In this thesis, a combined feedforward and feedback controller for improved path tracking on autonomous heavy-duty vehicles is designed and implemented. The steering wheel is controlled in order to follow a reference curvature, computed by a higher-level MPC, responsible for minimizing the distance to a planned path. The steering dynamics, from steering wheel via wheel angles, to a measurable vehicle curvature, is modeled, and a conversion from desired curvature gain to input angle to the steering wheel is derived. Tests with an autonomous Scania R580 show that the desired curvature can be followed with satisfactory small error, both in a designed slalom path and on a more generic test track. By utilizing future curvature values computed by the MPC, a non-causal feedforward controller can reduce the delay from input to the steering wheel to a measured response in curvature, by almost two thirds, compared to the currently implemented solution. Compared to an open-loop control design, tests in simulation show that a feedback controller can reduce errors in curvature gain. However, with the identified steering dynamics and the improved conversion from steering wheel angle to curvature, no further improvement in the curvature gain was seen when implementing the feedback controller in the test vehicle. Care must also be taken not to introduce instability in the system when the feedback controller is implemented in series with a high-level MPC. / Den här rapporten beskriver design och implementering av en regulator med kombinerad framkoppling och återkoppling för förbättrad banföljning av autonoma tunga fordon. Fordonets ratt styrs för att följa en kurvaturreferens beräknad av en överordnad MPC, ansvarig för att minimera avståndet till en planerad bana. Dynamiken i styrningen, från ratten via hjulvinklarna till en mätbar kurvatur för fordonet, är modellerad. En översättning från önskad förstärkning av kurvatur till insignal för rattvinkeln är också framtagen. Tester utförda med en autonom Scania R580 visar att den önskade kurvaturen kan följas med tillfredsställande litet fel, både i en egendesignad slalombana och i en mer generisk testbana. Genom att utnyttja framtida referensvärden för kurvatur beräknade av MPC:n, kan en icke-kausal framkopplande regulator minska fördröjningen från insignal till ratten till en mätbar respons i fordonets kurvatur. Jämfört med den nuvarande lösningen minskas fördröjningen med nästan två tredjedelar. Jämfört med en öppen styrning visar tester i simulering att en återkoppling i regulatorn kan minska stationära fel i kurvatur. Med implementeringen av den identifierade styrdynamiken och den förbättrade översättningen från rattvinkel till kurvatur, syntes dock med återkoppling ingen ytterliggare förbättring i testfordonet. Implementering av den återkopplande regulatorn i serie med den överordnade MPC:n behöver också göras med omsorg för att inte introducera instabilitet i systemet.

Ce travail propose de nouvelles stratégies pour la planification et le contrôle des robots mobiles non-holonomes, de nouveaux algorithmes sont proposés. Tout d'abord, l'identification des différents modèles cinématiques de robot mobiles est discutée, et le problème est formulé comme l'identification en temps réel du signal de commutation d'un système singulier non-linéaire et à commutation. Deuxièmement, sur la base du modèle identifié, un algorithme de planification locale est proposé, et le contour irrégulier de l' obstacle est représenté par des segments. La trajectoire est obtenue en résolvant un problème de commande optimale avec contraintes. Troisièmement, nous appliquons un contrôleur i-PID pour contrôler le robot mobile non-holonome avec la perturbation dans les mesures. Un paramètre de commutation α est proposé en raison de la particularité du système non-holonome. En plus de notre algorithme de planification proposé, une autre approche de planification en utilisant de champs de potentiels est proposée. La nouvelle fonction de champ de potentiel est en mesure de résoudre les problèmes de minima locaux et de produire des forces lisses pour éviter les oscillations. Enfin, une approche de planification coopérative entre robots est proposée en utilisant les informations locales partagées par chaque robot. Le graphe de visibilité est utilisé pour générer une série d'objectifs intermédiaires qui assureront aux robots d’atteindre l'objectif final, et un algorithme est proposé pour étendre les obstacles et fusionner les obstacles lorsque deux obstacles s'entrecroisent / This PhD thesis is dedicated to the path planning and control strategy for non-holonomic mobile robots. After a review of the recent researches and their features, new path planning algorithms and control strategies are proposed. Firstly, the identification of different mobile robot kinematic models is discussed, robot kinematic models are formulated as a switched singular nonlinear system, and the problem becomes the real-time identification of the switching signal. Secondly, based on the identified model, a local path planning algorithm is proposed, in which the irregular contour of obstacles is represented by segments. The path planning problem is formulated as a constrained receding horizon planning problem and the trajectory is obtained by solving an optimal control problem with constraints. Thirdly, we apply an i-PID controller to control the non-holonomic mobile robot with measurement disturbance. A switching parameter α is proposed because of the particularity of the non-holonomic system. In addition to our proposed path planning algorithm, another path planning approach using potential field is proposed. The modified potential field function, which takes into account the robot orientation and angular velocity, is able to solve local minima problems and produce smooth forces to avoid oscillations. Finally, a cooperative path planning approach between robots is proposed by using the shared local information of each robot. The visibility graph is used to generate a series of intermediate objectives which will guarantee the robots reaching the final objective, and an algorithm is proposed to expand obstacles and merge obstacles when two obstacles intercross

This project deals with portal-type CNC milling machine design and construction. CNC milling machine should be able to machining light metals and alloys. This document contains description of mechanical components selection, machine frame design and building, design and construction of USB motion control unit and also contains control software description and user manual.

De nos jours, les systèmes intègrent de plus en plus de fonctionnalités dans des volumes de plus en plus petits grâce aux microcomposants intégrés. L'assemblage de ces microcomposants nécessite des systèmes de manipulation précis et reproductibles. Un nombre considérable de recherches ont été menées afin de mettre au point des actionneurs et des microrobots capables d'effectuer des tâches de positionnement ou de manipulation avec des précisions microniques voire submicroniques. Les technologies piézoélectriques jouent un rôle fondamental dans les applications de positionnement à résolution nanométrique ou même inférieure. Ces matériaux permettent la conception et le développement de systèmes de positionnement avec résolution et bande passante élevées. Cependant, des effets non linéaires tels que l'hystérésis et la dérive lente affectent la précision de la position des systèmes à base piézoélectrique s'ils ne sont pas contrôlés. Souvent, des capteurs de position sont montés sur ces systèmes pour permettre un contrôle en boucle fermée et l'élimination des effets d'hystérésis et de dérive lente. Néanmoins, l'intégration de capteurs permettant un asservissement robuste et de qualité pose des problèmes spécifiques aux microrobots. Cela est particulièrement vrai lorsque le nombre de degrés de liberté augmente. En effet, les capteurs de position qui jouissent d'une bonne résolution et précision sont généralement très volumineux et coûteux. Les solutions alternatives à l’intégration de capteurs de position externes peuvent être regroupées en deux catégories: soit par contrôle en boucle ouverte, également appelé schémas de contrôle prédictifs, soit par des techniques basées sur le contrôle par auto-détection (Self-Sensing Actuation - SSA), c’est-à-dire un contrôle en boucle fermée utilisant l'actionneur piézoélectrique comme son propre capteur.Dans cette thèse, l'objectif est de concevoir et de contrôler un système de positionnement basé sur la technologie piézoélectrique avec une méthode de mesure intégrée par SSA et ayant plusieurs degrés de liberté. À cette fin, les deux classes de SSA, à savoir le SSA basé sur l’effet direct piézoélectrique et le SSA basé sur la modification des propriétés électriques de l'actionneur piézoélectrique (PEA), sont étudiées en profondeur afin de déterminer celle qui convient le mieux au contrôle de la force et de la position dans les actionneurs piézoélectriques caractérisés par le fluage et non-linéarités d'hystérésis et consacrés à des opérations précises. De plus, cette étude présente un modèle constitutif et une technique d’identification de paramètres améliorés, qui prend en compte l’effet de couplage électromécanique et les non linéarités sur les propriétés du matériau piézoélectrique (constantes élastiques et diélectriques).Une nouvelle technique d'évaluation en temps réel des propriétés électriques du PEA est développée. Cette évaluation est basée sur la mesure de l’amplitude du courant de détection résultant de l’application d’une tension d’entrée haute fréquence de faible amplitude superposée à la tension d’entrée de commande qui actionne le PEA. Ensuite, un estimateur qui utilise le courant de détection pour estimer la position du PEA est conçu. Enfin, une plate-forme microrobotique pour le positionnement planaire à haute résolution avec la mesure intégrée par SSA développée est présentée. / Currently, systems integrate more and more functionalities into smaller volumes thanks to embedded micro-components. The assembly of those components requires precise and repeatable systems of manipulation. Substantial amounts of research have been carried out for developing actuators and microrobots to perform positioning or manipulation with micron- or even submicron accuracies. Piezoelectric technologies play a fundamental role in positioning applications with nanoscale or even lower resolution. These materials make possible the design and development of positioning systems with high resolution and bandwidth. However, nonlinear effects such as hysteresis and creep affect the position accuracy of piezoelectric-based systems if not controlled. Often, position sensors are mounted to these systems to permit a feedback control and the elimination of the hysteresis and creep effects. Nonetheless, the integration of sensors to enable quality and robust servo control poses specific problems for microrobots. This is especially true when the number of degrees of freedom (DOF) increases. Precision position sensors are usually very bulky and expensive. Alternative solutions to the integration of external position sensors can be grouped into two categories: either by open-loop control, also called feedforward control schemes or by Self-Sensing Actuation (SSA) control-based techniques, that is, a feedback control that uses the piezoelectric actuator as its own sensor.In this thesis, the objective is to design and control a piezoelectric-based positioning system with an embedded measurement by SSA method and having several degrees of freedom. To this end, the two classes of SSA, namely SSA based on the piezoelectric direct effect and the SSA based on the change of electrical properties of the piezoelectric actuator (PEAs), are studied in depth to determine the more adequate for force and position control in piezoelectric actuators typified by creep and hysteresis nonlinearities and devoted to precise operations. Additionally, from this study, an improved constitutive model and parameter identification technique are presented which includes the electromechanical coupling effect on the piezoelectric material properties (elastic and dielectric constants).A novel technique for real-time evaluation of the PEA's electrical properties is developed. This evaluation is based on the measurement of the amplitude of the detection current that results from the application of high-frequency low amplitude input voltage that is superimposed to the control input voltage which actuates the PEA. Then an estimator that uses the detection current to estimate the PEA's position is designed. Finally, a microrobotics platform for planar positioning with high resolution and the developed embedded measurement by SSA is presented.

Le contrôle global du châssis a fait récemment l'objet d'une attention particulière. Cela serait motivé surtout par l’approche des véhicules entièrement autonomes. Ces véhicules, en particulier le niveau 5 d’automatisation SAE (J3016), devraient remplacer le conducteur humain dans presque toutes les situations. Le véhicule automatisé devrait être capable de gérer en harmonie des situations couplées où sont intégrés le contrôle longitudinal, latéral et éventuellement vertical. Pour ce faire, le véhicule dispose de plusieurs systèmes intégrés par axe de contrôle. En effet, les équipementiers automobiles et les nouveaux acteurs de l'industrie automobile proposent continuellement de nouvelles solutions pour satisfaire des performances bien spécifiques. Le constructeur automobile doit quant à lui coordonner différents sous-systèmes provenant de différentes parties prenantes afin de garantir une expérience de conduite fiable et confortable. Jusqu'à présent, les constructeurs automobiles privilégiaient des solutions simples consistant à ajouter une couche de coordination en aval des sous-systèmes concurrents afin de limiter les potentiels conflits. La plupart des stratégies adoptées consistent à prioriser un système par rapport à un autre en fonction de certains scénarios conflictuels prévisibles. Les véhicules autonomes ont besoin de sous-systèmes supplémentaires pour fonctionner en toute sécurité. Ainsi, les interactions entre les sous-systèmes s'amplifieront au point de devenir imprévisibles. Cette thèse met l'accent sur l'approche de coordination qui devrait être adoptée par les véhicules du futur. En particulier, la couche de coordination est déplacée en amont des sous-systèmes autonomes pour assurer une distribution de commande optimale. Cette couche agit comme un superviseur basé sur des algorithmes d'allocation optimale du contrôle. La synthèse des correcteurs repose sur les théories du contrôle robuste permettant de faire face aux changements environnementaux et aux incertitudes paramétriques et dynamiques du véhicule. Les résultats ont d’abord montré que même en ce qui concerne les véhicules actuels, l’approche en amont peut offrir des avantages supplémentaires pour ce qui est de la résolution de problèmes à objectifs multiples. En outre, l’approche en amont permet de coordonner les sous-systèmes des véhicules présentant une sur-actionnement plus élevé. La tolérance aux pannes peut être assurée entre des systèmes de châssis complètement différents, et des objectifs qualitatifs, s'ils sont rigoureusement formalisés, peuvent être satisfaits. Plus les sous-systèmes seront nombreux à l'avenir, plus l'approche en amont deviendrait pertinente pour le contrôle du mouvement des véhicules. Nous espérons que les avantages conséquents présentés dans cette thèse grâce à une approche de coordination en amont optimale encourageraient les constructeurs automobiles et leurs équipementiers à opter pour des solutions plus ouvertes, à proposer ensemble les normalisations nécessaires et accélérer ainsi le développement des véhicules autonomes. / A large interest has been given recently to global chassis control. One of the main reasons for this would be the approach of fully autonomous vehicles. These vehicles, especially the SAE (J3016) level 5 of automation, are expected to replace the human driver in all situations. The automated vehicle should be able to manage coupled situations in harmony where longitudinal control, lateral control, and eventually vertical control are involved. To do so, the vehicle has more than one embedded system per control axis. Equipment suppliers and new entering automotive actors are continually proposing new solutions to satisfy a specific performance required from future passenger cars. Consequently, the car manufacturer has to coordinate different subsystems coming from different stakeholders to ensure a safe and comfortable driving experience. Until these days, car manufactures favoured simple solutions consisting on adding a coordination layer downstream the competing subsystems in order to mitigate eventual conflicts. Most of strategies adopted consist on prioritizing one system over another depending on predictable conflicting scenarios. Autonomous vehicles need additional subsystems to operate safely. Interactions between these subsystems will increase to the point of becoming unpredictable. This thesis focus on the coordination approach that should be adopted by future vehicles. Particularly, the coordination layer is moved upstream the standalone subsystems to ensure an optimal control distribution. This layer acts as a supervisor depending on optimization-based control allocation algorithms. The control synthesis is based on robust control theories to face environmental changes and the vehicle’s parameters and dynamics uncertainties. Results showed first that even regarding today’s vehicles, the upstream approach can offer additional advantages when it comes to multiple objectives problems solving. In addition, the upstream approach is able to coordinate subsystems of vehicles with a higher over-actuation. Fault-tolerance can be ensured between completely different chassis systems, and qualitative objectives, if rigorously formalized, can be satisfied. The more numerous subsystems will get in the future, the more relevant the upstream approach would become to vehicle motion control. We expect that the important benefits shown in this thesis thanks to an optimal upstream coordination approach would encourage car manufacturers and equipment to switch towards more open solutions, propose together the necessary standardizations, and accelerate the autonomous vehicles development.

För att kunna framföra ett fordon på ett säkert sätt är vindrutetorkning är en viktig del. Men, bara för att det är en viktig del i användandet innebär det inte att det är en viktig del i utvecklingen. Detta har visat sig genom att funktionen och designen av vindrutetorkare på lastbilar har varit densamma i årtionden. När hytten till Scanias senaste lastbilsmodell designades så minskades tjockleken på torpedväggen för att spara vikt. Detta minskade även styvheten i hytten, vilket fick de vibrationer som inducerades vid körning av vindrutetorkarna att nå en kritisk gräns. Problemställningen för detta exjobb var därför att förstå ursprunget till dessa vibrationer och hur delsystemen interagerar med varandra genom att utföra modellbaserad utveckling (MBD). Uppgiften var att undersöka vilka ändringar som behövde genomföras i styrningen av vindrutetorkarna och systemspecifikationen för den inbyggda styrenheten för att reducera vibrationerna och säkerställa Scanias position som premiummärke även i framtiden. Vindrutetorkarsystemet modellerades i Simulink, med både Simulink-block och Simscapemodeller. En strömberoende spänningskontroller för rörelsestyrning utvecklades för att sedan verifieras på nuvarande hårdvara. Rekommendationer för framtida arbete på ECU gällande systemfrekvens för mätning samt algoritmdesign gjordes, samt helhetstänket vid design av ett nytt system poängterades. Resultaten visar att styrning av en likströmsmotor med ström som ingångsparameter är komplicerat då strömmen varierar kraftigt på grund av störningar. Algoritmen som behandlar mätdatat måste därför vara väldigt robust eftersom filtrering påverkar systemet genom att lägga till fas i kontrollern, vilket ger eftersläpningar. Kommande arbetsinsatser bör fokusera på hur man väljer komponenter som matchar varandra gällande likströmsmotor och ECU. Desto mer logik som placeras i motorn, desto mindre datorkraft behövs i den inbyggda styrenheten. / Windscreen wiping is an important part of driving safety and vehicle maneuverability. However, importance does not automatically imply progression, and the wiping functionality for heavy commercial vehicles have remained roughly the same through decades. When redesigning the cab for the latest truck generation at Scania, the thickness of the firewall was reduced to save weight.This reduced the stiffness of the cab, which made the vibrations in the throttle pedal from actuating the windscreen wiper rise to a critical level.The problem definition in this thesis was to understand the root-cause and cooperation in the system by doing modelling and Model-Based Design (MBD), rather than starting with experimental verification. The task was to investigate what changes needed to be made in the controlling of the wiper motor and system specification of the ECU to reduce vibrations and ensure Scania's position as a premium brand in the future. The windscreen wiping system was modelled in Simulink, with both Simulink blocks and Simscape models. A current-measuring voltage-controller for motion-profiles was developed and verified on real production hardware. Recommendation for future development of next ECU generation regarding sampling time and controller design was made and the importance of considering the whole system design was emphasized. Results showed that controlling with current measurement of DC-motors as input parameter is avolatile approach due to disturbances. The algorithms depending on this measurement needs to be very robust, since filtering adds unwanted delay to the control loop. Further investigations should be made in the component selection when mapping motors with the correct driver. The more logic placed in the motor, the less need for a complex ECU and vice versa.

"Sitting is the new smoking" and is one of the major causes of human health problems today. Swedes train the most in the world but are also among those who work  mostsedentary. Proper movement while taking 1 minute of active short breaks helps to preventfurther health problems. Cameras can detect body movements and this information can beused to do motion analysis and skeletal estimation. Furthermore, this can be used to create games that can use this detected movement and force the user to be more active whiledoing something fun.This thesis is about designing and implementing two mini-games in Godot for particular body movements using MediaPipe. Game designers for the mini-games use heuristicsfor motion-based control in games presented by Hara and Ovaska. This thesis focuses ondeveloping game control using motion control for the mini-games. The game controls areevaluated by calculating the sensitivity of how well the controls work for the games.

No description available.

No description available.

No description available.