AbstractBy restricting a vehicle to the linear region of operation, with a small sideslip angle, a vehiclecannot achieve its full potential. By entering the nonlinear region of operation tightercorners can be achieved and some accidents could be prevented. Research is currently beingconducted to introduce drifting into vehicle safety systems, which currently restrict thevehicle to the linear region of operation. Vehicle drifting has been shown to have unstableequilibria, while still maintaining controllability.In this thesis, equilibria with sideslip angles ranging from -30 degrees to 30 are found fora nonlinear two-track model simulator. Analysis showed that simple mappings could bemade between the states and the inputs, and between the states themselves. All the linearisedsystems in these equilibria were found to be unstable, which coincides with currentresearch.In addition, this thesis presents an adaptive backstepping controller, which is used for convergeto an arbitrary sideslip angle, and when the drift is being initialised the controllermimics the behaviour of Power Over drifting technique. The adaptive part of the backsteppingcontroller is used as integral action that, by the use of adaptation, finds the stationarydeviation between the yaw rate and the desired yaw rate, which is added to the control law.A mapping between the desired sideslip angle and the desired yaw rate is used in a feedforward term such that the desired sideslip angle is achieved when the yaw rate converges.The controller has been tested with a modified Line Of Sight guidance system which providedthe controller with a desired sideslip angle. Robust response with respect to changesin vehicle mass and inertia was observed.

The focus of this thesis is obtaining useful segments of historic data from normal operation due to, for instance, economical and safety concerns of performing experiments on a plant. This will be done by development, and implementation of a user friendly concept. The concept will give the user a collection of search criteria to choose from, and the ability to combine them, to locate possible informative data in historic data. The angle of attack will be more practical than theoretical.The concept SHDMI is proposed as such a tool. As a prototype of the concept it shows promise dealing with both SISO- and MIMO-systems in its simplicity and structure, but it is concluded that improvements and/or expansions of SHDMI is needed if it is to become a reliable and adequate for its purposes.

<p>Healthy infants in the age group of 9 to 20 weeks post term have a distinct movement pattern called fidgety movements. The abscense of, or anomalies in these movements are indications that the infant may suffer from Cerebral Palsy. Data from video clips of infants have been extracted and used as features for classifying these movements as normal or abnormal. An earlier project used the concept of motiongrams for extracting the centroid of motion and quantity of motion of the image from each frame of the video clips. This project attempts to improve the dataset by extracting the same features using the concept of optical flow. Using the classification methods that yielded the best results from the motiongram project, the new dataset based on optical flow was constructed and tested for comparison. The image was as before divided into four quadrants with a circle of varying radius in the middle. Tracking how the centroid of motion moved between the separated areas of the image generated a transition probability matrix. By classifying on the entropy and variance of this matrix, a sensitivity of 90,0% and a specificity of 94,6% was reached, which was an improvement compared to the best classification result based on motiongrams with a sensitivity of 90,0% and specificity of 86,6%. The overall performance of both methods are around a sensitivity of 90% and a specificity of 70%. Using motiongrams and optical flow to extract features from video data for classification has turned out to be a promising approach for a simple and non-invasive objective tool for diagnosing infants with Celebral Palsy. The movement information in an optical flow field does however have a much higher potential for generating discriminative features than just as the simple representation a centroid of motion actually is.</p>

<p>Several feature extraction techniques, algorithms and toolkits are researched to investigate how speech recognition is performed. Spectrograms were found to be the simplest feature extraction techniques for visual representation of speech, and are explored and experimented with to see how phonemes are recognized. Hidden Markov models were found to be the best algorithms used for speech recognition. Hidden Markov model toolkit and Center for Spoken Language Understanding Toolkit, which are based on hidden Markov models, were not found to be suitable for the intentions of the thesis.</p>

<p>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.</p>

<p>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.</p>

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

<p>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.</p>

<p>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.</p>

<p>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.</p>