MicroExpNet: An Extremely Small and Fast Model For Expression Recognition From Face Images

This paper is aimed at creating extremely small and fast convolutional neural networks (CNN) for the problem of facial expression recognition (FER) from frontal face images. To this end, we employed the popular knowledge distillation (KD) method and identified two major shortcomings with its use: 1) a fine-grained grid search is needed for tuning the temperature hyperparameter and 2) to find the optimal size-accuracy balance, one needs to search for the final network size (or the compression rate). On the other hand, KD is proved to be useful for model compression for the FER problem, and we discovered that its effects gets more and more significant with the decreasing model size. In addition, we hypothesized that translation invariance achieved using max-pooling layers would not be useful for the FER problem as the expressions are sensitive to small, pixel-wise changes around the eye and the mouth. However, we have found an intriguing improvement on generalization when max-pooling is used. We conducted experiments on two widely-used FER datasets, CK+ and Oulu-CASIA. Our smallest model (MicroExpNet), obtained using knowledge distillation, is less than 1MB in size and works at 1851 frames per second on an Intel i7 CPU. Despite being less accurate than the state-of-the-art, MicroExpNet still provides significant insights for designing a microarchitecture for the FER problem.Comment: International Conference on Image Processing Theory, Tools and Applications (IPTA) 2019 camera ready version. Codes are available at: https://github.com/cuguilke/microexpne

İşte Müjdat Gezen'in mirasçıları

Taha Toros Arşivi, Dosya No: 103-Müjdat GezenUnutma İstanbul projesi İstanbul Kalkınma Ajansı'nın 2016 yılı "Yenilikçi ve Yaratıcı İstanbul Mali Destek Programı" kapsamında desteklenmiştir. Proje No: TR10/16/YNY/010

Kenter'e anlamlı destek

Taha Toros Arşivi, Dosya No: 80-KenterlerUnutma İstanbul projesi İstanbul Kalkınma Ajansı'nın 2016 yılı "Yenilikçi ve Yaratıcı İstanbul Mali Destek Programı" kapsamında desteklenmiştir. Proje No: TR10/16/YNY/010

MHP'li sanatçılar, Nazım'ın yurda getirilmesinden yana

Taha Toros Arşivi, Dosya Adı: Nazım Hikmetİstanbul Kalkınma Ajansı (TR10/14/YEN/0033) İstanbul Development Agency (TR10/14/YEN/0033

Development of an automated cotton thinning machinery

Thinning is the labor intensive and high cost process of cotton plant cultivation. The cotton is one of the most important products of agriculture and agro-based industry in our country. In this study, the applicability of an automated cotton thinning machinery which will save human labor and reduce process costs based on plant sensing has been carried out. According to this purpose the design and prototype of an automated cotton thinning machinery based on optical sensing and pneumatic control have been conducted. Field performance of the machine was determined. The design and strength analysis of the proposed machine was performed using Computer-Aided Design techniques then the prototype of the proposed machine was manufactured. All systems were integrated after the functionality tests of the sensing system carried out under laboratory conditions. In the field experiments, work efficiencies, uniformity of distribution and thinning efficiency have been determined for three different forward velocities (0.23, 0.58, 0.84 m/s) and three different planting distances (5.8, 7.1, 9.8 cm). Field experiments were carried out on parcels using randomized block design. The results from field experiments showed that the highest work efficiency for the automated cotton thinner was determined at 0.84 m/s forward velocity and 9.8 cm inter-row sowing distance. The highest success of thinning was obtained at 0.23 m/s forward velocity and 9.8 cm of inter-row sowing distance. It was observed from the results optimal working conditions of the machine are at 0.58 m/s forward velocity and 7.1 cm inter row sowing distance for the reliable plant density value of 70000 plants/ha in an acceptable range.Ülkemizin tarım ve tarıma dayalı endüstrisi açısından son derece önemli olan pamuk bitkisinin üretiminde, seyreltme işlemi yoğun işgücü gerektiren ve maliyetli bir işlemdir. Bu çalışmada, seyreltme işleminde insan işgücünden tasarruf ederek işlem maliyetini düşürecek bitki algılama sistemine sahip otomatik bir seyreltme makinasının uygulanabilirliğinin ortaya konması amaçlanmıştır. Bu amaca yönelik olarak, optik algılamalı pnömatik esasa göre çalışan otomatik bir pamuk seyreltme makinasının tasarım ve prototip imalatı gerçekleştirilmiş ve makinanın tarla performansı belirlenmiştir. Makinanın tasarımı ve mukavemet analizleri bilgisayar destekli olarak gerçekleştirildikten sonra imalatı yapılmıştır. Algılama sistemi laboratuar koşullarında gerçekleştirilen fonksiyonellik denemelerinden sonra makina üzerine adapte edilmiştir. Prototip makinanın tarla denemelerinde teknik iş başarısı, sıra üzeri dağılım düzgünlüğü ve seyreltme başarısı değerleri 3 farklı hız (0.23, 0.58, 0.84 m/s) ve 3 farklı ekim mesafesi (5.8, 7.1, 9.8 cm) koşullarında belirlenmiştir. Denemeler tesadüf blokları deneme desenine göre oluşturulan parsellerde gerçekleştirilmiştir. Tarla denemeleri neticesinde elde edilen bulgulara göre makinanın en yüksek teknik iş başarısı değerine 0.84 m/s ilerleme hızı ve 9.8 cm sıra üzeri ekim mesafesinde, en yüksek seyreltme başarısına ise 0.23 m/s ilerleme hızı ve 9.8 cm sıra üzeri ekim mesafelerinde ulaştığı görülmüştür. Kabul edilen 70000 bitki/ha güvenilir sıklık değeri de dikkate alınarak yapılan değerlendirmeler, makinanın en uygun çalışma koşullarının 0.58 m/s ilerleme hızı ve 7.1 cm sıra üzeri ekim mesafesi olduğunu göstermiştir

Force Control Of Stäubli Rx-160 Manipulator

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2016Günümüzde robotlar pek çok işte insanların yerini almaya başlamıştır. Her gün gelişen robot teknolojisi, robotların iş yapma hızını ve iş kalitesini artırmaktadır. Robotlar kullanıldıkları alanların vazgeçilmez unsuru olmaktadır. Bugün robotlar, cerrahi operasyonlarda ve uzay araçlarında kullanılabilmektedir. Robotlar arasında manipülatörler, endüstriyel uygulamalarda sıklıkla karşımıza çıkmaktadır. Endüstride üretim hızının ve kalitesinin sürekli artması istendiği için, gelecekte daha fazla robotun üretim sahasında kullanılacağını söyleyebiliriz. Endüstriyel manipülatörler, çoğunlukla üretim hattında parça taşıma, paketleme, kaynak ve boya yapma işlerinde kullanılmaktadır. Dikkat edilecek olursa, bu uygulamalarda çevre ile temas çok az veya hiç yoktur. Robot, izlediği yol boyunca herhangi bir engelle karşılaşmaz. Diğer bir deyişle, bu uygulamalarda asıl amaç çevre ile etkileşim değil, serbest uzayda planlanmış bir hareketi gerçekleştirmektir. Endüstriyel manipülatörler çevre ile etkileşim gerektiren uygulamalarda da kullanılabilmektedir. Montaj, çapak alma, taşlama ve cilalama bu uygulamalardandır. Bu tip uygulamalarda klasik konum kontrolü yetersiz kalmaktadır. Klasik konum kontrol yöntemleriyle istenen kalitede iş yapmak için, iş parçasının konumunun son derece hassas olması, manipulatörün ve çevrenin de çok iyi modellenmiş olması gerekmektedir. Bu şartları sağlamak her zaman mümkün olmayabilir. Çevre ve manipulatörün sertliğinin yüksek olduğunu düşünürsek, bu şartların sağlanamaması durumunda, konumda ufak bir hatanın oluşması, çok büyük temas kuvvetlerinin ortaya çıkmasına sebep olmaktadır. Bu da iş parçasına veya manipülatöre zarar verebilir. Eğer çevre ile etkileşim söz konusuysa, “uyumlu hareket kontrolü” veya “kuvvet kontrolü” bize daha iyi sonuç verecektir. Bu kontrol yönteminde, serbest konum kontrol yönteminden farklı olarak, çevre ile olan temas sonucunda oluşan kuvvetler dikkate alınır, bu kuvvetler doğrudan veya dolaylı yoldan işleme sokulur ve uygun kontrol sinyalleri üretilir. Kuvvet kontrolü, robotik sistemlerin bilinmeyen bir çevrede öngörülemeyen durumlarda çalışabilmesi ve esnek bir davranış sergilemesinde ve akıllı tepkiler vermesinde önemli bir rol oynamakta ve insan-robot etkileşimine katkıda bulunmaktadır. Yukarıda anlatılan çevre ile uyumlu davranış iki şekilde elde edilebilir: pasif etkileşim kontrolü ve aktif etkileşim kontrolü. Pasif etkileşim kontrolünde, temas kuvvetleri, robotun yapısal esnekliğiyle, servo motorların esnekliğiyle veya robotun ucuna monte edilmiş özel bir uç işlevciyle kontrol altında tutulmaya çalışılır. Endüstriyel uygulamalarda genellikle üçüncü yöntem kullanılır. Bu metot basit ve ucuz olmakla birlikte, robotun çevreyle temasından doğan hatalara karşı tepkisi de (programlanmış bir kontrol algoritmasından farklı olarak) hızlıdır. Fakat saydığımız avantajlarına rağmen bu yöntem, farklı endüstriyel uygulamalara karşı esnekliğe sahip değildir. Her uygulama için özel olarak bir uç işlevci tasarlanması gerekmektedir. Aktif etkileşim kontrolünde, manipulatörün çevre ile uyumu özel olarak tasarlanmış bir kontrol sistemi sayesinde sağlanmaya çalışılır. Bu kontrol yöntemlerinde genellikle robotun bileğine monte edilmiş bir kuvvet sensörünün ölçtüğü temas kuvvetleri geri besleme ile işleme sokulur. Bu tezde kullanılan kuvvet sensörü, iş uzayında altı kuvvet bileşenini (üç kuvvet, üç moment) ölçebilmektedir. Bu tezde aktif etkileşim kontrolü ele alınmıştır. Aktif etkileşim kontrolü ayrıca kendi içerisinde iki kategoriye ayrılabilir: dolaylı kuvvet kontrolü ve doğrudan kuvvet kontrolü. Dolaylı kuvvet kontrolünde, temas kuvvetleri, modifiye edilmiş bir hareket kontrol metoduyla kontrol edilir. Doğrudan kuvvet kontrolünde ise kullanıcı, manipülatöre istenen temas kuvvetlerini besler ve manipulatör de bu referans değerlerini izlemeye çalışır. İlk kategorideki kontrol yöntemleri için empedans kontrolü örnek olarak verilebilir. Bu yöntemde, manipulatörün hareketi sırasında çevre ile etkileşim sebebiyle ortaya çıkan konum hataları, temas kuvvetleriyle ilişkilendirilir. Bu ilişki ise mekanik empedans olarak tanımlanır. Bu kontrol yönteminde, manipulatör çevre ile etkileşimi sırasında istenen mekanik davranışı göstermeye zorlanır. İkinci kategoriye örnek olarak hibrid kuvvet/konum kontrolü verilebilir. Bu kontrol yönteminde iş uzayı, iki alt uzaya ayrılır. Bu alt uzaylardan birine konum kontrolü uygulanırken diğerine kuvvet kontrolü uygulanır. Aynı alt uzaya hem konum, hem de kuvvet kontrolü uygulanamaz. Kuvvet kontrolü uygulanan uzayda, doğrudan istenen temas kuvvetleri üretilir ve bunların takip edilmesi için gerekli kontrol sinyalleri üretilir. Konum kontrolünden ve kuvvet kontrolünden üretilen kontrol sinyalleri eklem torklarına (veya kuvvetlerine) dönüştürüldükten sonra bu değerler toplanır ve manipülatöre gönderilir. Bu tezde, İstanbul Teknik Üniversitesi Mekatronik Eğitim ve Araştırma Merkezi bünyesindeki Stäubli RX-160 endüstriyel manipulatörünün üzerinde farklı kuvvet kontrol algoritmaları uygulanması amaçlanmaktadır. Stäubli RX-160 endüstriyel robotik manipulatör, boya yapmak veya iş parçalarını üretim hattında bir noktadan diğerine taşımak amacıyla tasarlanmıştır. Robot orta boyutta olup, nominal hızlarda 20 kg yük taşıyabilmektedir. Stäubli firmasının sağlamış olduğu LLI programlama arayüzü sayesinde, manipulatör üzerinde, literatürde önerilen kontrol algoritmaları, manipulatör kontrolcüsüne gömülüp test edilebilmektedir. LLI, kullanıcıya manipülatörü her yönüyle ele alıp kontrol edebilmesini sağlamaktadır. Bu da akademik çalışmalar için bize avantaj sağlamaktadır. Literatürde gösterilen kontrol şemaları, robot üzerinde denenebilmekte ve bu şemaların performansları ölçülebilmektedir. LLI aynı zamanda birtakım güvenlik fonksiyonları da içermektedir. Bu da, bir ölçüye kadar, robot üzerinde yapılan denemelerde meydana gelen hataların robota veya çevreye zarara vermesini önlemektedir. Bu tez beş ana bölümden oluşup, ilk bölümde tezin amacına, Stäubli RX-160 manipulatörün başlıca teknik özelliklerine ve manipulatörün donanım ve yazılımına değinilmiştir. İkinci bölümde, manipulatörün kinematik ve dinamik modelleri çıkarılıp, manipulatörün bilinmeyen parametrelerinin tanınmasından bahsedilmektedir. Bu modeller kontrol için gerekmektedir. Dinamik modelin çıkarılması için gereken kütle parametreleri, Stäubli tarafından sağlanmıştır. Geçmişte bu robot üzerinde yapılmış tanımlama çalışmasından elde edilen sürtünme ve yay modeli bu tezde doğrudan kullanılmıştır. Üçüncü bölümde, ilk olarak yörünge planlamasından bahsedilmiştir. Yörünge planlaması robotun izlemesi gereken yolun zamana bağlı denklemini verir. Bu bölümde daha sonra, hareket kontrol şeması gösterilmiştir. Ardından, kuvvet kontrol şemaları gösterilmiş ve bunların benzetim ortamında elde edilen sonuçları verilmiştir. Benzetim sonuçları, kontrol şemalarının gerçek zamanlı uygulanmasından önce robotun hareketi ve eklemlere uygulanması gereken kuvvetler hakkında ipuçları vermiştir. Fakat benzetim sonuçları ile gerçek zamanlı uygulama sonuçları arasında bir karşılaştırma yapılması amaçlanmamıştır. Bunun nedeni, ileri dinamik robot modeli ve kontrol şemasında kullanılan ters dinamik robot modelinin benzetimlerde birebir aynı olmasıdır. Bu da, robotun mükemmel bir şekilde modellendiğini ileri sürer ki böyle bir varsayım gerçekçi değildir. Dördüncü bölümde, ilk olarak deney ortamından bahsedilmiş, deneyler sırasında ortaya çıkan sorunlara değinilmiştir. Daha sonra, bir önceki bölümde bahsedilen kontrol şemaları, gerçek zamanlı olarak robota uygulanmış ve elde edilen sonuçlar gösterilmiştir. Beşinci ve son bölümde, yapılan çalışmalar özetlenip gelecekte yapılabilecek çalışmalar için öneriler sunulmuştur.Today, humans are started to be replaced by robots in many areas. Work speed and quality of robots are increasing day by day with the developing robot technologies. Robots are becoming irreplaceable components of industrial applications. With recent developments, robots can perform surgical operations and be used in space vehicles. Industrial manipulators are mostly used in applications like packing, welding, material handling and painting on a production line. While performing these tasks, manipulators have very limited interaction with the environment or none at all. The main purpose of these tasks is to follow a path in free space. Manipulators can also be used in tasks where interaction is desired. Assembling, deburring, grinding and polishing are among these tasks. However, classical motion control methods are insufficient for these tasks. The position of the manipulator and the workpiece must be known with a high precision and the environment must be modeled accurately in order to execute these tasks with pure motion control. These conditions cannot always be satisfied. If we assume a rigid manipulator and environment, a small error can cause an increase to contact forces to a point where the workpiece or the manipulator can be damaged. For this reason, we need some degree of “compliance” between the manipulator and the environment. “Compliant motion control” or “force control” can give us a better solution in cases where interaction with the environment is present. Contact forces are controlled directly or indirectly by generating proper control signals. In this thesis, two widely known force control strategies are considered: impedance control and hybrid force/position control. Impedance control can be classified as an indirect force control where errors in the motion are related with contact forces. This relation, known as mechanical impedance, has an advantage that its parameters can be adjusted to ensure a desired behavior of interaction. On the other hand, hybrid force/position control, which is classified as a direct force control, requires desired values of contact forces. In return, the controller calculates the error between the desired and feedback forces and generates a proper control signal to follow desired force trajectory. For both of the control strategies mentioned above, contact force measurements from a force/torque sensor are used. These sensor data are certainly required for hybrid force/position control. However, for impedance control, there are control schemes where force feedback is not required. The purpose of this thesis is applying different force control algorithms on Stäubli RX-160 industrial type manipulator that resides in Istanbul Technical University Mechatronics Education and Research Center. By using LLI (Low Level Interface) provided by Stäubli, control algorithms that are reported in literature can be embedded to manipulator controller and tested. LLI enables us to control all aspects to control an industrial type manipulator where we can use our own kinematic and dynamic models. This thesis consists of five chapters. In the first chapter, the purpose of thesis, technical properties of RX-160, hardware and software that are used in this study will be mentioned. In second chapter, kinematic and dynamic model of RX-160 are derived and unknown parameters are mentioned. In order to derive dynamic model of the robot, mass properties must be known. These parameters are provided by Stäubli. The spring model and friction parameters are identified in a past work and they are used directly in this thesis. In chapter three, some control methods are introduced and simulation results are shown. Trajectory planning is also mentioned in this chapter. In fourth chapter, the control methods mentioned in the previous chapter will be applied to the manipulator in real-time. The data collected from sensors are analyzed and commented. In fifth and the last chapter, all the work done throughout the thesis is summarized and suggestions are made for future works.Yüksek LisansM.Sc

Static, Vibration, and Buckling Analysis of Nanobeams

Static, vibration, and buckling analysis of nanobeams is studied based on modified couple stress theory (MCST) in this chapter. The inclusion of an additional material parameter enables the new beam model to capture the size effect. The new nonclassical beam model reduces the classical beam model when the length scale parameter is set to zero. The finite element formulations are derived for static, free vibration, and buckling problems of nanobeams within MCST and the Euler‐Bernoulli beam theory. The effect of the material length scale parameter and geometry parameters on the static, vibration, and buckling responses of the nanobeam is investigated in both the classical beam theory (CBT) and MCST by using finite element method. Also, the difference between the classical beam theory (CBT) and modified couple stress theory is investigated

Assessments and Outcome Measures of Cerebral Palsy

In cerebral palsy (CP), numerous primary problems are observed including muscle tone problems, muscle weakness, insufficient selective motor control, postural control, and balance problems. In the persistence of these problems for a long period, secondary problems including torsional deformities, joint contractures, scoliosis, and hip dysplasia can occur in time, and strategies formed by children to cope with these problems make up the tertiary problems. Hence, the most accurate and brief assessment of all of these problems mentioned above is crucial to determine an effective and precise physiotherapy program. In the assessment of children with CP, it is very important to receive a detailed story consisting of the birth story, to question underlying medical situations and to carry out physical assessment. In clinics, gross motor function, muscle tone, muscle length, muscle strength, and joint range of motion assessments are the most preferred ones

How Does Botulinum Toxin Injection and Physiotherapy Complement Each Other in Cerebral Palsy?

Cerebral Palsy (CP) is a clinical condition that describes impairments of motor and sensory systems due to a lesion in immature brain. CP‐related disorders effect movements, balance and posture of the child. Spasticity is most frequent motor disorder seen in CP and effects 70–80% of the children with CP. Spasticity can lead to abnormalities in all motor system levels involving muscles, joints, bones and tendons. If spasticity exists for long period of time, immobilization of muscles in short position and changes in the connective tissue around joints lead to shortening of the muscles and connective tissue. Various methods are used for spasticity management in children with CP. Botulinum neurotoxin (BoNT) injections, oral medications, selective dorsal rhizotomy and intrathecal baclofen applications are the foremost among them. BoNT injections are most prevalently used one among these applications. BoNT, which is a neurotoxin obtained from Clostridium botulinum bacteria, is frequently used in children with CP to decrease muscle tone for a certain period in the selected muscles, prevent contractures, postpone surgery and decrease frequency of surgeries. During this time frame that muscle tone decreased, it is very important to increase activity and participation levels of children. For achieving better motor outcomes and functional independence, BoNT injections should be combined with physiotherapy (PT) and occupational therapy (OT)