The purpose of this study was to investigate the effect of gait speed and walkway slope on the body acceleration, for the future validation of using an accelerometer in the estimation of energy consumption. Ten young healthy subjects with accelerometers on the upper thigh and ankle walked on a treadmill at 9 conditions(three speeds ${\times}$ three slopes) for 5 minutes. Acceleration signals of four directions, i.e. anterior-posterior(AP), medio-lateral(ML), superior-inferior(SI) and vector sum(VS) directions, of each sensor were measured, and root means squared(RMS) values of them were used as analysis variables. As statistical analysis, repeated measure two-way ANOVA was performed for RMS accelerations at each attachment sites, with slope and velocity as independent factors. At both the upper thigh and ankle, RMS acceleration of all directions were affected by gait velocities(p<.001) showing greater accelerations for higher velocities. Contrary to expectations, no slope effect existed in RMS accelerations at hip. Moreover, RMS acceleraion at ankle decreased with slope in SI and VS directions(p<.01). These results suggests that RMS acceleration cannot reflect the change in physical activity due to the change in walkway slope.
In this paper, an enhanced method for attitude determination is proposed for systems using an IMU (Inertial Measurement Unit). In attitude determination with IMU, it is generally assumed that the IMU can be located in the center of gravity on the vehicle. If the IMU is not located in the center of gravity, the accelerometers of the IMU are disturbed from additive accelerations such as centripetal acceleration and tangential acceleration. Additive accelerations are derived from the lever arm which is the distance between the center of gravity and the position of the IMU. The performance of estimation errors can be maintained in system with a non-zero lever arm, if the lever arm is estimated to remove the additive accelerations from the accelerometer's measurements. In this paper, an estimation using Kalman filter is proposed to include the lever arm in the state variables of the state space equation. For the Kalman filter, the process model and the measurement model for attitude determination are made up by using quaternion. In order to evaluate the proposed algorithm, both of the simulations and the experiments are performed for the simplified scenario of motion.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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제5권3호
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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).
This paper is concerned with an experimental research to control of random vibration caused by external loads specially in cable-stayed bridges which tend to be structurally flexible. For the vibration control, we produced a model structure modelled on Seohae Grand Bridge, and we designed a shear type MR damper. On the center of its middle span, we placed a shear type MR damper which was to control its vibration and also acquire its structural responses such as displacement and acceleration at the same site. The experiments concerning controlling vibration were performed according to a variety of theories including un-control, passive on/off control, and clipped-optimal control. Its control performance was evaluated in terms of the absolute maximum displacements, RMS displacements, the absolute maximum accelerations, RMS accelerations, and the total power required to control the bridge which differ from each different experiment method. Among all the methods applied in this paper, clipped-optimal control method turned out to be the most effective to reduces of displacements, accelerations, and external power. Finally, It is proven that the clipped-optimal control method was effective and useful in the vibration control employing a semi-active devices such MR damper.
Kim, Dong Jin;Kim, Sun Young;You, Young Jun;Rhee, Key Pyo;Kim, Seong Hwan;Kim, Yeon Gyu
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제5권1호
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pp.161-177
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2013
High-speed vessels require good resistance and seakeeping performance for safe operations in rough seas. The resistance and seakeeping performance of high-speed vessels varies significantly depending on their hull forms. In this study, three planing hulls that have almost the same displacement and principal dimension are designed and the hydrodynamic characteristics of those hulls are estimated by high-speed model tests. All model ships are deep-V type planing hulls. The bows of no.2 and no.3 model ships are designed to be advantageous for wave-piercing in rough water. No.2 and no.3 model ships have concave and straight forebody cross-sections, respectively. And length-to-beam ratios of no.2 and no.3 models are larger than that of no.1 model. In calm water tests, running attitude and resistance of model ships are measured at various speeds. And motion tests in regular waves are performed to measure the heave and pitch motion responses of the model ships. The required power of no.1 (VPS) model is smallest, but its vertical motion amplitudes in waves are the largest. No.2 (VWC) model shows the smallest motion amplitudes in waves, but needs the greatest power at high speed. The resistance and seakeeping performance of no.3 (VWS) model ship are the middle of three model ships, respectively. And in regular waves, no.1 model ship experiences 'fly over' phenomena around its resonant frequency. Vertical accelerations at specific locations such as F.P., center of gravity of model ships are measured at their resonant frequency. It is necessary to measure accelerations by accelerometers or other devices in model tests for the accurate prediction of vertical accelerations in real ships.
최근 대도시 핵심 교통수단인 도시철도의 대중화와 노후화에 따른 다양한 문제점이 발생되고 있다. 본 연구에서는 이의 해결을 위해 스마트폰 내장형 가속도센서와 이를 활용한 애플리케이션을 사용하여 대구광역시 도시철도 1호선 전 구간에 대한 진동가속도를 측정하고 열차진동 특성을 평가하였다. 이를 위해 국내 철도차량 진동 측정 방법(KS R9160)을 따라 주행 시 발생하는 3축 방향 가속도를 기반으로, 32개 역사 구간 및 방향 별 진동가속도 특성을 분석하였다. 또한, 1997년 개통 당시 측정된 주요 구간 진동가속도와의 비교를 통해 열차 진동환경 변화에 따른 진동증폭 양상을 모니터링하였다. 진동가속도 분석 결과, 20년에 걸친 철도시설 환경의 노후화에 따른 수평 및 수직 방향 진동가속도 증가 특성을 확인하였다. 본 연구의 결과는 추후 도시철도 승차감 평가와 주변 구조물에 대한 진동영향성 평가를 위한 주요한 자료로서의 가치가 있을 것으로 판단된다.
In the present work, a new global damage index is proposed for the seismic performance and failure analysis of concrete gravity dams. Unlike the existing indices of concrete structures, this index doesn't need scaling with an ultimate or an upper value. For this purpose, the Beni-Haroun dam in north-eastern Algeria, is considered as a case study, for which an average seismic capacity curve is first evaluated by performing several incremental dynamic analyses. The seismic performance point of the dam is then determined using the N2 method, considering multiple modes and taking into account the stiffness degradation. The seismic demand is obtained from the design spectrum of the Algerian seismic regulations. A series of recorded and artificial accelerograms are used as dynamic loads to evaluate the nonlinear responses of the dam. The nonlinear behaviour of the concrete mass is modelled by using continuum damage mechanics, where material damage is represented by a scalar field damage variable. This modelling, which is suitable for cyclic loading, uses only a single damage parameter to describe the stiffness degradation of the concrete. The hydrodynamic and the sediment pressures are included in the analyses. The obtained results show that the proposed damage index faithfully describes the successive brittle failures of the dam which increase with increasing applied ground accelerations. It is found that minor damage can occur for ground accelerations less than 0.3 g, and complete failure can be caused by accelerations greater than 0.45 g.
The most common kind of vehicular accident is the low-speed rear-end impact that result in high portion of insurance claims and Whiplash Associated Disorders(WAD). The low-speed collisions have specific characteristics that differ from high speed collisions and must be treated differently This paper presents a simple continuous contact force model for the low-speed rear-end impact to simulate the accelerations, velocities and the contact force as functions of time. A smoothed Coulomb friction force is used to represent the effect of braking, which was found to be significant in simulating low-speed rear end impact. The intervehicular contact force is modeled using nonlinear damping and spring elements with coefficients and exponents. This paper presents how to estimate analytically stiffness and damping coefficients. The exponent of the nonlinear contact force model was determined to match the overall acceleration pulse shape and magnitude. The model can be used to determine ${\Delta}Vs$ and peak accelerations for the purpose of accident reconstruction and for injury biomechanics studies.
In this paper, we develop an input device equipped with accelerometers and gyroscopes. The installed sensors measure the inertial measurements i.e., accelerations and angular rates produced by the movement of the system when a user is writing on the plane surface or in the three dimensional space. The gyroscope measurement are integrated once to give the attitude of the system and consequently used to remove the gravity included in the acceleration measurements. The compensated accelerations bin doubly integrated to yield the position of the system. Due to the integration processes involved in recovering the users'motions, the accuracy of the position estimation significantly deteriorates with time. Among various error sources of the system incorrect estimation of attitude causes the largest portion of the positioning error since the gravity is not fully cancelled. In order to solve this problem, we propose a Kalman filler-based attitude estimation algorithm which fuses measurement data from accelerometers and gyroscopes by fuzzy logic approach. In addition, the online calibration of the gyroscope biases are performed in parallel with the attitude estimation to give more accurate attitude estimation. The effectiveness and the feasibility of the presented system is demonstrated through computer simulations and actual experiments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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