Buoys anchored to the seabed are often used for marking courses in competitive sailing and other water sports, but they may need to be relocated several times per day. To avoid the time and fuel consuming labour of raising and moving the anchors, a prototype of an autonomous buoy using electric motors to maintain its position was built and tested. The prototype buoy was built as a catamaran pontoon boat with one motor in each hull. To navigate it used a Global Navigation Satellite Systems receiver and a compass as sensors. Based on information from the sensors, a microcontroller regulated the buoy’s heading and velocity using proportional, integral and derivative control. The prototype was tested and evaluated in terms of design suitability, control system performance and dynamic positional precision. Except for leaking propeller axle seals the general design of the buoy was found suitable, as was the PID control system. However, while the GNSS position was sufficiently accurate when stationary, it would not register movement smaller than approximately 30 m. Consequently the buoy was only able to stay within 19.8 m of the target location on average. The performance maybe improved by either using a different GNSS receiver, or upgrading to Real Time Kinematics GNSS. / Bojar förankrade till havsbottnen används ofta för att märka ut banan i kappsegling eller andra vattensporter, men kan behöva flyttas flera gånger per dag. För att undvika det tids- och bränslekrävande arbetet av att lyfta och flytta ankarna byggdes och testades en prototyp av en autonomboj som håller sin position med hjälp av elmotorer. Prototypbojen byggdes som en pontonbåt i katamaranutförande med en motor i varje skrov. För att navigera använde den en mottagare för Global Navigation Satellite Systems och en kompass som sensorer. Baserat på information från sensorerna styrde en mikrokontroller bojens kurs och hastighet med proportionella, integrerande och deriverande regulatorer. Prototypen testades och utvärderades med avseende på konstruktionens lämplighet, reglersystemets prestanda och dynamisk positioneringsprecision. Förutom läckande propelleraxelstätningar ansågs den generella designen var lämplig, likaså PID-reglersystemet. Aven om den stillastående GNSS-positionen var tillräckligt exakt, så registrerades inte rörelser mindre än 30 m. Följaktligen kunde bojen bara hålla sig inom 19.8 m från målpositionen i genomsnitt. Prestandan skulle kunna förbättras med en annan GNSS mottagare eller genom att uppgradera till Real Time Kinematics GNSS.

Syftet med arbetet bakom den här rapporten var att bygga en fungerande konstruktion för en sfäriskt formad robot med ett externt bihang, likt roboten BB-8 från Star Wars filmerna. Bihanget, eller ”huvudet”, var menat att förbli förbunden med sfären då denne sattes i rullning utan att falla av under rörelsens gång. Efter undersökning av tidigare konstruktioner av sfäriska robotar valdes en princip för sfärens drivsystem som modifierades utefter projektets mål och begränsningar. Drivsystemet som konstruerades är fristående från sfären och bygger på att få sfären att rulla enligt samma princip som en springande hamster i ett hamsterhjul. Med två DCmotorer och omni-hjul drivs enheten via en mikrokontroller som gjorts styrbar via Bluetooth. I drivsystemet sitter en mast med magneter som möjliggör förband med huvudet genom sfären. Efter en analyseringsprocess som byggde på trial-and-error blev resultatet en fungerande konstruktion vars funktion var starkt beroende av viktfördelning, acceleration, sfärens ytjämnhet samt åkytans underlag. / The purpose of the work behind this thesis was to build a working structure for a spherically shaped robot with an appendage added to the sphere, much like the popular Star Wars character BB-8. The appendage, or ”head”, was meant to remain connected to the sphere when the sphere was set in motion without falling off during the course of the movement. After examining previous designs of spherical robots, a principle was chosen for the sphere’s drive system, which was modified according to the project’s goals and limitations. The drive system that was designed is independent of the sphere and is based on getting the sphere to roll according to the same principle as a running hamster in a hamster wheel. With two DC-motors and omni-wheels, the unit is powered by a microcontroller made controllable via Bluetooth. The drive system houses a mast with magnets that enable connection with the head through the sphere. Following an analysis process based on trial-and-error, the result became a functioning design whose function was strongly dependent on weight distribution, acceleration, the sphere’s surface evenness and the surface of the ride.

For people who suffer from visual impairment, getting around in traffic can be a great struggle. The robot PeCro, short for Pedestrian Crossing, was created as an aid for these people to use at pedestrian crossings equipped with traffic lights. The prototype was constructed in Solid Edge ST9 as a three wheeled mobile robot and consists of several components. The microcontroller, Arduino Uno, was programmed in Arduino IDE. The vision sensor used was a Pixy2 camera that can detect and track selected colour codes. A steering model called differential drive is used. It is controlled through magnetic encoders mounted on the two motor shafts. PeCro scans the environment looking for green light. If detected, PeCro searches for the blue box on the traffic light pillar on the opposite side of the street. When it is detected it crosses the street and turns 180 degrees to enable crossing the street again. The performance of a vision sensor in different light environments, the efficiency of magnetic encoders measuring travelled distance and regulating steering as well as linear interpolation as a distance calculation method, was studied. The results show that the detecting performance of PeCro is affected by the light environment and the maximum distance at which the used colour codes are detected, was 163 cm respective 150 cm. Another result shows that when measuring distance with magnetic encoders, a constant distance deviation from the desired distance occurs. This method is desirable compared to using linear interpolation to measure the distance. In conclusion, to implement and use PeCro in real life situations, further development has to be done. / Människor som lever med synnedsättning kan möta stora hinder när de rör sig i stadstrafik. Roboten PeCro, förkortning av Pedestrian Crossing (övergångsställe), skapades för att användas som ett hjälpmedel för dessa personer vid övergångsställen utrustade med trafikljus. Prototypen konstruerades som en mobil robot försedd med tre hjul i CAD-programmet Solid Edge ST9 och består av ett flertal komponenter. Mikrokontrollern, Arduino Uno, programmerades i Arduino IDE. En Pixy2-kamera användes som bildsensor som kan spåra och detektera färgkoder. Differentialstyrning användes för att enkelt kunna styra PeCro med hjälp av magnetiska givare som var fästa på motoraxlarna. PeCro skannar sin omgivning. Om den ser grönt ljus, börjar den leta efter den blå lådan på gatustolpen på motsatt sida vägen. När den blåa lådan detekteras åker roboten över övergångsstället och roterar 180 grader för att kunna användas i motsatt riktning, tillbaka över vägen. I projektet studerades en bildsensors prestanda i olika ljusmiljöer, de magnetiska givarnas effektivitet vid avståndsmätning och dess reglering av styrningen, samt avståndsmätning genom linjär interpolation. Från resultaten kan ses att PeCros detektering påverkas av ljusmiljön och att det maximala avståndet som respektive färgkod kan detekteras på är 163 respektive 150 cm. Vidare kan ses att vid avståndsmätning med magnetiska givare uppstår en konstant avvikelse från den önskade sträckan. Avståndsmätning med magnetiska givare är att föredra framför mätning med linjär interpolation. Avslutningsvis, om PeCro ska kunna användas i vardagliga situationer, kommer viss vidareutveckling behöva genomföras.

The purpose of this project was to construct a holonomic mobile robot driven with omni wheels. That would enable movement in all degrees of freedom. The finished product was a robot platform within a spherical shell body controlled by input commands defining speed and direction from a wireless communication medium. The platform was iteratively designed and constructed with parts made out of laser cut acrylic plastic. By using omni wheels powered by Direct Current (DC) motors, which will be described further, the holonomic drive could be realized as the wheel hubs were placed on the platform with calculated angles. / Syftet med detta projekt var att konstruera en holonomisk robot, vilket kan uppfyllas med hjälp av omnihjul som kan drivas i samtliga riktningar i planet. Den färdiga produkten blev en robot som placerats i en sfärisk kropp som tar in hastighet- och riktningssignaler från en trådlös kommunikationsmodul. Plattformen, som iterativt designades, laserskärdes ur akrylplast. På den placerades omni-hjul drivna av DC-motorer, vilka möjliggjorde den holonomiska rörelsen

The scope of this bachelor’s thesis was to investigate the use of infrared light to track an object in an image. The goal of the report was to build a full-scale prototype of a camera mount to understand what type of setup is ideal for delivering good tracking performance with infrared (IR) light, an IR-camera and a reflector. The tracker used IR-lights that shines light on the reflector which makes it the brightest spot in the image. Visible light was removed with an analog filter in front of the camera. A microcomputer, in this case a Raspberry Pi 3B+ was used to process the image from the camera, find the brightest spot and then turn the camera with two servo-motors. This resulted in a twoaxis motion that made sure that the brightest spot always stays in the middle of the frame. The testing of the system was done in two steps. First of all, five different shapes of reflector was tested to establish which shape ensures the best tracking performance, in all lighting conditions. The results from the testing was then compared to other visionbased tracking methods covered in other bachelorss thesis’ at KTH. The results showed that IR-tracking perform well in conditions with low ambient light while other visionbased tracking methods, like color tracking works better in conditions with lots of light. / I den här rapporten undersöks användningen av infrarött ljus för att spåra ett objekt i en bild. Målet med rapporten var att bygga en fullskalig prototyp av ett kamerafäste för att undersöka vilken typ av uppsättning som kunde leverera god prestanda gällande bildspårning med hjälp av infrarött (IR) ljus, en IR-kamera och en reflex. För spårningen användes IR-lampor som lyste på reflexen i syfte att göra den till den ljusaste punkten i bilden. Synligt ljus filtrerades bort med ett analogt filter som sattes framför kameran. En mikrodator i form av en Raspberry Pi 3B+ användes för att behandla bilden från kameran, identifiera ljusaste punkten och sedan rotera kamerafästet med hjälp av två servomotorer. Rotationen skedde kring två axlar för att se till att reflexen alltid befann sig mitt i bild. Testningen av uppsättningen gjordes i två steg. Först analyserades fem olika former på reflexen för att undersöka vilken form som bäst försäkrade att reflexen alltid är ljusaste punkten i bilden, även vid olika ljusförhållanden. Testresultaten från det andra testet kunde sedan jämföras med tidigare kandidatuppsatser som skrivits vid KTH. Det konstaterades att IR-spårning ger bättre prestanda vid ljusförhållanden med svagt ljus, medan spårning med hjälp av färgigenkänning ger bättre prestanda vid förhållanden med mycket ljus.

The industry for autonomous vehicles is growing. According to studies nine out of ten traffic accidents are due to the human factor, if the safety can get good enough in autonomous cars they have the potential to save thousands of lives every year. But obstacle detecting autonomous robots can be used in other situations as well, for example where the terrain is inaccessible for humans because of different reasons. In this project, a self navigating obstacle detecting robot was made. The robot uses ultrasonic sensors to detect obstacles and avoid them. An algorithm of the navigation of the robot was created and implemented to the Arduino. For driving the wheels, two servo motors were used. The robot consisted of three wheels, two in the back to which the servo motors were attached and one caster wheel in the front. This made it possible to implement differential drive which enabled quick and tight turns. Tests were performed which showed that the robot could successfully navigate in a room with various obstacles placed out. The placement of the sensors worked good considering the amount of sensors that was used. Improvements in detection of obstacles could have been made if more sensors had been used. The tests also confirmed that ultrasonic sensors works good for this kind of task. / Industrin för självkörande fordon växer. Enligt studier beror nio av tio trafikolyckor på den mänskliga faktorn, om säkerheten kan bli tillräckligt bra i självkörande bilar har de potential att rädda tusentals liv varje år. Men hinderupptäckande självkörande robotar kan användas i andra situationer också, till exempel i terräng som är otillgänglig för människor av olika anledningar.  I det här projektet har en självnavigerande hinderupptäckande robot byggts. Roboten använder ultraljudssensorer för att upptäcka hinder och unvika dem. En algoritm för navigationen av roboten skapades och implementerades i Arduinon. För drivningen av hjulen användes två servomotorer. Roboten hade tre hjul, två i den bakre änden till vilka servomotorerna var fästa och ett länkhjul fram. Det möjliggjorde differentialstyrning vilket också tillät snabba och snäva svängar.  Tester genomfördes som visade att roboten kunde navigera i ett rum med olika hinder utplacerade utan större problem. Placeringen av sensorerna fungerade bra med tanke på det antal sensorer som användes. Förbättringar av hinderupptäckningen hade kunnat göras om fler sensorer hade använts. Testerna bekräftade också att ultraljudssensorer fungerar bra för denna typ av uppgift.

In recent times robots are becoming more and more common. They are everywhere. Walking, running, swimming, flying and many of them have much in common with the creatures inhabiting this planet. A lot of it in order to make them appeal more to us, instead of simply being portrayed as stone cold machines. Continuing on the path evolution has laid out before us seems to be a wise decision to make, aspiring to efficiently utilize our knowledge about science and engineering with the vision of improving our future. With the intention to simulate a four legged animal and evaluate the means of interacting with one´s surrounding, a quadruped locomotion system together with two types of sound and voice interacting systems have been assessed. A demonstrator was built to test the real world problems and decide what kind of interacting that is most beneficial. The results indicate that voice commands and speech recognition, rather than sounds from the environment are more practical and robust as a way of interacting with one´s surroundings. / På senare tider har robotar blivit mer och mer vanliga. De är överallt. Gående, springande, simmande, flygande och många av dem har mycket gemensamt med de varelser som lever på denna jord. Mycket av detta för att tilltala oss mer, istället för att framstå som enbart iskalla maskiner. Att fortsätta på den väg som evolutionen har lagt framför oss verkar vara ett vist beslut att ta, i strävan efter att effektivt utnyttja våra kunskaper i vetenskap och ingenjörskonst med visionen om att förbättra vår framtid. Med målet att simulera ett fyrbent djur och utvärdera möjligheterna till att interagera med ens omgivning, har ett fyrbent förflyttningssystem tillsammans med två typer av ljud och röstsystem tagits fram. En prototyp kontruerades för att testa de problem som uppstår i den verkliga värden och för att kunna bedöma vilket sätt att interagera som visar vara sig mest fördelaktigt. Resultaten indikerar att röstkommandon och röstigenkänning, snarare än ljuddetektion från omgivningen är mer praktiska och robusta som ett sätt att interagera med sin närmiljö.

Machine learning implementations in computer vision and speech recognition are wide and growing; both low- and high-level applications being required. This paper takes a look at the former and if basic implementations are good enough for real-world applications. To demonstrate this, a simple artificial neural network coded in Python and already existing libraries for Python are used to control a laser pointer via a servomotor and an Arduino, to create a voice-activated targeting system. The neural network trained on MNIST data consistently achieves an accuracy of 0.95 ± 0.01 when classifying MNIST test data, but also classifies captured images correctly if noise-levels are low. This also applies to the speech recognition, rarely giving wrong readings. The final prototype achieves success in all domains except turning the correctly classified images into targets that the Arduino can read and aim at, failing to merge the computer vision and speech recognition. / Maskininlärning är viktigt inom röstigenkänning och datorseende, för både små såväl som stora applikationer. Syftet med det här projektet är att titta på om enkla implementationer av maskininlärning duger för den verkligen världen. Ett enkelt artificiellt neuronnät kodat i Python, samt existerande programbibliotek för Python, används för att kontrollera en laserpekare via en servomotor och en Arduino, för att skapa ett röstaktiverat identifieringssystem. Neuronnätet tränat på MNIST data når en precision på 0.95 ± 0.01 när den försöker klassificera MNIST test data, men lyckas även klassificera inspelade bilder korrekt om störningen är låg. Detta gäller även för röstigenkänningen, då den sällan ger fel avläsningar. Den slutliga prototypen lyckas i alla domäner förutom att förvandla bilder som klassificerats korrekt till mål som Arduinon kan läsa av och sikta på, vilket betyder att prototypen inte lyckas sammanfoga röstigenkänningen och datorseendet.

Since the 1970s, the Rubik’s Cube puzzle has intrigued millions of people. It did not take long until people tried to solve the cube as fast as possible, and started to compete. However, in recent years, a new trend of robots solving the cube has flourished. The purpose of this project was to investigate time and precision aspects of a Rubik’s cube solving robot. A four armed robot was designed and a system was built. The construction made it possible to first scan the cube using a webcam and solve the cube by letting the robot perform the movements necessary for solving. Differences in time for different scrambles was analyzed as well as the robot’s precision. Since the robot only had four arms, the results showed differences in turning the up- and downside of the cube. To get access to these sides, the robot had to perform a flip motion. Since the software used was not optimized to minimize these moves there were differences in solving time. Moreover, the robot’s precision differed depending on its setup and how fast it was programmed to go. Two different setups was compared, one being slow and having big margins between each move and the other one being more rapid. Both setups worked, although calibration was more crucial for the faster one. / Sedan 70-talet har Rubiks kub fängslat miljontals människor. Det tog inte lång tid innan kampen om att lösa kuben så snabbt som möjligt uppstod och med det även tävlingar. Under de senaste åren har däremot en ny trend kommit med robotar som löser kuben. Projektets syfte var att undersöka tids- och precisionsaspekter för en robot som löser en Rubiks kub. I det här projeketet byggdes en fyrarmad robot med uppgift att lösa kuben. Systemet skapades så att kuben först skannas med en webkamera och sedan sätts på plats i roboten som löser kuben. Skillnader i tid för olika blandningar samt robotens precision analyserades. Eftersom roboten konstruerades med fyra armar var det tydliga skillnader i tid för upp- och nersidans drag. För att få tillgång till dessa sidor var hela kuben tvungen att roteras. Eftersom mjukvaran som användes inte var optimerad för att minimera nyttjandet av dessa rörelser varierade lösningstiderna. Dessutom var det skillnader i robotens precision beroende på systemets kalibrerade hastighet. Två olika inställningar jämfördes där en var långsammare med större marginaler mellan varje drag och den andra var snabbare. Båda fungerade för att lösa kuben men kalibreringen blev mycket avgörande för den snabbare inställningen.

In this project a cube was constructed with the intent for it to balance on one of its edges by regulating the speed of a reaction wheel. To be able to do this, a research was done to understand the mechanics of the system and to know what components were required for the project. A brushed DC motor was used with one reaction wheel on each end of its shaft, using the moment of inertia to convert the torque from the motor to an angular acceleration of the cube. A control system was implemented to regulate the speed of the motor depending on the angular offset of the cube. This control system was chosen to be a proportional–integral–derivative (PID) controller, and a number of different tuning methods were used to determine the parameters of said controller to create a stable system. Despite the different methods used, the cube did not successfully balance for a longer period of time. / Under detta projekt har en kub konstruerats med syfte att balansera på en av sina kanter genom att reglera hastigheten på ett reaktionshjul. En undersökning genomfördes för att få en bra förståelse för det mekaniska systemet samt för att ta reda på vilka komponenter som var väsentliga för projektet. En borstad likströmsmotor användes tillsammans med ett reaktionshjul på varsin sida av motorns drivande axel vars tröghetsmoment utnyttjades för att överföra momentet från motorn till en vinkelacceleration på kuben. En regulator implementerades för att styra hastigheten på reaktionshjulen beroende på vinkelavvikelsen från jämviktsläget. Regulatorn som valdes var en proportionell, integrerande och deriverande (PID) regulator och flera olika metoder användes för att bestämma regulatorns parametervärden som avgör dess egenskaper. Trots att olika metoder prövades lyckades inte kuben balansera under en längre period.