Çok gövdeli sistemlerde hareket analizi

Çok göovdeli sistemlerin hareket analizi son yıllarda önemli bir araştırma konusu haline gelmiştir. Bunun sebebi performans analizi, otomatik güvenlik ve izleme sistemlerinin gerçeklenmesi, gerçekçi insan-makine arayüzlerinin oluşturulması, içerik tabanlı imge depolanması ve erişimi gibi motive edici uygulama alanlarının varlığıdır. Bu alanda çok sayıda çalışma yayınlanmış olsa da bu araştırmanın henüz geliştirilebilecek yönleri vardır. Bu çalışmada, çok gövdeli bir sistemin hareketini, sistemi her biri birer robotik kol şeklindeki çok sayıda alt sisteme ayrıştırarak incelemeyi öneriyoruz. Çok gövdeli bir sistemin hareketini tanımak için her bir robotik kolun eklemlerinden gelecek algılayıcı bilgisini, yani eklem açılarını kullanıyoruz. Önerilen yöntem herbir ayrıştırılmış parçanın periyodik hareketini analiz etmek için eklem açılarının birbirine göre çizdirilmesiyle elde edilen imza eğrilerini kullanmaktadır. Akt¨or ayırt etme ve aksaklık tesbiti örnekleri sunulmuş ve önerilen yöntem benzetimlerle doğrulanmıştır

Humanoid synthesis using clifford algebra

One of the challenges in the simulation of human motion, either applied to humanoid robots or avatars in virtual environments, is to design a kinematics structure and a set of joint trajectories that move a robot or avatar in a human-like manner. In this paper, a technique is introduced to create accurate humanlike motion with a simplified topology as a reference. Using an optical motion capture system, a finite number of key poses are captured from different subjects performing full body articulated movements. Motion is modeled using the Clifford algebra of dual quaternions and dimensional synthesis techniques are applied to generate the kinematic skeleton of a 3D avatar or robot. The synthesized kinematic skeleton provides location of joints and dimensions of the links forming the limbs, as well as the joint trajectories. Five serial chains constitute our approximation to the human skeleton. Revolute, universal and spherical joints are employed, although other topologies can be used in a similar fashion. Several real datasets are evaluated and results demonstrate that good accuracy can be obtained at interactive rates using the presented methodology. The results show that using simple serial chains in combination with dimensional synthesis suffices to generate the mechanical structure and trajectories of a humanoid robot or 3D avatar mimicking human motion.Postprint (author’s final draft

Комп’ютерно-інтегрована інерціальна система захоплення руху людини

Актуальність на сьогоднішній день актуальною лишається проблема використання точних систем захоплення руху людини (СЗР), що не залежать від умов проведення експе-рименту. Використання інерціальних систем захоплення руху дозволяє розширити діапазон використання таких систем. Важливою проблемою є розробка завадостійкого алгоритму оці-нки орієнтації та методи підвищення точності. Магістерська дисертація виконана відповідно до основних напрямків наукових дослі-джень кафедри. Мета магістерської дисертації є підвищення завадостійкості та точності інерціальної системи захоплення руху. Завдання: 1. Огляд систем захоплення руху, опис основних принципів, коротка характерис-тика. 2. Аналіз алгоритмів орієнтації, що використовують інерціальні датчики. 3. Вибір базового алгоритму орієнтації, опис його мат. моделі. 4. Розробка алгоритму підвищення завадостійкості системи на основі сигналів гі-роскопів, акселерометрів, магнітометрів. 5. Калібрування датчиків, експериментальна перевірка розроблених макетів. 6. Розробка власного макету інерціальної системи захоплення руху. Об’єкт: процес захоплення руху людини та система захоплення руху людини Предмет: Підвищення точності та завадостійкості алгоритмів оцінки орієнтації об’єктів та системи захоплення руху людини, калібрування та врахування особливостей ма-тематичної моделі датчиків інерціального вимірювального блоку. Методи дослідження: Методи оптимальної обробки сигналів, методи чисельної ма-тематики, методи теоретичної механіки, методи теорії оптимального оцінювання, алгоритми фільтрації Наукова новизна: 1. Вперше запропоновано метод розділення каналів корекції кватерніонного до-повняльного фільтру оцінки орієнтації, у алгоритмі якого мінімізовано кількість обчислюва-льних операцій. 5 2. Запропоновано використання слідкуючого П-регулятора для обмеження гли-бини корекції. Практичне значення: розроблено алгоритмічне забезпечення із підвищеною завадо-стійкістю для системи захоплення руху, яке також може використовуватися для систем ста-білізації та орієнтації; Створено платформу для тестування нового алгоритмічного забезпе-чення. Апробація результатів дисертації (виступи на науково технічних конференціях): 1. ХХ Міжнародна молодіжна науково-практична конференція «Людина і кос-мос», Дніпро, 2018 2. Міжнародна науково-технічна XI конференція молодих вчених «Електроніка - 2018», Київ, 2018 3. Науково-практична конференція студентів та аспірантів «Погляд у майбутнє приладобудування», Київ, 2018The urgency to date is the problem of the use of precise human motion capture system (MoCap), which do not depend on the conditions of the experiment. The use of inertial motion cap-ture systems allows to extend the range of use of such systems. An important problem is the devel-opment of a perturbation-tolerant algorithm and methods of improving accuracy for estimating ori-entation. The master's thesis is executed in accordance with the main directions of scientific research of the department. The purpose of the master's thesis is to increase the perturbation immunity and accuracy of the inertial motion capture system. Task: 1. Overview of the motion capture systems, describe basic principles, describe their charac-teristics. 2. Analysis of orientation algorithms using inertial sensors. 3. Select the basic orientation algorithm, description of its mat. model. 4. Development of the algorithm for increasing noise immunity of the system based on the signals of gyroscopes, accelerometers, magnetometers. 5. Instrument calibration, experimental check of the developed models. 6. Development of own motion capture system. Object: the process of capturing the movement of a person and MoCap system. Subject: Improvement of precision and algorithms perturbation immunity for estimating the orientation of objects and for MoCap system, calibration and taking into account the features of the mathematical model of sensors of an inertial measuring unit. Methods of research: Methods of optimal signal processing, numerical methods, methods of theoretical mechanics, methods of theory of optimal evaluation, filtration algorithms Scientific novelty: 1. For the first time, the method of separating channels of correction of a quaternion-to-full-blown filter of orientation evaluation is proposed. 2. The use of a follower of the P-regulator for limiting globin correction is proposed. Practical significance: algorithmic support with increased noise immunity for the motion capture system, which can also be used for stabilization and orientation systems, is developed; A platform for testing new algorithms is created

Intuitive Teleoperation of an Intelligent Robotic System Using Low-Cost 6-DOF Motion Capture

There is currently a wide variety of six degree-of-freedom (6-DOF) motion capture technologies available. However, these systems tend to be very expensive and thus cost prohibitive. A software system was developed to provide 6-DOF motion capture using the Nintendo Wii remote’s (wiimote) sensors, an infrared beacon, and a novel hierarchical linear-quaternion Kalman filter. The software is made freely available, and the hardware costs less than one hundred dollars. Using this motion capture software, a robotic control system was developed to teleoperate a 6-DOF robotic manipulator via the operator’s natural hand movements. The teleoperation system requires calibration of the wiimote’s infrared cameras to obtain an estimate of the wiimote’s 6-DOF pose. However, since the raw images from the wiimote’s infrared camera are not available, a novel camera-calibration method was developed to obtain the camera’s intrinsic parameters, which are used to obtain a low-accuracy estimate of the 6-DOF pose. By fusing the low-accuracy estimate of 6-DOF pose with accelerometer and gyroscope measurements, an accurate estimation of 6-DOF pose is obtained for teleoperation. Preliminary testing suggests that the motion capture system has an accuracy of less than a millimetre in position and less than one degree in attitude. Furthermore, whole-system tests demonstrate that the teleoperation system is capable of controlling the end effector of a robotic manipulator to match the pose of the wiimote. Since this system can provide 6-DOF motion capture at a fraction of the cost of traditional methods, it has wide applicability in the field of robotics and as a 6-DOF human input device to control 3D virtual computer environments