Autonomisten metsäkoneiden koneaistijärjestelmät

A prerequisite for increasing the autonomy of forest machinery is to provide robots with digital situational awareness, including a representation of the surrounding environment and the robot's own state in it. Therefore, this article-based dissertation proposes perception systems for autonomous or semi-autonomous forest machinery as a summary of seven publications. The work consists of several perception methods using machine vision, lidar, inertial sensors, and positioning sensors. The sensors are used together by means of probabilistic sensor fusion. Semi-autonomy is interpreted as a useful intermediary step, situated between current mechanized solutions and full autonomy, to assist the operator. In this work, the perception of the robot's self is achieved through estimation of its orientation and position in the world, the posture of its crane, and the pose of the attached tool. The view around the forest machine is produced with a rotating lidar, which provides approximately equal-density 3D measurements in all directions. Furthermore, a machine vision camera is used for detecting young trees among other vegetation, and sensor fusion of an actuated lidar and machine vision camera is utilized for detection and classification of tree species. In addition, in an operator-controlled semi-autonomous system, the operator requires a functional view of the data around the robot. To achieve this, the thesis proposes the use of an augmented reality interface, which requires measuring the pose of the operator's head-mounted display in the forest machine cabin. Here, this work adopts a sensor fusion solution for a head-mounted camera and inertial sensors. In order to increase the level of automation and productivity of forest machines, the work focuses on scientifically novel solutions that are also adaptable for industrial use in forest machinery. Therefore, all the proposed perception methods seek to address a real existing problem within current forest machinery. All the proposed solutions are implemented in a prototype forest machine and field tested in a forest. The proposed methods include posture measurement of a forestry crane, positioning of a freely hanging forestry crane attachment, attitude estimation of an all-terrain vehicle, positioning a head mounted camera in a forest machine cabin, detection of young trees for point cleaning, classification of tree species, and measurement of surrounding tree stems and the ground surface underneath.Metsäkoneiden autonomia-asteen kasvattaminen edellyttää, että robotilla on digitaalinen tilannetieto sekä ympäristöstä että robotin omasta toiminnasta. Tämän saavuttamiseksi työssä on kehitetty autonomisen tai puoliautonomisen metsäkoneen koneaistijärjestelmiä, jotka hyödyntävät konenäkö-, laserkeilaus- ja inertia-antureita sekä paikannusantureita. Työ liittää yhteen seitsemässä artikkelissa toteutetut havainnointimenetelmät, joissa useiden anturien mittauksia yhdistetään sensorifuusiomenetelmillä. Työssä puoliautonomialla tarkoitetaan hyödyllisiä kuljettajaa avustavia välivaiheita nykyisten mekanisoitujen ratkaisujen ja täyden autonomian välillä. Työssä esitettävissä autonomisen metsäkoneen koneaistijärjestelmissä koneen omaa toimintaa havainnoidaan estimoimalla koneen asentoa ja sijaintia, nosturin asentoa sekä siihen liitetyn työkalun asentoa suhteessa ympäristöön. Yleisnäkymä metsäkoneen ympärille toteutetaan pyörivällä laserkeilaimella, joka tuottaa lähes vakiotiheyksisiä 3D-mittauksia jokasuuntaisesti koneen ympäristöstä. Nuoret puut tunnistetaan muun kasvillisuuden joukosta käyttäen konenäkökameraa. Lisäksi puiden tunnistamisessa ja puulajien luokittelussa käytetään konenäkökameraa ja laserkeilainta yhdessä sensorifuusioratkaisun avulla. Lisäksi kuljettajan ohjaamassa puoliautonomisessa järjestelmässä kuljettaja tarvitsee toimivan tavan ymmärtää koneen tuottaman mallin ympäristöstä. Työssä tämä ehdotetaan toteutettavaksi lisätyn todellisuuden käyttöliittymän avulla, joka edellyttää metsäkoneen ohjaamossa istuvan kuljettajan lisätyn todellisuuden lasien paikan ja asennon mittaamista. Työssä se toteutetaan kypärään asennetun kameran ja inertia-anturien sensorifuusiona. Jotta metsäkoneiden automatisaatiotasoa ja tuottavuutta voidaan lisätä, työssä keskitytään uusiin tieteellisiin ratkaisuihin, jotka soveltuvat teolliseen käyttöön metsäkoneissa. Kaikki esitetyt koneaistijärjestelmät pyrkivät vastaamaan todelliseen olemassa olevaan tarpeeseen nykyisten metsäkoneiden käytössä. Siksi kaikki menetelmät on implementoitu prototyyppimetsäkoneisiin ja tulokset on testattu metsäympäristössä. Työssä esitetyt menetelmät mahdollistavat metsäkoneen nosturin, vapaasti riippuvan työkalun ja ajoneuvon asennon estimoinnin, lisätyn todellisuuden lasien asennon mittaamisen metsäkoneen ohjaamossa, nuorten puiden havaitsemisen reikäperkauksessa, ympäröivien puiden puulajien tunnistuksen, sekä puun runkojen ja maanpinnan mittauksen

Proceedings of the 2018 Canadian Society for Mechanical Engineering (CSME) International Congress

Published proceedings of the 2018 Canadian Society for Mechanical Engineering (CSME) International Congress, hosted by York University, 27-30 May 2018

Proceedings of the ECCOMAS Thematic Conference on Multibody Dynamics 2015

This volume contains the full papers accepted for presentation at the ECCOMAS Thematic Conference on Multibody Dynamics 2015 held in the Barcelona School of Industrial Engineering, Universitat Politècnica de Catalunya, on June 29 - July 2, 2015. The ECCOMAS Thematic Conference on Multibody Dynamics is an international meeting held once every two years in a European country. Continuing the very successful series of past conferences that have been organized in Lisbon (2003), Madrid (2005), Milan (2007), Warsaw (2009), Brussels (2011) and Zagreb (2013); this edition will once again serve as a meeting point for the international researchers, scientists and experts from academia, research laboratories and industry working in the area of multibody dynamics. Applications are related to many fields of contemporary engineering, such as vehicle and railway systems, aeronautical and space vehicles, robotic manipulators, mechatronic and autonomous systems, smart structures, biomechanical systems and nanotechnologies. The topics of the conference include, but are not restricted to: ● Formulations and Numerical Methods ● Efficient Methods and Real-Time Applications ● Flexible Multibody Dynamics ● Contact Dynamics and Constraints ● Multiphysics and Coupled Problems ● Control and Optimization ● Software Development and Computer Technology ● Aerospace and Maritime Applications ● Biomechanics ● Railroad Vehicle Dynamics ● Road Vehicle Dynamics ● Robotics ● Benchmark ProblemsPostprint (published version

Multibody dynamics 2015

This volume contains the full papers accepted for presentation at the ECCOMAS Thematic Conference on Multibody Dynamics 2015 held in the Barcelona School of Industrial Engineering, Universitat Politècnica de Catalunya, on June 29 - July 2, 2015. The ECCOMAS Thematic Conference on Multibody Dynamics is an international meeting held once every two years in a European country. Continuing the very successful series of past conferences that have been organized in Lisbon (2003), Madrid (2005), Milan (2007), Warsaw (2009), Brussels (2011) and Zagreb (2013); this edition will once again serve as a meeting point for the international researchers, scientists and experts from academia, research laboratories and industry working in the area of multibody dynamics. Applications are related to many fields of contemporary engineering, such as vehicle and railway systems, aeronautical and space vehicles, robotic manipulators, mechatronic and autonomous systems, smart structures, biomechanical systems and nanotechnologies. The topics of the conference include, but are not restricted to: Formulations and Numerical Methods, Efficient Methods and Real-Time Applications, Flexible Multibody Dynamics, Contact Dynamics and Constraints, Multiphysics and Coupled Problems, Control and Optimization, Software Development and Computer Technology, Aerospace and Maritime Applications, Biomechanics, Railroad Vehicle Dynamics, Road Vehicle Dynamics, Robotics, Benchmark Problems. The conference is organized by the Department of Mechanical Engineering of the Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) in Barcelona. The organizers would like to thank the authors for submitting their contributions, the keynote lecturers for accepting the invitation and for the quality of their talks, the awards and scientific committees for their support to the organization of the conference, and finally the topic organizers for reviewing all extended abstracts and selecting the awards nominees.Postprint (published version