2021

Control of bipedal robot with Reinforcement Learning

Author: Hubert Milanowski
Supervisor: D.Sc. Adam Piłat

Service robots are likely to take over a significant part of human activities soon. To enable the elderly or people with disabilities to live independently, service robots must be fully integrated into the human environment. The thesis implements a simulation model of a bipedal robot prototype, made by members of the student scientific association FOCUS, using MATLAB Simscape Multibody. On this basis, three control algorithms were proposed: Model Reference Adaptive Control (MRAC)for the robot's leg position control task, Model Predictive Control (MPC) approach for the robot gait trajectory generation problem, Reinforcement Learning (RL) approach for learning the bipedal robot's stable gait. A simulation study was conducted for the proposed approaches. For considered concept of the adaptive control, a significant reduction of the error was noticed in the first seconds of the simulation experiment. The study about MPC shows that using the constraint related to the stability conditions of the pendulum, reduction of needed duration of time horizon occurred. Agent learned by DDPG Reinforcement Learning algorithm is able to generate walk trajectory similar to human’s gait trajectory.

2020

Dynamic model of exoskeleton

Author: Hubert Milanowski
Supervisor: D.Sc. Adam Piłat

Thesis presents the complex problem of lower limb exoskeleton dynamic modelling. It was proposed forward kinematic using the Denavit-Hartenberg representation, having regarded real rotatation sequence of joints in specific phase of movement. Using MATLAB Symbolic Toolbox dynamic system euqation based on Lagrange’a theory was derived. Complex simulation of exoskeleton was implemented using MATLAB SimScape MultiBody. As experimental part of project idenitification of human movement parameters was carried out. Obtained data was used in order to validate derived model.

Analysis of stabilization problem for the quadruped walking robot with limited contact points

Author: Mateusz Kwaśny
Supervisor: D.Sc. Adam Piłat

In this work, a one of the solutions to the problem of quadruped walking robot supported by two diagonal legs is described. Problem is analyzed in analogy to a reaction-wheel type inverted pendulum. A series of simulations of such pendulum are performed and as a result a linear-quadratic regulator to stabilize the pendulum is proposed. This regulator is also used in attempt to stabilize a simulation of a simplified construction model of a quadruped robot.

2013

Komputerowy system wizyjny do szacowania parametrów w procesie wytopu szkła

Autor: Krzysztof Narloch
Promotor: dr inż. Paweł Rotter

W ramach pracy zaproponowano, oprogramowano i przetestowano nowatorską metodę pomiaru parametrów procesu wytopu szkła w oparciu o obraz kropli szkła spadającej do prowadnicy przed uformowaniem wyrobu. Zaproponowano cztery wskaźniki, określające kształt i wielkość kropli oraz jej równomierność. Przedstawiono także sposób, w jaki na podstawie wskaźników możliwe jest wnioskowanie o pracy głowicy, nieprawidłowej pracy nożyc bądź obecności zanieczyszczeń w roztopionym szkle. Praca była przygotowana z inspiracji oraz przy współpracy z firmą Techglass.

System zdalnego sterowania modelem helikoptera z wykorzystaniem wizyjnego sprzężenia zwrotnego

Autor: Rafał Drużyński
Promotor: dr inż. Paweł Rotter

W pracy stworzono metodologię i oprogramowanie do pomiaru pozycji i orientacji modelu helikoptera o wirnikach współosiowych, wykorzystującą układ dwóch kamer. Dodatkowo, zbudowano model matematyczny helikoptera i wykonano serię testów symulacyjnych, wyznaczając sterowanie optymalne w oparciu o zasadę Pontriagina. Wyniki uzyskane w pracy były prezentowane na Studenckiej Konferencji Kół Naukowych w maju 2013, na której Autor zajął II miejsce w Sekcji Robotyki i Mechatroniki.

Wykorzystanie cienia do odtwarzania pozycji obiektu w przestrzeni

Autor: Damian Sidor
Promotor: dr inż. Paweł Rotter

W ramach pracy zaproponowano i przetestowano algorytmy do obliczania współrzędnych przestrzennych obiektu na podstawie obrazu z jednej kamery przy wykorzystaniu cienia padającego na płaską powierzchnię. Opracowano algorytm kalibracji oraz wyznaczania położenia obiektu dla dwóch przypadków: dla oświetlenia punktowego (np. żarówka) oraz dla promieni równoległych (światło słoneczne) oraz wykonano aplikację z wykorzystaniem której przeprowadzono testy.

2012

Stereowizja z wykorzystaniem wielu kamer

Autor: Mateusz Panuś
Promotor: dr inż. Paweł Rotter

W pracy zaproponowano algorytmy uzyskiwania informacji o głębi obrazu z wykorzystaniem więcej niż dwóch kamer, rozszerzając standardowe metody tworzenia gęstej mapy dysparycji. Jako algorytm bazowy przyjęto dopasowywanie obszarami z wykorzystaniem miary SAD. Tworząc układy złożone z trzech oraz z pięciu kamer uzyskano zarówno redukcję problemu przesłonięć, jak i zwiększenie dokładności. Dzięki zastosowaniu technologii CUDA uzyskano 15-kroną redukcję czasu obliczeń w porównaniu ze zoptymalizowanym kodem nie wykorzystującym GPU.

Sterowanie manipulatorem robota z użyciem systemu wizyjnego

Autor: Piotr Kapcia
Promotor: dr inż. Paweł Rotter

W pracy zaprojektowano, wykonano i przetestowano system sterowania manipulatorem robota z wykorzystaniem komputerowej analizy obrazu. Operator systemu w jednej ręce trzyma wskaźnik śledzony przez stereowizyjny układ kamer, podczas gdy druga ręka operatora, śledzona przez odrębną kamerę, steruje efektorem oraz funkcjami systemu. Oprogramowanie jest zoptymalizowane pod kątem szybkości działania, dzięki czemu system działa płynnie w czasie rzeczywistym pomimo konieczności wykonywania czasochłonnych przekształceń związanych z analizą obrazu.

Rejestracja przebiegu gier planszowych na podstawie obrazu

Autor: Daniel Ważydrąg
Promotor: dr inż. Paweł Rotter

Celem pracy było stworzenie oprogramowania rejestrującego przebieg gier planszowych na przykładzie szachów. Kolejne ruchy figur szachowych są rozpoznawane na podstawie obrazu z pojedynczej kamery umieszczonej nad szachownicą i zapisywane w szachowej notacji algebraicznej. W pracy przeanalizowano odporność programu na zmienne warunki oświetlenia, zbieżność koloru figur i pól szachownicy i ograniczoną rozdzielczość optyczną obrazu.

2011

Stereowizja w układzie katadioptrycznym

Autor: Marcin Zwierz
Promotor: dr inż. Paweł Rotter

W ramach pracy zaprojektowano i wykonano układ katadioptryczny wraz z oprogramowaniem pozwalający na odtwarzanie współrzędnych przestrzennych z użyciem jednej kamery. Praca zawiera także opis licznych testów pozwalających na ustalenie zależności między parametrami układu katadioptrycznego a jego dokładnością, a także na wstępną ocenę możliwości zastosowania kamery termowizyjnej w układzie katadioptrycznym zbudowanym przy użyciu zwykłych luster.

Usuwanie obiektów ruchomych z serii zdjęć z zastosowaniem w fotografii HDR

Autorka: Barbara Berek
Promotor: dr inż. Paweł Rotter

Obrazy HDR (ang. High Dynamic Range), czyli obrazy o dużej rozpiętości tonalnej, mogą być tworzone poprzez połączenie wielu zdjęć danej sceny o różnym czasie naświetlenia. Problemem są jednak ruchome obiekty, które pozostawiają na wynikowym zdjęciu HDR ślad w postaci częściowo przezroczystych obszarów (ang. ghosts). W pracy zaproponowano i zaimplementowano algorytm automatycznego wykrywania i usuwania takich obiektów.

Identyfikacja osób na podstawie linii papilarnych

Autor: Łukasz Pindel
Promotor: dr inż. Paweł Rotter

W ramach pracy zostało stworzone stanowisko laboratoryjne do analizy i porównywania odcisków palców. Składa się ono z czytnika linii papilarnych i oprogramowania. Całość ma przeznaczenie naukowo-dydaktyczne, więc na każdym etapie przetwarzania użytkownik ma możliwość swobodnego doboru parametrów i obserwowania ich wpływu na wyniki. Filtracja obrazu wejściowego oparta jest na filtrach Gabora, model odcisku palca jest reprezentowany przez graf, którego wierzchołkami są minucje. Dwa grafy porównywane są przy pomocy autorskiego algorytmu.

2010

Sterowanie komputerem za pomocą wskaźnika laserowego

Autor: Mikołaj Sklepek
Promotor: dr inż. Paweł Rotter

Oprogramowanie wykonane w ramach pracy może zastąpić myszkę a częściowo też klawiaturę, np. podczas pokazu slajdów. Pozycja plamki wskaźnika laserowego jest śledzona przez kamerę i na jej podstawie wywoływane są programowo zdarzenia odpowiadające przemieszczeniu myszki lub przyciskaniu klawiszy. Użyte narzędzia programistyczne to: MSVC++, biblioteka OpenCV oraz DirectShow.

Praktyczne realizacje analizy obrazów z wykorzystaniem biblioteki OpenCV

Autor: Sebastian Wojas
Promotor: dr inż. Paweł Rotter

Głównym celem pracy jest zademonstrowanie możliwości biblioteki OpenCV w zakresie efektywnego tworzenia oprogramowania z dziedziny komputerowego przewarzania i analizy obrazu. W ramach pracy wykonano trzy aplikacje:

1. rysowanie figur geometrycznych na ekranie za pomocą gestów,
2. wykrywanie twarzy na zdjęciach,
3. wykrywanie pasów drogi na obrazie z kamery umieszczonej w pojeździe.

Wyszukiwanie obrazów na podstawie zawartości

Autor: Marcin Strach
Promotor: dr inż. Paweł Rotter

Pomimo dużego zainteresowania naukowców systemami wyszukiwania obrazów na podstawie zawartości (ang. Content-based Image Retrieval) i znacznej liczby prac naukowych trudno znaleźć (zwłaszcza w języku polskim) wyczerpujące opracowanie dotyczące tej tematyki. Celem pracy jest próba wypełnienia tej luki. Opracowanie zawiera m.in.: opis wybranych metod stosowanych w systemach CBIR, przegląd istniejących systemów w tym szczegółowy opis pięciu wybranych, prezentację głównych problemów występujących w systemach CBIR i kierunków rozwoju oraz przykłady zastosowań. Szczególną uwagę poświęcono zastosowaniom w urządzeniach mobilnych.

Zastosowanie stereowizji do śledzenia trajektorii obiektów w przestrzeni 3D

Autorzy: Grzegorz Łojek, Michał Dajda
Promotor: dr inż. Paweł Rotter

W ramach pracy wykonano stereowizyjny system umożliwiający odtworzenie trajektorii obiektów poruszających się z dużą szybkością w przestrzeni trójwymiarowej. Wspólnie z pracownikami Katedry Automatyki opracowana została ulepszona metoda rekonstrukcji przestrzeni trójwymiarowej z użyciem złożenia czterech homografii 2D, bazująca na wcześniejszych badaniach prowadzonych w KA. Metoda została opublikowana w prestiżowym czasopiśmie międzynarodowym, artykuł jest dostępny na stronie: http://www.springerlink.com/content/2080-9778.

2009

Generowanie modeli symulacyjnych układów logicznych na podstawie schematów drukowanych i odręcznych

Autorzy: Marcin Motyka, Tomasz Mędrala
Promotor: dr inż. Paweł Rotter

W pracy opracowano oraz zaimplementowano metodę generującą model symulacyjny układu logicznego na podstawie wydrukowanego lub odręcznie narysowanego schematu. Wykonane oprogramowanie zawiera m.in. moduły służące do: lokalizacji bramek logicznych w obrazie, określania ich rodzaju oraz kąta obrotu, śledzenia połączeń oraz generowania modelu symulacyjnego.

Wszystkie powyższe prace otrzymały najwyższe oceny przewidziane regulaminem studiów AGH (6.0 do dnia 30.09.2009, 5.0 od 1.10.2009)