The Department of Applied Physics and Electronics at Umeå University offers education and conducts research in the field of automation and robotics. To raise the competence in automation in the CODESYS development environment it’s proposed to build a remote controlled self-balancing robot as a testing platform which is then programmed using CODESYS for Raspberry Pi.   The chassis of the robot consists of laser-cut plexiglass plates, stacked on top of each other and fixed using threaded rods, nuts and washers. On these plates the robots’ electrical components, wheels and motors are attached.   The control system is designed as a feedback loop where the robots’ angle relative to the gravity vector is the controlled variable. A PID-controller is used as the system controller and a Kalman Filter is used to filter the input signals from the IMU board using input from both the accelerometer and the gyro.   The control system is implemented in CODESYS as a Function Block Diagram (FBD) using both pre-made, standard function blocks and customized function blocks. By using the in-built web-visualization tool the robot can be remote controlled via Wi-Fi.   After tuning the Kalman Filter through plot-analysis and the PID-controller through Ziegler-Nichols method the robot can stay balanced on a flat surface.   The robots’ performance is tested through a series of test scenarios of which it only completes one out of four. The project ran out of time before further testing could be done.   For future work one could improve the performance of the PID-controller through more sophisticated tuning methods. One can also add a steering-function or test different type of controllers.

I ett tidigare genomfört examensarbete gjordes en förstudie på hur en människa-robot samarbetscell skulle fungera i en laboratoriemiljö. I Arvid Bobergs ”HRC Implementation in laboratory environment” skulle cellen tas fram på uppdrag av Eurofins för att arbeta med kemikalie- och mikrobiologiska analyser inom jordbruk, mat och miljö. För att verifiera de lösningsförslag som togs fram skulle en implementering behöva utformas i en fysisk miljö.  Projektets huvudsyfte var att ta fram en samarbetscell som skulle utföra arbetsuppgifter i en labbmiljö. För detta ändamål har en station, arbetsmoment och komponenter tagits fram och implementerats på ASSAR. Stationen har programmerats för att visa upp möjligheterna som roboten har att erbjuda i en samarbetscell med hjälp av ABB RobotStudio och online programmering.  Valet av robot var om möjligt att använda sig av ABB:s YuMi robot. Detta för att det var roboten som förstudien som arbetet bygger på använde sig av i dess modell samt byggde sin teori på och eftersom förstudiens arbete ligger till grunden för detta projekt.  Implementationen av stationen har genomförts i steg för att kunna testa olika upplägg och erhålla bättre förståelse av robotens egenskaper och vad den är kapabel att utföra i förhållande till räckvidd och flexibilitet. För att skapa de mer avancerade funktionerna i programmet användes offline programmering i ABB RobotStudio kombinerat med hjälp av online programmering. Funktionerna blir för avancerade för att skriva i en TeachPendant eftersom det blir långa rader med kod för att skapa de avancerade funktioner som roboten använder sig av för att utföra sina arbetsuppgifter.  Arbetet på ASSAR har lett till att ett flertal olika lösningar har tagits fram och tänkts över tills ett koncept valts och implementerats på ASSAR. Detta i form av en samarbetscell som visar upp olika funktioner för att utföra arbetsuppgifter i en labbmiljö med hjälp av YuMi-roboten ifrån ABB och ett arbetsbord som skapats under projektets gång.  Projektet har uppnått flertalet uppsatta mål för arbetet men några har inte uppnåtts, detta på grund av förseningar som uppkommit under projektets gång. Förseningarna har gjort att arbetsgången ändrats och det resultat som författaren försökt uppnå förändrats för att ta fram en samarbetscell och ge ett resultat åt projektet. / In a previous final year project, a study was carried out on how a robotic collaborative cell would work in a laboratory environment. In Arvid Bobergs "HRC Implementation in laboratory environment" the cell would be developed on behalf of Eurofins to work with chemical and microbiological analyses in agriculture, food and environment. To verify the suggested solutions, an implementation would need to be designed in a physical environment. The main purpose of the project was to develop a collaborative cell that would perform tasks in a lab environment. For this purpose, a station, work operations and components have been developed and implemented at ASSAR. The station has been programmed to showcase the possibilities the robot has to offer in a collaborative cell with the help of ABB Robot Studio and online programming. The choice of the robot was if possible, to make use of ABB's YuMi robot. This is because it was the robot that the pre-study that the work is based on used in its model and built its theory on and because the work of the feasibility study is the foundation of this project. The implementation of the station has been completed in steps to be able to test different structure and obtain a better understanding of the robot's characteristics and what it is capable to perform in relation to range and flexibility. To create the more advanced features of the program was used offline programming in ABB Robot Studio combined with the help of online programming. The functions become too advanced to write in a TeachPendant because there will be long lines of code to create the advanced functions that the robot uses to perform its tasks. The work at ASSAR has led to several different solutions being developed and thought over until a concept has been chosen and implemented at ASSAR. This in the form of a collaborative cell that showcases various functions to perform tasks in a lab environment using the YuMi robot from ABB and a worktable created during the project. The project has achieved several goals for the work, but some have not been achieved, because of delays that have arisen during the course of the project. The delays have made the workflow change and the result that the author has tried to achieve has changed to develop a collaborative cell and give a result to the project.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento dos algoritmos de controle de um robô móvel autônomo para coleta de lixo. O objetivo do robô é coletar latas de refrigerante espalhadas pelo chão. O sistema de navegação do robô foi implementado utilizando a arquitetura denominada \"Motor-Schema\". Essa arquitetura fornece um método para projetar comportamentos primitivos que atuam em forma paralela para realizar ações robóticas inteligentes em resposta aos estímulos do ambiente. O sistema de controle apresentado foi constituído por vários comportamentos primitivos que, coordenados, permitiram ao robô explorar de forma segura um ambiente desconhecido, detectar e coletar o lixo e levá-lo num depósito determinado. Os algoritmos desenvolvidos foram testados utilizando uma ferramenta de simulação 2D denominada Player/Stage. Os resultados obtidos mostraram que a solução apresentada é adequada para resolver a aplicação robótica de coleta de lixo. / This work presents the control system for an autonomous mobile robot for soda can collection. The navigation system is implemented using a reactive architecture called \"Motor-Schema\". This architecture provides a methodology to design primitive behaviors that can act in a distributed and parallel manner to yield intelligent robotic actions in response to environmental stimuli. The control system is composed of several primitive behaviors, which enable the robot explore an unknown environment, detect and collect the soda cans and navigate toward a soda can reservoir. The algorithms are tested using Player/Stage, a software for 2D simulation. The results show that the solution is suitable for soda can collection.

by Tang Kai Hung. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 1999. / Includes bibliographical references. / Abstracts in English and Chinese. / Acknowledgements --- p.vi / Abstract --- p.1 / Chapter 1 --- Introduction / Chapter 1.1 --- Motivation --- p.3 / Chapter 1.2 --- Objective --- p.7 / Chapter 1.3 --- Outline --- p.9 / Chapter 2 --- Color Identification / Chapter 2.1 --- Grabbing --- p.11 / Chapter 2.2 --- Digital Image Representation --- p.13 / Chapter 2.3 --- Color Segmentation --- p.15 / Chapter 2.3.1 --- Fuzzy Rule-Based Method --- p.15 / Chapter 2.3.2 --- Fuzzy Clustering Method --- p.20 / Chapter 2.4 --- Conclusion --- p.25 / Chapter 3 --- Shape Recognition / Chapter 3.1 --- Labeling --- p.29 / Chapter 3.1.1 --- Pre-processing --- p.29 / Chapter 3.1.2 --- Connected Components --- p.30 / Chapter 3.2 --- Blob Analysis --- p.33 / Chapter 3.2.1 --- Characteristic Values --- p.33 / Chapter 3.2.2 --- Corner Detection --- p.35 / Chapter 3.3 --- Type Classification --- p.37 / Chapter 3.3.1 --- Standard Blob --- p.37 / Chapter 3.3.2 --- Non-standard Object --- p.39 / Chapter 3.4 --- Flow Chart --- p.39 / Chapter 3.5 --- Point Generation --- p.42 / Chapter 3.5.1 --- Draw the Boundary --- p.42 / Chapter 3.5.2 --- Filling in Color by Lines --- p.48 / Chapter 3.6 --- Conclusion --- p.50 / Chapter 4 --- Drawing / Chapter 4.1 --- Difficulties & Remedies --- p.54 / Chapter 4.1.1 --- Data Transmission Difficulty --- p.54 / Chapter 4.1.2 --- Robot Drawing Plane --- p.56 / Chapter 4.2 --- Coordinates Conversion --- p.59 / Chapter 4.3 --- Quantitative Performance Measure --- p.64 / Chapter 4.4 --- Conclusion --- p.66 / Chapter 5 --- Conclusions & Future Works --- p.69 / Appendix / Bibliography

Kwok, Ka Wai. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2005. / Includes bibliographical references (leaves 113-116). / Abstracts in English and Chinese. / ABSTRACT --- p.i / Chapter 1. --- INTRODUCTION --- p.1 / Chapter 1.1 --- Artistic robot in western art --- p.1 / Chapter 1.2 --- Chinese calligraphy robot --- p.2 / Chapter 1.3 --- Our robot drawing system --- p.3 / Chapter 1.4 --- Thesis outline --- p.3 / Chapter 2. --- ROBOT DRAWING SYSTEM --- p.5 / Chapter 2.1 --- Robot drawing manipulation --- p.5 / Chapter 2.2 --- Input modes --- p.6 / Chapter 2.3 --- Visual-feedback system --- p.8 / Chapter 2.4 --- Footprint study setup --- p.8 / Chapter 2.5 --- Chapter summary --- p.10 / Chapter 3. --- LINE STROKE EXTRACTION AND ORDER ASSIGNMENT --- p.11 / Chapter 3.1 --- Skeleton-based line trajectory generation --- p.12 / Chapter 3.2 --- Line stroke vectorization --- p.15 / Chapter 3.3 --- Skeleton tangential slope evaluation using MIC --- p.16 / Chapter 3.4 --- Skeleton-based vectorization using Bezier curve interpolation --- p.21 / Chapter 3.5 --- Line stroke extraction --- p.25 / Chapter 3.6 --- Line stroke order assignment --- p.30 / Chapter 3.7 --- Chapter summary --- p.33 / Chapter 4. --- PROJECTIVE RECTIFICATION AND VISION-BASED CORRECTION --- p.34 / Chapter 4.1 --- Projective rectification --- p.34 / Chapter 4.2 --- Homography transformation by selected correspondences --- p.35 / Chapter 4.3 --- Homography transformation using GA --- p.39 / Chapter 4.4 --- Visual-based iterative correction example --- p.45 / Chapter 4.5 --- Chapter summary --- p.49 / Chapter 5. --- ITERATIVE ENHANCEMENT ON OFFSET EFFECT AND BRUSH THICKNESS --- p.52 / Chapter 5.1 --- Offset painting effect by Chinese brush pen --- p.52 / Chapter 5.2 --- Iterative robot drawing process --- p.53 / Chapter 5.3 --- Iterative line drawing experimental results --- p.56 / Chapter 5.4 --- Chapter summary --- p.67 / Chapter 6. --- GA-BASED BRUSH STROKE GENERATION --- p.68 / Chapter 6.1 --- Brush trajectory representation --- p.69 / Chapter 6.2 --- Brush stroke modeling --- p.70 / Chapter 6.3 --- Stroke simulation using GA --- p.72 / Chapter 6.4 --- Evolutionary computing results --- p.77 / Chapter 6.5 --- Chapter summary --- p.95 / Chapter 7. --- BRUSH STROKE FOOTPRINT CHARACTERIZATION --- p.96 / Chapter 7.1 --- Footprint video capturing --- p.97 / Chapter 7.2 --- Footprint image property --- p.98 / Chapter 7.3 --- Experimental results --- p.102 / Chapter 7.4 --- Chapter summary --- p.109 / Chapter 8. --- CONCLUSIONS AND FUTURE WORKS --- p.111 / BIBLIOGRAPHY --- p.113

<p>Syftet med detta arbete var att undersöka möjligheterna för montering av ett styrskåp av modell Motoman NX100 NOC1. För detta användes simuleringsprogrammet DELMIA. Roboten som användes nådde inte alla montage om skåpet var stationärt. Därför prövades först ett antal olika förslag för att lösa detta problem genom att transportera skåpet. Det koncept som bedömdes som mest pålitligt användes sedan för att skapa en mer ingående simulering. Detta koncept bygger på en U-formad transportbana med växlingssektioner. Skåpet transporteras först så att montage kan ske på dess framsida. När skåpet har transporterats runt till motsatt sida om roboten, kan montage utföras på skåpets baksida. Konceptet inkluderar montering av skåpets huvudkomponenter. Utrymmeskrav för hantering och infästning av komponenter undersöktes. Montering av kablage är relativt tidskrävande att modellera i DELMIA, så detta var därför inte möjligt att genomföra inom projektets omfattning. Därför har det utelämnats från simuleringen.</p><p>Roboten som användes var Motoman SDA10, vilken består av två armar. Detta har använts för att undvika verktygsväxling och specialverktyg. Robotens ena arm sköter hantering av komponenter med ett vakuumgripdon. Den andra armen hanterar två olika skruvdragare med hjälp av ett fingergripdon. Den ena skruvdragaren har skruvmatning, medan den andra används för efterdragning. Båda skruvdragare har handtag anpassade för robotens fingergripdon.</p><p>I konceptet ingår en lösning för att montera komponenter på skåpets dörr, i det fallet att dörren redan har monterats på skåpet.</p><p>En analys gjordes för att finna vilka svårigheter som finns hos en manuell montering av styrskåpet. Förslag på anpassningar togs fram, där avsikten var att förenkla skåpets montage. Analysmetoden som användes var Product Design for Assembly av Boothroyd G. & Dewhurst P. (1991). Tidsuppskattningarna som togs fram med hjälp av denna metod visade att cykeltiden kan reduceras med 24% genom att implementera anpassningsförslagen. Tidsuppskattningarna är dock endast baserade på montage av skåpets huvudkomponenter. Montering av kablage inkluderas inte i tiderna, då det är utanför omfattningen av detta projekt. Vissa av anpassningarna avser att minska antalet skruvtyper som används vid komponenternas infästning.</p>

For precise robot control, endpoint compliance strategies utilize feedback from a force sensor located near the tool/workpiece interface. Such endpoint force control systems have been observed in the laboratory to be limited to unsatisfactory closed-loop performance. This paper discusses the particular dynamic properties of robot systems which can lead to instability and limit performance. A series of lumped-parameter models is developed in an effort to predict the closed-loop dynamics of a force-controlled single axis arm. The models include some effects of robot structural dynamics, sensor compliance, and workpiece dynamics. The qualitative analysis shows that the robot dynamics contribute to force-controlled instability. Recommendations are made for models to be used in control system design.

We want to build tiny gnat-sized robots, a millimeter or two in diameter. They will be cheap, disposable, totally self-contained autonomous agents able to do useful things in the world. This paper consists of two parts. The first describes why we want to build them. The second is a technical outline of how to go about it. Gnat robots are going to change the world.

The goal of this work is to navigate through an office environmentsusing only visual information gathered from four cameras placed onboard a mobile robot. The method is insensitive to physical changes within the room it is inspecting, such as moving objects. Forward and rotational motion vision are used to find doors and rooms, and these can be used to build topological maps. The map is built without the use of odometry or trajectory integration. The long term goal of the project described here is for the robot to build simple maps of its environment and to localize itself within this framework.

Syftet med detta arbete var att undersöka möjligheterna för montering av ett styrskåp av modell Motoman NX100 NOC1. För detta användes simuleringsprogrammet DELMIA. Roboten som användes nådde inte alla montage om skåpet var stationärt. Därför prövades först ett antal olika förslag för att lösa detta problem genom att transportera skåpet. Det koncept som bedömdes som mest pålitligt användes sedan för att skapa en mer ingående simulering. Detta koncept bygger på en U-formad transportbana med växlingssektioner. Skåpet transporteras först så att montage kan ske på dess framsida. När skåpet har transporterats runt till motsatt sida om roboten, kan montage utföras på skåpets baksida. Konceptet inkluderar montering av skåpets huvudkomponenter. Utrymmeskrav för hantering och infästning av komponenter undersöktes. Montering av kablage är relativt tidskrävande att modellera i DELMIA, så detta var därför inte möjligt att genomföra inom projektets omfattning. Därför har det utelämnats från simuleringen. Roboten som användes var Motoman SDA10, vilken består av två armar. Detta har använts för att undvika verktygsväxling och specialverktyg. Robotens ena arm sköter hantering av komponenter med ett vakuumgripdon. Den andra armen hanterar två olika skruvdragare med hjälp av ett fingergripdon. Den ena skruvdragaren har skruvmatning, medan den andra används för efterdragning. Båda skruvdragare har handtag anpassade för robotens fingergripdon. I konceptet ingår en lösning för att montera komponenter på skåpets dörr, i det fallet att dörren redan har monterats på skåpet. En analys gjordes för att finna vilka svårigheter som finns hos en manuell montering av styrskåpet. Förslag på anpassningar togs fram, där avsikten var att förenkla skåpets montage. Analysmetoden som användes var Product Design for Assembly av Boothroyd G. &amp; Dewhurst P. (1991). Tidsuppskattningarna som togs fram med hjälp av denna metod visade att cykeltiden kan reduceras med 24% genom att implementera anpassningsförslagen. Tidsuppskattningarna är dock endast baserade på montage av skåpets huvudkomponenter. Montering av kablage inkluderas inte i tiderna, då det är utanför omfattningen av detta projekt. Vissa av anpassningarna avser att minska antalet skruvtyper som används vid komponenternas infästning.