A 6 DEGREES OF FREEDOM KINEMATICAL MODEL OF THE KNEE FOR THE DESIGN OF A NEW REHABILITATION DEVICE

International audienceIsokinetics devices are widely used in the field of knee rehabilitation. This kind of apparatus often solicits the knee joint in the sagittal plane with one degree of freedom. With the development of exoskeletons and intelligent prostheses, more precise control applications to assistive robotics for rehabilitation are possible. Our aim is to design a new apparatus for the 3 dimensional control of knee joint movements for sports training and rehabilitation. The first step to design such apparatus is to specify its kinematics. This paper presents a kinematical model of the knee joint that will be employed to specify the future Device kinematics and a preliminary control scheme

HHLS: A Hybrid Routing Technique for VANETs

International audienceIn this paper, we propose a combination between a routing protocol Greedy Perimeter Stateless Routing (GPSR) and Hierarchical Location Service (HLS) that we denote Hybrid Hierarchical Location Service (HHLS). HLS and GPSR used to be combined in the original work with a direct method, i.e. GPRS takes care of routing packets and HLS is called to get the destination position when the target node position is not known or is not fresh enough. When a destination is quite far away from the sender, the exact position of the target is calculated, and an extra overhead is generated from sender to receiver. Our main purpose is to reduce this overhead in HHLS. We suggest to proceed as follows: when a packet has to be sent to the destination, it will be sent directly to the former position of the target instead of requesting for the exact position. When the packet is approaching the former position, the exact position request is then sent. We have proposed a patch over the NS-2 simulator for HHLS according to our proposal. We have conducted experimentations which show promising results in terms of latency, packet delivery rate and overhead

Contribution a la commande d'un moteur pas a pas. Observation et optimisation des regimes transitoires

INIST T 74268 / INIST-CNRS - Institut de l'Information Scientifique et TechniqueSIGLEFRFranc

Rigid body motions capturing by means of wearable inertial and magnetic MEMS sensors assembly: From the reconstitution of the posture toward the dead reckoning: an application in Bio-logging

International audienceIn this chapter, we'll focus on the attitude estimation problem of a body moving in 3D space. This study is devoted to the reconstruction of the posture (orientation), linear accelerations, positions and their cost in free ranging animal where the access to GPS locations is limited or impossible (application in Bio-logging). In this context, the chosen attitude representation is the quaternion, and the available data are issued from a triad of sensors including a 3-axis accelerometer, a 3-axis magnetometer and a 3-axis gyroscope (Inertial Measurement Unit). Three different approaches for the estimation of the quaternion from the data set are then proposed. The first one is based on an additive nonlinear observer design and uses the quaternion addition technique for updating attitude estimates. The second and the third approaches propose the design of a sliding mode observer and a complementary filter, respectively. In this case, the update of the estimates is based on a quaternion multiplication. This technique shows that it is a good alternative to address this problem and seems more appropriate for the quaternion algebra. The obtained results from both simulation and experimental studies show the efficiency of the proposed methodologies to reconstruct the attitude with a good accuracy for the Bio-logging application. Moreover, they allow estimating the linear acceleration and the energetic index of the animal. Finally the end of the chapter will be devoted to a dead reckoning approach to estimate the 3D position of pedestrian locomotion animal by exploiting only data from an inertial measurement unit. We'll show that obtained experimental results in the case of human locomotion, with an adjusted velocity, are satisfactory and remain promising for the application of this approach in the context of the Bio-logging

Sensing technique of dynamic marine mammal's attitude by use of low-cost inertial and magnetic sensors

International audienceThis paper presents the design and performance evaluation of a theoretical sensing technique of dynamic marine mammal's attitude. A single sensor pack composed by an Inertial Measurement Unit (IMU), provides all the data required to feed the nonlinear estimator. The proposed algorithm uses complementary data from a 3-axis accelerometer, a 3axis magnetometer and a 3-axis gyroscope. These sensors are mounted in a single tag and appropriately located on the animal. The approach developed here is applied in Bio-logging, an interdisciplinary research area at the intersection of animal behavior and bioengineering. By considering the rigid-body dynamics expressed in quaternion representation, a Complementary Sliding Mode Observer (CSMO) is derived taking advantages from strapdown inertial measurement from gyroscope and vector observations from accelerometer and magnetometer to provide accurate attitude estimates in quaternion representations. The proposed algorithm is based on a multiplicative quaternion correction technique and allows the estimation of large attitude maneuvers of the marine animal. The efficiency of the algorithm herein designed is illustrated through simulations using a theoretical example of animal motion

Complementary Observer for Body Segments Motion Capturing by Inertial and Magnetic Sensors

International audienceThis paper presents a viable quaternion-based complementary observer (CO) that is designed for rigid body attitude estimation. We claim that this approach is an alternative one to overcome the limitations of the extended Kalman filter. The CO processes data from a small inertial/magnetic sensor module containing triaxial angular rate sensors, accelerometers, and magnetometers, without resorting to GPS data. The proposed algorithm incorporates a motion kinematic model and adopts a two-layer filter architecture. In the latter, the Levenberg Marquardt algorithm preprocesses acceleration and local magnetic field measurements, to produce what will be called the system's output. The system's output together with the angular rate measurements will become measurement signals for the CO. In this way, the overall CO design is greatly simplified. The efficiency of the CO is experimentally investigated through an industrial robot and a commercial IMUduring human segment motion exercises. These results are promising for human motion applications, in particular future ambulatory monitoring

Navigation pédestre par fusion de données inertielles et magnétiques : de l'estimation de l'attitude vers le calcul de la position 3D

International audienceL'objectif de ce travail est d'estimer la position 3D d'un corps mobile dans l'espace. La méthode proposée dans ce papier exploite des données provenant d'une Unité de Mesure Inertielle (UMI) composée d'un accéléromètre, d'un magnétomètre et d'un gyroscope triaxiaux, et attachée au pied d'un sujet humain. Les mesures issues de ces capteurs sont d'abord fusionnées afin d'estimer l'orientation (attitude) du pied en utilisant une approche basée sur un filtre complémentaire. L'attitude estimée sert à reconstruire après l'accélération linéaire liée au mouvement réalisé par le pied, sa vitesse linéaire et enfin sa position 3D à partir d'une procédure d'intégration usuelle. Une technique de détection des phases où la vitesse est nulle est introduite pour corriger la dérive significative qui apparaît habituellement dans l'estimation de position au cours de cette intégration. L'objectif principal est de remédier à l'utilisation des données GPS dans les applications où l'accès à cette information est limité, voire impossible. La performance de l'approche proposée est montrée à travers un essai expérimental dans le cas de la locomotion humaine. Les résultats obtenus sont satisfaisants et restent prometteurs pour des améliorations futures ou bien une extension de cette approche à d'autres domaines

Reconstitution de l'orientation et des accélérations corporelles à l'aide de capteurs inertiels et magnétiques: Application à l'écophysiologie de l'animal sauvage

International audienceL'objectif de ce travail est d'estimer les orientations (attitudes) ainsi que les accélérations corporelles (linéaires) dans l'espace 3D chez l'animal sauvage. L'approche proposée concerne le Bio-logging, une thématique qui s'intéresse à l'étude du comportement de l'animal et de son écophysiologie (localisation et monitoring de ses activités) en utilisant des microsystèmes électroniques. Généralement pour ce type d'application, l'estimation de l'attitude est obtenue en utilisant des capteurs inertiels tels que des accéléromètres et des magnétomètres. Cependant cette technique n'est valable que pour des mouvements basses fréquences de l'animal (quasistatique). Dans cet article, on propose d'étendre cette estimation au cas dynamique en ajoutant des gyromètres. Ainsi, une méthode de fusion non linéaire de données inertielles provenant d'un accéléromètre, d'un magnétomètre, et d'un gyromètre triaxiaux est proposée. L'estimation de l'orientation servira au calcul des accélérations corporelles de l'animal. Cette information est souvent nécessaire aux biologistes pour évaluer les dépenses énergétiques de l'animal au cours de ses mouvements. Finalement, des essais expérimentaux réalisés sur un cheval illustreront la performance de l'approche proposée

Navigation pédestre par fusion de données inertielles et magnétiques : de l'estimation de l'attitude vers le calcul de la position 3D

International audienceL'objectif de ce travail est d'estimer la position 3D d'un corps mobile dans l'espace. La méthode proposée dans ce papier exploite des données provenant d'une Unité de Mesure Inertielle (UMI) composée d'un accéléromètre, d'un magnétomètre et d'un gyroscope triaxiaux, et attachée au pied d'un sujet humain. Les mesures issues de ces capteurs sont d'abord fusionnées afin d'estimer l'orientation (attitude) du pied en utilisant une approche basée sur un filtre complémentaire. L'attitude estimée sert à reconstruire après l'accélération linéaire liée au mouvement réalisé par le pied, sa vitesse linéaire et enfin sa position 3D à partir d'une procédure d'intégration usuelle. Une technique de détection des phases où la vitesse est nulle est introduite pour corriger la dérive significative qui apparaît habituellement dans l'estimation de position au cours de cette intégration. L'objectif principal est de remédier à l'utilisation des données GPS dans les applications où l'accès à cette information est limité, voire impossible. La performance de l'approche proposée est montrée à travers un essai expérimental dans le cas de la locomotion humaine. Les résultats obtenus sont satisfaisants et restent prometteurs pour des améliorations futures ou bien une extension de cette approche à d'autres domaines