In the field of mechatronics, different types of robotic arms are used for various applications. Control of robotic arms from a distance is required in certain situations, such as hazardous environments. The purpose of this thesis was to investigate the feasibility, speed, and accuracy of the movement of a robotic arm following the movement of one handheld Inertial Measuring Unit (IMU). The assessment of accuracy was determined through experiments with pre-established movements and examined responses from the arm. The robot arm has four degrees of freedom and is controlled by integrating and filtering the IMU data to obtain the linear position, and inverse kinematics are used to obtain the arm joint angles required to reach the position. The robotic arm was constructed using Solid Edge 3D CAD, 3D printed in PLA plastic. After construction electronic components were connected and assembled. The programs were implemented in MATLAB, and the data was processed and transferred through the Arduino Integrated Development Environment (IDE). The results indicate that the robotic arm demonstrates good capability in executing given coordinates. The accuracy of the IMU-based position tracking is inconsistent and not suitable for all applications. The system's total speed for reading and executing movements is found to be satisfactory, but improvements in precision are necessary for more demanding implementations. The primary causes of errors in the system are attributed to the precision of the measuring device, manufacturing deviations, and limitations in the IMU calculation. This study contributes to the understanding of linear position tracking using inertial sensors, filtering techniques, and communication between microcontrollers, providing insights for future research and development in the field. / Inom området mekatronik används olika typer av robotarmar för olika tillämpningar. Kontroll av robotarmar på avstånd krävs i situationer som farliga miljöer. Syftet med denna avhandling var att undersöka genomförbarhet, hastighet och rörelseprecision hos en robotarm som följer rörelsen av en handhållen tröghetsmätningsenhet (IMU). Bedömningen av noggrannheten fastställdes genom experiment med förutbestämda rörelser och undersökta svar från armen. Robotarmen har fyra frihetsgrader och styrs genom att integrera och filtrera IMU-data för att erhålla den linjära positionen, och inverskinematik används för att erhålla de nödvändiga armledsvinklarna för att nå positionen. Robotarmen konstruerades med hjälp av Solid Edge 3D CAD, 3D-utskrivet i PLA-plast och elektroniska komponenter monterades. Programmen implementerades i MATLAB och data bearbetades och överfördes via Arduino Integrated Development Environment. Resultaten visar att robotarmen har god förmåga att utföra givna koordinater, men noggrannheten i IMU-baserad positionsspårning är inkonsekvent och inte lämplig för alla tillämpningar. Systemets totala hastighet för att läsa av och utföra rörelser anses vara tillfredsställande, men förbättringar av precisionen är nödvändiga för mer krävande implementeringar. De främsta orsakerna till fel i systemet tillskrivs precisionen hos mätinstrumentet, tillverkningsavvikelser och begränsningar i IMU-beräkningen. Denna studie bidrar till förståelsen av linjär positionsspårning med tröghetssensorer, filtreringstekniker och kommunikation mellan mikrokontroller, vilket ger insikter för framtida forskning och utveckling inom området.

Abstract The goal of this project was to design a submarine that could be operated using a wireless game controller. To accomplish this, we used an Playknowlogy board connected to a USB-Host Shield that recieves signals from the game controller and sends them to a USB connected to the USB-Host Shield. The Arduino's built-in libraries interpret the signals, which are then used to control the submarine's movements in three-dimensional space. / Målet med detta projekt var att designa en ubåt som kan styras med en trådlös spelkontroll. För att uppnå detta använde vi en Playknowlogy bräda som var kopplad till en USB-Host Shield. Denna mottog signaler från spelkontrollen och skickade dem sedan vidare till en USB-anslutning på USB-Host Shield. Arduinos inbyggda bibliotek tolkar signalerna, vilka sedan används för att styra ubåtens rörelser i det tredimensionella rummet.

In this thesis, the design of a self balancing prototype bike with a reaction wheel as balancing mechanism will be investigated. Bikes are inherently unstable systems, that dynamically resemble an inverted pendulum at a stand still. Previous work has mostly been focused on keeping the balance through manipulating the steering input, and using state space modelling in order to balance the bike. In this project, a PID controller was implemented as a mean of control for the reaction wheel which was driven by a brushless DC motor. Different variations of Ziegler Nichols tuning methods were compared, and an alternative heuristic tuning method for the PID controller was also tested. The standard Ziegler Nichols and the alternative method yielded the best results. / I detta kandidatexamensarbete kommer designen av en självbalanserande prototyp cykel med ett reaktionshjul som balanseringsmekanism att undersökas. Cyklar är instabila system, som dynamiskt liknar en inverterad pendel när de är stationära. Tidigare arbeten har huvudsakligen fokuserat på att hålla balansen genom att elektroniskt manipulera styrinmatningen och använda modern regelteknik för att balansera cykeln. I det här projektet implementerades en PID-regulator som ett medel för att styra reaktionshjulet, driven av en borstlös likströmsmotor. Olika varianter av Ziegler Nichols-metoden och den alternativa metoden gav de bästa resultaten.

Automating tasks and processes are becoming more and more common in both corporate and everyday life. The aim of this project is to assist the company Hotswap in the development of a safety system for an existing automatic flagpole. The safety system should be able to monitor wind velocity and, optionally, wind direction as well as communicate the data to the flagpole’s main control unit. The thesis describes and discusses the different possible mechanisms, solutions for measuring wind, and a possible implementation. A method for measuring wind velocity by utilizing an FS5 thermal mass flow sensor was selected and a prototype was developed for testing the performance of the implementation. The tests showed that the thermal mass flow sensor fulfilled the requirements regarding wind velocity measurement and accuracy with an average deviation of 0.19 m/s from the reference value. The solution was then discussed and compared with Hotswap’s existing prototype. The comparison showed that the prototype was a viable alternative. Finally, some suggestions for further development were presented along with the conclusion that the prototype provides a proof of concept for a fully realizable solution. / Automatisering av arbetsuppgifter och processer blir mer och mer vanligt både på företag och i vardagslivet. Detta projekt hade som mål att bistå företaget Hotswap med utvecklingen av ett säkerhetssystem för en befintlig automatisk flaggstång. Säkerhetssystemet ska kunna mäta vindstyrka och vindriktning och kommunicera den uppmätta datan till flaggstångens kontrollenhet. Rapporten beskriver och diskuterar de olika möjliga mekanismer och lösningar som finns för att mäta vindhastighet samt en möjlig implementering. En metod för mätning av vindhastighet där en hot-wire flödessensor valdes och en prototyp utvecklades sedan för att testa den implementerade metodens prestanda. Testen visade att användning av flödessensorn tillfredsställde de ställda kraven på prototypen gällande vindhastighetsmätning och mätprecision med en medelavvikelse på 0.19 m/s från referensvärdet. Lösningen diskuterades och jämfördes sedan med Hotswaps befintliga prototyp. Jämförelsen visade att prototypen var ett rimligt alternativ. Slutligen presenterades några förslag på vidareutveckling tillsammans med slutsatsen att prototypen är en konceptvalidering för en fullt realiserbar lösning.

The aim of the presented thesis is to examine the potential of an autonomous football handling machine. It has been noted that the number of machines with the purpose of autonomously handling footballs, tennis balls, golf balls etc. are increasing but that no such machine is yet well established on the market. The performance of a robot that can both find, collect and retrieve a ball to a fix position is being examined. An area where the machine is intended to fill a purpose is for example penalty or free kick practice within football, where a single player stands relatively far away from goal and the ball does not necessarily bounce back to the player after scoring. Such a robot could make practice more efficient by relieving the player from the repetitive task of running back and forth to the goal, hence providing him/her with the flexibility of practicing alone. The results of the study show that ultrasound is not an effective technique for detecting a football, because of many reasons. One of the reasons is that the ultrasonic sensor doesn’t measure distance accurately enough when dealing with spherical surfaces. However, since the developed demonstrator is tested in a fixed setting, its success rate is high. With a few adjustment, the system as a whole shows high potential. The main recommendation for future work is to replace the ultrasonic sensor with a camera, and implementation of feedback control, for the steering of the robots movements. / Syftet med det presenterade arbetet är att undersöka potentialen hos en autonom maskin för hantering av fotbollar. Det har noterats att antalet maskiner med syfte att autonomt hantera fotbollar, tennisbollar, golfbollar och dylikt. har ökat, men att ingen sådan maskin ännu är väletablerad på marknaden. Prestandan hos en robot som både kan hitta, plocka upp och återbringa en boll till en bestämd plats undersöks. Ett område där roboten ämnas användas är till exempel vid träning av straffar eller frisparkar inom fotboll, där en ensam spelaren står relativt långt bort från målet och bollen inte nödvändigtvis studsar tillbaka till spelaren efter att bollen placerats i mål. En dylik robot skulle möjliggöra mer effektiv träning genom att bespara spelaren den repetativa uppgiften att springa fram och tillbaka till mål, och således delge denne med flexibiliteten av att kunna träna ensam. Studiens resultat visar att ultraljud inte är en effektiv teknik för att detektera en boll, av flera anledningar. En av anledningarna är att ultraljudssensorn inte har tillräcklig noggrannhet för att mäta avstånd till sfäriska ytor. Eftersom den framtagna prototypen är testad i en riggad situation är antalet lyckade försök trots detta hög. Med ett antal justeringar uppvisar systemet som helhet god potential. De huvudsakliga rekommendationerna för framtida utveckling av produkten är att byta ut ultraljudssensorn mot en kamera, samt att införa feedback-reglering för styrning av robotens rörelser.

The purpose of this project is to make it easier to grow plants domestically all year round. The objective is to construct a remotely controllable and environmentally independent automated hydroponic system. This would minimize the efforts required by the user to sustain plants in non-native climates. A hydroponic gardening system uses water as a growth medium instead of soil. The system is climate conscious and has benefits compared to conventional agriculture. Hydroponic systems are affected by several factors, this project only focuses on controlling the light intensity by isolating the system, and regulating the nutrient concentration through EC. The system uses a microcontroller for analysis and control. The results are promising, showing that the system works. However, the limitations in time led to a short test period, therefore the data gathered is limited. The discussion based on the results conclude that the system cannot be considered completely automatic but reduces the need of manual labour. / Syftet med detta projekt är att göra det lättare att odla växter inhemskt året runt. Målet är att konstruera ett fjärrstyrbart och miljöoberoende automatiskt hydroponiskt system. Detta ska minimera ansträngningarna från användaren för att underhålla växter i icke-inhemska klimat. Ett hydroponiskt odlingssystem använder vatten som tillväxtmedium istället för jord. Tekniken har fördelar jämfört med konventionell odling vilket gör hydroponi mer miljövänligt. Hydroponiska system påverkas av flera faktorer, men detta projekt fokuserar bara på att kontrollera ljusintensiteten genom att isolera ljuset inom systemet samt att reglera näringsämne-koncentrationen genom att mäta den elektriska ledningsförmågan i vattnet. Systemet använder en mikrokontroll för analys och kontroll. Resultaten är lovande och visar att systemet fungerar. Däremot har begränsningarna i tid lett till en kort testperiod, därför är data som samlas in begränsad. Diskussionen baserad på resultaten drar slutsatsen att systemet inte kan anses vara helt automatiskt men reducerar behovet av manuell arbetskraft.

This project goal was to determine the flexibility of an omnidirectional robot with a physical implementation of the video game pong. A robot was created to follow and catch a ball and could play against a human player. The challenge of the project was to create a stable system that could move in a straight path and catch the ball within a reasonable distance from the other player. A camera was used to implement an image recognition system that could determine the two-dimensional position of the ball and hard coded values for the size of the ball was used to simulate a three-dimensional position. Given these values, the robot was able to follow the ball and push the ball when close. For the omnidirectional system, socalled kiwi drive with three DC motors and omnidirectional wheels was used. Ultrasonic sensors were also used to stop the robot if a nearby wall was too close. To make the robot move in a straight path, control theory together with a compass module was used to measure the angular error which was fed as feedback to the system. This enabled the robot to travel in a straight path and catch the ball. The results of the project showed that it is possible to control an omnidirectional robot with control theory in a stable manner. Using image recognition with a web camera together with OpenCV is fast enough to create a fast robotic system that can successfully complete a given task. / Detta projekts mål var att analysera hur flexibel det går att göra en robot med flerdimensionella hjul, det vill säga en robot som har hjul som gör att den kan röra sig med tre frihetsgrader. Detta gjordes genom att implementera en fysisk version av datorspelet pong. I projektet byggdes en robot som kunde följa och fånga en boll samt spela mot en mänsklig spelare. Utmaningen i projektet var att skapa ett stabilt system som kunde möjliggöra för roboten att färdas en rak väg och fånga bollen inom ett rimligt avstånd från motspelaren. En webbkamera användes för att implementera ett bildigenkänningssystem som kunde avgöra den tvådimensionella positionen för bollen och hårdkodade värden på bollens storlek användes för att simulera en tredimensionell position. Givet dessa värden lyckades roboten följa efter bollen och trycka ifrån den när bollen närmade sig. Tre stycken DC-motorer med tillhörande hjul användes för att skapa en treaxlig konfiguration för det flerdimensionella systemet. Ultraljudssensorer användes för att stanna roboten om den kom för nära en vägg i spelplanen. För att få roboten att röra sig längs en rak linje användes en kompassmodul för att mäta vinkelfelet som uppstod när roboten körde på ett felaktigt sätt. Detta vinkelfel användes som återkoppling för en PID-regulator vilket i sin tur m¨ojliggjorde f¨or roboten att kunna följa och fånga bollen längs en rak linje. Resultaten från projektet visade att en flerdimensionell robot går att kontrollera på ett stabilt sätt genom en PIDregulator och bildigenkänning med hjälp av en webbkamera och OpenCV ¨ar tillräckligt snabbt för att kunna skapa ett robotsystem som kan lösa en given uppgift.

In a world with an ever growing population, the ability to grow food eciently is essential. One way to improve the eciency is by automation. The purpose of this project is therefore to investigate how the identification of a plant’s stage in its growth cycle that can be made autonomous. This was done with the method of measuring the amount of green pixels in an image of the plant. To be able to answer our research questions a demonstrator was built. The demonstrator is a greenhouse with a non regulated aeroponic system, a regulation system for humidity and an identification system for determining the plant growth stage. The plant chosen to test the identification system was basil. The identification system successfully identified the stage of plants well into the adult stage, in the seed stage and in the middle of the sprout stage. It was however not always successful in the identification of plants transitioning from the sprout stage into the adult stage. / I en värld med en ständigt växande befolkning är förmågan att odla mat effektivt nödvändig. En metod för att öka denna effektivitet är genom automatisering. Syftet för detta projekt är därför att undersöka hur identifieringen av en plantans stadie i dess växtcykel kan automatiseras. Detta gjordes genom att mäta antalet gröna pixlar i en bild av plantan. För att kunna svara våra forskningsfrågor byggdes en testmiljö. Testmiljön bestod av ett växthus med ett oreglerat aeroponiskt system, ett regulationssystem för luftfuktighet och ett identifikationsssystem för att avgöra en plantas stadie i dess växtcykel. Plantan som valdes för att testa identifikationssystemet var basilika. Identifikationssystemet som togs fram kunde med framgång identifiera stadiet av en planta som är långt in i dess vuxna stadie, i förstadiet eller i mitten av dess groddstadie. Plantor som precis övergått från grodd till vuxet stadie blev däremot inte alltid identifierade korrekt.

This project aims to build an electric powered robot, that by utilizing infrared light, recognizes a device carried by the user. The robot built in this project utilizes swivel wheel similar to car wheels for steering over the more conventional differential steering/drive. The testing done in this project proved that this method of steering has difficulties with navigating in small spaces and completing tight turns at low speeds. The result also gives reason to believe that a fixed reference distance between the user and the robot might not be optimal for all instances. / Detta projekt går ut på att bygga en eldriven robot som genom att använda infraröda dioder, ser en enhet som utan svårighet bärs av användaren. Roboten som byggs i detta projekts primära användningsområde är att transportera varor. Roboten är konstruerad för att använda svägande hjul vilket påminner om bilstyrning, istället för en mer konventionell differentialstyrning. Testen som utfördes i detta projekt visade att denna styrmetod har svårigheter med att navigera i små utrymmen och vid tvära vändingar vid låga hastigheter. Resultatet av tester säger även att ett fast referensavstånd mellan användaren och roboten möjligtvis inte är optimalt vid vissa tillfällen.

The purpose of this project is to create a light weight robotic version of an ant that can withstand great forces, trying to come close to the ant’s lifting technique as much as possible. This idea was chosen with inspiration from nature, especially from the obscure forces of an ant. These insects are proven to be able to lift and carry heavy loads, up to a thousand times their body weight. Various lifting technologies are used by several facilities today and therefore there is a need for improvements in this field. By trying to come close to an ant’s appearance and mimic certain ant movements, a hexapod was designed over a period of four months. The tests made in this project were divided into three categories; stability, lifting and gripping ability. The best balance was achieved by placing the legs’ contact points on the ground as far away from each other as possible. In total the robot ant could lift about 1.02 times its own weight and bear 3.01 times its own weight on the thorax. / Målet med projektet är att konstruera en lågvikts robotmyra som kan uthärda stora krafter och härma myrors rörelse vid lyft så mycket som möjligt. Projektidén valdes med inspiration från naturen, speciellt från de otroliga krafter hos en myra. Myror har bevisats kunna lyfta och bära tunga laster eller mer exakt tusen gånger sin egen vikt. Olika lyfttekniker används av flera faciliteter idag och därmed finns det behov av förbättringar i detta område. Genom att efterlikna en myras utseende och härma dess rörelser designades en sexfoting under en period på fyra månader. Testerna delades in i tre olika kategorier; stabilitet, lyft- och greppförmåga. Den bästa balansen uppnåddes då benens kontaktpunkter med marken placerades så långt ifrån varandra som möjligt. Totalt klarade robotmyran att lyfta 1.02 gånger sin egen vikt och bära 3.01 gånger egna vikten på ryggen.