Sähkötekniikan korkeakoulun väitöskirjat ovat saatavilla yliopiston ylläpitämässä avoimessa Aaltodoc-julkaisuarkistossa.
Väitös automaation ja säätötekniikan alalta, DI Artur Kopitca
Väitös Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulusta, sähkötekniikan ja automaation laitokselta
Väitöskirjan nimi: Manipulation and assembly of objects using spatially nonlinear stochastic force fields
³Õä¾±³Ù³Ù±ð±ô¾±Âáä: Artur Kopitca
³Õ²¹²õ³Ù²¹±¹Ã¤¾±³Ù³ÙäÂáä:&²Ô²ú²õ±è;Prof. Antoine Ferreira, INSA Centre Val de Loire, Ranska
Kustos: Prof. Quan Zhou, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu
Spatiaalisesti epälineaariset stokastiset voimakentät, joita esiintyy yleisesti luonnossa, omaavat huomattavaa mutta vielä vähän hyödynnettyä potentiaalia kappaleiden kuljetukseen ja kokoamiseen. Esimerkiksi tuulet, joiden nopeus ja suunta vaihtelevat satunnaisesti ja epälineaarisesti, muodostavat monimutkaisia hiekkadyynejä ja kuljettavat erilaisia esineitä pitkiä matkoja. Tällaisten luonnonilmiöiden innoittamana tämä tutkielma tutkii värähtely- ja ilmavirtauskenttien hyödyntämistä esineiden kokoamiseen ja etäohjaukseen. Vaikka nämä kentät eroavat fysikaaliselta alkuperältään, niille on yhteistä voiman voimakkuuden ja suunnan epälineaarinen spatiaalinen ja ajallinen vaihtelu yhdistettynä satunnaisiin häiriöihin.
Ensinnäkin tutkielmassa osoitetaan, että akustiset värähtelykentät voidaan ohjelmoida kokoamaan hiukkaset haluttuihin kaksiulotteisiin muotoihin värähtelevälle levylle, ylittäen aiemmat menetelmät, jotka olivat rajoittuneet levyn solmukuvioihin. Datapohjainen malli ennustaa stokastista liikettä, ja optimointialgoritmi säätää kenttää iteratiivisesti tavoitemuodon saavuttamiseksi. Tämä mahdollistaa jopa 100 hiukkasen kokoamisen monimutkaisiksi, tunnistettaviksi muodoiksi, kuten latinalaisiksi kirjaimiksi ja geometrisiksi kuvioiksi, jäljitellen luonnollisia muovausprosesseja.
Toiseksi tutkitaan ilmavirtauskenttiä työkaluina erimuotoisten ja -materiaalisten kappaleiden etäohjaamiseen ilman kosketusta. Toisin kuin perinteiset menetelmät, joita rajoittavat materiaalikohtaiset vaatimukset ja lyhyet toiminta-alueet, ilmasuihkun aiheuttama ilmavirta voi etäohjata ja automaattisesti manipuloida erilaisia materiaaleja ja muotoja olevia esineitä jopa 2.7 metrin etäisyydeltä ja 1.5 senttimetrin tarkkuudella. Tämä lähestymistapa on osoittautunut tehokkaaksi sekä kiinteillä että vesipinnoilla, se on osoittanut kestävyytensä esteiden ja häiriöiden läsnä ollessa ja se on sovellettavissa useisiin käytännön skenaarioihin. Automaattisen objektien käsittelyn saavuttamiseksi otetaan käyttöön kaksi ohjausstrategiaa: malliton ohjain, joka toimii pelkästään konenäön palautteen perusteella, ja mallipohjainen ohjain, joka hyödyntää analyyttistä ilmavirtauskenttämallia ja opittua objektien dynamiikkaa, mikä mahdollistaa useiden kohteiden ohjauksen.
Tämä tutkimus korostaa spatiaalisesti epälineaaristen stokastisten voimakenttien potentiaalia valmistuksessa, robotiikassa ja muissa sovelluksissa.
Avainsanat: Chladni-levy, ilmavirtakenttä, liikkeenohjaus, koneoppiminen
Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä):
Sähkötekniikan korkeakoulun väitöskirjat
Zoom pikaopas