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.
Accurate seismic analyses of large deformable moving structures are still unsolved problems in the field of earthquake engineering. In order to analyze these problems, the nonlinear finite element method formulated by the absolute nodal coordinate approach is noticed. Because, this formulation has several advantages over the standard procedures on mass matrix, elastic forces and damping forces in the case of large displacement problems. But, it has not been fully studied to build frame structure models by using beam elements in the absolute nodal coordinate formulation. In this paper, we propose the connecting method of the beam elements formulated by the absolute nodal coordinate. The coordinate transformation matrix of this element is introduced into the frame structure. This beam element has the characteristic that the mass matrix and bending stiffiness matrix are constant even if in the case of large displacement problems, and this characteristic is being kept after the transformation. In order to verify the proposed method, we show the numerical simulation results of frame structures for a vibration problem and a large displacement problem.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.13
no.6
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pp.78-89
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1996
Every mechanical component is fabricated with the variations in its size and shape, and the allowable range of the variation is specified by the tolerance in the design stage. Geometric tolerances specify the size or the thickness of each shape entity itself or its relative position and orientation with respect to datums. Since the range of shape variation can be represented by the variation of the coordinate system attached to the shape, the transformation matrix of the coordinate system would mathematically express the range of shape variation if the interval numbers are inserted for the elements of the transformation matrix. For the shape entity specified by the geometric tolerance with reference to datums, its range of variation can be also derived by propagating the transformation matrices composed of interval numbers. The propagation depends upon the order of precedence of datums.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.2
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pp.352-360
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1997
An inverse dynamic procedure for spatial multibody systems containing flexible bodies is developed in the relative joint coordinate space. Constraint acceleration equations are derived in terms of relative coordinates using the velocity transformation technique. An inverse velocity transformation operator, which transforms the Cartesian velocities to the relative velocities, is derived systematically corresponding to the types of kinematic joints connecting the bodies and the system reference matrix. Using the resulting matrix, the joint reaction forces and moments are analyzed in the Cartesian coordinate space. The formulation is illustrated by means of two numerical examples.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.934-937
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2003
In this paper, authors use a stereo vision system based on the visual model of human and establish inexpensive method that recognizes moving distance using characteristic points around the robot. With the stereovision. the changes of the coordinate values of the characteristic points that are fixed around the robot are measured. Self-displacement and self-localization recognition system is proposed from coordination reconstruction with those changes. To evaluate the proposed system, several characteristic points that is made with a LED around the robot and two cheap USB PC cameras are used. The mobile robot measures the coordinate value of each characteristic point at its initial position. After moving, the robot measures the coordinate values of the characteristic points those are set at the initial position. The mobile robot compares the changes of these several coordinate values and converts transformation matrix from these coordinate changes. As a matrix of the amount and the direction of moving displacement of the mobile robot, the obtained transformation matrix represents self-displacement and self-localization by the environment.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.18
no.3
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pp.224-229
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2012
In this paper, we propose a correction method for astronomical telescope using recursive least square method. There are two ways to move a telescope : equatorial operation and altazimuth operation. We must align polar axis of a equatorial telescope with the north celestial pole and adjust the horizontal axis of a altazimuth telescope exactly to match the celestial coordinate system with the telescope coordinate system. This process needs time and expertise. We can skip existing process and correct a tracking error easily by deriving the relationship of the celestial coordinate system and the telescope coordinate system using the proposed correction method. We obtain the coordinate of a celestial body in the celestial coordinate system and the telescope coordinate system and derive a transformation matrix through the obtained coordinate. We use recursive least square method to estimate the unknown parameters of a transformation matrix. Finally, we implement a telescope control system using a microprocessor and verify the performance of the correction method. Through an experiment, we show the validity of the proposed correction method.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.54
no.12
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pp.723-731
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2005
The $4{\times}4$ homogeneous transformation matrix is a compact representation of orientation and position of an object in robotics and computer graphics. A coordinate transformation is accomplished through the successive multiplications of homogeneous matrices, each of which represents the orientation and position of each corresponding link. Thus, for real time control applications in robotics or animation in computer graphics, the fast multiplication of homogeneous matrices is quite demanding. In this paper, a parallel-architecture vector processor is designed for this purpose. The processor has several key features. For the accuracy of computation for real application, the operands of the processors are floating point numbers based on the IEEE Standard 754. For the parallelism and reduction of hardware redundancy, the processor takes column vectors of homogeneous matrices as multiplication unit. To further improve the throughput, the processor structure and its control is based on a pipe-lined structure. Since the designed processor can be used as a special purpose coprocessor in robotics and computer graphics, additionally to special matrix/matrix or matrix/vector multiplication, several other useful instructions for various transformation algorithms are included for wide application of the new design. The suggested instruction set will serve as standard in future processor design for Robotics and Computer Graphics. The design is verified using FPGA implementation. Also a comparative performance improvement of the proposed design is studied compared to a uni-processor approach for possibilities of its real time application.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.7
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pp.119-124
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1999
A method to find the line of sight ray in space which corresponds to a point in an image plane is presented. The line of sight ray is defined by two points which are the intersections between the two calibration planes and the sight ray. The intersection point is found by the oblique coordinate mapping between the image plane and the calibration plane in the space. The proposed oblique coordinate mapping method has advantages over the transformation matrix method in the required memory space and computation time.
The eye movement of the eyeball's center of a rotation can represent with the rotation matrix $R_x$, $R_y$, $R_z$ due to a coordinate axis rotation transformation of Cartesian coordinate, and describes of an abduction, an adduction, an elevation, a depression, an intorsion, an extorsion in principle rotation six forms of the eye. The eye movement from primary eye position to tertiary eye position could be composed with the rotation matrix combination, and by the primary rotation of six and the secondary rotation of eight, could be represented with the extrocular muscle of six. The position of the cornea vertex point or pupil point due to the eye movement can describe to transform the rotation matrix of the cartesian coordinate to spherical coordinate$(r,{\theta},{\phi})$.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.10
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pp.2483-2490
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1993
This paper presents a systematic formulation for the kinematic and dynamic analysis of flexible multibody systems. The system equations of motion are derived in terms of relative and elastic coordinates using velocity transformation technique. The position transformation equations that relate the relative and elastic coordinates to the Cartesian coordinates for the two contiguous flexible bodies are derived. The velocity transformation matrix is derived systematically corresponding to the type of kinematic joints connecting the bodies and system path matrix. This matrix is employed to represent the equations of motion in relative coordinate space. Two examples are taken to test the method developed here.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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