International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.11
no.4
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pp.338-344
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2010
This paper discusses the development of the control system of a mini quadrotor in Konkuk University for indoor applications. The attitude control system consists of a stability augmentation system, which acts as the inner loop control, and a modern control approach based on modeling will be implemented as the outer loop. The inner loop control was experimentally satisfied by a proportional-derivative controller; this was used to support the flight test in order to validate the modeling. This paper introduces the mathematical model for the simulation and design of the optimal control on the outer loop control. To perform the experimental tests, basic electronic hardware was developed using simple configurations; a microcontroller used as the embedded controller, a low-cost 100 Hz inertial sensors used for the inertial sensing, infra-red sensors were employed for horizontal ranging, an ultrasonic sensor was used for ground ranging and a high performance propeller system built on an quadrotor airframe was also employed. The results acquired from this compilation of hardware produced an automatic hovering ability of the system with ground control system support for the monitoring and fail-safe system.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.24
no.4
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pp.408-415
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2016
The vehicle attitude and sideslip is critical information to control the vehicle to prevent from unintended motion. Many of estimation strategy use bicycle model or IMU integration, but both of them have limits on application. The main purpose of this paper is development of vehicle orientation estimator which is robust to various vehicle state and road shape. The suggested estimator use 3-axis magnetometer, yaw rate sensor and lateral acceleration sensor to estimate three Euler angles of vehicle. The estimator is composed of two individual observers: First, comparing the known magnetic field and gravity with measured value, the TRIAD algorithm calculates optimal rotational matrix when vehicle is in static or quasi-static condition. Next, merging 3-axis magnetometer with inertial sensors, the extended Kalman filter is used to estimate vehicle orientation under dynamic condition. A validation through simulation tools, Carsim and Simulink, is performed and the results show the feasibility of the suggested estimation method.
Journal of Korean Society for Geospatial Information Science
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v.24
no.2
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pp.107-112
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2016
Most of the indoor positioning algorithms based on magnetic data mainly focus on reducing the accumulated error of the odometry data, such as signals produced by the inertial sensors. However, in most cases such as positioning by using smartphones in the indoor environment, those approaches seem unfeasible due to the absence of the inertial sensors. Thus, in this paper, we try to study a positioning algorithm exclusively based on the magnetic data. We refer to some thinking from the steps of Particle Filter and conduct an experiment to verify the application of the new algorithm. Besides, we use the variance of the result of the previous step to decrease the area to be matched in the next step, intending to improve the accuracy of the results. The result of the experiment shows that the new algorithm has a high probability to match with accuracy less than 2 meters in a 24 meters by 2.6 meters corridor.
Inertial measurement units (IMUs) are widely used for wearable motion-capturing systems in the fields of biomechanics and robotics. When the IMUs are combined with optical motion sensors (hereafter, OPTs) for their complementary capabilities, it is necessary to align the coordinate system orientations between the IMU and OPT. In this study, we compare the application of two coordinate transformation-based orientation alignment methods between two coordinate systems. The first method (M1) applies angular velocity coordinate transformation, while the other method (M2) applies gyroscopic angle coordinate transformation. In M1 and M2, the angular velocities and angles, respectively, are acquired during random movement for a least-square algorithm to determine the alignment matrix between the two coordinate systems. The performance of each method is evaluated under various conditions according to the type of motion during measurement, number of data points, amount of noise, and the alignment matrix. The results show that M1 is free from drift errors, while drift errors are present in most cases where M2 is applied. Thus, this study indicates that M1 has a far superior performance than M2 for the alignment of IMU and OPT coordinate systems for motion analysis.
Objective: The purpose of this study was to present a new idea of methodology to evaluate Poomsae performance using inertial measurement unit (IMU) sensors in terms of signal processing techniques. Method: Ten collegian Taekwondo athletes, consisting of five Poomsae elite athletes (age: 21.4 ± 0.9 years, height: 168.4 ± 11.3 cm, weight: 65.0 ± 10.6 kg, experience: 12 ± 0.7 years) and five breaking demonstration athletes (age: 21.0 ± 0.0 years, height: 168.4 ± 4.7 cm, weight: 63.8 ± 8.2 kg, experience: 13.0 ± 2.1 years), voluntarily participated in this study. They performed three different black belt Poomsae such as Goryeo, Geumgang, and Taebaek Poomsae repeatedly twice. Repeated measured motion data on the wrist and ankle were calculated by the methods of cosine similarity and Euclidean distance. Results: The Poomsse athletes showed superior performance in terms of temporal consistency at Goryeo and Taebaek Poomsae, cosine similarity at Geumgang and Taebaek Poomsae, and Euclidian distance at Geumgang Poomsae. Conclusion: IMU sensor would be a useful tool for monitoring and evaluating within-subject temporal variability of Taekwondo Poomsae motions. As well it distinguished spatiotemporal characteristics among three different Poomsae.
Kim, Jiyeon;Song, Moogeun;Kim, Jaehoon;Lee, Dongik
IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications
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v.17
no.4
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pp.239-247
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2022
The existing studies on the localization in the GNSS (Global Navigation Satellite System) denied environment usually exploit low-cost MEMS IMU (Micro Electro Mechanical Systems Inertial Measurement Unit) sensors to replace the GNSS signals. However, the navigation system still requires GNSS signals for the normal environment. This paper presents an integrated GNSS/INS (Inertial Navigation System) navigation system which combines GNSS and multiple IMU sensors using extended Kalman filter in partially GNSS-denied environments. The position and velocity of the INS and GNSS are used as the inputs to the integrated navigation system. The Mahalanobis distance is used for novelty detection to detect the outlier of GNSS measurements. When the abnormality is detected in GNSS signals, GNSS data is excluded from the fusion process. The performance of the proposed method is evaluated using MATLAB/Simulink. The simulation results show that the proposed algorithm can achieve a higher degree of positioning accuracy in the partially GNSS-denied environment.
Kim, Seong Jin;Park, Sungsoo;Lee, Jae-Ho;Kang, Donghoon
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.35
no.1
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pp.18-24
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2015
Train positioning detection information is fundamental for high-speed railroad inspection, making it possible to simultaneously determine the status and evaluate the integrity of railroad equipment. This paper presents the results of measurements and an analysis of an inertial measurement unit (IMU) used as a positioning detection sensors. Acceleration and angular rate measurements from the IMU were analyzed in the amplitude and frequency domains, with a discussion on vibration and train motions. Using these results and GPS information, the positioning detection of a Korean tilting train express was performed from Naju station to Illo station on the Honam-line. The results of a synchronized analysis of sensor measurements and train motion can help in the design of a train location detection system and improve the positioning detection performance.
Objective:This research analyzed the lower-limb motion in kinetic and kinematic way while walking on various terrains to develop Foot-Ground Contact Detection (FGCD) algorithm using the Inertial Measurement Unit (IMU). Background: To estimate the location of human in GPS-denied environments, it is well known that the lower-limb kinematics based on IMU sensors, and pressure insoles are very useful. IMU is mainly used to solve the lower-limb kinematics, and pressure insole are mainly used to detect the foot-ground contacts in stance phase. However, the use of multiple sensors are not desirable in most cases. Therefore, only IMU based FGCD can be an efficient method. Method: Orientation and acceleration of lower-limb of 10 participants were measured using IMU while walking on flat ground, ascending and descending slope and stairs. And the inertial information showing significant changes at the Heel strike (HS), Full contact (FC), Heel off (HO) and Toe off (TO) was analyzed. Results: The results confirm that pitch angle, rate of pitch angle of foot and shank, and acceleration in x, z directions of the foot are useful in detecting the four different contacts in five different walking terrain. Conclusion: IMU based FGCD Algorithm considering all walking terrain possible in daily life was successfully developed based on all IMU output signals showing significant changes at the four steps of stance phase. Application: The information of the contact between foot and ground can be used for solving lower-limb kinematics to estimating an individual's location and walking speed.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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v.5
no.3
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pp.230-245
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2005
In this paper, we develop a gesture-based input device equipped with accelerometers and gyroscopes. The sensors measure the inertial measurements, i.e., accelerations and angular velocities produced by the movement of the system when a user is inputting gestures on a plane surface or in a 3D space. The gyroscope measurements are integrated to give orientation of the device and consequently used to compensate the accelerations. The compensated accelerations are doubly integrated to yield the position of the device. With this approach, a user's gesture input trajectories can be recovered without any external sensors. Three versions of motion tracking algorithms are provided to cope with wide spectrum of applications. Then, a Bayesian network based recognition system processes the recovered trajectories to identify the gesture class. Experimental results convincingly show the feasibility and effectiveness of the proposed gesture input device. In order to show practical use of the proposed input method, we implemented a prototype system, which is a gesture-based remote controller (Magic Wand).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.2
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pp.179-185
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2015
Although an accelerometer is a sensor that measures acceleration, it cannot be used by itself to measure the acceleration when the orientation of the sensor changes. This paper introduces a Kalman filter for the estimation of a sensor acceleration based on a six-axis inertial sensor (i.e., a three-axis accelerometer and three-axis gyroscope). The novelty of the proposed Kalman filter lies in the fact that its state vector includes not only the tilt angle variable but also the sensor acceleration. Thus, the filter can explicitly estimate the latter with a high accuracy. The accuracy of acceleration estimates were validated experimentally under three different dynamic conditions, using an optical motion capture system. It could be concluded that the performance of the proposed Kalman filter was comparable to that of the state-of-the-art estimation algorithm employed by the Xsens MTw. The proposed algorithm may be more suitable than inertial/magnetic sensor-based algorithms for various applications adopting six-axis inertial sensors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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