Eurobot Open er en internasjonal robotkonkurranse som arrangeres hvert år. Det er erehundre lag av studenter og uavhengige organisasjoner som deltar. NTNU deltar for 10. årpå rad. I 2010 er tittelen på konkurransen Feed the World og stedet er Rapperswil-Jonai Sveits.Det var ere svakheter med det tidligere navigasjonssystemet, og det har ikke værtfokusert på å fornye dette systemet de siste årene. Da årets konkurranse stilte strengekrav til nøyaktighet, ble det sett på som nødvendig å redesigne navisgasjonssystemet.Denne oppgaven har tatt for seg design av navigasjonssystemet, som er delt inn i posisjonsestimeringog posisjonsregulering. Designet har blitt implementert i C++ og testetpå testrobot og på roboten som ble brukt under konkurransen. Navigasjonssystemet eren viktig del av en autonom robot, men det viktigste er at hele systemet fungerer godtsammen. Det ble brukt endel tid på samkjøringstester før konkurransen, spesielt med AIfor å få systemene til å fungere sammen.Det viste seg gjennom en dårlig gjennomført konkurranse at det var blitt brukt for litentid på samkjøring. Navsys fungerte heller ikke helt optimalt. Det ble tatt et valg om åikke benytte seg av motorcontroller da systemet oscillerte selv etter betydelig tuning.Dette valget er det satt spørsmål ved i ettertid da det har vist seg å være vanskeligfor eksempel å kjøre i sirkelbane. Det er allikevel ønskelig at senere Eurobot-prosjekterbaserer navigasjonssystemet sitt på arbeidet fra denne oppgaven.

This thesis is a part of the Local Hawk student project where the overall goal is to develop a Autonomous Unmanned Aerial Vehicle (AUAV). The project was initiated by Kongsberg Defence Systems (KDS) and is developed in collaboration with the Norwegian University of Science and Technology (NTNU). In an AUAV it is necessary to have a guidance system in order to be autonomous. To be able to test guidance principles in practice without risking the Local Hawk airframe the need of a ground based test platform became apparent. This thesis is the development of the Local Bug Test Platform.The Local Bug is based on a R/C car and utilizes electronics used and developed in the Local Hawk project. In order to understand the system behaviour, vehicle modelling is discussed and two models are presented. One of them is used in a SIMULINK simulator design for the Local Bug. The simulator is used to ensure the correct controller behaviour before it is tested on the real system. Phoenix II is the backbone of the Local Bug electronics and is used to gather measurement data, log data to memory and execute controller algorithms. Custom made C-code is used as a framework providing all the functionality needed. A introduction to Real-Time Workshop is given, and a step-by-step guide on how to use RTW generated C-code on the Phoenix II for controller purposes.A heading controller is designed and used in combination to two different guidance algorithms. The Line of Sight algorithm aims for the next waypoint regardless where the vehicle is positioned relative other waypoints. A Cross-Track Error algorithm with look ahead distance functionality focuses on minimizing the vehicles distance from a desired path. Both algorithms successfully guides the vehicle trough the test route visiting all the waypoints. The Local Bug is now usable as a test platform for controller algorithms. Measurements are logged to memory making it possible to analyse the performance after a test has been conducted. The overall functionality is found to be satisfactory and the Local Hawk project now has its desired controller/guidance test platform.

The compressor recycle system is the main focus of this thesis. When the mass flow through a compressor becomes too low, the compressor can plunge into surge. Surge is a term that is used for axisymmetric oscillation through a compressor and is highly unwanted. The recycle system feeds compressed gas back to the intake when the mass flow becomes too low, and thereby act as a safety system.A mathematical model of the recycle system is extended and simulated in SIMULINK. The mathematical model contains the compressor characteristic, which is a function that defines the axisymmetric behavior through a compressor at different flows. The compressor characteristic is often modeled as a third order equation, but here it is modeled as a bivariate cubic spline approximation of measurement points. It is shown how a typical industry-setup of the recycle system works to avoid surge.The recycle system is proven to be stable independent of recycle flow, as long as the slope of the compressor characteristic is negative. Three control laws have been derived by the use of block backstepping. The simplest one of them guarantees semiglobal exponential stability.

Hensikten med dette prosjektet er å benytte og videreutvikle metoder for segmentering av menneskelige bevegelser for fullstendig eller delvis automatisering av redigeringsprosessen. Bevegelsene i dette tilfellet kommer primært fra spedbarn og det er videoopptak av disse som danner grunnlaget for dataene brukt i dette prosjektet. Noen av fremgangsmåtene og metodene benyttet er også sterkt knyttet til musikkrelaterte bevegelser slik at dette også er en naturlig del av bakgrunnen til dette arbeidet. Analysen av musikalske bevegelser er inspirasjonen til de utviklede metodene for behandling av spedbarnsbevegelser og er derfor et viktig element i forklaringen av hvordan metodene er konstruert. Bevegelsene til spedbarn er viktig å kunne tolke dersom det er mistanke om nedsatte motoriske ferdigheter. Slike tegn kan være et varsel på at barnet senere kan få diagnosen cerebral parese og det er derfor en fordel å kunne bekrefte eller avkrefte dette med hensyn på iverksetting av eventuelle forebyggende tiltak.For å lage metoder for segmentering må man trekke ut nyttige variabler fra de tilgjengelige dataene. I dette tilfellet er det videoopptakene det er snakk om og disse er behandlet for å fokusere på informasjonen som har med bevegelser å gjøre. En video består av bilder (frames) og disse vises 25 ganger i sekundet for å lage ”bevegelige bilder” som vanligvis kalles en film. Bildene blir omgjort til ”bevegelsesbilder” ved matematisk å subtrahere dem fra hverandre slik at resultatet blir bilder hvor kun bevegelse fra en frame til den neste er synelig. Dette er mulig ved at pikslene i bildet som forandrer seg vises som hvite og alle uforandrede piksler blir svarte. Med dette er det mulig å kalkulerer sentrum for bevegelsen i hvert bilde samt hvor mye bevegelse det er, noe som gir grunnlag for enda flere variable som for eksempel standardavvik og varians. Bevegelsesbildene kan også gjøres om til såkalte ”motiongram” som er en måte å visualisere bevegelsene i bevegelsesbildene over tid. Motiongram er bilder som inneholder bevegelseskurver og kan selv brukes til segmentering, men er best egnet til grafisk analyse. Segmenteringen baserer seg altså på data fra bevegelsesbilder og er laget for å finne segmenter hvor bevegelsesmønsteret er betraktet som normalt. Det er ønskelig å finne disse regionene automatisk slik at avgjørelsen om grundigere oppfølging er nødvendig eller ikke kan gjøres mer effektivt. Å kunne finne segmenter som garantert inneholder normal bevegelse ved hjelp av digitale verktøy ville være et stort skritt mot effektiviseringen av denne analysen. Metodene for generering av bevegelsesbilder og motiongram sammen med gjennomføringen av klassifisering og segmentering er implementert i MATLAB. Segmenteringen baseres på å sammenligne variabelverdier for segmenter med og uten normal bevegelse. En fullstendig egenkomponert algoritme er utviklet og brukt hovedsakelig til testing mens en metode basert på lineær diskriminantanalyse også er laget med tanke på videre bruk. Resultatene viser at de utviklede metodene absolutt er lovende og har potensial til å bidra sterkt ved segmentering av bevegelsesdata. Evalueringen av de automatiske metodene i forhold til den tradisjonelle, manuelle fremgangsmåten, kan vise til solide resultater og med gode muligheter for forbedring ved anvendelse av enda flere variabeltyper samt klassifiseringsalgoritmer har arbeidet videre også svært gode utsikter.

In this thesis a simple and low-cost aided inertial navigation system is presented which can be used to automate underwater search operations. The system is designed and implemented to be compatible with a VideoRay Pro 3 tethered mini-ROV. Inertial-, compass- and pressure measurements are collected with a dedicated embedded system and transferred to the surface for processing. System states are estimated, compared against a user specified pattern and used to generate path-following control inputs. The system is tested on a small scale and the results obtained through camera-based measurements show acceptable performance for short time intervals.

This thesis was set to tackle the gas coning problem in oil-rim reservoirs with horizontal wells. The focus was short term production planning in the sub-critical phase only. Different controllers were developed and assessed based on the objective of net-present-value (NPV) of oil produced in the sub-critical phase.The reservoir model is a 1-D partial differential equation describing the dynamics of the gas-oil contact (GOC), for a homogeneous reservoir. Gas coning is considered to be the deformation of the GOC towards the well.Several controllers were developed and assessed alongside control laws from previous research: (i) the Backstepping method was used to develop a state-feedback controller, along with an observer. Coupled they make the Backstepping output-feedback controller. (ii) an output-feedback controller based on the structure proposed by previous research. (iii) linear-quadratic optimal control.An extended Kalman filter was also considered as a state observer, alongside the Backstepping observer.The backstepping controller did not deliver an increase of sub-critical payout which warrants the complicated structure of an observer-controller pair. It was even outperformed by simpler, output-feedback control laws. The optimal linear-quadratic controller achieved the best NPV of sub-critical production by far. This makes it the most attractive control strategy presented, even when considering that a real-world implementation will need to be paired with a state observer.

Dette studiet er en del av en visjonen ved NTNU om å produsere og fremstille en underarmprotese med tilhrende kontrollsystem for styring av vinkelen i pronasjon/supinasjon, fingerfleksjon/-ekstensjon og håndleddsfleksjon/-ekstensjon som kontinuerlige funksjoner av EMG-signalparametre.I den innledende Prosjektoppgaven så jeg på at det finnes i dag flere applikasjoner hvor dette lar seg gjøre, men ikke fullt så mange evnerå styre flere frihetsgrader samtidig. Prosjektrapporten beskriver et overordnetstyresystem som har denne muligheten i nevnte vinkler. I denne Masterrapportengir jeg en endelig løsning for et maskinvarebasert styresystem, og en realisert multifunksjonell hånd for proteserelatert forskning og demonstrasjon.Jeg gir en oversikt over tidligere flerfunksjonelle antropomorske hender, medvekt på mekaniske løsninger og aktuatorvalg. Underveis begrunner jeg de valgav løsninger jeg har gjort for den nye forskningshånden jeg har gitt navnetMyoPossibility. Løsningen spesifiserer hvilke leddfunksjoner som inngår. Dentilnærmet antropomorske hånden er realisert i samarbeid med Instituttets mekaniske verksted.Hånden har servoaktuatorer som styrer leddfunksjonene; pronasjon/supinasjon av underarm, radial/ulnar deviasjon av håndledd, fleksjon/ekstensjon av håndledd,abduksjon/adduksjon av tommelfinger, fleksjon/ekstensjon av tommelfinger og fleksjon/ekstensjon av pekefinger, langefinger, ringfinger og lillefinger.De mekaniske løsningene og hele konstruksjonen er og dokumentert i form av CAD tegninger utført i 3D programmet SolidWorks.Til hånden har jeg konstruert og realisert et maskinvarebasert styresystem som legger til rette for avlesning av og kontroll med myoelektriske signaler hentet fra overflate-elektroder på residualmuskulatur i underarmen. Maskinvareplattformenfor dette systemet er bestående av en prosesseringsenhet, LEGO Mindstorm NXT 2.0, som står for sampling og prosessering. Enheten er modifisert med en JTAG tilkobling direkte opp mot den innebygde ARM7 prosessoren. Ved bruk av en innkjøpt J-Link emulator fra SEGGER kan programvare implementeres i C/C++. Det er og gjort avtale med IAR om ett år lisens på IAR Embedded Workbench, som er kompatibel med emulatoren,mot en publiseringsartikkel på deres hjemmesider. Denne artikkelen er gitt videre til Øyvind Stavdahl for videre revisjon. Mindstorm NXT kan og programmeres med Mathworks MatLab/Simulink eller National Instruments LabView via plug-ins. Fra NXT plattformen går ønsket styresignal videre til en servokontroller, NXTservo-v2 fra Mindsensors. Servokontrolleren forskynes med 6V og kan med det drifte de 7 servoene i hånden, samt ta inn og levere tilbake potensiometermålinger for operasjonsvinkelen til aktuatorene.I rapporten legger jeg og frem forslag til et programvarebasert styresystem egnet for plattformen, og en tydelig forklaring til hvordan en kan komme fort i gang med bruken av forskningsstasjonen og veien videre.Et solid litteraturstudie er gjennomført og ligger til grunn for de valg som er tatt. Litteraturstudiet omfatter tidligere flerfunksjonelle antropomorfiske hender med mekaniske løsninger og aktuatorvalg, og er godt dokumentert i rapporten.

High quality images with strong contrast, good resolution and geometrical consistency are of crucial importance in magnetic resonance imaging, where the relatively low intrinsic sensitivity of MR methods places high demands on the imaging hardware. One of many key components in the imaging system is the radiofrequency coil, responsible for transmitting excitation signals and/or listening for response from the object. In this project a number of such coils are developed for specific applications (namely proton imaging of rat and fish brains), then evaluated against phantoms and empirically in simulated imaging situations. Evaluation of the produced coils shows promising initial results, with various opportunities for further refinement into a device suitable for regular use.

This thesis presents a method for performing tracking and estimation of head position and orientation by means of template based particle filtering. The implementation is designed to withstand high levels of occlusion and noise, and allow for system dynamics to be accounted for. To accelerate the computation, GPGPU techniques are used to enable the GPU to function a co-processor, resulting in real-time performance. A method is devised for dynamic creation of feature points used in the particle filter. Furthermore, the graphics pipeline is used to overlay and visualize the tracking, as well as play a key role in the dynamic template functionality. Finally, a benchmarking system is suggested and developed for carrying out controlled evaluation of tracking methods in general.

The autonomous bike was conceived by Jens G. Balchen back in the eighties, and later picked up by Amund Skavhaug. The idea of a two-wheeled, self-powered, yet riderless bike has since been pursued intermittently over the years. Audun S{o}lvberg was the last person working on the project in 2007, making large headway towards the final goal of the bike: An outdoor ride, preformed by a riderless bicycle.The same goal is shared by this thesis; to make the bike work as intended and get the bicycle running outside. Additionally, as it would be naive to assume that this work would leave the bike in perfect condition, the thesis focuses on documenting issues that are left unfixed upon completion. Unfortunately, a fully functional, outdoor demonstration was not achieved, but half of the battle was won: Two of the three motors residing on the bike can be fully controlled by an external device.At the start of the work, the instrumentation system was mostly completed. A computer, running a QNX Neutrino Operating System, interfacing with potmeters, motors, Inertial Measurement Units and a GPS where available, mounted on the bike. Drivers communicating with the hardware was already written, and a Simulink model, meant to control the bike had been developed. However, the motherboard was in need of replacement, and the Simulink model was not finalized or even tested. The system was also lacking wireless networking capabilities.Yet, at the onset of the thesis, it was believed that the project was very close to reaching its ultimate goal.As the work progressed, several issues became apparent, emerging along with problems being solved. The motherboard was replaced with a motherboard{}, implicitly requiring a new hard drive to be installed. The OS was upgraded from version 6.3.0 to 6.4.1, to bring it up to date and as a requirement for some of the motherboard hardware. All of the device drivers where modified to work without their counterpart hardware connected, easing development of the Simulink model. The model was shown to be unreliable, but the hardware interface subsystem was completed and tested to allow for easy integration in separate projects. To demonstrate the capabilities of subsystem, a Bike Demo model was created, allowing the steer and pendulum to be controlled by the used of the bike accelerometer, using orientation data as reference. The intent was for the demo to serve as a control system for an outdoor ride. Ultimately the motor controller card was found to be incompatible with the propulsion motor, unable to deliver sufficient current. At the time of discovery, too little time reminded for the problem to be rectified. A demonstration of control system however, was successfully concluded.An attempt to bring wireless networking to the bike failed. Arguably too much time was spent making USB Wifi devices working with the QNX OS, when easier alternatives could perhaps have solved the problem earlier.The thesis has a large focus on the work ahead, as the system is complex and unreliable by its very nature. All known issues are detailed and summarized, and the various chapters describing hardware and software have been outlined in an attempt to serve as a go-to reference for students taking on the autonomous bike project in the future.