It would be of great value for the prosthesis industry to achieve an open standard for communication in upper limb prostheses. Cooperation between NTNU and the University of New Brunswick has resulted in a functional requirements specification for such a standard, SCIP(Standardised Communication Interface in Prostheses). The special challenges for communication in a prosthesis system are possible noisy environments, high demands for light weight, safety for the user and the fact that devices might be switched during operation. It was the purpose of this master thesis to make a design based upon those requirements. This was done by first choosing an existing bus standard, that would provide the lower levels of communication. CAN was chosen for this purpose. The next step of the design process was to transform the functional requirements into more specific technical requirements. This resulted in the definition of four types of nodes on the bus. These are bus controller, input controller, device controller and service controller. Their interactions called for the specification of several different message types, to support data exchange between the nodes. The result was a design that specifies node types, message types, variables like adresses, control strategies etc., state transition diagrams for the different node types and some message sequences. It also specifies the use of the CAN data-frame for all message types.

In this master's thesis, a ground station (GS) for the fixed-wing UAV: CyberSwan (CS), has been developed. The CS was designed for surveillance purposes, and two other master's theses deals with the work of making it autonomous (Høstmark (2007) and Bjørntvedt (2007)). Having a GS will make it possible to communicate with the CS in-flight, and present data and video from the CS through communication devices. The GS has been realised using LabVIEW development software from citet{labview}. A CS simulator was also developed in LabVIEW for test purposes. In addition was a Global Position System (GPS) receiver board, and a Radio Frequency (RF) communication board, developed. The GPS receiver was used to position the GS, and used as a source for position correction data. The RF communication board was developed for mounting in the CS and to be connected to its computer system to enable communication with the GS. The GS used a RF demo board for communication. A wireless camera was mounted on the CS for in-flight video surveillance, and a ultrasound ranging device was tested intended to be used in a autonomous landing situation. A hardware in the loop (HIL) test was performed to test the GS's communication capacity. Here the developed CS simulator was used, as the CS computer system was not completed (Bjørntvedt 2007). The test proved it possible to transfer a CS status message at 4 Hz, making the chosen communication device a good choice for the intended purpose.

This thesis takes upon itself to describe the medium of the radio channel for a WiMAX installation in a difficult environment. Furthermore it investigates the possibility of modifying the WiMAX standard in order to increase per- formance in such an environment. Channel estimators are crucial in optimizing throughput in WiMAX. Their performance is dependent on the amount of information in the pilot subcarriers of WiMAX. A way of adding information to the channel esti- mators without taking more of the bandwidth is to use a model in series with the data estimates. An already existing Kalman filter based algorithm for radio channel estimation is studied and compared to a WiMAX model. Modifications are suggested to fit the WiMAX signals. To extend a network fast in areas where there is little or no infrastructure to begin with is a task that can be performed by ad hoc network solutions. A statistical model for outage in ad hoc networks is studied and an evalua- tion on WiMAX’s capability of operating in an Ad hoc network structure is performed.

Shortly after birth, healthy infants exhibit so-called fidgety movements, while infants who later develop cerebral palsy (CP) lack these movements. General Movement Assessment (GMA) which is a clinical method, has proven its accuracy in detecting the absence (or presence) of fidgety movements, but for practical reasons, this method has not been adopted widely in the clinics. In order to create a similar but objective computer-based approach, Berg (2008) and Meinecke (2006) have studied discriminative features based on movement data collected from electromagnetic sensors and video. In this thesis, in addition to evaluation and comparison of previously introduced features, different classification methods have been applied to a suboptimal subset of these features. The results from linear and nonlinear separability analyses of features, confirm that dynamic features have better descriptive capabilities compared to statistically characterized features. Furthermore, it turns out that fidgety movements in the head (neck) and the arms show significant potential in distinguishing normal and abnormal infants, compared to signals from the trunk and the feet. The achieved results show 86% sensitivity and 90% specificity, which are highly acceptable, but this study needs further attendance before having any clinical usability. This study contains the first step of a typical medical research, meaning that the global (generalized) validity of the implemented methods are yet to be investigated, suppose that a representative selection (data) is available.

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.

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.

Two main types of formal methods have been investigated, formal specification and formal verification. Focus for formal verification has been on the concept of un-timed model checking. Some dominating formal specification languages, VDM and Z, and some prominent model checkers, FDR, Spin, and LTSA, have been learnt and presented. A tutorial for the formal verification tool Spin is created. The tutorial is example driven and describes the description language Promela and the verification methods available in Spin. Care has been taken to illustrate reasoning about the results from Spin. Topics discussed include the applicability and need for formal methods, the possible need for understanding the underlying theory, and considerations made in regards to creating the tutorial.

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.