κόστος. Θέλουμε απλά να βρούμε ένα μονοπάτι που θα οδηγήσει σε μία τελική κατάσταση. Αυτό το μονοπάτι θα λέγεται εφικτό (feasible). Αντιθέτως, στην δεύτερη περίπτωση θέλουμε να βρούμε από το σύνολο των εφικτών μονοπατιών αυτό που έχει το ελάχιστο κόστος. Το κόστος σχετίζεται με την λειτουργία του οχήματος, και μπορεί να είναι π.χ. η ενέργεια που δαπανά, ή συνηθέστερα η απόσταση που διανύει. Στην μελέτη αυτή περιγράφονται ποικίλες τεχνικές για την επίλυση και των δύο προβλημάτων. Παρουσιάζονται κλασικοί αλγόριθμοι επίλυσης του προβλήματος εύρεσης εφικτού μονοπατιού, αλλά και πιο σύγχρονοι αλγόριθμοι που λύνουν το πρόβλημα εύρεσης του βέλτιστου μονοπατιού. Υποθέτουμε ότι το σύνολο των εμποδίων είναι στατικά, δηλαδή λύνουμε την ντετερμινιστική μεριά του προβλήματος. Στο Κεφάλαιο 1 λύνεται το πρόβλημα κατάστρωσης σχεδίων, δηλαδή σειράς ενεργειών που οδηγούν το robot στην τελική κατάσταση, στην περίπτωση που ο χώρος κατάστασης είναι διακριτός. Παρουσιάζονται κλασσικοί αλγόριθμοι αναζήτησης σε γράφους και δίνονται τα βασικά συστατικά για την κατανόηση των επόμενων κεφαλαίων. Στο κεφάλαιο 2 προχωράμε στην μαθηματική αναπαράσταση του χώρου κατάστασης (configuration space). Η εισαγωγή του χώρου κατάστασης απο τους Lozano-Perez και Wesley (1979) ήταν κομβικής σημασίας για την δημιουργία αλγορίθμων επίλυσης του motion planning προβλήματος. Με την χρήση του χώρου κατάστασης, το άκαμπτο robot συρρικνώνεται σε ένα σημείο το οποίο κινείται σε έναν ευκλείδιο χώρο διάστασης ίσης με τον αριθμό των βαθμών ελευθερίας του robot. Στο κεφάλαιο αυτό, περιγράφεται μαθηματικά ο χώρος κατάστασης X, για την περίπτωση μετακίνησης του robot στις δύο και τρεις διαστάσεις. Επίσης, παρουσιάζονται τεχνικές εύρεσης του Xobs, του χώρου των καταστάσεων-εμποδίων. Στο κεφάλαιο 3 παρουσιάζονται τεχνικές επίλυσης του προβλήματος χάραξης διαδρομής, χρησιμοποιώντας δείγματα του χώρου κατάστασης (sampling-based algorithms). Αυτές είναι και οι πιο χρησιμοποιημένες σήμερα τεχνικές, μιας και μας απαλλάσσουν από την δυσκολία λεπτομερούς εύρεσης του Xobs. Δίνεται ιδιαίτερη σημασία στην παρουσίαση των αλγορίθμων που λύνουν το πρόβλημα εύρεσης του βέλτιστου μονοπατιού, οι οποίοι παρουσιάστηκαν ιδιαίτερα προσφάτως. Στο κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα που υπάρχουν στην βιβλιογραφία σχετικά με τα χαρακτηριστικά των sampling-based αλγορίθμων. Ορίζεται η έννοια της πιθανολογικής πληρότητας (probabilistic completeness), και της ασυμπτωτικής βελτιστότητας (asymptotic optimality). Παρουσιάζονται τα αποτελέσματα που ισχύουν για τους αλγόριθμους που εξετάστηκαν, σχετικά με τις παραπάνω έννοιες, αλλά και σχετικά με την υπολογιστική πολυπλοκότητα. Στην μελέτη αυτή γίνεται απλή παράθεση των αποτελεσμάτων. Αν ο αναγνώστης ενδιαφέρεται, δίνονται πηγές με την βοήθεια των οποίων μπορεί να εξετάσει και τις μαθηματικές αποδείξεις σχετικές με τα προαναφερθέντα χαρακτηριστικά των αλγορίθμων. Στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται προσομοιώσεις που έγιναν στους sampling-based αλγόριθμους που εξετάστηκαν στα προηγούμενα κεφάλαια. Συγκεκριμένα, εξετάζουμε δύο αλγόριθμους, έναν βέλτιστο και έναν μη βέλτιστο και συγκρίνουμε τα μονοπάτια που παράγει ο κάθε ένας, καθώς και την χρόνο που χρειάζεται για την εκτέλεσή του. Στο κεφάλαιο 6 παρουσιάζονται combinatorial τεχνικές που λύνουν το πρόβλημα στο συνεχή χώρο. Αυτές οι τεχνικές δεν χρησιμοποιούνται ιδιαίτερα σήμερα, αλλά παρουσιάζονται για λόγους πληρότητας της εργασίας. / --

Η εργασία μελέτησε την εισαγωγή της εκπαιδευτικής ρομποτικής στην Πρωτοβάθμια Εκπαίδευση: την ένταξή της στο αναλυτικό πρόγραμμα και στις ειδικές συνθήκες ενός τυπικού περιφερειακού σχολείου με τη μορφή project που αναπτύσσεται στα πλαίσια της ευέλικτης ζώνης. Πρόκειται για μελέτη περίπτωσης με στοιχεία έρευνας δράσης κυρίως όσον αφορά την ανάπτυξη του project στα πλαίσια της ευέλικτης ζώνης. Κατά τη διάρκεια ανάπτυξης των 8 δραστηριοτήτων του project μελετήθηκαν οι αρχικές κατασκευές των μαθητών ως προς εμφάνιση, λειτουργικότητα, στιβαρότητα, χρήση δομικών στοιχείων και η εξέλιξη αυτών των κατασκευών κατά τη διδασκαλία. Μελετήθηκε επίσης ο προγραμματισμός των ρομποτικών κατασκευών δηλαδή η απόδοση συμπεριφοράς στις κατασκευές αυτές με τη βοήθεια του προγράμματος οπτικού προγραμματισμού robolab. / -

Η παρούσα διπλωματική εργασία μελετά το θέμα της πλοήγησης ενός ρομποτικού οχήματος με στόχο την εξερεύνηση μιας περιοχής η οποία είτε είναι ελεύθερη είτε περιέχει εμπόδια σε γνωστές θέσεις. Για αυτό το πρόβλημα εξερεύνησης, υπάρχει επίσης ένας περιορισμός που αφορά το όχημα: θα πρέπει αυτό κατά τη διάρκεια της εξερεύνησης να διατηρεί την επικοινωνία του με ένα σταθερό σταθμό βάσης. Για να αντιμετωπιστεί το σύνθετο αυτό θέμα και για να αναπτυχθεί ένας αλγόριθμος για την πειραματική διαδικασία, αρχικά θεωρήθηκε ένα μοντέλο κινοδυναμικών εξισώσεων για το ρομποτικό όχημα. Στη συνέχεια, για το μοντέλο αυτό παρουσιάστηκε ένας μη-γραμμικός ελεγκτής που σχεδιάστηκε για παρακολούθηση επιθυμητών τροχιών. Για να υλοποιηθεί ο εν λόγω ελεγκτής, ήταν απαραίτητος ο εντοπισμός της θέσης του ρομποτικού οχήματος και αυτό επετεύχθη πειραματικά μέσω επεξεργασίας εικόνας. Το ρομπότ αναγνωριζόταν στις εικόνες που λαμβάνονταν από μια κάμερα παρακολούθησης, και με κατάλληλη γεωμετρική ανάλυση ήταν εφικτή η εκτίμηση της θέσης και του προσανατολισμού του ρομπότ. Για την επικοινωνία του ρομπότ με το σταθμό βάσης αναπτύχθηκε ασύρματο δίκτυο ΙΕΕΕ 802.15.4 και για την αξιολόγηση της ποιότητας της επικοινωνίας αυτής χρησιμοποιήθηκε το Received Signal Strength Indicator (RSSI). Ο αλγόριθμος σχεδιασμού διαδρομής, ο οποίος καθοδηγεί το ρομπότ στο περιβάλλον με στόχο την εξερεύνηση όλων των ελεύθερων σημείων, αξιοποίησε την εκ των προτέρων γνώση για τα εμπόδια, καθώς και τις μετρήσεις του RSSI κατά τη διάρκεια του πειράματος, ώστε να πετύχει το στόχο του. Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκε μια on-line μέθοδος που πετυχαίνει όσο το δυνατόν μεγαλύτερη κάλυψη του περιβάλλοντος υπό τον περιορισμό της επικοινωνίας, έχοντας σαν οδηγό μια προσχεδιασμένη διαδρομή εξερεύνησης. Στο τέλος της εργασίας παρουσιάζονται πειραματικά αποτελέσματα και συμπεράσματα για τα διάφορα αντικείμενα της μελέτης. / The present diploma thesis studies the subject of the navigation of a robotic vehicle for the exploration of an environment which is either free or contains obstacles in known locations. For this area coverage problem, there is an additional constraint: during the exploration the robot must maintain its communication with a stationary base station. In order to address this complex subject and to develop an algorithm for the experimental procedure, a kinodynamic model is initially assumed for the robotic vehicle. Then, a non-linear controller is designed for this model to achieve tracking of reference trajectories. For the implementation of this controller, the localization of the robotic vehicle was necessary and it was achieved via image processing during the experiments. The robot was recognized in images taken by a surveillance camera, and after appropriate geometric analysis, it was possible to estimate the position and the orientation of the robot. For the robot-base communication, an IEEE 802.15.4 wireless network was developed and in order to evaluate the quality of this communication, the Received Signal Strength Indicator (RSSI) was utilised. The path planning algorithm, which navigates the robot inside the environment to explore all the available locations, achieved its goal by combining the prior knowledge about the obstacles and the RSSI measurements during the experiments. Specifically, an on-line method that achieves maximum possible coverage of the environment under the communication constraint was employed, using a pre-designed exploring path as a guide. At the end of this thesis, some experimental results and conclusions are presented concerning the versatile subjects of this study.

Στην παρούσα εργασία θα παρουσιαστεί μία νέα διδακτική προσέγγιση για τη διδασκαλία των μαθηματικών και της πληροφορικής, η οποία αναπτύχθηκε με τη βοήθεια του συστήματος εκπαιδευτικής ρομποτικής LEGO Mindstorms, με σκοπό να αξιοποιηθεί τόσο στη διδασκαλία της ενότητας των Μαθηματικών της Β΄ Γυμνασίου και συγκεκριμένα στο μάθημα: «Καρτεσιανό Σύστημα Συντεταγμένων », όσο και στη διδασκαλία της ενότητας της Πληροφορικής της Γ΄ Γυμνασίου, που αφορά στην έννοια της αντιμετάθεσης, ως ενδιαφέρουσας διαθεματικής εφαρμογής. Τα LEGO Mindstorms είναι εύκολα προγραμματιζόμενα ρομπότ με αισθητήρες, τα οποία περιλαμβάνουν μια μεγάλη ποικιλία από τουβλάκια, κινητήρες, αισθητήρες και άλλα εξαρτήματα με τα οποία μπορεί κανείς να κτίσει φυσικά μοντέλα. Τα ρομπότ με τη χρήση κατάλληλων περιβαλλόντων ανάπτυξης προγραμμάτων μπορούν να προγραμματιστούν ώστε να εκτελούν μία σειρά ενεργειών και να αντιδρούν σε ερεθίσματα που δέχονται οι αισθητήρες τους. Η εφαρμογή αυτή στόχευε να αναδείξει τη σημασία της ύπαρξης επαρκών γνώσεων, εμπειριών και εργαλείων στην αντιμετώπιση προβλημάτων που συνδέονται με το σύστημα ορθογωνίων αξόνων και το ορθοκανονικό σύστημα αξόνων, τα τεταρτημόρια, την τετμημένη, την τεταγμένη, τις συντεταγμένες ενός σημείου στο επίπεδο, τον υπολογισμό περιμέτρων, την μετατροπή σε απόσταση περιμέτρου κύκλου (τροχού) καθώς και την επιβεβαίωσή της, αλλά και την κατανόηση μιας δύσκολης έννοιας στην πληροφορική, της έννοιας της αντιμετάθεσης, με την εμπλοκή των μαθητών και την κατασκευή κατάλληλων τύπων ρομπότ, χρησιμοποιώντας τόσο τις γνώσεις που απέκτησαν, όσο και την κατασκευαστική τους ικανότητα και τη φαντασία τους. Η υλοποίηση αυτής της εργασίας πραγματοποιήθηκε στο 17ο Γυμνάσιο Πατρών και διήρκεσε 20 διδακτικές ώρες συνολικά. Η παρατήρηση και η αξιολόγηση των ενεργειών των μαθητών έδειξαν πώς η εργασία αυτή τους βοήθησε να κατανοήσουν τις παραπάνω έννοιες, ενώ ταυτόχρονα συνεργάστηκαν μεταξύ τους ανταλλάσοντας εμπειρίες και δεξιότητες και δοκιμάζοντας νέους τρόπους μάθησης ενδυναμώνοντας την αυτοεκτίμησή και την αυτοπεποίθησή τους. Από τη συμμετοχή και τις απαντήσεις των μαθητών στα ερωτηματολόγια βγάζουμε το συμπέρασμα ότι διαμόρφωσαν θετικές στάσεις έναντι της εκπαιδευτικής ρομποτικής και θα ήθελαν να συμμετέχουν στο μέλλον σε παρόμοια προγράμματα. / --

Ο σκοπός της διπλωματικής εργασίας ήταν η ανάπτυξη ενός μοντέλου Επαυξημένης Πραγματικότητας για την υποβοήθηση του χειρουργού-χειριστή ρομποτικού μηχανήματος. Το μοντέλο αυτό παρουσιάστηκε για την εύρεση του οπτικού πεδίου του ειδικού ενδοσκοπίου. Για τον σκοπό αυτό κατασκευάστηκαν δύο προγράμματα τα οποία μπορούν να χειριστούν ιατρικά δεδομένα και να προσφέρουν εικόνες από το εσωτερικό του μοντέλου του ασθενούς. Συγκεκριμένα, έγινε μελέτη των βασικών μεθόδων εφαρμογής Επαυξημένης Πραγματικότητας στην χειρουργική, όπως η εγγραφή του ασθενούς, η κατάτμηση των ιατρικών δεδομένων, η τρισδιάστατη ανακατασκευή τους και η ανίχνευση των ενδοσκοπικών εργαλείων και της κάμερας. Παρουσιάστηκε το πλήρες θεωρητικό μοντέλο εφαρμογής επαυξημένης πραγματικότητας και έγινε ανάλυση των επιμέρους διαδικασιών. Κατασκευάστηκαν με την βοήθεια της Matlab δύο προγράμματα με τα αντίστοιχα GUIs για τον προεγχειρητικό σχεδιασμό και την διεγχειρητική καθοδήγηση/επαύξηση αντίστοιχα. Τέλος έγινε δοκιμή των προγραμμάτων χρησιμοποιώντας 22 τομές μαγνητικής τομογραφίας (μορφής DICOM) εγκεφάλου με εμφανή καρκίνο στην αριστερή κοιλία. Επίσης καταγράφηκαν οι εικόνες και τα δεδομένα που παίρνουμε σε κάθε βήμα εφαρμογής των προγραμμάτων με στόχο την αξιολόγηση τους. Το μοντέλο αυτό κατασκευάστηκε με στόχο την εφαρμογή του σε επεμβάσεις μέσω του ρομποτικού μηχανήματος daVinci. Παρόλα αυτά η γενικότερη εφαρμογή της μεθοδολογίας που αναπτύσσεται μπορεί να βρει εφαρμογές και σε άλλες ενδοσκοπικές επεμβάσεις. / The purpose of this thesis was to develop a model of Augmented Reality to assist the surgeon-operator of a robotic machine. The model has been presented for finding the field of special endoscope. For this purpose we built two programs that can manipulate medical data and provide images of the interior of the patient’s model. Specifically, a study was done in the basic methods of Augmented Reality application in Surgery such as, the registration of the patient, the segmentation of medical data, their 3D reconstruction and the detection of endoscopic instruments and the camera. Has been presented the complete theoretical model for applying augmented reality and an analysis of individual procedures was done. Moreover we constructed with the help of Matlab two programs with their GUIs, for preoperative planning and intraoperative guidance/augmentation, respectively. Finally the programs were tested, using 22 MRI slices (format DICOM) with visible brain cancer in the left ventricle. Also were recorded images and data that we get at each step of programs implementation in order to evaluate them. This model was constructed to implement the operations through the daVinci robotic machine. Nevertheless, the general application of the methodology developed in this study may find applications also in other endoscopic procedures

Στα πλαίσια της εργασίας αυτής μελετήθηκε η συμβολή της γλώσσας προγραμματισμού scratch στη διδασκαλία του προγραμματισμού και τη δημιουργία υπολογιστικών εφαρμογών, στο μάθημα Τεχνολογίες Πληροφορίας και επικοινωνιών στην Πρωτοβάθμια Εκπαίδευση στις τελευταίες τάξεις του δημοτικού σχολείου. Στην παρούσα έρευνα περιγράφεται ο σχεδιασμός και η υλοποίηση του εκπαιδευτικού σεναρίου, καθώς και τα αποτελέσματά του ως προς την διαφοροποίηση της γνωστικής συμπεριφοράς των μαθητών ως προς την οικοδόμηση της δομής επιλογής, απλής και σύνθετης. Οι μαθητές υλοποίησαν 11 δραστηριότητες με τα αντίστοιχα φύλλα εργασίας τους, στο εργαστήριο πληροφορικής του σχολείου. Εξετάστηκαν οι δυσκολίες που συνάντησαν οι μαθητές στην υλοποίηση των δραστηριοτήτων, καθώς και τα προβλήματα που αντιμετώπισαν. Μελετήθηκε η συμβολή του εκπαιδευτικού σεναρίου το οποίο αναπτύχθηκε για την διδασκαλία της δομής επιλογής απλής και σύνθετης, καθώς και η συμβολή της αποτελεσματικής συνεργασίας των μαθητών ως μέλη ομάδων εργασίας. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι μαθητές είχαν ελάχιστα προβλήματα στην υλοποίηση των συνθηκών, ενώ περισσότερα από αυτά τα προβλήματα προέκυπταν όταν έπρεπε να εισάγουν λογικούς τελεστές. Εντοπίστηκε δυσκολία στην απλή δομή επιλογής με την εισαγωγή εντολών στην «αλλιώς». Διαπιστώθηκε ότι η χρήση του περιβάλλοντος scratch είναι ιδιαίτερα ελκυστική για τους μαθητές και ευνοεί την οικοδόμηση της δομής επιλογής σε συνδυασμό με κατάλληλα διαμορφωμένο εκπαιδευτικό σενάριο. Στην τελευταία δίωρη δραστηριότητα έγινε χρήση του ρομποτικού πακέτου Lego wedo με σκοπό την καλύτερη κατανόηση της χρήσης της δομής επιλογής. Ένα άλλο εύρημα της παρούσας ερευνητικής εργασίας αποτελεί η διαπίστωση ότι ένα κατάλληλα διαμορφωμένο κλίμα συνεργασίας ευνοεί και βελτιώνει την απόδοση των μαθητών. Με βάση τα παραπάνω, μπορούν να διατυπωθούν προτάσεις για την βελτίωση του συγκεκριμένου μαθήματος στο δημοτικό σχολείο και την ανάπτυξη κατάλληλου εκπαιδευτικού υλικού. / In this work, we studied the contribution of the programming language scratch in teaching programming and creating computer applications course in Information and Communications Technology in Primary Education in the last grades of elementary school. This research describes the design and implementation of the educational scenario and its effects on the differentiation of cognitive behavior of pupils in the building structure selection, simple and complex. Students implemented 11 activities with corresponding worksheets in the school computer lab . Examined the difficulties encountered by students in the implementation of activities, and the problems encountered. We studied the contribution of the educational scenario was developed for the teaching of structure selection simple and complex , and the contribution of the effective cooperation of students as members of working groups . The results showed that students had few problems in the implementation of treaties, while most of these problems arose when they had to introduce logical operators. Detected difficulty simple structure selection by enter commands into the " else ".It was found that the use of ambient scratch is especially attractive to students and conducive to building structure selection in conjunction with appropriately designed educational scenario . In the last two-hour activity we used the robotic Lego wedo package in order to better understand the use of structure selection. Another finding of this study is that a properly configured and working atmosphere conducive improves student performance. According this research, we can make suggestions for the improvement of the course in elementary school and the development of appropriate educational material.

Το θέμα αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός, η παραγωγή, η κατασκευή και ο έλεγχος ενός χειρουργικού ρομποτικού εργαλείου με βελτιωμένα χαρακτηριστικά από το προηγούμενο πρωτότυπο. Το λαπαροσκοπικό εργαλείο αποτελείται από συνδέσμους σε σειρά οι οποίοι ενεργοποιούνται με μορφομνήμονα καλώδια, οι οποίοι λειτουργούν σαν δυαδικοί ενεργοποιητές με δύο πιθανές καταστάσεις. Κάθε σύνδεσμος αποτελείται από τρεις πρισματικούς ενεργοποιητές, οι οποίοι δημιουργούν μια πλατφόρμα Stewart και παρέχουν μια 3 βαθμών ελευθερίας κινητικότητα σε κάθε σύνδεσμο. Τα ηλεκτρονικά είναι ενσωματωμένα στο εσωτερικό των συνδέσμων, σε αρχιτεκτονική Master-Slave. Η επικοινωνία μεταξύ του χειρούργου και του εργαλείου επιτυγχάνεται με I2C δικτυωμένους μικρο-ελεγχτές, Στον τελευταίο σύνδεσμο του εργαλείου, υπάρχει μια στερεοσκοπική κάμερα και μια πλακέτα IMU η οποία προσφέρει πληροφορίες προσανατολισμού. Επιπρόσθετα, ένα σύστημα αντίληψης δύναμης το οποίο είναι ικανό να επικολληθεί στην επόμενη έκδοση του εργαλείου. Εν κατακλείδι, σχεδιαστικές παράμετροι καθώς και η κινηματική του δυαδικού βραχίονα παρουσιάζεται σε προσομοίωση και πειραματικές μελέτες του λαπαροσκοπικού πρωτότυπου εργαλείου. / The subject of this master thesis is the design, the fabrication, the construction and the control of a surgical robotic tool with improved characteristics than previous version. The laparoscopic tool consists of cascaded links which are powered by Shape Memory Alloys wires, acting as binary actuators with two stable states. Each link is composed of three prismatic actuators, creating a Stewart platform and providing a 3-DOF maneuverability for each joint. The electronics are embedded in the inner cavity of the links in, Master-Slave architecture. The communication between the surgeon and the tool is achieved with I2C-networked microcontrollers. In the distal link of the tool, there is a stereoscopic camera and an IMU board that offers orientation information. Moreover, a Force Sensing System, that is able to be attached to the next version of the current tool. Finally, certain design aspects as well as the kinematics of the binary manipulator are presented simulation and experimental studies on the laparoscopic tool prototype.