Eurobot Open er en internasjonal robotkonkurranse for studenter og uavhengige robotklubber fra hele verden, der lagene konkurrerer mot hverandre med autonome roboter. Konkurransen finner hvert år sted i et europeisk land, og ble dette året avholdt i La Fertè-Bernard i Frankrike. NTNU har vært representert siden år 2000. Oppgaven for konkurransen er ny hvert år. Årets oppgave som har fått navnet «Robot Recycling Rally», går på resirkulering av flasker, bokser og batterier. Robotene skal i løpet av 90 sekunder samle og sortere flest mulig flasker, bokser og batterier. Målet med masteroppgaven har vært ferdigstillelse av roboten som var påbegynt i prosjektet høsten 2006, slik at denne kunne delta i Eurobot Open 2007. Hovedfokus har gjennom arbeidet vært utviklingen av en modulbasert robot, hvor modulene kommuniserer ved hjelp av CAN-buss. CAN-buss systemet fra prosjektet er blitt videreutviklet fra prosjektperioden, ved blant annet hardware meldingsfiltrering. Noder implementert med meldingsfiltrering, mottar i software bare de meldinger som hardwarefilteret slipper igjennom. Robotens motordrivermoduler er videreutviklet fra prosjektperioden. Modulene er nå mer robust enn tidligere, da disse har blitt oppgradert med flere støyfiltere. Modulene styres ved hjelp av CAN-buss, og kan regulere motorer ved hjelp av enten hastighetsregulering eller momentregulering. Hastigheten og momentet motorene utvikler kan også til en hver tid leses ut ved hjelp av CAN-bussen. Et robot strategiplanleggingsystem implementert i C++ er utviklet for roboten. Strategiplanleggingsystemet er basert på «action selection»-prinsippet, som velger en av mange strategier basert på prioriteter. Rammeverket til systemet er dynamisk da nye strategier kan legges til eller fjernes uten at dette påvirker hverken rammeverk eller eksisterende strategier. Alle strategier i systemet blir automatisk oppdatert når planleggingsystemet mottar en ny observasjon, slik at alle disse har samme og siste oppdaterte informasjon om verden de opererer i. Operativsystemet Ubuntu Linux har vært installert på robotens hoveddatamaskin. Hoveddatamaskinen består av et Commell LV-677 hovedkort , Intel Core 2 Duo prosessor på 2 Ghz, og 1 GB ram. I løpet av test- og utviklingsperioden oppsto en del uforutsette problemer med hovedkortet, men etter at disse ble rettet har løsningen fungert utmerket. Chassis for roboten er bygget etter maksimal størrelse Eurobotreglene tillater. Denne størrelsen er lik hvert år, og det har vært gjort en stor innsats i å bygge et chassis som kan benyttes over flere år. Viktige kriterier har også vært enkel montering og demontering, av moduler inne i roboten. Undertegnede har fungert som prosjektleder, med mye samarbeid med de andre prosjektdeltagerne, og diverse administrative oppgaver. Finansiering av prosjektet er skaffet gjennom sponsoravtale med Kongsberg Gruppen ASA, og midler fra Institutt for Teknisk Kybernetikk. Kongsberg Gruppen ASA ønsket å være eneste sponsor, og har dermed sponset hele prosjektet. Roboten gjorde det ikke så bra som ønsket i konkurransen. Medvirkende årsaker til dette var blant annet uforutsette hendelser med robotens grunnleggende systemer i de siste ukene før avreise. Disse hendelsene medførte mye ekstraarbeid, og gjorde at det ikke ble nok tid igjen til skikkelig testing av hele systemet samlet. Undertegnede er stolt av arbeidet som er lagt ned i prosjektet, både måten prosjektet er gjennomført på og hvordan roboten er bygget. Det er hele tiden vært viktig med gjenbrukbare moduler, alt fra programmer og hardware, til mekanisk konstruksjon. Fortsetter Eurobotlagene å utvikle moduler på denne måten, kan Institutt for Teknisk Kybernetikk bygge opp et lager av moduler som kan brukes år etter år. På denne måten kan NTNU i nærmeste fremtid hevde seg i Eurobot konkurransen.

Målet med CyberSwan er å lage en generell plattform for et autonomt ubemannet fly. Gjennom arbeidet som er beskrevet i denne rapporten er det kommet frem til et egnet instrumenteringsplattform for CyberSwan. Med instrumenteringssystemet som er beskrevet, styres flyet i utgangspunktet manuelt, men med en bryter på en manuell modellflyradiosender settes flyet i autonom modus. CyberSwan styrer seg selv så lenge denne bryteren holdes inne. Instrumenteringssystemet er bygget rundt en PC/104 plattform som består av en PC/104 CPU enhet med lagring på et 2.0 GB Compact Flash-kort. Det er utviklet et IO-kort til PC/104 enheten som gjør det mulig å koble til IMU, GPS, pitotrør, mottager for manuell styring og seks servoer til alle rorene og fartsregulator i CyberSwan. Strømforsyningen til instrumenteringssystemet er også lagt på dette IO-kortet. Styringssystemet kjøres på PC/104 enheten under Linux. Det er lagt inn programvare som gjør det mulig å overføre filer og starte opp styressystemet over Ethernet. Det er utviklet en plattform i Simulink hvor CyberSwan sitt styresystem kan legges til. Denne plattformen inneholder blokker som kommuniserer med alle IO-enhetene i CyberSwan. Denne plattformen er godt beskrevet sammen med utviklingsmiljøet som ble brukt på arbeidsstasjonen. CyberSwan sin viktigste målenhet er IMU. IMUen gir tilstrekkelig informasjon til at CyberSwan sitt styresystem kan stabilisere flyet mot en gitt retning. Denne IMUen er testet med gode resultater sammen med utviklet pådragsorgan til servoene under autonom flyvning. Det er funnet frem til en GPS-modul som egner seg i CyberSwan. Modulen er liten og enkel å bruke, og den er integrert i plattformen i Simulink. Det er også funnet frem til en trykksensor som egner seg å bruke i et pitotrør for måling av hastighet. Denne målingen er ikke fullstendig integrert i instrumenteringssystemet, men trykkmåleren er testet og det er laget tilkobling til trykksensoren på IO-kortet. Det er laget en mottaksenhet for seks servosignaler som er integrert i plattformen i Simulink. Når en modellflymottager kobles til disse inngangene, får styresystemet tilgang til servopådragene under manuell styring. Styresystemet vil dermed til en hver tid kjenne servoenes posisjon selv under manuell styring. En komponent på IO-kortet fungerer ikke som forventet slik at en ikke får utnyttet det fulle potensiale IO-kortet har. Komponenten gjør at det ikke er mulig å måle manuelle servosignaler fra mottager under autonom flyvning. Dette er ikke kritisk for å kunne fly autonomt, men gir begrenset loggemuligheter og kompliserer bruken av CyberSwan. Denne enheten bør derfor byttes ut med en annen enheten i et eventuelt oppfølgingsprosjekt. Det gjenstår en del arbeid for å fullføre integreringen av alle målingene i CyberSwan sitt instrumenteringssystem, men grunnlaget er lagt og resultatene viser at de delene som er fullført, fungerer som forventet.

I denne oppgaven er sanntidsegenskapene til AVR32 Linux kernel forbedret. High resolution timers og dynamic ticks og fully preemptible kernel.

Denne rapporten tar for seg arbeidet med å gå fra simulering av inverterte pendelsystemer, til fungerende oppsving og balansering på et fysisk system. Oppgaven omhandler mye av problematikken som man støter på i den forbindelse, blant annet forbedring av mekanikk, forbedring av sensor og målesystem, implementering av estimatorer, parameterestimering, tilpasning av regulatorer, implementering av sikkerhetsmekanismer og generell tuning. Ukjente parametre for motor og motorregulator er funnet ved parameterestimering, disse er så blitt kontrollert ved bruk av ulineært kalmanfilter på det fysiske systemet. Resultatene fra disse forsøk viser at filteret følger tilstandene bra selv når tilbakekoblingen fra det fysiske sytemet er lav. Siden sensorene på systemet kun måler vinkler må vinkelhastighet estimeres. Dette er gjort blandt annet ved ulineært kalmanfilter i programmvare og ved å måle tiden mellom to vinkelposisjoner ved bruk av mikrokontroller. Denne siste løsningen er implementert på mikrokontrolleren XMEGA. Disse estimatene er følsomme for vibrasjoner i systemet og gir derfor store oscillasjoner i påadraget under balansering. Det ulineære kalmanfilteret er det som fungerer best, men man har alikevel problemer med noe avvik i vinkelhastighetsestimatene. Det er blitt utført oppsving og balansering av enkelpendel, enkelpendel hver side og dobbelpendel på det fysiske systemet. Dette verifiserer langt på vei at arbeide som tidligere har vært utført i simulering fungerer i praksis. For å øke robustheten ved oppsving og balansering av multipendelsystem er det nødvendig med redesign av regulatorer for å minske nødvendig tilbakekobling fra vinkelhastighetene eller utvikle bedre hastighetsestimering.

For å kunne gi best mulig behandling av nevromotoriske sykdommer hos barn, er det viktig at diagnosen stilles så tidlig som mulig. Derfor pågår det et forskningsprosjekt der man studerer barns sporadiske bevegelser når de er to til fire måneder gamle. Disse bevegelsene har vist seg å kunne gi en indikasjon på om barnet er normalt eller avvikende. Det foreligger en database med videoopptak av barn som ligger på ryggen og kan bevege seg uten hindringer. Ved å studere disse opptakene kan en spesialist innen fysioterapi kunne gi en diagnose på Cerebral Parese med relativt god sikkerhet. Målet med forskningsprosjektet er derfor å erstatte fysioterapeuten med et dataprogram som kan analysere videostrømmen på samme måte. Denne masteroppgaven går ut på å kunne posisjonere hender, føtter, hode og bryst hos spedbarn i videosekvenser. Dette skal gjøres uten bruk av optiske markører festet på barnet. Posisjonsestimatene kan i videre arbeid brukes til å gjøre en analyse av barnets bevegelser, og kunne klassifisere de som normale eller avvikende. Det er utviklet og testet fire forskjellige måter å utføre målfølgingen på. Disse baserer seg på histogram, spatiogram, co-occurrence matriser og cosinusvinkelen mellom bildeutsnitt. Det er gjort tester som har resultert i vellykkede følginger av barnets hode, hender, føtter og bryst. De forskjellige representasjonsmetodene har vist seg å ha styrker og svakheter som gjør at de kan kombineres til å gi en mer robust algoritme. Direkte billedsammenligning med cosinusvinkel er best når objektet som skal følges ikke endrer form og farge i vesentlig stor grad. Dette gjelder for hodet og brystet. Spatiogram-metoden og co-occurrence metoden er gode når objektet varierer form og farge, og i kombinasjon med flere referansemodeller har de vist seg å danne et godt grunnlag for robust følging av hender og føtter. For å gjøre algoritmen mer robust er det foreslått alternative metoder som kan utvikles i framtiden. Ved å registrere kanter og konturer er det sannsynlig at følgingen vil fungere bedre.

I et sanntidssystem må tidsfristene nåes, hvis ikke degraderes eller feiler systemet. For at systemet skal håndtere tidsfristene må både maskinvaren og programvaren være deterministisk. Estimering av kjøretid for programvare er i utgangspunktet en vanskelig oppgave, og funksjoner i maskinvare som blant annet dype pipelines, cache og DMA gjør at en total vurdering av værste kjøretid er svært problematisk. Videre er et sanntidssystem ofte utsatt for ubegrenset ekstern stimuli, i form av asynkrone avbrudd (interrupts), som kan føre til at systemet blir overbelasted og mister tidsfrister. På bakgrunn av dette er det et behov for en dynamisk tilnærming av overvåking og kontroll av kjøretid for periodiske oppgaver og avbruddsrutiner. I dette prosjektet har schedulering i sanntidssystemer blitt studert og en maskinvareenhet kalt Time Management Unit (TMU) har blitt designet. TMUen måler og begrenser kjøretiden til periodiske og aperiodiske oppgaver ved å begrense hyppigheten av eksterne avbrudd. TMUen er simulert og implementert i en FPGA sammen med en LEON3 soft-prosessor som kjører eCos RTOS. Testapplikasjoner er skrevet for å verifisere TMUens funksjonalitet. Resultatet er at ved bruk av den nye TMUen vil kjøretiden for oppgaver og avbruddsrutiner bli dynamisk begrenset slik at ikke systemet blir overbelastet. Sanntidssystemet blir mer deterministisk, selv om både maskinvaren og programvaren i stor grad er ikke-deterministisk. TMUen krever svært lite ressurser fra prosessoren, men avhengig av implementeringsparametre vil ressursbruken av FPGAen variere fra liten til middels. Det kan dermed konkluderes med at TMUen kan sørge for at et sanntidssystem når sine tidsfrister ved å begrense kjøretiden til oppgavene til et definert nivå. TMUen krever lite til moderat mengde logikk-ressurser, og administrative kostnader (eng. processing overhead) ved bruk av TMUen er neglisjerbare.

Sammendrag Hensikten med denne masteroppgaven har vært å utvikle en autonom hydrofonbøye for PinPointsystemet. Hydrofonbøyen består av tre moduler; en kommunikasjonsmodul, en GPS-modul og en hydrofonmodul. PinPoint-systemet består av slike hydrofonbøyer som kommuniserer via integrerte radiosendere. Informasjon fra hydrofonbøyene skal brukes til å bestemme posisjonen til et fiskemerke med en akustisk transduser. I rapporten blir det gitt en beskrivelse av hydrofonbøyen på systemnivå som viser hvordan disse modulene sammen danner en komplett hydrofonbøye. Det blir også gitt en detaljert beskrivelse av hvordan interaksjonen mellom bøyene til sammen gir et komplett, dynamisk biotelemetrisystem. Det er i denne oppgaven ikke satt særlig fokus på utviklingen av brukergrensesnitt på basestasjonen. Det har tidligere vært jobbet en del på PinPoint-systemet. En prototyp av hydrofonmodulen ble utviklet av Jan Eyolf Bjørnsen i 2002. Hydrofonmodulen har siden blitt videreutviklet av Thelma AS. I 2004 ble det arbeidet med utviklingen av hovedprosesseringsenheten (Skarphedinsson 2004 [19]) og med GPS-modulen (Thorsen 2004 [21]). Denne Masteroppgaven har hatt som mål å kombinere disse arbeidene og deretter utvikle en ferdig prototyp av produktet. Slik systemet fremstår nå burde en full systemtest med flytende prototyper absolutt være mulig, innenfor en rimelig tidshorisont.

Hensikten med denne masteroppgaven er å utvikle en nettbasert MP3-spiller ved hjelp av v-modellen og vurdere hvordan bruken av denne modellen påvirker utviklingsarbeidet. V-modellen er en utviklings- og produksjonsmetodikk som tar for seg gangen i systemutvikling fra ideer og krav, til test og levering av et ferdig system. Det som ligger i at MP3-spilleren skal være nettbasert, er at den skal kunne spille av filer fra nettsted eller en nettdisk. Rapporten gir en gjennomgang av digital musikk og utstyr for avspilling. En ser spesielt på MP3 som er det mest utbredte formatet innen digital musikk, og tar for seg teknikker som blir brukt for å komprimere lyd som begrensninger i menneskelig hørsel og Huffman-koding. Andre vanlige musikkformater blir også presentert før en tar for seg en kort historikk i utviklingen av MP3-spillere fra den første MP3-spilleren MPMan F10 til iPod og musikkmobiltelefoner. V-modellen blir presentert og en kobler den opp mot utviklingen av en MP3-spiller. Første steget i V-modellen innebærer å sette opp produktkrav. Dette er funksjonelle krav fra kunde som for eksempel at MP3-spilleren skal kunne spille av musikk fra nettverk. I neste steg skal disse kravene omsettes til tekniske krav som tar for seg hvilke tekniske spesifikasjoner som må ligge til grunn for å tilfredsstille produktkravene. Produktkravene blir nummerert og referert til når en setter opp de tekniske kravene for å sikre sporbarhet. Sporbarhet vil si at krav som er satt på et lavt nivå i v-modellen, skal kunne spores tilbake til krav fra øverste nivå. Dette gjør at både utvikler og kunde har en forståelse for hva som skal leveres. Når de tekniske kravene er definert, blir det foretatt valg av komponenter. En presenterer to alternativer; et alternativ basert på utviklingskortet NGW100 fra Atmel og utvidingskortet RMT1 fra Mediama Technologies, og et alternativ basert på ettkortsdatamaskinen Beagle Board fra Texas Instruments. En sammenligning av disse basert på blant annet tekniske egenskaper, kjente problemer og pris ender opp i et valg av alternativet basert på NGW100 og RMT1. Ut fra valget av komponenter foretar en design av MP3-spilleren og prøver å dele opp designet i moduler. En testplan blir satt opp ut fra akseptansekravene. MP3-spilleren er satt opp med en Linux-distribusjon tilpasset RMT1, som er lastet ned fra Mediama Technologies sine hjemmesider. Selve MP3-spiller-applikasjonen er utviklet i QT Creator og samhandler med mediespilleren MPlayer. MP3-spilleren oppfyller de tekniske kravene som er definert, med unntak av trådløst nettverk og mulighet for å spille av musikk fra USB-minnepinne. MP3-spilleren kan blant annet spille av MP3-filer fra nettdisk og en har mulighet for å bygge opp og spille av musikk fra egne spillelister. Implementering av trådløst nettverk er foreslått som videre arbeid, sammen med blant annet å undersøke mulighetene for å lage et grensesnitt mot nye nettbaserte musikktjenester som Spotify og Wimp. Bruken av V-modellen i utviklingen av en MP3-spiller har fungert bra, men en kunne foretatt en bedre vurdering av bruken dersom det var flere enn en som arbeidet med oppgaven. I starten virket det som mye arbeid å utarbeide krav og dokumenter og en følte at en ikke kom ordentlig i gang. Dette endret seg da en begynte å implementere MP3-spilleren. God planlegging gjorde at implementering og testing gikk raskere enn antatt, da en hadde god oversikt over hva som skulle gjøres. En fikk også dokumentert arbeidet underveis i stedet for å gjøre dette i etterkant av implementeringen av MP3-spilleren.

Institutt for teknisk kybernetikk har interesse for å utvikle et autonomt fly (UAV) gjennom prosjekt- og diplom-oppgaver. Det er ønskelig å kunne gi kommandoer til og hente ned data live fra UAVen. I denne oppgaven legges det frem et rammeverk for slik kommunikasjon med flyet. Rammeverket kalles Robot Operating System og ble valgt etter først å ha utredet hva slags funksjonalitet og overordnet design som kreves for dette prosjektet. Robot Operating System (ROS) er åpen kildekode og er et veldig modulært rammeverk som det er enkelt å benytte seg av. Selve nettverksprotokollene abstraheres vekk av ROS slik at systemutvikleren kan konsentrere seg om hva han/hun vil at systemet skal gjøre, fremfor å gjenoppfinne og reimplementere nettverkskommunikasjonen. ROS har fungert veldig bra under utvikling og bruk av bakkestasjonen. Det er bygget videre på tidligere arbeid hvor et Gumstix hovedkort med Linux ble valgt som hovedprosesseringsenhet i UAVen. Det er blitt etset et kretskort som kobler Gumstixen opp til I²C-bussen. En gruppe studenter koblet Gumstixen til mobilt bredbånd. Det er bygget videre på resultatet deres slik at UAVen kobler automatisk til Internett med VPN og starter alle ROS-programmer. ROS kan inkluderes og kompileres inn i programmer både på stasjonære maskiner, og på Gumstix-plattformen. Det er produsert en tutorial som beskriver hvordan dette gjøres. I tidligere arbeid fikk Gumstixen installert støtte for webkameraer og dette er bygget videre på ved å lage et program som streamer bilder til bakkestasjonen. Det er laget en generell bakkestasjon der moduler enkelt kan byttes ut og legges til. Et terminalinterface til denne bakkestasjonen er produsert, sammen med klienter for mottak av video, IMU-data og GPS-data. Systemet er testet ved å sende testdata for IMU- og GPS-data fra UAV til bakkestasjonen hvor de ble plottet. Video fra webkameraet er også sendt fra flyet over mobilt bredbånd og ned til bakkestasjonen gjennom ROS. Oppsettet egner seg veldig godt til hardware-in-loop testing og utvikling.

Shell Eco-marathon er en årlig konkurranse for lag fra hele Europa. Denne rapporten følger arbeidet med å bygge et styresystemet i bilen for NTNUs deltagelse i 2009. Dette er NTNUs andre deltagelse. Bilens karosseri har blitt beholdt og det meste av innmaten er nytt. Den deltagende gruppen har bestått av ti studenter fra fem forskjellige institutter. Det har blitt laget et fremdriftsystem som sender hastighetsreferanser til en motorstyring. Dette systemet består av gasspedal, styrekort, skjerm og batterier. Fremdriftsystemet kan kjøres manuelt eller ved hjelp av en cruise control. Sjåføren får informasjon fra systemet på en skjerm og kommuniserer via mobil til hjelpemannskap ved banen. Det har vært fokusert på brukervennlighet gjennom utviklingsprosessen. I løpet av semesteret har bilen blitt designet og bygget. Alle komponenter har blitt forbedret og virkningsgraden på systemene har økt markant. Dette medførte at Shell Eco-marathon 2009 ble en stor suksess for NTNU.