This thesis project covers the development of a cross country skiing robot, with the purpose of being used as an instrument for measuring gliding properties of skis. The robot used in total 4 servomotors to control the motion of right and left arms with poles attached. A general movement pattern generator was developed to construct patterns that resemble the one of a human hand during poling. The final robot is able to generate a poling motion resulting in a forward propulsion, but further development to the design has to be made to use the robot for its intended purpose.

Nowadays, robots have become of high importance within the manufacturing industry, as well as programming methods have evolved to adapt to the current necessities. Due to the great number of complex concepts in Robotics, the learning curve of actual robotic software can be steep for inexperienced programmers, and previous training is required. However, training that requires the use of real robots is not always available for common users because of the difficult access to the machines. In parallel, new and more powerful Mixed Reality (MR) devices have been developed, expanding the possibilities of path planning. In this project, a MR application to support robot programming for welding purposes is developed, where the targets are placed according to a work object and a welding piece. Within this application, the user can interact with several menus and objects to program the path, which can be configured and simulated in the virtual environment with reachability checking. Paths can also be exported to the real robot, where they are conducted with accurate performance. Considering the learning process, a guide can be activated to show recommended steps, and it is possible to jog the virtual robot to comprehend robot motions. In addition, two experiments are conducted to test the spatial mapping and marker detection capabilities. Finally, the benefits, limitations, and flexibility of the application are discussed considering its impact on humans, while the user experience is evaluated with a survey for further analysis. The resulting application allows the user to generate, configure and export paths through the MR environment and test them in a real robot.

Multitask Learning (MTL) was conceived as an approach to improve thegeneralization ability of machine learning models. When applied to neu-ral networks, multitask models take advantage of sharing resources forreducing the total inference time, memory footprint and model size. Wepropose MTL as a way to speed up deep learning models for applicationsin which multiple tasks need to be solved simultaneously, which is par-ticularly useful in embedded, real-time systems such as the ones foundin autonomous cars or UAVs.In order to study this approach, we apply MTL to a Computer Vi-sion problem in which both Object Detection and Semantic Segmenta-tion tasks are solved based on the Single Shot Multibox Detector andFully Convolutional Networks with skip connections respectively, usinga ResNet-50 as the base network. We train multitask models for twodifferent datasets, Pascal VOC, which is used to validate the decisionsmade, and a combination of datasets with aerial view images capturedfrom UAVs.Finally, we analyse the challenges that appear during the process of train-ing multitask networks and try to overcome them. However, these hinderthe capacity of our multitask models to reach the performance of the bestsingle-task models trained without the limitations imposed by applyingMTL. Nevertheless, multitask networks benefit from sharing resourcesand are 1.6x faster, lighter and use less memory compared to deployingthe single-task models in parallel, which turns essential when runningthem on a Jetson TX1 SoC as the parallel approach does not fit intomemory. We conclude that MTL has the potential to give superior per-formance as far as the object detection and semantic segmentation tasksare concerned in exchange of a more complex training process that re-quires overcoming challenges not present in the training of single-taskmodels.

Autonomous driving is the concept of a vehicle that operates in traffic without instructions from a driver. A major challenge for such a system is to provide a comprehensive, accurate and compact scene model based on information from sensors. For such a model to be comprehensive it must provide 3D position and semantics on relevant surroundings to enable a safe traffic behavior. Such a model creates a foundation for autonomous driving to make substantiated driving decisions. The model must be compact to enable efficient processing, allowing driving decisions to be made in real time. In this thesis rectangular objects (The Stixelworld) are used to represent the surroundings of a vehicle and provide a scene model. LIDAR and semantic segmentation are fused in the computation of these rectangles. This method indicates that a dense and compact scene model can be provided also from sparse LIDAR data by use of semantic segmentation. / Fullt självkörande fordon behöver inte förare. Ett sådant fordon behöver en precis, detaljerad och kompakt modell av omgivningen baserad på sensordata. Med detaljerad avses att modellen innefattar all information nödvändig för ett trafiksäkert beteende. Med kompakt avses att en snabb bearbetning kan göras av modellen så att fordonet i realtid kan fatta beslut och manövrera i trafiken. I denna uppsats tillämpas en metod där man med rektangulära objekt skapar en modell av omgivningen. Dessa beräknas från LIDAR och semantisk segmentering. Arbetet indikerar att med hjälp av semantisk segmentering kan en tät, detaljerad och kompakt modell göras även från glesa LIDAR-data.

Automation är nästa stora steg för gruvindustrin. Genom att implementera automation i de processer som finns i gruvindustrin så kan gruvor öka produktiviteten av sina maskiner, gruvor kommer kunna bättre planera för de material, utrustning och personal som används för att öka effektiviteten, automation kommer även möjliggöra att gruvorna kan bättre förutse när maskiner kommer behöva underhåll, samt att automation ökar säkerheten då det minskar behovet för att ha människor på plats i gruvan. Tidigare studier har fokuserat mycket på vilka fördelar som automation kan ge till gruvindustrin, detta examensarbete fokuserar på att skapa ett ramverk för implementation av automation i gruvor, samt vilka resurser som krävs för en lyckad implementation och när ansvaret för maskinerna lämnas över från en OEM till gruvan. Tillvägagångsättet var att genomföra intervjuer och analysera interna dokument hos en OEM för gruvmaskiner för att skapa ett ramverk, och därefter testa detta med ett verkligt pilotprojekt i en gruva som var i implementeringsfasen av projektet. Detta resulterade i ett ramverk med 6 steg: Feasibility, Initiation, Planning, Execution, Measuring and Controlling, och slutar med Closing. Några viktiga aspekter som framgick av studien var att ha rätt kompetenser hos arbetarna och ge rätt utbildningar till rätt personer var ytterst viktigt, inte bara för att de ska användas på rätt sätt men även för Change Management-processen. Det är även ytterst viktigt att sätta rätt KPI:er för att kunna uppnå de mål som har satts i kontraktet för att kunna avsluta ett projekt och påbörja en överlämning av ansvaret för maskinerna. De viktigaste resurserna i ett lyckat implementationsprojekt är den tekniska kompetensen hos personalen, samt att ha instruktioner, manualer och tydliga beskrivningar för de maskiner som ska användas.

The digitalization trend is popular in the industrial world because of the efficiency of the monotonous working standards and conditions. Industry 4.0 is frequently brought up and discussed in the industries, more precisely, how the new genera- tion's working methods will be carried out in the industry. In the industrial sectors, there is a strong confidence that digitalization will gain a strong foothold in the near future.The University of Gävle (“University”) will develop the robot lab during the spring of 2020 with several different activities, including visiting, research and education. The reason for the project is that the laboratory has more than 400 visitors per year, an increased demand for flexible learning, automation robotics and digitalization are areas of rapid development and the volume of research in the subject is growing. The development work aims to visualize and simulate automation solutions in the laboratory. In addition, a hardware control system, ABB (AC 800), will be con- nected to the Human-Machine Interface ("HMI"). This project aims to create a pro- ject in a simulation environment and connect it to the physical environment, i.e., to connect it to PLC.To achieve the purpose of this project, examples and development trends in Cyber- physical Systems (“CPS”) regarding simulation and visualization of automation solu- tions will be discussed and an evaluation of system identification methods that can be used in system modeling of the demonstration equipment will be made.In this project, a system will be modelling so that product demonstration in the ro- bot laboratory at the University can be controlled remotely or via remote. To be able to demonstrate the entire chain from simulation environment to physical envi- ronment, it is necessary to program the PLC via the TIA portal. Programming lan- guage for the PLC should Ladder Diagram (“LD”) be used, which is the most com- mon and graphical PLC programming method. System identification and errors of the system should be checked by visualizing via Factory I/O or the University’s own software, where all equipment is implemented.Creating intelligent machines requires sensor units and actuators such as RFID, vi- sion units and robotic arms. All of these elements require further research as well as careful examination of the content of international standards and specifications. The hope is that researchers will continue to explore the extensive breadth and depth of this topic. Factory I /O has built-in robot arm processes that are pre-programmed and grouped into the software (which not only allows the use of robot arms, but also a machine center included in a robot arm is used). In this respect, there are exciting research opportunities that can contribute to the development. The result of this research is that the entire chain from simulation environment to physical environment was estimated in a good way with the help of Factory I /O and Tia portal so that the PLC works as a cyber-twin equipment. Using the demonstra- tion equipment system creates a uniform standard for control and monitoring of the system.Keywords: Industry 4.0, Cyber physical system, Programmable logical Controller, Smart Manufacturing, Digital twin, Virtual commissioning.

För att industrier ska hålla sig tekniskt uppdaterade krävs det att studenter, som så småningom blir personal, får utbildning som strävar efter modernisering. En viktig del inom modernisering i dag är automatisering via exempelvis automatiserad additiv tillverkning och off-line-programmering (OLP) som båda besitter stor potential, inte minst inom tillverkningsindustrin. Dessvärre så förekommer det brist på dokumentation om hur denna process går till steg för steg till färdig produkt, därför ämnar sig denna studie till att försöka täcka denna kunskapslucka genom att tillhandahålla en nybörjarvänlig dokumentation om processerna. Dokumentationen ska kunna bidra som referensverktyg i utbildningssyfte, där användaren kan genom nybörjarvänliga guider följa processen steg-för-steg från CAD-modell i SolidWorks till skapandet av robotbanor via 3D-printerprogrammet Slic3r och genom simuleringsprogrammen RoboDK och MotoSim utföra OLP som leder till simulering av additiv tillverkning. Tillvägagångssättet som tagits fram i denna studie valideras även genom automatiserad additiv tillverkning i verklig robotcell. Olika problem och idéer kring framtida forskning tas även upp i denna studie för att kunna utveckla och optimera processen. / In order for industries to stay technically up-to-date, it is necessary that students, who eventually become staff, receive education that strives for modernization. An important part of modernization today is automation via, for example, automated additive manufacturing and off-line programming (OLP), both of which have great potential, not least in the manufacturing industry. Unfortunately, there is a lack of documentation on how this process goes step by step to the finished product, so this study aims to try to cover this knowledge gap by providing a beginner-friendly documentation on the processes. The documentation should be able to contribute as a reference tool for educational purposes, where the user can through beginner-friendly guides follow the process step-by-step from CAD model in SolidWorks to the creation of robot paths via the 3D printer program Slic3r and through the simulation programs RoboDK and MotoSim perform OLP leading to simulation of additive manufacturing. The approach developed in this study is also validated through automated additive manufacturing in real robot cells. Various problems and ideas about future research are also addressed in this study in order to be able to develop and optimize the process.

Inledning Min bakgrund är bred och innehåller allt från hantverk och teknikjobb till skulptur, installation och ljudkonst, därför är också min praktik bred. Mina verk består ofta av flera olika material och metoder vilket leder till att en stor del av mitt arbete kretsar runt hur dessa olika beståndsdelar ska förenas för att bilda en enhet. Jag har dessutom märkt att jag ser på mitt arbete med de olika materialen som en process uppdelad i flera parallella arbetsfronter, vilka var för sig flyttas framåt med arbetets gång. I denna text vill jag undersöka mötet mellan material och deras samspel samt ge min syn på processen av sätta samman de olika komponenterna i ett interdisciplinärt projekt.

This is a bachelor's thesis in the area of electrical engineering as well as automation. This thesis investigates motor choice, sensor choices, and the methodology of automating a grocery store picking system prototype. The general structure of the system is composed out of two shelfs with a plane, between them, that is movable in the vertical direction. On the movable plane a conveyor belt was installed. We evaluated the motor choice for the application and the safety aspects of the system to gather a general understanding of potential risk factors involved in realizing a system that can work autonomously. It includes both electrical safety factors as well as mechanical safety factors. Additionally, we considered safety precautions to prevent malfunctions that can lead to these risks. To realize the prototype, a prestudy to investigate motor alternatives was conducted to determine the best motor choice for the application. The chosen motor was a DC steppermotor with snail gearbox. This will ensure simple regulation of the motor to sufficiently handle the weights the system needs to manage. The snail gearbox can eliminate some mechanical risk factors due to its self-locking mechanism, ensuring that if there is an electrical malfunction, such as a power failure, the system will not collapse on itself and drop the payload flat on the floor. Also, a model of the large prototype was made in a 3D-drawing software, which was then 3D-printed and set up to mimic the large prototype. The goal of the miniature model is to test the functionality and evaluate if the algorithms described in this thesis can be preserved and re-used for the large system and prototype.

3D-skrivare är inte längre något som endast stora företag har råd att använda sig av, utan någonting som har tagit sig ända till konsumentmarknaden. Detta har givit både hobbyanvändare och småföretag tillgång till ett kraftfullt verktyg för iterativ design. Det görs idag även stora framsteg inom robotik som ger upphov till möjligheter för tillämpningar av både industri- och konsumentrobotar i framtiden. Komplexiteten i robotar gör 3D-skrivare till användbara verktyg när det kommer till att ta fram robotprototyper. Målet med detta projekt var därför att analysera fördelar och nackdelar med 3D-skrivning i samband med prototypframtagning av en robotarm med sex axlar som kunde utföra enkla pick-and-place-rörelser. Roboten designades i Fusion360 och skrevs ut med 3D-skrivare i PETG. En Arduino MEGA användes till att styra stegmotorer i robotens axlar och styrningen implementerade en analytisk lösning till robotens kinematisk modell. Resultatet var en fungerande prototyp som kunde programmeras till att flytta och rotera föremål. Ett antal förbättringar av prototypen går att göra, till exempel går det att öka robotens rörlighet genom att designa om delar för att tillåta att axlar rotera längre och att implementera ytterligare funktionalitet i programmet som accelerationsrampning av stegmotorer och rörelse längs förvald bana. Utifrån analys av 3D-skrivningens inverkan på projektet framgick det att 3D-skrivning verkar användbart i prototypframtagning om dess möjlighet till iterativ design är önskvärd, men att det passar ännu bättre till mindre projekt då robotens storlek hindrade möjligheten till att utnyttja iterativ design till fullo och på så sätt hindrades även effektiviteten i 3D-skrivningsprocessen.