Στη διπλωματική αυτή, παρουσιάζεται μια ρομποτική κατασκευή για την επίδειξη αλγορίθμων ταξινόμησης, με χρήση του εκπαιδευτικού ρομπότ της Lego, το LEGO Mindstorm NXT. Σκοπός αυτής τη επίδειξης είναι να βοηθήσει τους φοιτητές που την παρακολουθούν να κατανοήσουν καλύτερα τους τρόπους εκτέλεσης των αλγορίθμων ταξινόμησης. Το εκπαιδευτικό ρομπότ αυτό αποτελεί εμπορικό προϊόν, μη έχοντας όμως συγκεκριμένη μορφή. Αποτελείται από πολλά πλαστικά μέρη, τα οποία θυμίζουν τα κλασικά τουβλάκια της LEGO αλλά και πολλά άλλα όπως αισθητήρες, κινητήρες, γρανάζια και ρόδες. Με τη χρήση αυτών, κατασκευάστηκε ένα όχημα, το οποίο μπορεί να κινείται μόνο αριστερά-δεξιά, στο οποίο και προσαρτάται ένας αισθητήρας φωτεινότητας. Διαθέτει ακόμη έναν βραχίονα που μπορεί να κινηθεί πάνω-κάτω και στον οποίο προσαρτάται ένας αισθητήρας χρώματος. Οι αριθμοί που καλείται το ρομπότ να ταξινομήσει είναι στην ουσία κύβοι. Οι κύβοι αυτοί, είναι χρωματισμένοι στο επάνω μέρος τους με κάποιο χρώμα ενώ στην πρόσοψή τους έχει εκτυπωθεί ένας αριθμός. Το ρομπότ αναλαμβάνει να αναγνωρίσει με τον αισθητήρα χρώματος το χρώμα του κάθε κύβου και να το ταυτοποιήσει με τον αριθμό στο οποίο αντιστοιχίζεται το χρώμα αυτό. Τον αριθμό δηλαδή που είναι εκτυπωμένος στη πρόσοψη. Για την πλοήγηση του οχήματος εφαρμόζεται μια παραλλαγή της τοπολογικής πλοήγησης. Για την αντιστοίχιση των χρωμάτων με τους αριθμούς χρησιμοποιείται δειγματοληψία χρώματος και στη συνέχεια χρησιμοποιείται 1-προς-1 αντιστοίχιση χρώματος και κατάλληλου αριθμού. Τέλος, οι αλγόριθμοι ταξινόμησης που υλοποιήθηκαν ήταν οι Bubble Sort, Insertion Sort, Heap Sort, Quick Sort. Η επίδειξη των αλγορίθμων γίνεται χρησιμοποιώντας φυσικά τον βραχίονα ο οποίος μετακινεί κατάλληλα τους κύβους. Όμως για την καλλίτερη κατανόηση και για να βοηθηθούν όσοι παρακολουθούν την επίδειξη, παράλληλα της ταξινόμησης με τον βραχίονα, γίνεται χρήση κατάλληλων ηχητικών αλλά και γραπτών μηνυμάτων τα οποία προβάλλονται στην οθόνη που διαθέτει το ΝΧΤ. Τα όσα προβάλλονται στην οθόνη, χρησιμοποιώντας το προγραμματιστικό περιβάλλον Bricx, είναι δυνατόν να προβληθούν σε οθόνη υπολογιστή ή ακόμα και μέσω προβολέα εφόσον ο τελευταίος συνδέεται με υπολογιστή. Τέλος, θεωρούμε ότι το σύστημα που αναπτύχθηκε αποτελεί ένα πολύ καλό εργαλείο που μπορεί να βοηθήσει τον διδάσκοντα στη διδασκαλία των αλγορίθμων ταξινόμησης. Οι φοιτητές μπορούν μέσω της οπτικοποίησης να κατανοήσουν ευκολότερα και γρηγορότερα τους αλγορίθμους. Μελλοντικά ίσως προστεθούν και άλλοι αλγόριθμοι ταξινόμησης, να αναπτυχθεί μια γραφική διεπαφή που θα είναι ανεξάρτητη του Bricx για να προβάλλονται σε κάποια οθόνη τα όσα προβάλλονται χρησιμοποιώντας το Bricx, να χρησιμοποιηθούν διαφορετικοί τρόποι αναγνώρισης αριθμών όπως χρήση αλγορίθμων μορφολογικής επεξεργασίας και τέλος η βηματική ταξινόμηση των αλγορίθμων από κάποιον χειριστή. / --

Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται η ανάπτυξη συστήματος ασύρματου ελέγχου, του ρομπότ Amigobot. Το σύστημα ελέγχεται μέσω ομιλίας και χρησιμοποιείται το ανοικτό λογισμικό Olympus. / In this diplomatic work we develop a system for wireless control of the robot Amigobot. The system is controlled through speech and we use the open source software Olympus.

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.

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.

Βασικό αντικείμενο της εργασίας είναι ο έλεγχος και η ευστάθεια ομάδων αποτελούμενων από κινούμενα ρομπότ. Για το σκοπό αυτό καταγράφονται και παρουσιάζονται, αναλυτικά, μέθοδοι και τρόποι που εξυπηρετούν προς την κατεύθυνση αυτή. Η εργασία χωρίζεται σε τέσσερα κεφάλαια, από τα οποία, τα τρία πρώτα έχουν θεωρητικό χαρακτήρα, σε αντίθεση με το τέταρτο κεφάλαιο που είναι πρακτικού περιεχομένου. Το πρώτο κεφάλαιο αποτελεί, κατά μία έννοια, εισαγωγή στο θέμα του ελέγχου ρομπότ, καθώς παρουσίαζεται σε αυτό μία μέθοδος με την οποία επιτυγχάνεται ο έλεγχος και ο σχεδιασμός κίνησης για ένα και μόνο ρομπότ, σε περιβάλλον εμποδίων. Με τον τρόπο αυτό δίνεται μία βάση και ένα θεωρητικό πλαίσιο, για την περαιτέρω μελέτη, που παρουσιάζεται στα επόμενα κεφάλαια και αφορά ομάδες από κινούμενα ρομπότ. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται η παρουσίαση μίας μεθόδου με την οποία μπορεί να καθοριστεί ένας σχηματισμός αποτελούμενος από ρομπότ, ικανός να εκτελέσει διάφορες επιθυμητές κινήσεις και κατόπιν, αφού εξασφαλιστεί αυτή η ικανότητα, να κατασκευάστεί ένα κατάλληλο σύστημα ελέγχου για την πραγματοποιήση των κινήσεων αυτών. Στο τρίτο κεφάλαιο, που ολοκληρώνει και το θεωρητικό μέρος της εργασίας αυτής, γίνεται η καταγραφή μιας μεθόδου για την εξέταση της ευστάθειας σχηματισμών ρομπότ κατά την εκτέλεση κινήσεων στο χώρο, σε περιβάλλον εμποδιών. Η μέθοδος αυτή συναντάται με τον αγγλικό όρο, Leader-to-Formation Stability (LFS) και σχετίζεται με τον βαθμό διατήρησης της μορφής του σχηματισμού και των σφαλμάτων σχηματισμού εντός επιτρεπτών ορίων. Στο τέταρτο κεφάλαιο, γίνεται η παρουσίαση ενός προγράμματος σε γλώσσα Matlab, με το οποίο επιτυγχάνεται η προσομοίωση κινήσεων ενός ή πολλών ρομπότ στο επίπεδο, σε περιβάλλον εμποδίων. Το πρόγραμμα συναντάται εξ ολοκλήρου και στο συνοδευτικό CD της εργασίας. / Basic object of this work is the control and the stability of teams constituted of moving robots. For this aim they are recorded and are presented, analytically, methods and ways that they serve to this direction. The work is separated in four chapters, from which, the three first have theoretical character, contrary to the fourth chapter that is of practical content. The first chapter constitutes, at a significance, import in the subject of robot control , as is presented in this, a method with which are achieved the control and the planning of movement for one and alone robot, in environment of obstacles. With this way is given a base and a theoretical frame, for the further study, that is presented in the next capitals and concerns teams of moving robots. In the second chapter comes the presentation of a method with which it can be determined a formation of robots, that is capable to execute various, desirable movements and then, after is ensured this faculty, is been constructed a suitable system of control for the realisation of this movements. In the third chapter, that it completes also the theoretical part of this work, comes the recording of a method for the examination of stability of formations of robots, at the implementation of movements in the space, in environment of obstacles. This method is met with the English term, Leader-to-Formation Stability (LFS) and is related with the degree of maintenance of form of the formation and faults of formation inside permissible limits. In the fourth chapter, comes the presentation of a program in Matlab language , with which is achieved the simulation of movements of one or many robots on the surface, in environment of obstacles. The program is met entirely also in the accompanying CD of this work.

Η βιομηχανία παραγωγής ρούχων, ακόμα και σήμερα, αποτελεί ένα βιομηχανικό κλάδο όπου η αυτοματοποίηση είναι εν μέρει σχεδόν ανύπαρκτη και εν γένει σε εμβρυικό στάδιο. Ένα μεγάλο τμήμα της γραμμής παραγωγής αποτελεί το τμήμα κατά το οποίο κομμάτια υφάσματος ράβονται σε μία ραπτομηχανή. Το στάδιο της ραφής, παρόλο που είναι το μεγαλύτερο σε χρονική διάρκεια και το σημαντικότερο στην τελική ποιότητα, παραμένει σχεδόν εξολοκλήρου μία χειρονακτική εργασία. Οι ιδιαιτερότητες των υφασμάτων όπως: η πολύ μικρή αντίστασή τους σε κάμψη, οι μεγάλες παραμορφώσεις τους, η απρόβλεπτη στατική/δυναμική συμπεριφορά τους, η ανισότροπη και μη-γραμμική φύση τους και η ανομοιογένειά τους είναι οι κύριοι παράγοντες των έντονων δυσκολιών κατά τον χειρισμό τους. Η ρομποτική ραφή είναι ένα σχετικά νέο ερευνητικό πεδίο αλλά και εξαιρετικά πολύπλοκο πρόβλημα, όπου ελάχιστοι ερευνητές έχουν προσπαθήσει να προσεγγίσουν. Αυτή τη στιγμή, από όσο είναι δυνατόν να είναι γνωστόν, μόνο τρία ερευνητικά κέντρα ασχολούνται, σε διεθνή επίπεδο, ενώ το ένα από αυτά είναι η Ομάδα Ρομποτικής του Πανεπιστημίου Πατρών. Στόχος της διατριβής είναι η ανάπτυξη ενός ευέλικτου συστήματος το οποίο ενσωματώνει όλα εκείνα τα ευφυή χαρακτηριστικά ώστε να συμβάλει στη ρομποτική αυτοματοποίηση της ραφής υφασμάτων. Η επίτευξη αυτού του στόχου στηρίζεται σε μεθόδους υπολογιστικής νοημοσύνης, σε τακτικές εμπνευσμένες από τον τρόπο εργασίας του ίδιου του ανθρώπου και στην ποιοτική διαχείριση της γνώσης/δεδομένων που εμπεριέχουν ασάφεια. Ταυτόχρονα, επιτυγχάνεται ο έλεγχος της ραφής χωρίς τη χρήση αναλυτικών μοντέλων τόσο των υφασμάτων όσο και της διαδικασίας. Ο συντονισμός όλων των προηγουμένων επιτυγχάνεται από ένα ευέλικτο ευφυές ιεραρχικό σύστημα ελέγχου της διαδικασίας της ραφής. Στην παρούσα διατριβή αναπτύχθηκε ένα σύνολο νέων μεθόδων για την αυτοματοποιημένη ραφή υφασμάτων με ένα βιομηχανικό ρομπότ εφοδιασμένο με έναν αισθητήρα δύναμης και μία κλασσικού τύπου ραπτομηχανή. Η πρωτότυπη προσέγγιση που αποτελεί το πλαίσιο της διατριβής αποτελείται από ένα ιεραρχικό σύστημα εκτιμήσεων, αποφάσεων και ελέγχου της διαδικασίας ραφής. Γίνεται μία συστηματική μελέτη, καταγραφή και αξιολόγηση όλων των χειρισμών του υφάσματος, πριν και κατά τη διάρκεια της ραφής, ως προς τις απαιτήσεις τους σε συστήματα αισθητήρων αλλά και στρατηγικών ελέγχου. Αναπτύσσεται μία πρωτότυπη βάση δεδομένων και ένα έμπειρο σύστημα που ενσωματώνουν όλη αυτή την προγενέστερη γνώση και εμπειρία. Παρουσιάζεται η ιδέα της εφαρμογής μεθόδων υπολογιστικής νοημοσύνης στο επιστημονικό πεδίο της ραφής υφασμάτων και εφαρμογής μεθόδων ευφυούς ελέγχου, για την τάνυση των υφασμάτων, βασισμένες σε νευρωνικά δίκτυα οι οποίες, για πρώτη φορά, χρησιμοποιούν ποιοτικές εκτιμήσεις των ιδιοτήτων και των χαρακτηριστικών των υφασμάτων. Έτσι, εισάγεται η έννοια των λεκτικών μεταβλητών για την ποιοτική περιγραφή των ιδιοτήτων των υφασμάτων. Στο πλαίσιο αυτό, εκφράζεται για πρώτη φορά, ποιοτικά σαν ποσοστό, η έννοια της “εκτατότητας” (extensibility) των υφασμάτων, που είναι μία βασική και καθοριστική ιδιότητά τους κατά την εργασία της ραφής τους. Επίσης περιγράφεται η ανάπτυξη μιας νέας μεθόδου αυτοματοποιημένου πειραματικού προσδιορισμού της “εκτατότητας” των υφασμάτων. Η πρωτότυπη αυτή προσέγγιση εφαρμόστηκε σε μονά και διπλά υφάσματα ενώ τα πειράματα εφελκυσμού ενσωματώθηκαν “έξυπνα” στην ίδια τη ραπτομηχανή και λίγο πριν τη διαδικασία της ραφής. Παρουσιάζεται ένα ασαφές σύστημα εξαγωγής της επιθυμητής τάνυσης, κατά τη ραφή του κάθε υφάσματος, το οποίο βασίζεται στην ποιοτική εκτίμηση της “εκτατότητας” του υφάσματος και διαμορφώθηκε από την εμπειρία του έμπειρου χειριστή και την ασαφή συνεπαγωγή που κάνει αυτός ανάμεσα στην “εκτατότητα” και την επιθυμητή τάνυση. Αναπτύχθηκε μία νέα μέθοδος ελέγχου της τάνυσης του υφάσματος κατά τη ραφή του. Σε αυτή χρησιμοποιήθηκε ένας νευρωνικός ελεγκτής ευθείας τροφοδότησης για τον έλεγχο του ρομποτικού άκρου εργασίας με σκοπό τη διατήρηση της τάνυσης του υφάσματος σύμφωνα με την εκάστοτε επιθυμητή. Επιπροσθέτως, παρουσιάζεται η επέκταση της προτεινόμενης προσέγγισης, του νευρωνικού ελέγχου της τάνυσης, η οποία έδειξε τη δυνατότητα γενίκευσής της και σε άλλες παραπλήσιες εργασίες. Επίσης, καταγράφονται τα νέα ερευνητικά πεδία που ανοίγουν στο χώρο της συνεργασίας ανθρώπου-ρομπότ για τον χειρισμό υπερ-εύκαμπτων και εύκαμπτων αντικειμένων. Τελικά, παρουσιάζεται μία συστηματική εργαστηριακή εκτέλεση ραφών, σε μία μεγάλη ποικιλία τόσο μονών όσο και διπλών υφασμάτων, με ρομπότ ενώ συγκρίθηκαν αυτές με ραφές από έμπειρους. Μέσα από τις πειραματικές ραφές αναδεικνύεται, η αναζητούμενη ευελιξία του συστήματος και η ικανοποιητική απόκρισή του σε μία μεγάλη ποικιλομορφία υφασμάτων. / The clothing industry, even today, is an industry where automation is partly almost nonexistent and generally in their infancy stages. A large part of the production line is the part in which pieces of fabrics are sewn using a sewing machine. The sewing process, while being the largest in duration and the most important to the final quality of the cloths, remains almost entirely one handiwork. The specifics of fabrics like: their very little bending resistance, their large deformations, their unpredictable static / dynamic behavior, their anisotropic and non-linear nature and heterogeneity are the main factors of acute difficulties in their handling. The robotized sewing of fabrics is a relatively new research field but it is also an extremely complex problem, where few researchers have tried to investigate it. Right now, as far as can be known, only three research centers in international level are involved this field, while one of them is the Robotics Group of the University of Patras. The aim of this thesis is to develop a flexible system which incorporates all those intelligent features in order to help automate robotic sewing of fabrics. This objective is based on computational intelligence methods, in approaches inspired by the way a human works and finally in the qualitative management of the knowledge/data that involve uncertainties. Simultaneously, the sewing control is achieved without using analytical models of both the fabrics and process. The coordination, of all of the previous mentioned, is achieved by a flexible hierarchical intelligent control system of the sewing process. This thesis developed a set of new set of methods for automated sewing of fabrics using an industrial robot, equipped with a force sensor, and a conventional sewing machine. The novel approach, which composes the main framework of this thesis, consists of a hierarchical system of estimations, decisions and process control of the sewing task. It is a systematic study, of recording and evaluating all the fabric handling tasks before and during the sewing process, according to the necessary requirements in sensor systems and control strategies. An original database and an expert system incorporating all this prior knowledge and experience is developed. The idea of applying methods of computational intelligence to the scientific field of sewing fabrics is presented. Also, the application of intelligent control methods, for stretching the fabrics during the sewing, which is based on neural networks while using qualitative assessment of the properties and characteristics of fabrics, is presented. Therefore, the concept of using linguistic variables for the qualitative description of the properties of fabrics, is introduced. In this context, it is the first time where the concept of the "extensibility" of a fabric is expressed quantitatively as a percentage. This is an essential and determining property of a fabric that should be taken into account during the sewing process. Also, the development of a new method for the automated experimental determination of "extensibility" of fabrics is described. This original approach has been applied to single and double layers of fabrics, while the tensile experiments are ‘intelligently’ incorporated into the same sewing machine and just before the sewing process. A fuzzy system for determining the desired tension for each of the fabrics is presented. This system is based on a qualitative assessment of "extensibility" of each fabric and it is initialized by the experience of the experts and the fuzzy implication they make between "extensibility" and desired tension. A new method to control the tension of the fabric during the sewing is developed. A feedforward neural controller, to control the robotic gripper to maintain the tension of the fabric according to the respective desired, has been used. Additionally, an expansion of the proposed approach is presented, for the case of the neuro-control of the tension, which showed the controller’s ability of generalization to other similar tasks. Also, new research areas that have been opened in the field of human-robot cooperation for handling non-rigid and very flexible objects are stated. Finally, there is presented a systematic experimental robotic execution of seams in a wide variety of both single and double layers of fabrics, while the, produced by the robot, seams are compared with the seams produced by the experts. Through experimental phase and the results of the stitched fabrics it is highlighted the desired flexibility of the system and its satisfactory response in a wide variety of fabrics.

Στη διπλωματική λύνουμε το πρόβλημα του sudoku με χρήση του εκπαιδευτικού ρομπότ της Lego, το LEGO Mindstorm NXT. Το εκπαιδευτικό ρομπότ αυτό δεν έχει συγκεκριμένη μορφή αλλά αποτελείται από αλληλοσυνδεόμενα μεταξύ τους πλαστικά μέρη. Με χρήση αυτών κατασκευάσαμε ένα όχημα που αποτελεί παραλλαγή οχήματος από άλλη εργασία. Το όχημα αυτό μπορεί να κινείται μόνο μπροστά και πίσω. Διαθέτει έναν βραχίονα που μπορεί να κινεί δεξιά-αριστερά και στον οποίο εφαρμόζεται ένας αισθητήρας φωτεινότητας. Τέλος, στον βραχίονα υπάρχει θέση για στυλό. Το πρόβλημα του sudoku που δίνεται στο ρομπότ είναι εκτυπωμένο σε ένα χαρτί Α4. Το ρομπότ αναλαμβάνει να το αναγνωρίσει με τον αισθητήρα, να το επιλύσει και να το αποτυπώσει με τη χρήση του στυλό. Για την επίτευξη αυτού του στόχου επιστρατεύονται αλγόριθμοι ρομποτικής και αλγόριθμοι τεχνητής νοημοσύνης. Συγκεκριμένα για την πλοήγηση του οχήματος εφαρμόζεται μετρική και τοπολογική πλοήγησης, στη συνέχεια για την αναγνώριση του προβλήματος και την ταυτοποίηση κάθε εικόνας που λαμβάνεται υλοποιήσαμε αλγόριθμους μορφολογικής επεξεργασία και τέλος για την επίλυση του προβλήματος sudoku υλοποιήσαμε και συγκρίναμε δύο αλγόριθμους, την αναζήτησης κατά βάθος και την αναζήτηση κατά βάθος με διάδοση περιορισμών. Οι τελικοί αλγόριθμοι που αναπτύχθηκαν διαπιστώσαμε ότι πετυχαίνουν το σκοπό τους αφού το όχημα αναγνωρίζει τους αριθμούς του δοσμένου προβλήματος με ποσοστό επιτυχίας 95%, λύνει τα περισσότερα προβλήματα σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο και συμπληρώνει επιτυχώς τα κελιά του sudoku με τους σωστούς αριθμούς. Πέρα από αυτές τη σύγκριση των αλγορίθμων θεωρούμε ότι η μελέτη ενός τέτοιου συστήματος είναι ιδανική για εισαγωγή σε θέματα ρομποτικής και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εκπαιδευτικό εργαλείο πειραματισμού. Μάλιστα ο κώδικας μας σχολιάζεται επαρκώς σε αυτή την εργασία για να είναι ευκολότερη η κατανόηση του. Εκτός αυτού έχουμε αναπτύξει και πρόγραμμα αλληλεπίδρασης χρήστη-ρομπότ μέσω κονσόλας. / We solve the problem of sudoku using the educational robot LEGO Mindstorm NXT, made by LEGO. This educational robot doesn't have specific form but consists of interlinked plastics. We constructed a vehicle that is a variant from another work. This vehicle can move only forward and back. It has an arm that can move side to side and is equipped with a light sensor and a marker. The problem of sudoku is given to the robot in printed form on a A4 paper. The robot at first recognize the problem with the sensor, then it resolves it and finally writes the solution down by using the pen. To achieve this goal we implemented various algorithms. Specifically, we studied robotic algorithms such as metric and topological navigation. Moreover, to identify the printed problem we processed every captured image morphologically and finally to solve the sudoku instance we implemented and compared two methods, first-depth search and first-depth search with constraint propagation. We should mention that our code is written in Java for the lejOS firmware. The final code is capable of recognizing the numbers of the given problem with a success rate of 95%, solving most problems in less than a second and completing the cells on the paper with the correct numbers. Finally, we have developed an accompanying program that is usable for debugging purposes and for calibrating the robot. Even more, it can be used as education tool.

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.

Η βιομηχανία της ένδυσης εξακολουθεί να στηρίζεται σε πολύ μεγάλο βαθμό στην χειρωνακτική εργασία. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα υφάσματα είναι σώματα που παρουσιάζουν πολύ μικρή δυσκαμψία με αποτέλεσμα να παραμορφώνονται εύκολα, ενώ παράλληλα έχουν ένα μεγάλο εύρος δομών και ιδιοτήτων που καθιστά δύσκολη την ανάπτυξη αξιόπιστων και ευέλικτων συστημάτων χειρισμού. Στη διατριβή αυτή παρουσιάζεται μία μέθοδος για τον διαχωρισμό και σύλληψη ενός τεμαχίου υφάσματος από στοίβα, βασισμένη στη ροή αέρα υπό πίεση πάνω από τη στοίβα. Η ροή ανασηκώνει το άνω τεμάχιο, ενώ η τυρβώδης φύση της ροής διαχωρίζει το τεμάχιο από τα υποκείμενά του. Αναπτύσσονται δύο συστήματα για τον αυτόνομο προσδιορισμό της τροχιάς άκρου εργασίας ρομπότ, για την πραγματοποίηση του χειρισμού της απλής απόθεσης τεμαχίου υφάσματος σε τράπεζα εργασίας. Αυτά τα συστήματα βασίζονται σε μεθόδους υπολογιστικής νοημοσύνης, και πιο συγκεκριμένα στην ασαφή λογική, χωρίς να απαιτούν τη χρήση επιπρόσθετων συσκευών ή τη γνώση πολλών μηχανικών ιδιοτήτων των υφασμάτων. Μελετάται ο χειρισμός του διπλώματος υφάσματος σε τράπεζα εργασίας και εισάγονται τρία στάδια στα οποία μπορεί να χωριστεί αυτός ο χειρισμός ώστε να μειωθεί η πολυπλοκότητα του συνολικού χειρισμού. Αναλύεται το κάθε στάδιο και παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά μορφής του υφάσματος που επιλέγονται για να περιγράψουν την κατάστασή του για κάθε στάδιο του χειρισμού. Εισάγεται μια μέθοδος για την εξαγωγή αυτών των χαρακτηριστικών με τη χρήση δύο αισθητήρων όρασης, η οποία βασίζεται στην αναζήτηση των χαρακτηριστικών αυτών σε συγκεκριμένες περιοχές του χώρου της εικόνας. Αυτό καθίσταται δυνατό χάρη στην βαθμονόμηση των αισθητήρων. Αναπτύσσεται μία στρατηγική για το δίπλωμα υφασμάτων βασισμένη σε ασαφή λογική με ανάδραση όρασης. Ο ασαφής ελεγκτής, πολλών εισόδων-εξόδων, εκπαιδεύεται με τη μέθοδο δοκιμής-και-σφάλματος και παρέχει τα κέρδη ενός Ρ-ελεγκτή. Το σύστημα παρουσιάζει ευελιξία και αξιοπιστία για υφάσματα που ικανοποιούν τους περιορισμούς που έχουν τεθεί. Παρουσιάζεται μία στρατηγική για τον έλεγχο του ενεργού διπλώματος όπου δύο ανεξάρτητα υποσυστήματα αναλαμβάνουν τον προσδιορισμό της κατάστασης στόχου του υφάσματος και την επίτευξη αυτού του στόχου αυξάνοντας με αυτόν τον τρόπο την ευελιξία του συστήματος. Οι μέθοδοι που αναπτύχθηκαν μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αφετηρία για την εισαγωγή αξιόπιστων και ευέλικτων αυτοματισμών με σκοπό την εκτέλεση των χειρισμών της βιομηχανίας ένδυσης από ρομπότ. / The apparel industry is still mainly based on manual labor. The main reason for the automation delay is the fact that fabrics are bodies that present very low bending rigidity, and as a result they are easily deformed. Fabrics also present a great variety of structures and properties. These facts deter the development of reliable and flexible robotic handling systems. In this thesis a method for the separation and capture of a piece of fabric from a stack is presented, based on air flow over the stack. The difference in static pressure, caused by the flow, lifts the upper piece of the fabric, while the turbulent nature of the flow separates it from its underlying pieces. Two systems are developed for the determination of the trajectory of the end-effector of a robot, for the realization of the simple laying task of a piece of fabric on a work table. These systems are based on soft computing, and particularly on fuzzy logic, and any additional apparatuses or the knowledge of many mechanical properties of the fabrics are not required. The task of folding a piece of fabric on a work table is investigated and three stages are introduced, in which the folding task can be decomposed in order to reduce the complexity of the robot controller development. Each stage is explained and the shape characteristics that are selected in order to describe the shape of the fabric for each stage are presented. A method for the extraction of the selected characteristics from two vision sensors is introduced, which is based on variable image segmentation. The calibration of the vision sensors is also presented. A strategy is developed for the folding of rectangular pieces of fabric based on fuzzy logic with vision feedback. The indirect fuzzy controller is trained via trial-and-error and provides the variable gains of a P-controller. The system presents flexibility and reliability for the fabrics that satisfy the restrictions that have been set. Finally, a strategy for the control of the true folding stage is presented, according to which two separate subsystems determine the target state of the fabric and lead the fabric towards that state, increasing thus the flexibility of the system. The methods that are developed in this thesis can be the stepping stone for the introduction of reliable and flexible automation schemes for the realization of some of the apparel industry tasks that are still labor intensive.