The breakthrough in mobile technology and the development of smartphones, supplied with sensing devices such as Inertial Measurement Units (IMUs), has made it possible to obtain accurate and reliable data on the angular velocity for different objects. The available technical sensors for wrist movements, such as electrogoniometers, are costly, time-consuming, and need a particular computer program to be analyzed. Therefore, there is a need to develop user-friendly risk assessment methods for wrist angular velocity measurements. This master thesis aimed to validate the accuracy of a newly developed iPhone application (App), "ErgoHandMeter," for wrist velocity in actual work tasks, by comparing the “ErgoHandMeter” to standard electrogoniometers. The project study was performed with four participants, two females and two males, from three jobs performing actual work tasks. The total angular velocity obtained by the mobile application was compared with the angular velocity data from the standard electrogoniometer. The total angular velocities obtained from the smartphone and the goniometer were computed at the 10th, 50th and 90th percentile for the four subjects. The 50th percentile of goniometer-flexion velocity (G-flex) was 7.4 ± 5.4°/s, for the goniometer-total (G-tot) 8.7 ± 6.5)°/s and for App 7.2 ± 4.9°/s. The correlation coefficient for the 50th percentile of goniometer-flexion (G-flex) parameter and smartphone application was 0.994. For the goniometer-total (G-tot) and the application, it was 0.993. In a Bland-Altman plot the mean difference between G-flex and App for the 50th percentile was -0.18 °/s and for G-tot and App was -1.54 °/s, i.e. the App was lower in average. The limit of the agreement between G-Flex and App, and G-tot and App stayed within two standard deviations. For G-Flex and App (mean+1.96SD) was 1.34 °/s, (mean-1.96SD) was -1.71 °/s, while for G-tot and App (mean+1.96SD) was 1.89 °/s, (mean-1.96SD) was -4.96 °/s, indicating an adequate agreement between the two methods. A limitation was that the included occupations were all relatively low velocity. However, in conclusion, the results indicate that the two methods agree adequately and can be used interchangeably. / Genombrottet inom mobiltekniken och utvecklingen av smarttelefoner med sensorer som t.ex. tröghetsmätningsenheter (IMU) har gjort det möjligt att få exakta och tillförlitliga uppgifter om vinkelhastigheten för olika objekt. De tillgängliga tekniska sensorerna för handledsrörelser, t.ex. elektrogoniometrar, är dyra, tidskrävande och de samplade signalerna kräver ett särskilt datorprogram för att analyseras. Det finns därför ett behov av att utveckla användarvänliga riskbedömningsmetoder för mätningar av handledens vinkelhastighet. Syftet med detta examensarbete var att validera noggrannheten hos en nyutvecklad iPhone-applikation (App), "ErgoHandMeter", för handledshastighet i verkliga arbetsuppgifter, genom att jämföra "ErgoHandMeter" med vanliga elektrogoniometrar. Projektstudien genomfördes med fyra deltagare, två kvinnor och två män, från tre yrken som utförde verkliga arbetsuppgifter. Den totala vinkelhastigheten som erhölls av mobilapplikationen jämfördes med vinkelhastighetsdata från standardelektrogoniometern. De totala vinkelhastigheterna som erhållits från smarttelefonen och goniometern beräknades vid den 10:e, 50:e och 90:e percentilen för de fyra försökspersonerna. Den 50:e percentilen för goniometer-flexionshastigheten (G-flex) var i genomsnitt 7,4°/s och för goniometertotalen (G-tot) 8,7°/s. Korrelationskoefficienten (r) för den 50:e percentilen för goniometer-flexionsparametern (G-flex) och smartphone-applikationen var 0,994. För goniometer-total (G-tot) och applikationen var r 0,993. I en Bland-Altman-plot var den genomsnittliga skillnaden mellan G-flex och appen för den 50:e percentilen -0,18°/s och för G-tot och appen -1,54°/s (App var lägre än Gon). Medelvärdet för differensen mellan G-Flex och App och G-tot och App ligger inom två standardavvikelser. För G-Flex och App (medelvärde+1,96SD) var 1,34 °/s, (medelvärde-1,96SD) var -1,71 °/s, medan för G-tot och App (medelvärde+1,96SD) var 1,89 °/s, (medelvärde-1,96SD) var -4,96 °/s. Vilket tyder på en tillräcklig överensstämmelse mellan de två metoderna. En begränsning var att de inkluderade yrkena alla hade relativt låg hastighet. Sammanfattningsvis visar dock resultaten att de två metoderna stämmer väl överens och kan användas på ett utbytbart sätt.

Belastningsskador hos arbetare är ett ökande problem hos olika företag och det har visat sig finnas en tydlig koppling mellan dessa skador och handledens vinkelhastigheten. Det är därför av stort intresse att kunna mäta dessa vinkelhastigheter på ett noggrant och smidigt sätt. Syftet med denna rapport är att utvärdera precisionen av IMU-sensorers förmåga att beräkna vinkelhastigheten av handleden. Detta görs genom att jämföra data från IMU-sensorer med data från ett optiskt spårningssystem (OTS), vilket klassas som en gold standard inom detta område. Ett experiment bestående av åtta övningar utfördes: tre standard rörelser (flexion och rotation i takterna 40, 90 och 140 slag per minut) och fyra simulerade arbeten (målning, pappersvikning, datorarbete och hårföning). Grad av överensstämmelse ges av 1,96 standardavvikelser (SD) för standardrörelserna (10 deltagare) vilka var -31,8 grader/s och 34,2 grader/s, medan för de simulerade arbetena var det -35,1 grader/s och 34,2 grader/s. Det lägsta medelvärdet av medelkvadratavvikelse (RMSD) var 15,7 grader/s och erhölls vid 40 BPM medan den högsta medelvärdet var 93,9 grader/s och erhölls vid målningsövningen. Medelvärdet av korrelationskoefficienten mellan IMU-sensorer och OTS varierade mellan 0,97 och 0,42 och korrelationskoefficienterna av deltagarnas 50:e percentiler av vinkelhastigheten var 0,95 för standardrörelserna och 0,96 för de simulerade arbetena. Medelvärdet av absoluta differensen mellan sensorer och OTS var givet i percentiler (10:e, 50:e och 90:e). Det största spannet för 50:e percentilen gavs vid 140 BPM (18,3 ± 24,6) och det minsta spannet vid 40 BPM (3,5 ± 4,7). Trots att det fanns mindre differenser mellan metodernas mätningar av vinkelhastighet, anser vi att IMU-sensorer har potential att användas för att mäta vinkelhastigheter hos handledens och med vidare utveckling kan den nuvarande differensen minimeras. / Musculoskeletal disorders (MSDs) are increasingly frequent amongst workers and there is a clear connection between work injuries and wrist angular velocities. One of the biggest issues therefore is the currently limited availability of means to measure these angular velocities. The aim of this study is to validate the usability of the IMU sensors to measure angular velocities. This is done by comparing the data from the IMU:s with the data obtained with the optical motion tracking system (OTS), which is considered gold standard within this field of studies. An experiment consisting of eight exercises was conducted: three standard movements (flexion and rotation in the pace 40, 90 and 140 repetitions per minute) and four simulated practical work tasks (painting, folding paper, computer exercise and using a hairdryer). The limits of agreement for the standard movements (10 subjects) were -31,8 degrees/s and 34,2 degrees/s, whereas for the simulated practical work tasks they were -35,1 degrees/s and 28,2 degrees/s. The lowest mean value of the root mean square deviation (RMSD) value was 15,7 degrees/s which represents the 40 BPM task whilst the highest mean value was 93,9 degrees/s which correspond to the painting task. The mean value of the correlation coefficients between the IMU:s and the OTS ranged between 0,97 and 0,42 and the correlation coefficient between the subjects 50:th percentiles of the angular velocity, was 0,95 for the standard movements whilst for the practical work tasks it was 0,96. The mean value of the absolute difference between the sensors and the OTS was given in percentiles (10th, 50th and 90th). The largest range within the 50th percentile occurred during the 140 BPM task (18,3 ± 24,6) and the smallest range during the 40 BPM task (3,5 ± 4,7). Although the measured angular velocities vary to a certain extent between the two methods, we conclude that the IMU sensors present the potential to work as measuring units for wrist angular velocities and with further development the current differences can be minimized. / Forte dnr: 2017-01209 "Enkel och tideffektiv metod att mät, analysera och presentera biomekaniskbelastning för hand-handled"

This thesis investigates the feasibility and performance of an inertial based positioning system for dairy cows in a barn environment. The investigated positioning method is pedestrian dead reckoning using inertial navigation with MEMS sensors. While this method is well known for human positioning applications, there has not been a lot of studies of its use on terrestrial animals. Since inertial based positioning systems are dependent on drift correction, the focus of the research is drift correction methods. Two methods, zero velocity update (ZUPT) and sparse locations, are compared with regards to positioning accuracy, energy consumption and sensor placement.  The best positioning estimates are achieved by using ZUPT corrections at a sample rate of 10 Hz, resulting in a mean position drift of 0.2145 m=m. Using a proposed equidistant sample time based sleep mode scheme, this would require a theoretical supply current of 0.21 mA. It is also seen that better position estimates are obtained for sensors that are placed low and on the front legs. The sparse locations method suffers from severe position drift between the locations, resulting in unusable positioning data. A combination of ZUPT and sparse location yields less accurate positioning than ZUPT only. / Denna masteruppsats undersöker genomförbarhet och prestanda av ett tröghetsbaserat positioneringsssystem för mjölkkor i en lada. Den undersökta metoden är död räkning för fotgängare mha. tröghetsnavigering med MEMSsensorer. Denna metod är välkänd för positionering av människor, men få studier har gjorts kring dess användbarhet för djur. Eftersom tröghetsbaserad navigering är beroende av driftkorrigering är detta fokuset för forskningen. Två olika metoder utvärderas, zero velocity update (ZUPT) och sparse locations, och en jämförelse görs med avseende på positionsnoggrannhet, energiförbrukning och sensorplacering.Bäst positionering uppnås med ZUPT-korrigeringar vid en samplingsfrekvens på 10 Hz, vilket ger ett medelvärde av positionsdrift på 0.2145 m=m. Om ett föreslaget ekvidistant samplingstidsbaserat schema för viloläge används skulle 10 Hz kräva en teoretisk matningsström på 0.21 mA. Vidare fås bättre positioneringsresultat för sensorer som är placerade lågt och på frambenen. Korrektionsmetoden med sparse locations ger en svår positionsdrift mellan platserna, vilket resulterar i oanvändbar positionsdata. En kombination av ZUPT och sparse locations ger sämre precision än om endast ZUPT används, samt ökar energiförburkningen på grund av behovet av ytterligare sensorer.

Feature extraction is an essential part of the Visual Odometry problem. In recent years, with the rise of Neural Networks, the problem has shifted from a more classical to a deep learning approach. This thesis presents a fine-tuned feature extraction network trained on pose estimation as a proxy task. The architecture aims at integrating inertial information coming from IMU sensor data in the deep local feature extraction paradigm. Specifically, visual features and inertial features are extracted using Neural Networks. These features are then fused together and further processed to regress the pose of a moving agent. The visual feature extraction network is effectively fine-tuned and is used stand-alone for inference. The approach is validated via a qualitative analysis on the keypoints extracted and also in a more quantitative way. Quantitatively, the feature extraction network is used to perform Visual Odometry on the Kitti dataset where the ATE for various sequences is reported. As a comparison, the proposed method, the proposed without IMU and the original pre-trained feature extraction network are used to extract features for the Visual Odometry task. Their ATE results and relative trajectories show that in sequences with great change in orientation the proposed system outperforms the original one, while on mostly straight sequences the original system performs slightly better. / Feature extraktion är en viktig del av visuell odometri (VO). Under de senaste åren har framväxten av neurala nätverk gjort att tillvägagångsättet skiftat från klassiska metoder till Deep Learning metoder. Denna rapport presenterar ett kalibrerat feature extraheringsnätverk som är tränat med posesuppskattning som en proxyuppgift. Arkitekturen syftar till att integrera tröghetsinformation som kommer från sensordata i feature extraheringsnätverket. Specifikt extraheras visuella features och tröghetsfeatures med hjälp av neurala nätverk. Dessa features slås ihop och bearbetas ytterligare för att estimera position och riktning av en rörlig kamera. Metoden har undersökts genom en kvalitativ analys av featurepunkternas läge men även på ett mer kvantitativt sätt där VO-estimering på olika bildsekvenser från KITTI-datasetet har jämförts. Resultaten visar att i sekvenser med stora riktningsförändringar överträffar det föreslagna systemet det ursprungliga, medan originalsystemet presterar något bättre på sekvenser som är mestadels raka.

Avalanches kill on average 250 people per year. Fall detection algorithms have been used to detect many different types of falls. In this work, a robust humanoid test rigwas designed and built to investigate the use of proven threshold based fall detection algorithms during skiing. A novel burial detection algorithm is used, to detect whether or not a person has been buried by snow, as this is often lethal. Data acquisition were conducted in the Swedish mountains, as well as computer simulations to further strengthen the results. This thesis shows that an IMU, in conjunction with force sensors around the chest and shoulders are sufficient to detect a fall and burial by snow. The algorithms achieve excellent results based on measurement data gathered by thetest rig. Tests were made to check the algorithm for a person gathering data. This showed that additional evaluation is needed to be applicable to live people, since skiing by the test rig is not completely representative of human skiing. / Laviner dödar i genomsnitt 250 människor per år. Fallavkänningsalgoritmer har använts för att upptäcka många olika typer av fall. I detta arbete har en robust människoliknande testrigg designats och byggts för att undersöka användningen avbevisade gränsvärdebaserade fallavkänningsalgortimer under skidåkning. En ny begravningsavkänningsalgoritm används, för att avkänna om en person har blivit begraven av snö, då det är livshotande. Datainsamling gjordes i de svenska fjällen, samt datorsimuleringar för att vidare stärka resultaten. Denna avhandling visar att en IMU, tillsammans med kraftsensorer runt bröstet och axlar är tillräckligt för att avkänna ett fall och begravning i snö. Algoritmerna producerar förträffliga resultat av baserat på mätdata samlat avtestriggen. Tester gjordes för att granska algoritmen när en person samlar data. Det visade att ytterligare undersökning krävs för applicering på levande människor, då skidåkning av testriggen inte är helt representativt av mänsklig skidåkning.

There is a high demand for Indoor Positioning Systems (IPS) due to the wide application possibilities. The main issue for localization by wireless signals in an indoor environment is the multipath propagation problem. Multipath propagation occurs when signals reflects and refract from an object, changing the signals characteristics. Today there is no IPS that can balance the cost, accuracy, and complexity. In January 2019 Bluetooth released a new standard, Bluetooth Low Energy (BLE) 5.1, which enables the ability to measure the Angle of Arrival (AoA) of an incoming signal. The purpose of this thesis is to mitigate the disturbances caused by multipath propagation by conducting a case study. This was done by designing systems that combine different positioning techniques with sensor fusion and evaluating them based on power efficiency, execution time and precision. Two wireless localization techniques were evaluated, trilateration and triangulation, which are based on Received Signal Strength Indication (RSSI) and AoA respectively, along with an Inertial Measurement Unit (IMU). An Extended Kalman Filter EKF was used to fuse the sensor data. The system with the best overall performance uses the AoA signals and a multipath mitigation technique. The system with AoA and IMU had a similar performance but has an overall higher complexity due to the added IMU component. The RSSI system could not satisfy the requirement of precision. / Det finns en stor efterfrågan på inomhus positionssystem (IPS) tack vare de många möjliga tillämpningarna. Det största problemet för inomhuslokalisering med trådlösa signaler i inomhusmiljö är flervägsutbredningsproblemet. Felvägsutbredning inträffar när signaler reflekterar och bryts på ett objekt, och ändrar dess karaktär. Idag finns det inga IPS som kan balansera kostnaden, noggrannhetoch komplexitet. I januari 2019, släppte Bluetooth en ny standard, Bluetooth Low Energy (BLE) 5.1, som gör det möjligt att mäta ankomstvinkeln (AoA) för en inkommande signal. Syftet med denna avhandling är att minska störningarna orsakade av flervägsutbredning genom att utföra en fallstudie. Detta gjordes genom att designa system som kombinerar olika positioneringstekniker med sensor fusion och utvärdera dessa med avseende på energieffektivitet, exekveringstid och precision. Två trådlösa lokaliseringstekniker utvärderades, trilaterering och triangulering, som är baserade på mottagen signalstyrka indikation RSSI och AoA respektive, tillsammans med en tröghetssensor (IMU). Ett Utökat Kalman-Filter (EKF) användes för att kombinera data. Systemet med den överlag bästa prestandan använder AoA-signaler och en teknik för att dämpa flervägsutredningen. Systemet med AoA och IMU hade liknande prestanda men den totala komplexiteten ökade med att lägga till en IMU komponent. RSSI systemet var inte tillräckligt tillfredsställande med avseende på precisionskraven.

International Telemetering Conference Proceedings / October 20-23, 2003 / Riviera Hotel and Convention Center, Las Vegas, Nevada / The IMS(In-vehicle Monitoring Subsystem) of VMS(Vehicle Monitoring System) is the multifunctional and complex integrate embedded system, which sends the data of various in-vehicle devices to MC(Monitoring Center) and accepts commands and schedules from there. Using GPRS platform in this system make it possible for real-time and effective data transmission. This paper proposes some new insights on IMS applied to public traffic, including its software and hardware composition, and its realization method.

International Telemetering Conference Proceedings / October 23-26, 2000 / Town & Country Hotel and Conference Center, San Diego, California / A novel approach combines GPS receiver technology with micro-electromechanical inertial sensors to improve performance of single object tracking radar. The approach enhances range safety by integrating an airborne Global Positioning System/Inertial Movement Unit (GPS/IMU) with a C-band transponder to downlink time-space-position information (TSPI) via FPS-16 instrumentation radar. This improves current telemetry links and the Range Application Joint Program Office (RAJPO) data link for downlinking TSPI because of the inherent long-range advantage of the radar. The goal of the project is to provide distance independent accuracy, and to demonstrate continuous 15-meter or better position accuracy over the entire flight envelope out to slant ranges up to 1,000 Km with at least 50 updates per second. This improves safety coverage for the wide area flight testing. It provides risk reduction for the Air Force Flight Test Center (AFFTC), Edwards Air Force Base, California and other ranges planning TSPI system upgrades.

International Telemetering Conference Proceedings / October 25-28, 1999 / Riviera Hotel and Convention Center, Las Vegas, Nevada / The GPS/INS equipment is used at the Air Force Flight Test Center (AFFTC) to collect time space position information (TSPI) during testing. The GPS-based test instrumentation is lagging behind available commercial technologies. Advancing technologies for test use requires investigation of affordable commercial equipment. To enable technology insertion for state of the art testing, there is a need for more robust, flexible, reliable, modular, affordable low cost TSPI systems capable of operating in all flight environments. Modular (plug-and-play) hardware and software, quick and easy to re-configure, are required for supporting various test platforms from fighter aircraft to cargo size aircraft. Flight testing dynamics are such that, GPS-only systems tend to lose data during critical maneuvers. To minimize this data loss, inertial measurement systems coupled with GPS sensors are used in most sophisticated range instrumentation packages. However, these packages have required fairly expensive inertial units, are usually very large and not very flexible in terms of quick and easy reconfiguration to meet the unique needs of AFFTC’s test customers. WADDAN SYSTEMS has begun to address this problem with a modular design concept, which incorporates their high-performance navigation quality inertial measurement unit, but with costs comparative to that of lower-end performance inertial units. This paper describes WADDAN’s concept and the components that make up MAGI; and addresses some of the preliminary testing and near-term proposed activities. In general, the system will provide GPS, inertial and discrete MIL-STD 1553, RS-232/422 and video data from the participant. The MAGI will be structured around the Compact personal computer interface (PCI) backplane bus with on-board recording and processing and will include real-time command and control through a UHF data link.

This thesis presents the design of an inertial measurement data acquisition system intended for use in sailboats. The variables of interest are 3-axis acceleration, 3-axis rotation, GPS position/velocity, magnetic compass bearing and wind speed/direction. The design focus is on low-cost micro-electromechanical systems (MEMS) based technology and demonstrating the validity of these technologies in a scientific application. A prototype is constructed and submitted to a series of tests to demonstrate functionality and soundness of the design. These tests range from bench tests to full scale application. Contributions of this thesis include the novel application of inertial measurement unit (IMU) technology to a sailboat racing application, the integration of all instrumentation, creative ruggedised packaging and emphasising the use of low-cost commercial off-the-shelf (COTS) technology.