Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.1
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pp.24-30
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2016
The accuracy of small and low-cost CCD cameras is insufficient to provide data for precisely tracking unmanned aerial vehicles (UAVs). This study shows how a quad rotor UAV can hover on a human targeted tracking object by using data from a CCD camera rather than imprecise GPS data. To realize this, quadcopter UAVs need to recognize their position and posture in known environments as well as unknown environments. Moreover, it is necessary for their localization to occur naturally. It is desirable for UAVs to estimate their position by solving uncertainty for quadcopter UAV hovering, as this is one of the most important problems. In this paper, we describe a method for determining the altitude of a quadcopter UAV using image information of a moving object like a walking human. This method combines the observed position from GPS sensors and the estimated position from images captured by a fixed camera to localize a UAV. Using the a priori known path of a quadcopter UAV in the world coordinates and a perspective camera model, we derive the geometric constraint equations that represent the relation between image frame coordinates for a moving object and the estimated quadcopter UAV's altitude. Since the equations are based on the geometric constraint equation, measurement error may exist all the time. The proposed method utilizes the error between the observed and estimated image coordinates to localize the quadcopter UAV. The Kalman filter scheme is applied for this method. Its performance is verified by a computer simulation and experiments.
Yoshida Tomohiro;Senjyu Tomonobu;Nakamura Mitsuru;Urasaki Naomitsu;Funabashi Toshihisa;Sekine Hideomi
Journal of Power Electronics
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v.6
no.1
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pp.38-44
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2006
In this paper, a speed sensorless control for an ultrasonic motor (USM) using a neural network (NN) is presented. In the proposed method, rotor speed is estimated by a three-layer NN which adapts nonlinearities associated with load torque and motor temperature into control. The intrinsic properties of a USM, such as high torque for low speeds, high static torque, compact size, etc., offer great advantages for industrial applications. However, the speed property of a USM has strong nonlinear properties associated with motor temperature and load torque, which make accurate speed control difficult. These properties are considered in designing a control method through the application of mathematical models. In these strategies, a detailed speed model of the USM is required which makes actual applications impractical. In the proposed method, a three-layer NN estimates the speed of the USM from the drive frequency, the root mean square value of input voltage and the surface temperature of the USM, where no mechanical speed sensor is needed. The NN speed based estimator enables inclusion of variations in driving conditions due to input signals of the NN involved during the driving state of the USM. The disuse of sensors offers many advantages on both the cost and maintenance front. Moreover, the model free sensorless control method offers practical controller construction within a small number of parameters. To validate the proposed speed sensorless control method for a USM, experiments have been executed under several conditions.
Providakis, Costas;Tsistrakis, Stavros;Voutetaki, Maristella;Tsompanakis, Yiannis;Stavroulaki, Maria;Agadakos, John;Kampianakis, Eleftherios;Pentes, George
Structural Monitoring and Maintenance
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v.2
no.4
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pp.319-338
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2015
The electro-mechanical impedance (EMI) technique makes use of surface-bonded lead zirconate titanate (PZT) patches as impedance transducers measuring impedance variations monitored on host structural components. The present experimental work further evaluate an alternative to the conventional EMI technique which performs measurements of the variations in the output voltage of PZT transducers rather than computing electromechanical impedance (or admittance) itself. This paper further evaluates a variant of the EMI approach presented in a previous work of the present authors, suitable, for low-cost concrete structures monitoring applications making use of a credit card-sized Raspberry Pi single board computer as core hardware unit. This monitoring approach is also deployed by introducing a new damage identification index based on the ratio between the area of the 2-D error ellipse of specific probability of EMI-based measurements containment over that of the 2-D error circle of equivalent probability. Experimental results of damages occurring in concrete cubic and beam specimens are investigated under increasing loading conditions. Results illustrate that the proposed technique is an efficient approach for identification and early detection of damage in concrete structures.
Multi-phase machines can be used in variable speed drives. Their applications include electric ship propulsion, 'more-electric aircraft' and traction applications, electric vehicles, and hybrid electric vehicles. Multi-phase machines enable independent control of a few numbers of machines that are connected in series in a particular manner with their supply being fed from a single voltage source inverter(VSI). The idea was first implemented for a five-phase series-connected two-motor drive system, but is now applicable to any number of phases more than or equal to five-phase. The number of series-connected machines is a function of the phase number of VSI. Theoretical and simulation studies have already been reported for number of multi-phase multi-motor drive configurations of series-connection type. Variable speed induction motor drives without mechanical speed sensors at the motor shaft have the attractions of low cost and high reliability. To replace the sensor, information concerning the rotor speed is extracted from measured stator currents and voltages at motor terminals. Open-loop estimators or closed-loop observers are used for this purpose. They differ with respect to accuracy, robustness, and sensitivity against model parameter variations. This paper analyses operation of an MRAS estimator based sensorless control of a vector controlled series-connected two-motor five-phase drive system with current control in the stationary reference frame. Results, obtained with fixed-voltage, fixed-frequency supply, and hysteresis current control are presented for various operating conditions on the basis of simulation results. The purpose of this paper is to report the first ever simulation results on a sensorless control of a five-phase two-motor series-connected drive system. The operating principle is given followed by a description of the sensorless technique.
In this study, we developed low cost INS and (D)GPS integration for continuous attitude and position and utilized it for the determination of exterior orientation parameters of image sensors which are equipped in 4S-Van. During initial alignment process, the heading information was extracted from twin GPS and fine alignment with Kalman filter was performed for the determination of roll and pitch. Simulation and van test were performed for the performance analysis. Based on simulation result, roll and pitch error is around 0.01-0.03 degrees and yaw error around 0.1 degrees. Based on van test, position error in linear road is around 10 cm and curve around 1 m. Using direct georeferencing method, the image sensor's orientation and position information can be acquired directly from (D)GPS/INS integration. 4S-Van achieved 3D spatial data using (D)GPS/INS and image data can be applied to the spatial data integration and application such as contemporary digital map update, road facility management and Video GIS DB.
Watershed boundaries and flow paths within the watershed are the most important factors required in watershed analysis. Most often the derivation of watershed boundaries and stream network and flow paths is based on topographical maps but spatial variation of flow direction is not clearly understandable using this method. Water resources projects currently use 1: 50, 000-scale ground survey or aerial photography-based topographical maps to derive watershed boundary and stream network. In basins, where these maps are not available or not accessible it creates a real barrier to watershed geo-spatial analysis. Such situations require the use of global datasets, like GTOPO30. Global data sets like ETOPO5, GTOPO30 are the only data sets, which can be used to derive basin boundaries and stream network and other terrain variations like slope aspects and flow direction and flow accumulation of the watershed in the absence of topographic maps. Approximately 1-km grid-based GTOPO 30 data sets can derive better outputs for larger basins, but they fail in flat areas like the Karkheh basin in Iran and the Amudarya in Uzbekistan. A new window in geo-spatial hydrology has opened after the launching of the space-borne satellite stereo pair of the Terra ASTER sensor. ASTER data sets are available at very low cost for most areas of the world and global coverage is expected within the next four years. The DEM generated from ASTER data has a reasonably good accuracy, which can be used effectively for hydrology application, even in small basins. This paper demonstrates the use of stereo pairs in the generation of ASTER DEMs, the application of ASTER DEM for watershed boundary delineation, sub-watershed delineation and explores the possibility of understanding the drainage flow paths in irrigation command areas. All the ASTER derived products were compared with GTOPO and 1:50,000-based topographic map products and this comparison showed that ASTER stereo pairs can derive very good data sets for all the basins with good spatial variation, which are equal in quality to 1:50,000 scale maps-based products.
RFID technology using the smart tag technology as a part of the sensor network is currently in the spotlight. But there are still many problems in applying the technology in a ubiquitous environment, induding at the point when anybody can read the tag information and the authentication between the tag and the reader, and security problems in very low-cost smart tag implementation. The proposed scheme is designed to enhance security and efficiency related to various services required in RF networks, based on the reliable peripheral devices for users of passive RFID tag. Using passive RFID tag, which has been applied to authentication transactions in existing papers, this study also proposed an appropriate management scheme that is suitable for a dynamic environment and setting a temporary group to provide various services. also proposed scheme is support RFID grouping, temporary group of service and security servicce, improved efficiency of communication.
'Marine mammals-based observations' refers to data acquisition activities from marine mammals by instrumenting CTD (Conductivity-Temperature-Depth) sensors on them for recording vertical profiles of ocean variables such as temperature and salinity during animal diving. It is a novel data collecting platform that significantly improves our abilities in observing extreme environments such as the Southern Ocean with low cost compared to the other conventional methods. Furthermore, the system continues to create valuable information until sensors are detached, expanding data coverage in both space and time. Owing to these practical advantages, the marine mammals-based observations become popular to investigate ocean circulation changes in the Southern Ocean. Although these merits may bring us more opportunities to understand ocean changes, the data should be carefully qualified before we interpret it incorporating shipboard/autonomous vehicles/moored CTD data. In particular, we need to pay more attention to salinity correction due to the usage of an unpumped-CTD sensor tagged on marine mammals. In this article, we introduce quality control methods for the marine mammals-based CTD profiles that have been developed in recent studies. In addition, we discuss strategies of quality control specifically for the seal-tagging CTD profiles, successfully having been obtained near Terra Nova Bay, Ross Sea, Antarctica since February 2021. It is the Korea Polar Research Institute's research initiative of animal-borne instruments monitoring in the region. We anticipate that this initiative would facilitate collaborative efforts among Polar physical oceanographers and even marine mammal behavior researchers to understand better rapid changes in marine environments in the warming world.
The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology
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v.12
no.3
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pp.201-210
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2019
This paper proposes the AMCS(Agricultural Machine Control System that distinguishes farms using satellite photos or drone photos of farms and controls the self-driving and operation of farm drones and tractors. The AMCS consists of the LSM(Local Server Module) which separates farm boundaries from sensor data and video image of drones and tractors, reads remote control commands from the main server, and then delivers remote control commands within the management area through the link with drones and tractor sprinklers and the PSM that sets a path for drones and tractors to move from the farm to the farm and to handle work at low cost and high efficiency inside the farm. As a result of AMCS performance analysis proposed in this paper, the PSM showed a performance improvement of about 100% over Dijkstra algorithm when setting the path from external starting point to the farm and a higher working efficiency about 13% than the existing path when setting the path inside the farm. Therefore, the PSM can control tractors and drones more efficiently than conventional methods.
Background: The Microsoft Kinect which is a low-cost gaming device has been studied as a promise clinical gait analysis tool having satisfactory reliability and validity. However, its accuracy is only guaranteed when it is properly positioned in front of a subject. Objects: The purpose of this study was to identify the error when the Kinect was positioned at a $45^{\circ}$ angle to the longitudinal walking plane compare with those when the Kinect was positioned in front of a subject. Methods: Sixteen healthy adults performed two testing sessions consisting of walking toward and $45^{\circ}$ obliquely the Kinect. Spatiotemporal outcome measures related to stride length, stride time, step length, step time and walking speed were examined. To assess the error between Kinect and 3D motion analysis systems, mean absolute errors (MAE) were determined and compared. Results: MAE of stride length, stride time, step time and walking speed when the Kinect set in front of subjects were investigated as .36, .04, .20 and .32 respectively. MAE of those when the Kinect placed obliquely were investigated as .67, .09, .37, and .58 respectively. There were significant differences in spatiotemporal outcomes between the two conditions. Conclusion: Based on our study experience, positioning the Kinect directly in front of the person walking towards it provides the optimal spatiotemporal data. Therefore, we concluded that the Kinect should be placed carefully and adequately in clinical settings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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