Submitted by MARCELA DO VALLE MACHADO (marcelavmachado@gmail.com) on 2018-04-22T02:22:02Z No. of bitstreams: 1 machado_mv_me_prud.pdf: 3915564 bytes, checksum: a8e42c5376b44043a216b005b6c1615a (MD5) / Approved for entry into archive by Claudia Adriana Spindola null (claudia@fct.unesp.br) on 2018-04-23T11:50:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 machado_mv_me_prud.pdf: 3915564 bytes, checksum: a8e42c5376b44043a216b005b6c1615a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-23T11:50:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 machado_mv_me_prud.pdf: 3915564 bytes, checksum: a8e42c5376b44043a216b005b6c1615a (MD5) Previous issue date: 2018-02-23 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Devido ao elevado custo de Sistemas de Varredura a LASER Aerotransportados (SVLA) e a miniaturização de sensores, sistemas de varredura a LASER (SVL) de menor peso e custo têm sido uma alternativa para estudos florestais. Aliado a estes sistemas, a crescente utilização de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT) possibilita a aquisição de dados com maior flexibilidade e rapidez, o que permite a utilização de SVL mais leves neste tipo de plataforma. Todavia, a integração e sincronização dos dispositivos do sistema demanda árduo trabalho de conexão eletrônica e computacional. Em casos que não seja possível realizar a sincronização eletrônica entre os dispositivos do sistema, uma alternativa é a sincronização por pósprocessamento, estabelecida por meio da relação entre os dados temporais obtidos com o LIDAR (Light Detection and Ranging) e com o GNSS (Global Navigation Sattelite Systems), durante a trajetória de voo do SVL embarcado em VANT. Para relacionar estes dados, são realizadas manobras de voo na forma senoidal durante a decolagem e pouso com o sistema, a fim de gerar pontos de máximos e mínimos. Com isso, os dados LASER e as posições da plataforma, coletados pelos dispositivos LASER e GNSS/IMU em sistemas de tempo diferentes, são relacionados por meio da diferença de distância e altura em função do tempo. Posteriormente, o tempo dos dados LASER é corrigido para tempo GPS, caracterizando a sincronização por pós-processamento, e refinado pelo Método dos Mínimos Quadrado. Desse modo, a nuvem de pontos pode então ser gerada. O controle de qualidade altimétrico utilizando pontos de apoio coletados em campo, apresentou uma acurácia de 11,6 cm. Para o controle planimétrico foi verificada uma acurácia de 45 cm para a componente E e 62 cm para a componente N. A partir das acurácias encontradas para a nuvem de pontos, conclui-se que a técnica de sincronização empregada é uma alternativa viável para relacionar dispositivos desacoplados de um SVL e que a acurácia centimétrica do sistema permite que este seja empregado em diversas aplicações, dentre as quais estão estimativa de altura de árvores. / Due to the high cost of Airborne LASER Scanning (ALS) and the miniaturization of sensors, low-cost and low-weight LASER systems have been an alternative for forestry studies. Together with these systems, the increasing use of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) platforms, also low cost, enables the acquisition of data with greater flexibility and speed, which allows the use of low-weight SVL in this type of platform. However, the integration and synchronization of the devices of the system demands specialised work for electronic and computational connections. In cases where it is not possible to perform electronic synchronization between the devices of the system, an alternative is the post-processing synchronization, established through the relationship between the signals obtained with LIDAR (Light Detection and Ranging) and GNSS (Global Navigation Sattelite Systems), during the flight path of the SVL boarded in UAV. To relate these signals, flight maneuvers are performed in the a sinusoidal form shape during takeoff and landing with the system in order to obtain peaks of maximum and minimum. Thus, the LASER data and platform positions collected by the LASER and GNSS / IMU devices in different time systems are related by distance and height as a function of time. Subsequently, the LASER data time is corrected to match GPS time, characterizing the post-processing synchronization, and latter refined by the Least Square Method. In this way, the point cloud can then be generated. The quality control for altimetry, using control points collected in the field, achieved an obtained accuracy of 11.6 cm. The planimetric quality control achieve an accuracy of 45 cm the E component and 62 cm for the N component. From the accuracy achieved for the point cloud, it was concluded that the synchronization technique used is a viable alternative to relate decoupled devices of an ALS and that the centimetric accuracy of the system allows it to be used in several applications, such as tree height estimation. / FAPESP Proc. nº 2013/50426-4

L'estimation en robotique est un sujet important affecté par les compromis entre certains critères majeurs parmi lesquels nous pouvons citer le temps de calcul et la précision. L'importance de ces deux critères dépend de l'application. Si le temps de calcul n'est pas important pour les méthodes hors ligne, il devient critique lorsque l'application doit s'exécuter en temps réel. De même, les exigences de précision dépendent des applications. Les estimateurs EKF sont largement utilisés pour satisfaire les contraintes en temps réel tout en obtenant une estimation avec des précisions acceptables. Les centrales inertielles (Inertial Measurement Unit - IMU) demeurent des capteurs répandus dnas les problèmes d'estimation de trajectoire. Ces capteurs ont par ailleurs la particularité de fournir des données à une fréquence élevée. La principale contribution de cette thèses est une présentation claire de la méthode de préintégration donnant lieu à une meilleure utilisation des centrales inertielles. Nous appliquons cette méthode aux problèmes d'estimation dans les cas de la navigation piétonne et celle des robots humanoïdes. Nous souhaitons par ailleurs montrer que l'estimation en temps réel à l'aide d'une centrale inertielle à faible coût est possible avec des méthodes d'optimisation tout en formulant les problèmes à l'aide d'un modèle graphique bien que ces méthodes soient réputées pour leurs coûts élevés en terme de calculs. Nous étudions également la calibration des centrales inertielles, une étape qui demeure critique pour leurs utilisations. Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont été pensés en gardant comme perspective à moyen terme le SLAM visuel-inertiel. De plus, ce travail aborde une autre question concernant les robots à jambes. Contrairement à leur architecture habituelle, pourrions-nous utiliser plusieurs centrales inertielles à faible coût sur le robot pour obtenir des informations précieuses sur le mouvement en cours d'exécution ? / Estimation in robotics is an important subject affected by trade-offs between some major critera from which we can cite the computation time and the accuracy. The importance of these two criteria are application-dependent. If the computation time is not important for off-line methods, it becomes critical when the application has to run on real-time. Similarly, accuracy requirements are dependant on the applications. EKF estimators are widely used to satisfy real-time constraints while achieving acceptable accuracies. One sensor widely used in trajectory estimation problems remains the inertial measurement units (IMUs) providing data at a high rate. The main contribution of this thesis is a clear presentation of the preintegration theory yielding in a better use IMUs. We apply this method for estimation problems in both pedestrian and humanoid robots navigation to show that real-time estimation using a low- cost IMU is possible with smoothing methods while formulating the problems with a factor graph. We also investigate the calibration of the IMUs as it is a critical part of those sensors. All the development made during this thesis was thought with a visual-inertial SLAM background as a mid-term perspective. Firthermore, this work tries to rise another question when it comes to legged robots. In opposition to their usual architecture, could we use multiple low- cost IMUs on the robot to get valuable information about the motion being executed?

GPS används idag för personlig navigering men dessvärre är GPS beroende av fri sikt och presterar sämre i en inomhusmiljö. Ett IPS, inomhuspositioneringssystem, skulle komplet-tera GPS:ens funktion samt öppna dörrar för nya användningsområden inom positionering. I detta examensarbete studerades metoder och tekniker för att möjliggöra ett IPS för en mo-bil enhet. Där teknikerna och metoderna verifieras för att kunna implementeras i en mobil-telefon.En prototyp för ett IPS framställdes för att utreda möjligheterna att navigera i en inomhus-miljö. En radiofingeravtrycksmetod baserat på RSSI-mätningar från Bluetooth-enheter im-plementerades och integrerades med en dödräkningsmetod som använder en IMU för att positionera användaren. Utefter tester och simuleringar utförts presenteras resultatet i form av figurer och tabeller. Med hjälp av prototypen går det att navigera med ett medelfel på 0,26m. Resultatet visar också på att en integrering av två metoder är att föredra då de kan komplettera varandras svagheter. / The GPS is used today for personal navigation, however GPS performs less well in an in-door environment due to the dependency of line of sight. The IPS, Indoor Positioning Sys-tem, will complement the function of the GPS and open doors for new applications. In this thesis studies of methods and techniques are made to enable IPS for a portable device. These techniques and methods are verified that they could be implemented in a smartphone.A prototype was designed to examine the possibility to navigate in an indoor environment. The prototype was built on a RSSI-based radio fingerprinting method over Bluetooth. This method was integrated with a dead reckoning system using an IMU to follow the motions of the user. Tests and simulations are performed along with the results presented in tables and figures. The result shows that it is possible to navigate using the prototype with a mean error of 0.26m. Results are also showing that two methods are to prefer, as they will com-plement each other’s weaknesses.

Tillämpning av instrument vid utövande av explosiva idrottsgrenar, för att mäta en atlets kraftproduktion, kan användas vid analys för att fastställa hur bra en atlet presterar. Dessa typer av instrument finns på marknaden och är oftast tillämpade för sprintstarter och har funktionen att man kanfånga en atlet på film och koppla en händelse till det data som hämtats in via instrumentet. Nackdelenmed dessa system är att de antingen är väldigt dyra eller är i avsaknaden av att vara smidiga ochportabla då de oftast levereras med mycket kringutrustning.Syftet med detta examensarbete var att utveckla ett system bestående av en mobilapplikation, samtlogik till en mikrokontroll som registrerar den horisontella kraften vid sprintstarter från en analogkälla. Insamlade data beräknas och skickas sedan med hjälp av BLE-kommunikation till mobilapplikationen som presenterar kraftdata för användaren.Utöver detta var syftet även att få inhämtad kraftdata tidssynkroniserad mot en mobil enhet för attgöra det möjligt att utvärdera händelser mot externa källor som IMU och höghastighetsfilm.Resultatet av arbetet visar att det är möjligt att hämta samplade kraftdata från en mikrokontroll viaBLE-kommunikation. Det går även att presentera beräknade kraftdata visuellt för en slutanvändaremed en mobilapplikation och få händelserna tidssynkroniserade med hjälp av tidssynkroniseringsalgoritmer. Resultaten kan emellertid förbättras genom fortsatt utveckling av detta system. / The application of instruments in the practice of explosive sports, to measure an athlete's force production, can be used to determine how well an athlete performs. Present instruments on the marketare most often applied to sprint starts and function to capture an athlete on film, and link the eventto the data retrieved from the instrument. The disadvantages with present day systems are that theyare either too expensive or lack flexibility and portability as they are usually delivered with a lot ofperipherals.The purpose of this thesis was to develop a system of a mobile application and logical code to a microcontroller that register horizontal forces at sprint starts from an analog source. The collected datawas calculated and transmitted using BLE communication to the mobile application which presentsthe force data to the user.Moreover, the purpose was also to have the acquired force data time-synchronized with a mobile device to make it possible to evaluate events against external sources such as IMU and high-speed film.The result for the logic developed throughout this work demonstrate that it is possible to retrievesampled force data from a microcontroller via BLE communication. It was possible to present thecalculated force data visually to an end user with a mobile application and have the events time synchronized using time synchronization algorithms. However, the results can be further improved bydevelopment of the system.

In der vorliegenden Studie wurde mit Hilfe von am Huf fixierten IMU-Sensoren der Einfluss verschiedener Manipulationen am Huf sowie der Einfluss unterschiedlicher Beschlagsmodifikationen auf die Dauer der einzelnen Schrittphasen des Pferdes untersucht. Zu den untersuchten Modifikationen gehörten Gewichtsmodifikationen, Modifikationen der dorsopalmaren und mediolateralen Ebene sowie von Hufeisen mit unterschiedlichen Abrollpunkten. Gegenstand der Studie waren zehn klinisch gesunde, lahmfreie Pferde. Gemessen wurde im Schritt und im Trab auf hartem, ebenem Boden. Die erhobenen Parameter waren die Schrittdauer, die Dauer der Hangbeinphase und die Dauer der Stützbeinphase inklusive der Auffußdauer, der Dauer der Hauptstützphase und der Abrolldauer sowie die Geschwindigkeit. Zusätzlich wurde der Einfluss morphometrischer Faktoren auf die Dauer der einzelnen Schrittphasen ermittelt. In Bezug auf die Ergebnisse, konnte in der vorliegenden Studie vor allem ein Einfluss der Beschlagsmodifikationen auf die Dauer der einzelnen Schrittphasen nachgewiesen werden. Zu den Kernergebnissen der Studie gehören eine signifikante Abnahme der Abrolldauer im Schritt durch Anschleifen einer Zehenrichtung bzw. Zurücksetzen des Hufeisens. Das Anbringen von Trachtenkeilen ging in beiden Gangarten mit einer signifikanten Abnahme der Abrolldauer sowie einer signifikanten Zunahme der Dauer der Hauptstützphase einher. Durch das Anbringen eines Eisenbeschlages kam es unabhängig von der Position des Abrollpunktes zu einer signifikanten Zunahme der Auffußdauer im Trab im Vergleich zu den Werten Barhuf. Besonderheit der vorliegenden Studie war die genaue Differenzierung der einzelnen Schrittphasen anhand der präzisen Datenerhebung durch die hohe Messfrequenz sowie die direkte Platzierung der Sensoren am Huf.:Inhaltsverzeichnis: Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 2 Literatur 2.1 Funktionelle Anatomie der distalen Gliedmaße 2.1.1 Knochen und Gelenke 2.1.2 Muskeln, Sehnen, Bänder 2.1.3 Der Huf 2.1.3.1 Definition und Aufbau 2.1.3.2 Hufschichten und Hufsegmente 2.1.3.3 Hufbeinträger 2.1.3.4 Hufmechanismus 2.1.3.5 Blutgefäße und Innervation 2.2 Biomechanische Grundlagen 2.2.1 Allgemeine Grundlagen der Biomechanik 2.2.1.1 Dynamik: Statik und Kinetik 2.2.1.2 Kinematik 2.2.2 Spezielle Biomechanik der distalen Gliedmaße des Pferdes 2.3 Hufzubereitung und Hufbeschlag 2.3.1 Überblick Hufzubereitung 2.3.2 Allgemeine Beschlagslehre 2.4 Beschlagsmodifikationen und ihre Anwendung bei Erkrankungen der distalen Gliedmaße sowie Fehlstellungen und Gangstörungen 2.4.1 Gewichts- und Materialmodifikationen 2.4.1.1 Gewichtszunahme durch Beschlagsmodifikationen 2.4.1.2 Gewichtsabnahme durch Beschlagsmodifikationen 2.4.2 Modifikationen der mediolateralen Ebene 2.4.2.1 Anwendung von Seitenkeilen 2.4.2.2 Anbringen von Extensionen 2.4.3 Modifikationen der dorsopalmaren Ebene 2.4.3.1 Anwendung von Trachtenkeilen 2.4.3.2 Einsatz von Stegeisen 2.4.4 Modifikationen des Abrollpunktes 2.4.4.1 Anbringen einer Zehenrichtung 2.4.4.2 Positionierung des Eisens 2.5 Bewegungsanalyse zur Untersuchung der distalen Gliedmaße des Pferde 2.5.1 Kinetische Methoden 2.5.1.1 Kraftmessungen 2.5.1.2 Druckmessungen 2.5.2 Kinematische Methoden 2.5.2.1 Optoelektronische Bewegungsanalyse 2.5.2.2 Sensorbasierte Bewegungsanalyse 2.6 Ausblick auf die Studie 3 Material und Methoden 3.1 Tiermaterial 3.1.1 Eigenschaften der Pferde 3.1.2 Selektion und Dokumentation der Tiere 3.2 Studiendesign und Versuchsaufbau 3.3 Datenerhebung 3.3.1 Technik 3.3.2 Hufzubereitung und Hufbeschlag 3.3.3 Praktische Durchführung und Dokumentation 3.4 Datenanalyse 3.4.1 Datenexport und Datenaufbereitung 3.4.2 Statistische Analyse 4 Ergebnisse 4.1 Dauer der einzelnen Schrittphasen Barhuf vor der Hufzubereitung 4.2 Einflussfaktoren auf die Dauer der Schrittphasen Barhuf vor der Hufzubereitung 4.2.1 Einfluss durch morphometrische Faktoren 4.2.2 Einfluss durch Gliedmaße und Gangart 4.3 Übersicht über die Wirkung der untersuchten Modifikationen auf die Dauer der einzelnen Schrittphasen an den Vordergliedmaßen im Schritt und im Trab 4.4 Wirkung der untersuchten Modifikationen auf die Dauer der einzelnen Schrittphasen an den Vordergliedmaßen im Schritt und im Trab 4.4.1 Vergleich der Werte nach unterschiedlichen Manipulationen am Huf mit den Werten Barhuf vor bzw. nach der Hufzubereitung 4.4.1.1 Einfluss durch Hufzubereitung 4.4.1.2 Einfluss der Verwendung zusätzlicher Gewichte 4.4.1.3 Einfluss einer veränderten Hufstellung 4.4.2 Vergleich der zeitlichen Parameter Barhuf und bei Verwendung unterschiedlicher Standardbeschläge 4.4.2.1 Einfluss durch Standardbeschläge mit unterschiedlicher Modifikation des Zehenteils bzw. der Eisenposition 4.4.3 Vergleich der Wirkung verschiedener Beschlagsmodifikationen auf die zeitlichen Parameter 4.4.3.1 Einfluss von Beschlagsmodifikationen zur Veränderung des Abrollpunktes 4.4.3.2 Einfluss durch einen Aluminiumbeschlag 4.4.3.3 Einfluss durch Modifikationen der Eisenoberfläche 5 Diskussion 5.1 Material und Methoden 5.1.1 Tiermaterial 5.1.2 Hufzubereitung und Hufbeschlag 5.1.3 Messbedingungen 5.1.4 Technik 5.1.5 Datenanalyse 5.2 Ergebnisse 5.2.1 Zeitliche Parameter Barhuf vor der Hufzubereitung 5.2.2 Einflussfaktoren auf die zeitlichen Parameter Barhuf vor der Hufzubereitung 5.2.3 Wirkung der untersuchten Modifikationen auf die Dauer der einzelnen Schrittphasen an den Vordergliedmaßen im Schritt und im Trab 5.2.3.1 Einfluss durch Hufzubereitung 5.2.3.2 Einfluss einer dorsopalmaren/ mediolateralen Änderung der Zehenstellung 5.2.3.3 Einfluss der Verwendung zusätzlicher Gewichte 5.2.3.4 Beeinflussung der zeitlichen Parameter durch Standardbeschläge im Vergleich zu Barhuf 5.2.3.5 Beeinflussung der zeitlichen Parameter durch Standardbeschläge mit unterschiedlichen Abrollpunkten 5.2.3.6 Beeinflussung der zeitlichen Parameter durch unterschiedliche Beschlagsmaterialien 5.2.3.7 Einfluss durch Modifikationen der Eisenoberfläche 5.3 Neuromuskuläre Prägung 5.4 Schlussfolgerungen und Ausblick 6 Zusammenfassung 7 Summary 8 Literaturverzeichnis 9 Anhang / The aim of the current study was to examine the influence of different horseshoe modifications on the duration of the stride phases by means of hoof mounted IMU sensors. Examined modifications were modifications of weight, modifications of the dorsopalmar and mediolateral plane as well as different points of breakover. The study used a cohort of ten clinically healthy, sound horses. Data were collected at walk and trot on a hard, level surface. The relevant parameters were the step duration, the duration of swing phase and the duration of stance phase including landing duration, midstance duration and breakover duration as well as speed. In addition, the influence of morphometric factors on the duration of the single stride phases was determined. In this study, an obvious influence of the horseshoe modifications was shown mainly on the duration of the single stride phases. A significant decrease of breakover duration at walk could be proven after rolling the toe or setting back the horseshoe. Attaching heel wedges was associated to a significant decrease of breakover duration and a significant increase of midstance duration in both gaits. In comparison to the results of the barefoot measurement, a significant increase of the landing duration was detected at the trot by attaching iron horseshoes, independent of the position of the point of breakover. Characteristic of this study was the differentiation of the single stride phases which was possible due to the high sampling frequency and the direct placement of the sensors on the hoof.:Inhaltsverzeichnis: Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 2 Literatur 2.1 Funktionelle Anatomie der distalen Gliedmaße 2.1.1 Knochen und Gelenke 2.1.2 Muskeln, Sehnen, Bänder 2.1.3 Der Huf 2.1.3.1 Definition und Aufbau 2.1.3.2 Hufschichten und Hufsegmente 2.1.3.3 Hufbeinträger 2.1.3.4 Hufmechanismus 2.1.3.5 Blutgefäße und Innervation 2.2 Biomechanische Grundlagen 2.2.1 Allgemeine Grundlagen der Biomechanik 2.2.1.1 Dynamik: Statik und Kinetik 2.2.1.2 Kinematik 2.2.2 Spezielle Biomechanik der distalen Gliedmaße des Pferdes 2.3 Hufzubereitung und Hufbeschlag 2.3.1 Überblick Hufzubereitung 2.3.2 Allgemeine Beschlagslehre 2.4 Beschlagsmodifikationen und ihre Anwendung bei Erkrankungen der distalen Gliedmaße sowie Fehlstellungen und Gangstörungen 2.4.1 Gewichts- und Materialmodifikationen 2.4.1.1 Gewichtszunahme durch Beschlagsmodifikationen 2.4.1.2 Gewichtsabnahme durch Beschlagsmodifikationen 2.4.2 Modifikationen der mediolateralen Ebene 2.4.2.1 Anwendung von Seitenkeilen 2.4.2.2 Anbringen von Extensionen 2.4.3 Modifikationen der dorsopalmaren Ebene 2.4.3.1 Anwendung von Trachtenkeilen 2.4.3.2 Einsatz von Stegeisen 2.4.4 Modifikationen des Abrollpunktes 2.4.4.1 Anbringen einer Zehenrichtung 2.4.4.2 Positionierung des Eisens 2.5 Bewegungsanalyse zur Untersuchung der distalen Gliedmaße des Pferde 2.5.1 Kinetische Methoden 2.5.1.1 Kraftmessungen 2.5.1.2 Druckmessungen 2.5.2 Kinematische Methoden 2.5.2.1 Optoelektronische Bewegungsanalyse 2.5.2.2 Sensorbasierte Bewegungsanalyse 2.6 Ausblick auf die Studie 3 Material und Methoden 3.1 Tiermaterial 3.1.1 Eigenschaften der Pferde 3.1.2 Selektion und Dokumentation der Tiere 3.2 Studiendesign und Versuchsaufbau 3.3 Datenerhebung 3.3.1 Technik 3.3.2 Hufzubereitung und Hufbeschlag 3.3.3 Praktische Durchführung und Dokumentation 3.4 Datenanalyse 3.4.1 Datenexport und Datenaufbereitung 3.4.2 Statistische Analyse 4 Ergebnisse 4.1 Dauer der einzelnen Schrittphasen Barhuf vor der Hufzubereitung 4.2 Einflussfaktoren auf die Dauer der Schrittphasen Barhuf vor der Hufzubereitung 4.2.1 Einfluss durch morphometrische Faktoren 4.2.2 Einfluss durch Gliedmaße und Gangart 4.3 Übersicht über die Wirkung der untersuchten Modifikationen auf die Dauer der einzelnen Schrittphasen an den Vordergliedmaßen im Schritt und im Trab 4.4 Wirkung der untersuchten Modifikationen auf die Dauer der einzelnen Schrittphasen an den Vordergliedmaßen im Schritt und im Trab 4.4.1 Vergleich der Werte nach unterschiedlichen Manipulationen am Huf mit den Werten Barhuf vor bzw. nach der Hufzubereitung 4.4.1.1 Einfluss durch Hufzubereitung 4.4.1.2 Einfluss der Verwendung zusätzlicher Gewichte 4.4.1.3 Einfluss einer veränderten Hufstellung 4.4.2 Vergleich der zeitlichen Parameter Barhuf und bei Verwendung unterschiedlicher Standardbeschläge 4.4.2.1 Einfluss durch Standardbeschläge mit unterschiedlicher Modifikation des Zehenteils bzw. der Eisenposition 4.4.3 Vergleich der Wirkung verschiedener Beschlagsmodifikationen auf die zeitlichen Parameter 4.4.3.1 Einfluss von Beschlagsmodifikationen zur Veränderung des Abrollpunktes 4.4.3.2 Einfluss durch einen Aluminiumbeschlag 4.4.3.3 Einfluss durch Modifikationen der Eisenoberfläche 5 Diskussion 5.1 Material und Methoden 5.1.1 Tiermaterial 5.1.2 Hufzubereitung und Hufbeschlag 5.1.3 Messbedingungen 5.1.4 Technik 5.1.5 Datenanalyse 5.2 Ergebnisse 5.2.1 Zeitliche Parameter Barhuf vor der Hufzubereitung 5.2.2 Einflussfaktoren auf die zeitlichen Parameter Barhuf vor der Hufzubereitung 5.2.3 Wirkung der untersuchten Modifikationen auf die Dauer der einzelnen Schrittphasen an den Vordergliedmaßen im Schritt und im Trab 5.2.3.1 Einfluss durch Hufzubereitung 5.2.3.2 Einfluss einer dorsopalmaren/ mediolateralen Änderung der Zehenstellung 5.2.3.3 Einfluss der Verwendung zusätzlicher Gewichte 5.2.3.4 Beeinflussung der zeitlichen Parameter durch Standardbeschläge im Vergleich zu Barhuf 5.2.3.5 Beeinflussung der zeitlichen Parameter durch Standardbeschläge mit unterschiedlichen Abrollpunkten 5.2.3.6 Beeinflussung der zeitlichen Parameter durch unterschiedliche Beschlagsmaterialien 5.2.3.7 Einfluss durch Modifikationen der Eisenoberfläche 5.3 Neuromuskuläre Prägung 5.4 Schlussfolgerungen und Ausblick 6 Zusammenfassung 7 Summary 8 Literaturverzeichnis 9 Anhang

Belastningsskador är idag ett allt större problem i samhället som leder till flera sociala och ekonomiska problem. Tillsammans med en ökande ålder på befolkningen kan belastningsbesvär skapa ännu mer utmaningar i framtiden. Att utöka kunskapen om ergonomi är ett bra sätt att minska risken för att drabbas av belastningsskador. Idag används primärt en visuell bedömning av ergonomi, men varje bedömning är individuella och inte konsistenta. Tillgängligheten av små och billiga Inertial Measurement Unit (IMU) har ökat möjligheten att mäta objektivt istället för subjektivt. I detta exjobb har Texas Instruments SensorTag CC2650 använts som sensor, då den är billig och har många inbyggda sensorer där den 9-axliga rörelsesensorn var den eftersökta. En webbaserad utvecklingsmiljö kallad Node-RED användes för utveckling av en prototyp och sensorn kopplades till en smarttelefon tillsammans med Texas Instruments egna applikation. Data från sensorn skickades från smarttelefonen till webbapplikationen. Mätningar utfördes på en arm för att mäta belastningen på en axel, när handens position passerade axelns höjd finns det risk för belastningsskador efter en längre tid. För att beräkna vinkel av armen användes accelerometer samt gyroskop tillsammans med ett komplementärt filter. Prototypen testades i flera tester, där ena testet undersökte en högre risk t.ex. rita på en tavla samt lägre risk t.ex. papperssortering. Det visade sig att sensorn är kapabel att utföra bedömningar av belastningsriskerna. Men det finns kända begränsningar i form av låg samplingshastighet på 5 Hz (begränsningar i Texas Instruments applikation). Nästa steg för vidare arbete är att lägga till en magnetometer till prototypens sensor fusion och undersöka dess tillförlitlighet. / Musculoskeletal disorders (MSD) is a rising problem in society leading to several socio-economic problems. In combination of the trend of an aging population, MSD can cause even more challenges in the future. Expanding the knowledge of ergonomics is a good way to reduce the risk of stress injury. Today, a visual assessment of ergonomics is primarily used. These observations are individual and not consistent. Availability of cheaper and smaller Inertial Measurement Unit (IMU) has increased the possibility of using objective measurements instead of subjective observations. In this thesis work, the Texas Instruments SensorTag CC2650 was used as a sensor, because it is cheap and has many built-in sensors where the 9-axis motion sensor was the most sought one. A web-based development environment called Node-RED was used to develop a prototype and the sensor was connected to a smartphone along with Texas Instruments own application. The data from the sensor was sent from the smartphone to the web application. Measurements were performed on an arm to measure the load on a shoulder, when the hand's position passed the height of the shoulder it indicates that there is a risk of musculoskeletal disorders after an amount of time. To calculate the angle of the arm, sensor fusion of an accelerometer and a gyroscope were used together with a complementary filter. Developed system was evaluated by series of tasks exposing the shoulder to a higher risk e.g., painting compare to lower risk tasks e.g., paper sorting. It turned out that measurement are useful for assessment of the risk. However, there are known limitations like low sampling rate of 5Hz (due to limitation in the android app from Texas Instruments). Adding magnetometer to the sensor fusion and evaluation of reliability of calculations are the next natural steps for future work.

Camera based navigation is getting more and more popular and is the often the cornerstone in Augmented and Virtual Reality. However, navigation systems using camera are less accurate during fast movements and the systems are often resource intensive in terms of CPU and battery consumption. Also, the image processing algorithms introduce latencies in the systems, causing the information of the current position to be delayed. This thesis investigates if a camera and an IMU can be fused in a loosely coupled Extended Kalman Filter to reduce these problems. An IMU introduces unnoticeable latencies and the performance of the IMU is not affected by fast movements. For accurate tracking using an IMU it is important to estimate the bias correctly. Thus, a new method was used in a calibration step to see if it could improve the result. Also, a method to estimate the relative position and orientation between the camera and IMU is evaluated. The filter shows promising results estimating the orientation. The filter can estimate the orientation without latencies and can also offer accurate tracking during fast rotation when the camera is not able to estimate the orientation. However, the position is much harder and no performance gain could be seen. Some methods that are likely to improve the tracking are discussed and suggested as future work.

This paper describes, the development of a sensor fusion algorithm-based Kalman lter ar- chitecture, in combination with a low cost Inertial Measurement Unit (IMU) for an Attitude Heading Reference System (AHRS). A low cost IMU takes advantage of the use of MEMS technology enabling cheap, compact, low grade sensors. The use of low cost IMUs is primar- ily targeted towards Unmanned Aerial Vehicle (UAV) applications due to the requirements for small package size, light weight, and low energy consumption. The high dynamics nature of smaller airframes, coupled with the typical vibration induced noise of UAVs require an e cient, reliable, and robust AHRS for vehicle control. To eliminate the singularities at 90 on the pitch and roll axes, and to keep the computational e ciency high, quaternions are used for state attitude representation.

Nous avons évalué les performances et limitations de différents capteurs susceptibles d’aider à orienter un déficient visuel : GPS, magnétomètre, gyroscope, accéléromètre, baromètre ainsi que la façon de les combiner pour guider efficacement les déficients visuels dans trois contextes différents : le milieu urbain, la randonnée et les intérieurs. Nous avons réalisé des prototypes se plaçant sur la hanche ou tenus à la main fournissant une information présentée sous la forme d’un cap et d’une distance au point à atteindre. Cette information se réactualise en temps réel en fonction des changements de position ou d’orientation de la personne.Nous avons montré par des tests en situation réelle sur des parcours urbains et pédestres de plusieurs kilomètres, effectués par différents déficients visuels, l’efficacité de cette approche très différente de celle du guidage automobile. Les tests ont été également effectués dans des zones où les capteurs sont perturbés : forêts denses ou rues avec des bâtiments hauts (signal GPS perturbé), à proximité des lignes électriques (magnétomètre perturbé), etc. Le cas le plus complexe est celui des intérieurs (stations du métro, centres commerciaux) où le signal GPS est absent. Notre approche ne fait appel à aucun équipement du lieu (de type bornes Bluetooth ou Wifi) et utilise uniquement une cartographie préalable ou relevée sur le site. Nous sommes parvenus à des guidages fonctionnels sur quelques centaines de mètres sous certaines conditions : entrainement de l’utilisateur afin d’assimiler les spécificités du langage de la locomotion utilisé pour le guidage et apprentissage des stratégies de déplacement évitant le disfonctionnement de la centrale inertielle. Nous sommes en mesure de proposer à l’issue de ce travail un outil pouvant être diffusé auprès des utilisateurs avec des solutions fiables pour le milieu urbain et la randonnée. Pour les intérieurs les développements complémentaires se poursuivent et ne seront proposés qu’en béta-test. Cet outil va également être proposé pour initier les déficients visuels non autonomes à des randonnées simples afin de tenter de faire naître l’envie d’améliorer son autonomie. / We have evaluated the possibilities and the limitations of different sensors able to help to the orientation of the visually impaired: GPS, magnetometer, gyroscope, accelerometers, and barometers and also the way to mix their information for guiding efficiently the visually impaired in three different contexts: urban areas, hiking and indoor areas. We have implemented some belt mounted and hand held prototypes giving the information in the way of “heading” and “distance” to the destination to reach. This information is updated in real time taking into consideration the change of the position and orientation of the person. We have shown, during real situation tests, in urban pedestrian paths and hiking circuits of many kilometers done by different visually impaired people, the efficiency of this approach which is very different to the car navigation. The tests have been run including zones where the sensors data is perturbed: dense forest or big buildings in urban areas (GPS signal perturbed), proximity to electrical lines (magnetometer data perturbed), etc. The most complicated case is the indoor navigation (metro stations and commercial centers) where the GPS signal is not available. Our approach does not require any equipment apparatus in the building (such as Bluetooth or Wi-Fi hotspots) and uses just a previous cartography or a cartography done in situ. We have achieved functional guidance in few hundred meters under certain conditions: the training of the user in order to make him understand the specific characteristics of the mobility language used for the navigation and the learning of the strategies of displacement in order to avoid the failure of the Inertial Measurement Unit (IMU). We are in position to offer, at the end of this work, one tool which can be distributed to the users with reliable solutions for the urban areas and the hiking. For the indoor navigation, complementary development is carrying on and it will be proposed just like beta-test version. This tool is also going to be proposed for initiating non-autonomous visually impaired people to easy treks in order to try to make them want to improve their autonomy.

Because of the limitation of GPS indoors there is a demand for alternative methods to accurately determine both position and orientation. Previous attempts at positional tracking has required an infrastructure of hardware and sensors to provide the path of an object or person. This is not a mobile solution to a mobile problem. This project aims to answer the question if it is possible to use an Inertial measurement unit sensor for this application. It will also create a prototype device that will demonstrate the capabilities of the proposed method. The goal of the project is to reach an accuracy of ±20 cm for position and ±5 degrees for rotation. A Kalman filter will be used to filter the output from the sensor in order to get more stable and accurate readings. The results show that it is possible to determine position of ±20 cm up to 100 cm with the proposed method. An inertial measurement unit is capable of measuring rotation accuracy of ±5 degrees and a prototype has been designed and manufactured to demonstrate the method.