To be able to measure and compensate for imbalance is essential for stabilizing mechanisms. The technique is applied in everything from self-stabilizing cameras to helicopters and noise reducing equipment. This report describes the development of a self-stabilizing platform, and includes theory about sensors, filters and motor modelling, and also practical tests. The purpose is to answer how the system will behave when a load is placed asymmetrically on the platform and if it is possible to compensate for the imbalance that occurs. The tilt of the platform is measured by an IMU, a sensor combining accelerometers and gyroscopes. A Kalman filter is used to combine the data. From this a signal, with noise levels within the requirements, was obtained. A theoretical model was set up for the system. The system was modelled based on a loadof 125g placed in the center of the platform. Two DC-motors compensate for the tilt around each axis. The motors are seen as separate sub systems and are controlled independently. The system is controlled by two PID-controllers which were designed based on the requirements that were set up regarding speed and stability. A short rise time and a small overshoot were essential to be able to minimize the torque on the motor shafts. The same requirements were set for each sub system. The chosen PID-parameters acquired a system which at a step input of 11.4° had a rise time of 0.75s, a settling time of 1.35s and an overshoot of 0.8%. The demonstrator that was constructed was put through a number of tests to answer the research questions. By placing the load at different distances from the center, the theoretical model was examined from its sensitivity to deviations. The test showed that a farther distance between the load and the center corresponded to a greater angular fluctuation and a longer settling time. / Att kunna mäta och kompensera för obalans är en viktig grundsten för stabiliserande mekanismer. Det tillämpas i allt från självstabiliserande kameror till helikoptrar och brusreducerande utrustningar. Denna rapport beskriver utvecklingen av en självstabiliserande plattform och behandlar teori kring sensorer, filter och motormodellering samt praktiska tester. Detta för att ge svar på hur systemet kommer att bete sig när en last placeras assymmetriskt på plattformen och om det är möjligt att kompensera för den obalans som då uppstår. För att mäta lutningen hos plattformen användes en IMU, en sensor som kombinerar accelerometrar och gyroskop, och ett Kalmanfilter för att slå ihop data från dessa. Ur detta erhölls en signal med brusnivåer inom de krav som satts upp. En teoretisk modell över systemet gjordes. Systemet modellerades utifrån att en last på 125 gram placerats i mitten av plattformen. Två DC-motorer kompenserade för lutningen kring varsin axel. Motorerna sågs som två separata delsystem och kontrollerades oberoende av varandra. Systemet reglerades med två PID-kontroller som designades utifrån de krav som sattes upp med avseende på snabbhet och stabilitet. En kort stigtid med en snäv översläng var viktigt för att minimera vridmomentet på motoraxlarna. Samma krav sattes på bägge delsystemen. De valda PID-parametrarna gav ett system som vid ett steg på 11.4° fick en stigtid på 0.75s, en insvängningstid på 1.35s och en översläng på 0.8%. Demonstratorn som byggdes utsattes för ett antal tester för att besvara projektets frågeställningar. Genom att placera lasten på olika avstånd från plattformens centrum undersöktes den teoretiska modellens känslighet för avvikelser. Testet visade att ju längre från centrum som lasten placerades, desto större vinkelutslag, samt längre insvängningstid, erhölls.

Fuel efficiency and safety in traffic is something that the vehicle industry prioritizes, although there is always room for improvements. This report presents how ultrasonic sensors could be used in road trains to keep distance between vehicles in order to reduce fuel consumption and increase safety. A small model in the size of a radio controlled car has been built to evaluate how this technology works in small scale. The results indicate that this can be done, and discuss the advantages and disadvantages with this technology in road trains. / Bränsleförbrukning och säkerhet är två saker som prioriteras högt av fordonsindustrin, och det finns alltid plats för förbättringar. Denna rapport presenterar hur ultraljudssensorer kan användas för avståndshållning mellan fordon i vägtåg för att sänka bränsleförbrukningen och öka säkerheten. En liten modell i storleken av en radiostyrd bil har byggts för att undersöka hur denna teknologi fungerar i liten skala. Resultaten indikerar att denna teknik kan användas, och fördelar och nackdelar med metoden diskuteras.

Some robots can do remarkable things. Balancing something unstable is one of them. This paper covers the design of such a robot and evaluates how the sensor is affected by its position and in turn the robot's ability to balance. A robot with a reaction wheel to maintain balance was built and the sensor data was investigated. From the result one could see that the sensor placement was of importance. The best placement was the one closest to the center of the cube, far away from the reaction wheel. / En del robotar kan utföra förbluffande manövrar. Att balansera något instabilt är en av dem. Den här rapporten täcker konstruktionen av en sådan robot och undersöker hur sensorn påverkas av sin position och i sin tur hur balansförmågan påverkas av sensorn. En robot som använde ett svänghjul som hjälp för att balansera byggdes och sensordatan undersöktes. Från resultatet visades att sensorplaceringen var viktig. Den bästa placeringen var den närmast robotens centrum.

Chess is an old game which is very popular. But since we today live in an increasingly digitalised world, most of the chess games are nowadays played via a computer. It’s a pity because it takes away the feeling of playing a real game of chess. The recent development in the technology has however made it possible to create a lot of new robots like chess robots. The aim of this bachelor thesis was therefore to create an automated chess robot and explore how fast the robot can move the pieces. Due to the complexity of the game the focus has been to create a robot that will act as a link. The robot detects the chess pieces' movements by using reed switches and then moves the pieces with an electromagnet controlled by stepper motors. An Arduino was used to control the sensors and another to actuate the stepper motors. To evaluate the speed of the electromagnet some tests had to be made and analysed. The tests focused on comparing a few important moves and change the voltage that was applied to the motor to see if it had an impact on the speed. The test showed that the voltage clearly had an impact on the motor speed and that the motors were very accurate and thus never left the piece on the wrong square. / Schack är ett gammalt spel som är väldigt populärt. Idag lever vi i en alltmer digitaliserad värld, där det mesta av schacket spelas via en dator. Det är synd för det tar bort känslan av att få spela schack på riktigt. Den senaste tekniska utvecklingen har dock gjort det möjligt att kunna skapa robotar, så som schackrobotar. Syftet med detta kandidatexamensarbete är därför att skapa en automatiserad schackrobot och undersöka hur snabbt den kan förflytta pjäserna. På grund av komplexiteten i detta spel har fokus legat på skapa en robot som fungerar som en länk. Roboten känner av schackpjäserna genom att använda reed switchar och förflyttar sedan pjäserna genom en elektromagnet som styrs av stegmotorer. En Arduino användes för att kontrollera sensorerna och driva motorerna. För att utvärdera hastigheten hos elektromagneten utfördes några tester. Olika drag analyserades liksom att förändra spänningen som applicerades till motorn. Testerna visade att spännigen verkligen hade en påverkan på hastigheten och att motorerna var väldigt precisa och därmed inte lämnade pjäsen på fel ruta.

To use electricity, especially during peak demand periods, to cool fridges makes cold air seem as an overlooked resource for reducing the electrical energy spent on operating household refrigerators. This thesis investigates whether an automatic device for supplementary cooling of a fridge using cold outside air can be retrofitted to a fridge in order to save energy. Prototypes were constructed to facilitate iterative optimization resulting in a POC design that reduces the energy consumption for a retrofitted refrigerator by 82-93% while maintaining the temperature inside the fridge at +4 °C. This is particularly valuable during peak demand periods. Modern materials designed for ducts and insulation together with mass produced fans, sensors and control electronics of high quality and at low cost make retrofitting of currently marketed refrigerators to a viable proposition. The individual household can reduce its cost for electricity and over some years reach payback of the installation cost. On a larger scale, retrofitting offers a contribution for energy consumers in general as well as grid operators who benefit from reduced peak demand and the costs associated with maintaining marginal capacity. A conservative estimate suggests that latitudes and altitudes with climate that permit economically justified retrofitting holds globally some 200-500 millions of refrigerators. The volume speaks for an interesting opportunity to use cold air as a valuable resource. / Att använda el för att kyla kylskåp, speciellt när efterfrågan är som störst under de allra kallaste vintermånaderna, kan framstå som ett slöseri med all kall luft som då omger oss. Den här rapporten beskriver hur befintliga kylskåp kan modifieras med fläktautomatik som gör att kall utomhusluft assisterar kylskåpets kompressor så att den totala energiförbrukningen sänks. Prototyper konstruerades för att möjliggöra iterativ optimering. Detta resulterade i en POC-design som minskar energiförbrukningen för ett kylskåp med 82-93% och med bibehållen temperatur på +4 °C i kylskåpet. Med rör och isolering gjorda i moderna material och med massproducerade fläktar, sensorer och styrelektronik av hög kvalitet till lågt pris, så kan kylskåp modifieras för kylning med utomhusluft på ett relevant och kostnadseffektivt sätt. Det enskilda hushållet kan både minska sina elkostnader och på några års sikt få tillbaks investeringskostnaden. I ett större sammanhang ger denna modifiering av kylskåp systemeffekter som är till fördel för både elkonsumenter och elnätföretag. Minskad topp-förbrukning ger lägre elpris samt minskar kostnader för att upprätthålla effektreserver. En försiktig uppskattning ger att i områden där klimatet möjliggör kylning med utomhusluft finns i storleksordningen 200-500 miljoner kylskåp. Detta talar för möjligheten att kunna tillvarata kall luft som en värdeskapande resurs i en förhållandevis stor skala.

The aim of this thesis is to examine if feedback of the angle from an inverted pendulum is sufficient to control its angle at an unstable equilibrium with statics and force impulses, and through different approaches and choice of controller find the most suitable one for these types of applications. The controllers that were tested was, the PID regulator and the state space regulator. The results would show that the mathematical approach to find a controller is difficult and time consuming, and it is often better to use a trial and error approach to find a regulator if repeated test on the system is possible. The core of the thesis lies in the mathematical approximations of the mechanical and electrical system, the analysis of the controller and the choice and usage of components. Analysis of the combined electrical and mechanical systems were made in Simulink and Matlab and was then generated to mechanical code to an micro controller controlling the voltage to a dc-motor. The system is non linear but can be linearised around the equilibrium point that we want to maintain, which is a good approximation for small angles. This thesis describes the electrical and mechanical components used to build a rotary inverted pendulum and how to produce an effective controller in detail. / Målet med examensarbetet är att utvärdera om återkoppling av vinkeln frånen inverterad pendel är tillräcklig för att kontrollera denna kring en instabil jämviktspunkt med störningar samt pålagda kraftimpulser, och genom val av olika tillvägagångssätt och regulatorer finna den mest lämpliga för dessa typer av tillämpningar. De regulatorer som användes i projektet var PID-regulatorn samt state space regulatorn. Resultaten kom att visa att ett matematisk tillvägagångsätt att skapa en regulator är svårt och tidskrävande, och det är ofta mer effektivt att testa sig fram till en regulator om systemet tillåter. Kärnan i arbetet ligger i de matematiska approximationerna av de mekaniska och elektriska system, analysen av kontrollern och valet samt tillämpningen av komponenter. Analysen av det kombinerade elektriska och mekaniska systemen gjordes i Simulink och Matlab och var därefter genererad till mekanisk kod till en mikro-kontroller för att regulera spänningen till en likströmsmotor. Den inverterade pendeln är ett olinjärt system men kan med god approximation och litet fel linjariseras runt dess instabila jämnviktspunkt. Detta examensarbete kommer i huvudsak handla om hur man konstruerar en regulator genom simulering samt analys av systemet. Alla komponenter såväl elektriska som mekaniska kommer att beskrivas i detalj.

In this thesis an automated greenhouse was built with the purpose of investigating the watering system’s reliability and if a desired range of temperatures can be maintained. The microcontroller used to create the automated greenhouse was an Arduino UNO. This project utilizes two different sensors, a soil moisture sensor and a temperature sensor. The sensors are controlling the two actuators which are a heating fan and a pump. The heating fan is used to change the temperature and the pump is used to water the plant. The watering system and the temperature control system was tested both separately and together. The result showed that the temperature could be maintained in the desired range. Results from the soil moisture sensor were uneven and therefore interpret as unreliable. / I denna tes byggdes ett automatiserat växthus med syftet att undersöka dess bevattningssystems pålitlighet samt om ett önskat temperaturspann kan bibehållas. Microkontrollern för att bygga detta automatiserade växthus var en Arduino UNO. Detta projekt använder sig av två olika sensorer, en jordfuktsensor och en temperatursensor. Sensorerna kontrollerar en värmefläkt och en pump. Värmefläkten används för att ändra temperaturen och pumpen för att vattna plantan. Bevattningssystemet och temperaturstyrningen har testats både separat och tillsammans. Resultatet visar att temperaturen kan bibehållas inom det önskade spannet. Resultaten från jordfuktsensorn var ojämna och därför tolkats som opålitliga.

Mechatronic systems, mechanical systems controlled by software embedded on electronics, are used everywhere today but designing such systems impose challenges as their complexity increases. With increasingly complex hardware the controlling electronics and their accompanied software can get to generalized for their intended use. In addition, the software also gets harder to design and test when the complexity of the hardware increases, necessitating the use of simulations. The goal of this thesis is designing a system going against this trend in the form of a robotic arm. The system developed contains both a physical design and a modeling library to allow for simulations. Both parts are modular, allowing the user to use the subsystems provided to assemble the systems for his/her intended use. The physical robotic arm is designed around modules, or subsystems, which the user can assemble in various ways and orders to form a robotic arm. The electronic interface designed as a distributed system makes it easy to add and control individual motorized joints fitted to the arm through a central data bus. To accompany this mechanical system, a simulation environment has been developed. This is a library developed in Modelyze, a host language encompassing a mathematical model builder and solver. The developed library contains objects whose mathematical models corresponds to the real world hardware that the user can assemble in a similar way and serves as simulation platform for the physical arm. After extracting the necessary parameters from the hardware tests were performed comparing the simulated responses with the real ones to ensure high fidelity of the model. The model exhibited fidelity when compared with data and various discrepancies could be explained by known limitations in Modelyze and the physical setup. The goal of the system is to serve as a research platform where, for instance, systems are designed in the model environment and implemented on the real system. Other implementations are possible thanks to the flexibility of the system. / Mekatroniska system, mekaniska system styrda av inbyggda elektroniska system, finns överallt idag men utveckling av sådana system medför utmaningarnar när deras komplexitet växer. Med ökande komplex hårdvara kan den styrande elektroniken och mjukvaran bli för generaliserade för deras uppgift. Mjukvaran blir också svårare att utveckla och testa när hårdvarans komplexitet ökar, vilket nödvändiggör användadet av simuleringar. Målet med denna avhandling är att designa ett system som går mot denna trend i form av en robotarm. Det utvecklade systemet innehåller en fysisk design och ett modelleringsbibliotek som möjliggör simuleringar. Båda delar är modulära, vilket möjliggör för användaren att bygga ett system för hans/hennes behov. Den fysiska robotarmen är designad runt moduler som användaren kan sätta ihop på olika sätt för att bygga en robotarm. Det elektroniska gränssnittet är utformat som ett distribuerat system vilket gör det enkelt att lägga till och kontrollera motoriserade leder som finns på armen genom en central databuss. En simuleringmiljö har utvecklats tillsammans med det mekaniska systemet. Detta är utvecklat i Modelyze, ett värdspråk i vilket en matematisk modelleringsmiljö och simulerare är implementerat. Det utvecklade biblioteket innehåller objekt vars matematiska modeller motsvarar den fysiska hårdvaran som användaren kan bygga ihop på liknande sätt för att fungera som en simuleringsplatform. Efter att ha extraherat parametrar från hårdvaran utfördes tester för att jämföra simulerade resultat med riktiga tester for att säkerställa noggrannhet i modellen. Modellen uppvisade noggrannhet när den jämfördes med datan och eventuella felaktigheter kunde bli förklarade med begränsningar i Modelyze och the fysiska installationen. Målet med detta system är att det ska bli en forskningsplatform där, bland annat, system är designade i modelleringsmiljön innan de är implementerade på det riktiga systemet. Ytterligare implementationer är möjliga tack vare systemets flexibilitet.

Syftet med detta projekt var att genom konceptutveckling ta tillvara sinterteknikens fördelar vid konstruktion av kugghjul med inriktning på dess mekaniska egenskaper. Målet har varit att ta fram koncept där kugghjulet blir lättare men med bibehållen hållfasthet gentemot referenskugghjulet samt att möjlighet till asymmetriska kuggflankerna utnyttjas för att minimera det sintrade materialets känslighet för dragspänningar vid höjd belastning. Projektet genomfördes på så sätt att en litteraturstudie där bakgrundsfakta om ämnet samlas in för att sedan, med hjälp av vår handledare, avgränsas till de områden som är intressanta för vårt projekt. Hållfasthetskrav för materialet ligger sedan till grund för analysen. CAD-modeller av referenskugghjulet och våra olika koncept skapades sedan för FEM-analys i ANSYS där hållfasthetskraven kontrollerades. Referenskugghjulet som används baserades på ett standardkugghjul från SwePart Transmission AB med benämning FZG z24. Materialet för kugghjulet är stål med maximalt tillåten böj och tryckspänning på 640 MPa respektive 1100 MPa. Vår analys visar att referenskugghjulet klarar en pålagd linjekraft på 12,65 kN innan den maximalt tillåtna dragspänningen uppnås. Det är denna kraft som sedan blir dimensionerande vid konstruktion och analys av koncepten. Beräkning av yttrycket på kuggflankerna enligt Hertz’ teorier har genomförts. Eftersom belastningen i kuggrötterna är mest betydelsefullt för analysen tas inte stor hänsyn till dessa ytspänningar, dvs kontaktspänningarna. Dessa kommer på grund av den höga belastning som nyttjas i analysen bli mycket större än vid normala belastningsfall. Två koncept togs fram med avseende på målen och analyserades i ANSYS. Konceptet där viktminskning var huvudmålet gav en viktminskning på 7,76 % med bibehållen hållfasthet i förhållande till referenskugghjulet. Konceptet med inriktning på ökning av belastning gav en tillåten ökning på 18 % av kraften med bibehållen maximal dragspänning om 640 MPa. / The purpose of this project was that through concept development utilize the advantage of the sintering technique when designing gears with focus on the mechanical properties. The goal has been to design concepts where the gear is made lighter while maintaining the same strength requirements as the reference gear as well as using the possibility of asymmetrical geometry of the tooth flanks to minimize the sintered materials sensitivity to tensile stresses when the forces is increased. The project was implemented so that a literature study was conducted where background information about the subject was collected and with the help of our supervisor it was narrowed down to those areas that are of interest to our project. Strength requirements for the material then form the basis for the analysis. CAD models of the reference gear and our concepts were then created for use in a finite element analysis in ANSYS where the strength requirements were verified. The reference gear that was used where based on a standard gear from SwePart Transmission AB named FZG z24. The material of the gear is steel with a maximum tensile and compressive stress of 640 MPa and 1100 MPa. When analyzing the reference gear a force of 12.65 kN showed to be the sufficient force at which the maximum allowed tensile stress is reached. It’s this force that then is used when designing and analyzing our concepts. Calculation of the surface pressure on the tooth flanks has been implemented using Hertz' theories. Since the stresses in the roots are most important to the analysis these calculations are not taken into further consideration. The contact pressures are, because of the high loads that are utilized in the analysis, much higher than in normal loading conditions. Two concepts where developed in regard of our goals and analyzed in ANSYS. The concept where weight loss was the main target showed a reduced weight of 7.76 % while maintaining the same strength in relation to the reference gear. The concept focusing on the possibility of increased load showed an allowable increase of 18 % while maintaining maximum tensile stress of 640 MPa.

Bakgrunden till detta projekt är att Trafikverket har stora problem med sina spårväxlar under vintertid. Problemen uppstår när snö/is förhindrar det rörliga delarna i växeln att hamna på plats i sina två lägen och tillåta tågen att passera i rätt riktning. I dagsläget finns det ingen ensam lösning som klarar av de extrema krav och förhållanden som råder i Sverige. Denna rapport ska ge dig som läsare en uppfattning om hur uppfinnaren Visa Jääskeläinens förslag kan lösa dagens växelproblem. Idén går ut på att hantera problemet rent mekaniskt genom att hindra snö/is att placera sig på oönskade platser, alltså att täcka delar av spåret. Detta förslag ska vidareutvecklas till ett konstruktionsunderlag som kan ligga till grund till eventuella framtida prototypbyggen. Visas förslag bygger grovt sagt på ett rörligt tak som skyddar utrymmen där snö ackumuleras och packas. Då en tågväxel är ett dynamiskt system behövs en mer komplex rörelse för att skydda dessa utrymmen. Täckväxeln är en tilläggsmodul för befintliga 1:9 växlar, som man monterar inför vintern. Den är ca sex meter lång och täcker den mest kritiska delen av växeln. / The background to this project is that Trafikverket has major problems with its railway switches during the winter season. The problem occur when snow / ice prevents the moving parts in the rail switch to move into its switching position and allow trains to pass in the wanted direction. For the current situation, there is no single solution that can handle the extreme demands and conditions in Sweden. This report will give the reader an idea of how the inventor Visa Jääskeläinen’s proposal to solve today's railway switch problem can be realized. The basic idea is to mechanically prevent snow / ice from getting into unwanted places by covering a part of the track. This construction proposal should be the base for further development and for a future prototype. Visa's proposal is roughly a movable roof that protects areas where snow accumulates and is packed. While a railway switch is a dynamic system, more complex movements are needed to protect these areas. Täckväxeln is an additional module for existing 1:9 rail switches that you fit up for the winter season. It is about six meters long and covers the most critical part of the railway switch.