The Global Positioning System (GPS) is widely used to aid the navigation of aerial vehicles. However, the GPS cannot be used indoors, so alternative navigation methods are needed to be developed for micro aerial vehicles (MAVs) flying in GPS-denied environments. In this paper, a real-time three-dimensional (3-D) indoor navigation system and closed-loop control of a quad-rotor aerial vehicle equipped with an inertial measurement unit (IMU) and a low-cost light detection and ranging (LIDAR) is presented. In order to estimate the pose of the vehicle equipped with the two-dimensional LIDAR, an octree-based grid map and Monte-Carlo Localization (MCL) are adopted. The navigation results using the MCL are then evaluated by making a comparison with a motion capture system. Finally, the results are used for closed-loop control in order to validate its positioning accuracy during procedures for stable hovering and waypoint-following.
The control of diamond turning is usually achieved through a laser-interferometer feedback of slide position. If the tool post is rigid and the material removal process is relatively static, then such a non-collocated position feedback control scheme may surface. However, as the accuracy requirement gets tighter and desired surface contours become more complex, the need for a direct tool-tip sensing becomes inevitable. The physical constraints of the machining process prohibit any reasonable implementation of a tool-tip motion measurement. It is proposed that the measured force normal to the face of the workpiece can be filtered through an appropriate admittance transfer function to result in the estimated depth of cut. This can be compared to the desired depth of cut to generate the adjustment control action in addition to position feedback control. In this work, the design methodology on the admittance model-based control with a conventional controller is presented. The recursive least-squares algorithm with forgetting factor is proposed to identify the parameters and update the cutting process in real time. The normal cutting forces are measured to identify the cutting dynamics in the real diamond turning process using the precision dynamometer. Based on the parameter estimation of cutting dynamics and the admittance model-based nanodynamic control scheme, simulation results are shown.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1996.04a
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pp.49-52
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1996
The control of diamond turning is usually achieved through a laser-interferometer feedback of slide position. The limitation of this control scheme is that the feedback signal does not account for additional dynamics of the tool post and the material removal process. If the tool post is rigid and the material removal process is relatively static, then such a non-collocated position feedback control scheme may surfice. However, as the accuracy requirement gets tighter and desired surface contours become more complex, the need for a direct tool-tip sensing becomes inevitable. The physical constraints of the machining processprohibit any reasonable implementation of a tool-tip motion measurement. It is proposed that the measured force normalto the face of the workpice can be filterd through an appropriate admittance transfer function to result in the estimated depth of cut. This can be compared to the desired depth of cut to generate the adjustment cotnrol action in addition to position feedback control. In this work, the design methodology on the admittance model-based control with a conventional controller is presented. Based on the empirical data of the cutting dynamics, simulation results are shown.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.9
no.1
s.24
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pp.5-12
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2006
This study describes an SDINS/GPS/ZUPT integration algorithm for land navigation systems. The SDINS error can be decoupled in two parts. The first part is the the Schuler component which does not depend on object motion parameters, and the other is the Non-Schuler part which depends on the product of object acceleration and azimuth error. Azimuth error causes SDINS error in proportion to the traversed distance. The proposed system consists of a GPS/SDINS integration system and an SDINS/ZUPT integration system, which are both realized by an indirect feedforward Kalman filter. The main difference between the two is whether the estimate includes the Non-Schuler error or not, which is decided by the measurement type. Consequently, subtracting GPS/SDINS outputs from SDINS/ZUPT outputs provide the Non-Schuler error information which can be applied to improving azimuth accuracy. Simulation results using the raw data obtained from a van test attest that the proposed SDINS/GPS/ZUPT system is capable of providing azimuth improvement.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.10
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pp.80-86
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1999
Since the quality of the coated wires is in various applications dependant on the coating depth, accuracy of hole size of dies used for coating wires must be maintained precisely, in general within one micron. This paper proposes a new vision system which measures automatically the size and shape of small holes having diameters less than 1mm within an error limit of 1 micron. To quickly obtain the focused image, this paper proposes an estimation method of the camera position using only a couple of defocused hole images. It measures the distributions of light intensity around the image boundary and decides the direction and distance of a camera motion. The proposed system measures the size, shape distortion, inclination of the hole against the axis of the dies structure, to decides the acceptability of the dies for use. The proposed algorithm has been implemented using a cheap 640${\times}$480 image system and has shown an average size error of 1micron when measuring the dieses having 0.1mm to 1.0mm diameters. It can be applied to the inspection of the size and position of holes in PCB, too.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.3
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pp.565-573
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2017
This paper presents a multistage in-flight alignment (MIFA) method for a strapdown inertial navigation system (SDINS) suitable for moving vehicles with no initial attitude references. A SDINS mounted on a moving vehicle frequently loses attitude information for many reasons, and it makes solving navigation equations impossible because the true motion is coupled with an undefined vehicle attitude. To determine the attitude in such a situation, MIFA consists of three stages: a coarse horizontal attitude, coarse heading, and fine attitude with adaptive Kalman navigation filter (AKNF) in order. In the coarse horizontal alignment, the pitch and roll are coarsely estimated from the second order damping loop with an input of acceleration differences between the SDINS and GPS. To enhance estimation accuracy, the acceleration is smoothed by a scalar filter to reflect the true dynamics of a vehicle, and the effects of the scalar filter gains are analyzed. Then the coarse heading is determined from the GPS tracking angle and yaw increment of the SDINS. The attitude from these two stages is fed back to the initial values of the AKNF. To reduce the estimated bias errors of inertial sensors, special emphasis is given to the timing synchronization effects for the measurement of AKNF. With various real flight tests using an UH60 helicopter, it is proved that MIFA provides a dramatic position error improvement compared to the conventional gyro compass alignment.
To maintain the existing systems of ships and introduce autonomous operation technology, it is necessary to improve situational awareness through the sensor fusion of the automatic identification system (AIS) and automatic radar plotting aid (ARPA), which are installed sensors. This study proposes an algorithm for determining whether AIS and ARPA signals are sent to the same ship in real time. To minimize the number of errors caused by the time series and abnormal phenomena of heterogeneous signals, a tracking method based on the combination of the unscented Kalman filter and probabilistic data association filter is performed on ARPA radar signals, and a position prediction method is applied to AIS signals. Especially, the proposed algorithm determines whether the signal is for the same vessel by comparing motion-related components among data of heterogeneous signals to which the corresponding method is applied. Finally, a measurement test is conducted on a training ship. In this process, the proposed algorithm is validated using the AIS and ARPA signal data received by the voyage data recorder for the same ship. In addition, the proposed algorithm is verified by comparing the test results with those obtained from raw data. Therefore, it is recommended to use a sensor fusion algorithm that considers the characteristics of sensors to improve the situational awareness accuracy of existing ship systems.
The aerodynamic damping is an essential factor that can considerably affect the dynamic response of the cable-stayed bridge induced by crosswind load. However, developing an accurate and efficient aerodynamic damping model is crucial for evaluating the crosswind load-induced response on cable-stayed bridges. Therefore, this study proposes a new method for identifying aerodynamic damping of the bridge structures under crosswind load using an extended Kalman filter (EKF) and the particle filter (PF) algorithm. The EKF algorithm is introduced to capture the aerodynamic damping ratio. PF technique is used to select the optimal spectral representation of the noise. The effectiveness and accuracy of the proposed solution were investigated through full-scale vibration measurement data of the crosswind-induced on the bridge's girder. The results show that the proposed solution can generate an efficient and robust estimation. The errors between the target and extracted values are around 0.01mm and 0.003^o, respectively, for the vertical and torsional motion. The relationship between the amplitude and the aerodynamic damping ratio is linear for small reduced wind velocity and nonlinear with the increasing value of the reduced wind velocity. Finally, the results show the influence of the level of noise.
In indoor environments, since global positioning system (GPS) signals can be blocked by obstacles, such as building structure. the performance of GPS-based positioning methods can be degraded because of the loss of GPS signals. To solve this problem, various localization schemes using inertial measurement unit (IMU) sensors, such as gyroscope, accelerometer, and magnetometer, have been proposed to enhance the positioning accuracy in indoor environments. IMU-based positioning methods can estimate the location of the user by calculating the velocity and heading angle of the user without the help of GPS. However, low-cost MEMS IMUs may lead to drift error and large bias. In addition, positioning errors in IMU-based positioning approaches can be caused by the irrelevant motion of the pedestrian. In this study, we propose an enhanced indoor positioning method that provides more reliable localization results by using the camera, light detection and right (LiDAR), and ARKit framework on the iPhone. Through reliable positioning results and augmented reality (AR) experiences, our indoor positioning system can provide indoor space guidance services.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.11
no.3
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pp.145-150
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2011
In this study, we assessed the performance of the test remote pointing device that is applicable to interactive TV (iTV). An empirical test was carried out with the pointing devices in three different interface methods that are recently tried in the industry. For the measurement, a directional task was performed on the linear track described in the conventional ISO 9241-Part 9. The measured variables included the movement time, accuracy, throughput and the subjective satisfaction. The result showed that the motion time was better in the device in the GyroPoint method than the other devices, but the accuracy of the GyroPoint device was lower than that of the devices in the Hall Mouse and OFN methods. It was found that the throughput and the subjective satisfaction were dependent upon the individual input devices. Since this study was conducted on the major point devices that are currently tried and analyzed the problems and characteristics, it is assumed that this study will provide useful data for the design of the remote pointing device that is more suitable to the iTV environment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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