Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.19
no.11
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pp.1036-1042
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2013
In this paper, an elderly assistance system is developed based on Xenomai, a real-time development framework cooperating with the Linux kernel. A Kinect sensor is used to recognize the behavior of the elderly and A-star search algorithm is implemented to find the shortest path to the person. The mobile robot also generates a trajectory using a digital convolution operator which is based on a Bezier curve for smooth driving. In order to follow the generated trajectory within the control period, we developed real-time tasks and compared the performance of the tracking trajectory with that of non real-time tasks. The real-time task has a better result on following the trajectory within the physical constraints which means that it is more appropriate to apply to an elderly assistant system.
Kim, Jung-Yeon;Cha, Ye-Rin;Lee, Sang-Heon;Jung, Bong-Keun
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.2
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pp.1201-1216
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2017
In this study, we described the development of a methodology to measure tip-pinch strength on the paretic hand rehabilitation device and aimed to investigate reliability of the device. FSR sensors were embedded on the device, and tip pinch strength was estimated with data collected from the sensors using a developed equation while participants were demonstrating tip pinch. Reliability tests included inter-rater, test-retest, and inter-instrument reliability. B&L Engineering pinch gauge was utilized for the comparison. Thirty-seven healthy students participated in the experiment. Both inter-rater and test-retest reliability were excellent as Intraclass Correlation Coefficients (ICCs) were greater than 0.9 (p<0.01). There were no statistically significant differences in tip-pinch strengths. Inter-instrument reliability analysis confirmed good correlation between the two instruments (r = 0.88, p < 0.01). The findings of this study suggest that the two instruments are not interchangeable. However, the tip-pinch mechanism used in the paretic hand rehabilitation device is reliable that can be used to evaluate tip pinch strength in clinical environment and can provides a parameter that monitors changes in the hand functions.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.15
no.9
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pp.946-951
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2009
The small multi-jointed robots for most education are developed with the way of firmware. But the firmware may be very difficult to develop as gradually increasing throughputs and control routines. Due to limit of firmware we try to use on RTOS, but hard to adapt on the small multi-jointed robots. It would be hard to install RTOS into the small multi-jointed robots because of the size capacity of RTOS, and lack of libraries for control of the particular hardware. Moreover, even its RTOS with many functions causes its to make overheads scheduling, TCB (Task Control Block), and task states. Also to keep maintenance of RTOS, it is composed of components for the whole structure of my proposed RTOS. Additionally, We provided with libraries of servo motor and sensor control and developed RMS (Rate Montonic scheduler) to handle tasks on real time and reduce overheads. Therefore, It is possible to work the fixed priority and task preemptive way. We show one example of the multi-jointed robot installed with my proposed RTOS, which shows to obstacle avoidance and climbing up the slope.
본 논문에서는 임베디드 시스템 기반 NXT 로봇을 제어하여 길찾기, 미로찾기, 장애물오르기 등의 주행을 수행하는 프로그램을 개발하는 것이다. 미로 찾기는 RBG 센서를 통해 트랙의 색을 구분하여 정해진 색을 따라 주행하는 하는 것이며, 장애물 미로구간에서는 NXT 로봇 자신이 장애물을 넘지 못한다는 것을 인식하여 미로를 찾아 빠져나가도록 초음파 센서를 이용한다. 초음파 센서로 자신이 통과할 수 있는 진입로로 판단되면 주행을 계속하며, 그렇지 않은 경우에는 좌우회전을 통해 미로구간을 통과한다. 마지막 계단식 장애물 구간에서는 접촉센서와 초음파 센서를 통해서 물체의 높이를 가늠하여, 접촉센서 값과 초음파 센서 값을 통해 프로그램은 통과 여부와 계단높이를 판단한다. 실험결과 로봇은 제어프로그램 시나리오에 따라 적절하게 수행함을 확인할 수 있었으며, 이와 같은 로봇 제어를 확대하면 사람을 대신하는 재난구조 활동, 전쟁시 지뢰탐지 및 적 정찰활동, 지하공동구 및 지하매설물 안전 점검활동 등을 수행하는 업무로 적용이 가능할 것으로 판단된다. 본 연구에서 사용한 로봇은 I-Brick이라는 마이크로프로세서를 통해 프로그램을 구동되며, 저 전력으로 I-Brick과 그와 연결된 센서와 서브 모터 등을 구동하고 제어하도록 설계하였다.
Proceedings of the Korean Institute of Intelligent Systems Conference
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1993.06a
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pp.975-976
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1993
This talk presents the overview of the author's research and development activities on fuzzy inference hardware. We involved it with two distinct approaches. The first approach is to use application specific integrated circuits (ASIC) technology. The fuzzy inference method is directly implemented in silicon. The second approach, which is in its preliminary stage, is to use more conventional microprocessor architecture. Here, we use a quantitative technique used by designer of reduced instruction set computer (RISC) to modify an architecture of a microprocessor. In the ASIC approach, we implemented the most widely used fuzzy inference mechanism directly on silicon. The mechanism is beaded on a max-min compositional rule of inference, and Mandami's method of fuzzy implication. The two VLSI fuzzy inference chips are designed, fabricated, and fully tested. Both used a full-custom CMOS technology. The second and more claborate chip was designed at the University of North Carolina(U C) in cooperation with MCNC. Both VLSI chips had muliple datapaths for rule digital fuzzy inference chips had multiple datapaths for rule evaluation, and they executed multiple fuzzy if-then rules in parallel. The AT & T chip is the first digital fuzzy inference chip in the world. It ran with a 20 MHz clock cycle and achieved an approximately 80.000 Fuzzy Logical inferences Per Second (FLIPS). It stored and executed 16 fuzzy if-then rules. Since it was designed as a proof of concept prototype chip, it had minimal amount of peripheral logic for system integration. UNC/MCNC chip consists of 688,131 transistors of which 476,160 are used for RAM memory. It ran with a 10 MHz clock cycle. The chip has a 3-staged pipeline and initiates a computation of new inference every 64 cycle. This chip achieved an approximately 160,000 FLIPS. The new architecture have the following important improvements from the AT & T chip: Programmable rule set memory (RAM). On-chip fuzzification operation by a table lookup method. On-chip defuzzification operation by a centroid method. Reconfigurable architecture for processing two rule formats. RAM/datapath redundancy for higher yield It can store and execute 51 if-then rule of the following format: IF A and B and C and D Then Do E, and Then Do F. With this format, the chip takes four inputs and produces two outputs. By software reconfiguration, it can store and execute 102 if-then rules of the following simpler format using the same datapath: IF A and B Then Do E. With this format the chip takes two inputs and produces one outputs. We have built two VME-bus board systems based on this chip for Oak Ridge National Laboratory (ORNL). The board is now installed in a robot at ORNL. Researchers uses this board for experiment in autonomous robot navigation. The Fuzzy Logic system board places the Fuzzy chip into a VMEbus environment. High level C language functions hide the operational details of the board from the applications programme . The programmer treats rule memories and fuzzification function memories as local structures passed as parameters to the C functions. ASIC fuzzy inference hardware is extremely fast, but they are limited in generality. Many aspects of the design are limited or fixed. We have proposed to designing a are limited or fixed. We have proposed to designing a fuzzy information processor as an application specific processor using a quantitative approach. The quantitative approach was developed by RISC designers. In effect, we are interested in evaluating the effectiveness of a specialized RISC processor for fuzzy information processing. As the first step, we measured the possible speed-up of a fuzzy inference program based on if-then rules by an introduction of specialized instructions, i.e., min and max instructions. The minimum and maximum operations are heavily used in fuzzy logic applications as fuzzy intersection and union. We performed measurements using a MIPS R3000 as a base micropro essor. The initial result is encouraging. We can achieve as high as a 2.5 increase in inference speed if the R3000 had min and max instructions. Also, they are useful for speeding up other fuzzy operations such as bounded product and bounded sum. The embedded processor's main task is to control some device or process. It usually runs a single or a embedded processer to create an embedded processor for fuzzy control is very effective. Table I shows the measured speed of the inference by a MIPS R3000 microprocessor, a fictitious MIPS R3000 microprocessor with min and max instructions, and a UNC/MCNC ASIC fuzzy inference chip. The software that used on microprocessors is a simulator of the ASIC chip. The first row is the computation time in seconds of 6000 inferences using 51 rules where each fuzzy set is represented by an array of 64 elements. The second row is the time required to perform a single inference. The last row is the fuzzy logical inferences per second (FLIPS) measured for ach device. There is a large gap in run time between the ASIC and software approaches even if we resort to a specialized fuzzy microprocessor. As for design time and cost, these two approaches represent two extremes. An ASIC approach is extremely expensive. It is, therefore, an important research topic to design a specialized computing architecture for fuzzy applications that falls between these two extremes both in run time and design time/cost. TABLEI INFERENCE TIME BY 51 RULES {{{{Time }}{{MIPS R3000 }}{{ASIC }}{{Regular }}{{With min/mix }}{{6000 inference 1 inference FLIPS }}{{125s 20.8ms 48 }}{{49s 8.2ms 122 }}{{0.0038s 6.4㎲ 156,250 }} }}
A motion controller has been used variously in industry such as semiconductor manufacture equipment, industrial robot, assembly/conveyor line applications and CNC equipment. There are several types of controller in motion control. One of these is a PC-based motion controller such as PCI or ISA, and another is stand-alone motion controller. The PC bus-based motion controller is popular because of improving bus architectures and GUI (Graphic User Interface) that offer convenience of use to user. There are some problems in this. The PC bus-based solution allows for only one of the form factors, so it has a poor flexibility. The overall system package size is bigger than other motion control system. And also, additional axes of control require additional slot, however the number of slots is limited. Furthermore, unwieldy and many wirings come to connect plants or I/O. The stand-alone motion controller has also this limit of axes of control and wiring problems. To resolve these problems, controller must have capability of operating as stand-alone devices that resides outside the computer and it needs network capability to communicate to each motion device. In this paper, a network-based stand-alone motion system is proposed. This system integrates PC and motion controller into one stand-alone motion system, and uses CAN (Controller Area Network) as network protocol. Single board computer that is type of 3.5" FDD form factor is used to reduce the system size and cost. It works with Windows XP Embedded as operating system. This motion system operates by itself or serves as master motion controller that communicates to slave motion controller. The Slave motion controllers can easily connect to master motion system through CAN-network.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.49
no.9
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pp.347-352
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2012
In this paper, an 2D spatial-map construction for workers identification and avoidance of AGV using the detection scheme of the spatial coordinates based on stereo camera is proposed. In the proposed system, face area of a moving person is detected from a left image among the stereo image pairs by using the YCbCr color model and its center coordinates are computed by using the centroid method and then using these data, the stereo camera embedded on the mobile robot can be controlled for tracking the moving target in real-time. Moreover, using the disparity map obtained from the left and right images captured by the tracking-controlled stereo camera system and the perspective transformation between a 3-D scene and an image plane, depth map can be detected. From some experiments on AGV driving with 240 frames of the stereo images, it is analyzed that error ratio between the calculated and measured values of the worker's width is found to be very low value of 2.19% and 1.52% on average.
KIPS Transactions on Software and Data Engineering
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v.7
no.3
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pp.107-112
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2018
In this paper, optical flow based keypoint detection and tracking technique is proposed for the collaboration between flying drone with vision system and ground robots. There are many challenging problems in target detection research using moving vision system, so we combined the improved FAST algorithm and Lucas-Kanade method for adopting the better techniques in each feature detection and optical flow motion tracking, which results in 40% higher in processing speed than previous works. Also, proposed image binarization method which is appropriate for the given marker helped to improve the marker detection accuracy. We also studied how to optimize the embedded system which is operating complex computations for intelligent functions in a very limited resources while maintaining the drone's present weight and moving speed. In a future works, we are aiming to develop collaborating smarter robots by using the techniques of learning and recognizing targets even in a complex background.
Cho, Seong Yun;Ju, Ho Jin;Park, Chan Gook;Cho, Hyeonjin;Hwang, Junho
Journal of Positioning, Navigation, and Timing
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v.6
no.4
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pp.167-179
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2017
In this paper, a simplified Cubature Kalman Filter (SCKF) is proposed to reduce the computation load of CKF, which is then used as a filter for transfer alignment of shipboard INS. CKF is an approximate Bayesian filter that can be applied to non-linear systems. When an initial estimation error is large, convergence characteristic of the CKF is more stable than that of the Extended Kalman Filter (EKF), and the reliability of the filter operation is more ensured than that of the Unscented Kalman Filter (UKF). However, when a system degree is large, the computation amount of CKF is also increased significantly, becoming a burden on real-time implementation in embedded systems. A simplified CKF is proposed to address this problem. This filter is applied to shipboard inertial navigation system (INS) transfer alignment. In the filter design for transfer alignment, measurement type and measurement update rate should be determined first, and if an application target is a ship, lever-arm problem, flexure of the hull, and asynchronous time problem between Master Inertial Navigation System (MINS) and Slave Inertial Navigation System (SINS) should be taken into consideration. In this paper, a transfer alignment filter based on SCKF is designed by considering these problems, and its performance is validated based on simulations.
In recent years, keypoint recognition and tracking technologies are considered as crucial task in many practical systems for markerless augmented reality. The keypoint recognition and technologies are widely studied in many research areas, including computer vision, robot navigation, human computer interaction, and etc. Moreover, due to the rapid growth of mobile market related to augmented reality applications, several effective keypoint-based matching and tracking methods have been introduced by considering mobile embedded systems. Therefore, in this paper, we extensively analyze the recent research trends on keypoint-based recognition and tracking with several core components: keypoint detection, description, matching, and tracking. Then, we also present one of our research related to mobile augmented reality, named mobile tour guide system, by real-time recognition and tracking of tour maps on mobile devices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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