Denne masteroppgaven tar utgangspunkt i Statoils robotlab for topside operasjoner som er under utvikling av SINTEF Anvendt Kybernetikk. Robotlaben består av to arbeidsroboter som kan utføre en rekke operasjoner på en ubemannet platform. Det er ønskelig å kunne benytte en av robotene i laben til å styre et autonomt kamera som viser et bilde av operasjonen den andre roboten utfører. Et autonomt kamera er ønskelig fordi det vil lette arbeidsoppgavene til operatøren som styrer arbeidsroboten og det vil kunne gi et bedre bilde enn om kameraet styres manuelt. Masteroppgaven beskriver først hvilke operasjoner som kan utføres i robotlaben, metoder for master/slave synkronisering av robotmanipulatorer og strategi for kamerastyring ut i fra hva som vises i kamerabildet. Deretter beskrives strategier for virtuell kamerastyring i spill og virtuelle filmmiljøer. En simulator for en arbeidsrobot og et virtuelt kamera er laget, og en strategi for autonom styring av et virtuelt kamera er implementert og testet i simulatoren. Et virtuelt kamera er valgt for å gjøre det mulig å teste strategier uten at man trenger å bekymre seg for begrensningene til en robotarm. Dette gjør den initielle utviklingen og implementasjonen enklere. Målet med simulatoren er å teste en av de beskrevne strategiene for styring av et autonomt virtuelt kamera. Implementasjonen ble gjort i C++ og simulatoren ble laget ved hjelp av et simuleringsbibliotek for stive legemer, og et 3D bibliotek for å vise visualisere simuleringen. Resultatene av simuleringen viser at det autonome virtuelle kameraet følger arbeidsroboten og holder arbeidsverktøyet til denne roboten innenfor kamerabildet under operasjonen.

Oppgaven består av følgende 4 punkter: 1.Foreta et litteratursøk for å se på forskjellige avbildningteknikker brukt i medisinsk sammenheng. Vurder disse ut fra et sanntids avbildningsbehov som vil være i forbindelse med knusing av nyrestein. Se også på underliggende teknikker knyttet til en eller flere metoder for sanntids posisjonsbestemming av nyrestein. 2. Foreslå en eller flere metoder for sanntids posisjonsbestemming av nyrestein. 3.Foreslå et design for sanntids avbilding / posisjonsbestemming av nyrestein. 4.Implementer og test ut (deler av) det foreslåtte designet.

This report describes the design and implementation of a prototype head-up display system, eventually to be installed in an NOV operator cabin. A head-up display is any transparent display being able to present information directly in the viewer’s field of view. In many applications, this can improve working conditions as operators may have information presented more conveniently than with traditional displays. The report is based on a previous project thesis, which looked into different head-up display technologies, and made a conclusion on which one of them to implement in an NOV operator cabin. Contact was established with a supplier of transparent displays at the end of the preceding project thesis. Their products seemed very promising to be integrated into a head-up display system. Therefore, cooperation was initiated towards delivery of custom made transparent displays in early 2010. Designing the display’s driver electronics was decided to be the most important subject of this Master thesis.This project has focused on designing driver electronics capable of controlling the professional transparent display, as well as a relatively transparent LED test display made as an additional part of this project. Development of software has been necessary in order to get the driver electronics to operate correctly. A PC program has also been made to remotely control the display, interfaced by a serial line. Problems occurred at the supplier of the transparent displays, which resulted in no delivery of professional displays. The LED test display has therefore got the important role of showing in practice what may be expected of a professional solution, and to inspire NOV to go further with this project. There is no doubt a transparent display favorably can be introduced to an operator cabin, as it very likely can ease monitoring of important variables.

The presence of clustered micro-calcifications is an important indicator of early stage breast cancers, and an efficient real-time ultrasound imaging support is needed for conducting needle biopsies. SURF is a dual-frequency band ultrasound technique capable of imaging nonlinear scattering using the superposition of a low-frequency pulse to manipulate the tissue characteristics and an imaging pulse to extract the informations. This new technique has already demonstrated its superiority in imaging high intensity nonlinear scatterers like ultrasound contrast agents compared to the classical methods. However, imaging lower intensity nonlinear scatterers like micro-calcifications requires the use of higher manipulation pressures, causing the apparition of complex distortions of the imaging pulse neglected hitherto. In order to achieve a sufficient level of tissue suppression and detect the micro-calcifications using SURF imaging, these nonlinear forward propagation effects must be characterized and corrected for. In this thesis, simulations have been conducted based on the geometry of the first manufactured prototypes of SURF probes, named Viglen and Okla. The nonlinear propagation effects were described as the regroupment of a nonlinear propagation delay due the average level of LF manipulation pressure experienced by the HF pulse, a mix of compressions/expansions of the imaging pulse resulting from the fluctuations of the LF manipulation pressure over the HF pulse, and a phenomenon of SURF aberration due to the difference in the focusing and diffraction pattern of the HF and LF beams. The build-up of these nonlinear propagation effects were shown to be fully characterized by the combination of the profiles of the LF beam and the phase-relation between the two pulses. The different beamforming strategies, with the superposition of a focused HF beam on a plane or co-focused LF beam, were also discussed: a net trade-off appears between the minimization of delays and SURF aberrations ensured by the co-focal configurations, and the minimization of compressions/expansions effects by using plane LF beams. A strategy to limit the nonlinear propagation effects would be the use of an especially designed transducer providing an excellent HF focusing in the study range and a sufficiently large LF aperture. A filter was then designed and tested to ensure a correction of the pulse-form distortions in the received signals. The filter improved the level of suppression of the linear scattering from tissue by 15 dB in the numerical simulations, allowing a theoretical detection of the micro-calcifications and raising the resolution of the imaging system up to 1 dB close to the noise floor. The same filter demonstrated a smaller suppression of only 7 dB with the experiments conducted on phantoms, 2 dB below the limit required for detecting the smallest micro-calcifications. Further work studying the pulse-form correction filter should be conducted to understand this difference in performances, along with a real-time implementation on the scanner, before achieving a correct detection of micro-calcification using SURF imaging.

Norsk Forening for Automatisering endret i 2009 sin visjon til ?Gjøre automatiseringtil et hovedtema i det offentlige rom.? Formålet med NFA-grillener å fremme visjonen om å gjøre automatisering til et hovedtema i det offentligerom. Det skal foregå ved å lage en automatisert pølsegrill som skaldoneres til TV-aksjonen.Oppgaven ledet frem til et ferdig produkt med dertilhørende valg av delsystemog teknologier. For å forsikre et best mulig resultat ble det utført enlitteraturstudie i forkant av det praktiske arbeidet.Arbeidet er utført ved hjelp av to ?underleverandører?, Arbeidsgruppe 6 iEksperter i Team-landsbyen ?Byggelandsbyen? og verkstedet ved Institutt forteknisk kybernetikk. Eksperter i Team-gruppa leverte reflektoren til grillenog verkstedet bidro med maskineringen av selve grillen.Det ble innhentet ekspertise fra Forskningssenteret for Miljøvennlig Energifor solcelleteknologi, ved Institutt for energiteknikk for produksjon av spesialtilpassetsolcellepanel til å produsere strøm til å drive aktuatorer og elektronikk.Som solfølgingsmetode ble det valgt å bruke GPS for å innhente posisjonsogtidsdata. Disse ble deretter brukt i en algoritme, SOLPOS utviklet avNREL, til å beregne solvektoren. For å vite grillens orientering ble et tilkompensertkompass med innebygget aksellerometer benyttet. Referansedata fraSOLPOS-algoritmen og måledata fra kompasset ble deretter benyttet i enreguleringsprosedyre som ved hjelp av to aktuatorer retter grillen mot sola.Det resulterende produktet fungerte etter formålet og oppnådde en nøyaktighetpå 0,8 grader som er innefor kravet som ble satt til én grad.

Shell Eco-marathon er en årlig internasjonal bilprototype-konkurranse mellom studentlag fra høyskoler og universiteter. Våren 2010 skal NTNU delta for 3. gang. Denne oppgaven går ut på å spesifisere krav, designe, lage og teste et komplett instrumenteringssystem for eco-marathon-bilen som deltar i konkurransen i 2010. Modulær oppbygning, samt velprøvd kommunikasjon basert på CAN-bus mellom moduler, danner grunnlaget for et stabilt og enkelt rekonfigurerbart system.Flere delkomponenter som ble benyttet i bilen foregående år, fungerte ikke ved overtakelse av bilen høsten 2009. På grunn av problemene med tidligere system, kombinert med ønsket om toveis kommunikasjon med alle moduler i bilen, ble det besluttet at et helt nytt system skulle utarbeides. Bilens instrumenteringssystem består i hovedsak av brenselcelleovervåkning og styring, kommunikasjon med en el-motordrift, brukergrensesnitt for sjåføren, utvendige lys og signalhorn.Brenselcellestyringen består av en galvanisk isolert måleløsning for individuelle cellespenningsmålinger, soneinndelt temperaturovervåkning, måling av hydrogentrykk og styring av hydrogenventiler, samt et sikkerhetssystem med automatisk avstengning ved gasslekkasje.Forskjellige måter å løse problemet med cellespenningsmålinger er undersøkt. Et fleksibelt og kompakt system er designet og implementert som håndterer funksjonene nevnt ovenfor.Utvendige lys på bilen med tilhørende driverkretser er basert på energieffektive og kraftige lysdioder som både har mulighet til å lyse opp veien foran bilen, og justeres ned i lysstyrke for å spare strøm. Alt kan enkelt betjenes via et menysystem på en lcd-skjerm i dashbordet. Et utvidbart og fleksibelt menysystem er implementert for å håndtere innstillinger og informasjon fra bilens systemer.Ettersom systemet er modulbasert, og hver CAN-bus-modul igjen er modulbasert, er det enkelt å rekonfigurere eller endre funksjonaliteten til systemet eller delmoduler. Å hekte på nye moduler for ny funksjonalitet er også veldig enkelt. Systemet kan også benyttes i andre sammenhenger enn bil-instrumentering. Brenselcellemodulen ble for eksempel benyttet på lab hele våren for test og utvikling av styringsalgoritmer for brenselcellestacken. Eksempler på andre bruksområder for deler av systemet kan være hus-automasjon eller styring og overvåkning av andre slags lab-oppstillinger.Selv om konkurranseresultat uteble på grunn av problemer med motorstyringen har elektronikken i styringssystemet stort sett fungert veldig bra under hele prosjektperioden. Det er gjort gode erfaringer med design og bestilling av profesjonelt produserte kretskort, samt innkapsling av elektronikk for å tåle røff håndtering og miljøpåvirkninger. Der problemer har oppstått, spesielt med kretsløsning og de integrerte kretsene benyttet for spenningsmåling på brenselcellestacken, er det nevnt hva som sannsynligvis er skyld i problemene og hva som kan gjøres med det.

Summary

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.