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IMU Sensor
PowerSupply
27th Nanhee,Kim
1
IMUSensor Acceleration
Sensor
GyroSensor Terrestrial
Magnetism
Sensor
2 3 4
CONTENTS
321
GyroSensor
Acceleration
Sensor
IMU
Sensor
4
Terrestrial
Magnetism
Sensor
InertialMeasurementUnit
관성측정장치
관성의 변화를 기록하는 장치
IMUSensor
Acceleration Gyro
IMUSensor
Terrestrial
Magnetism
보행자및이동물체의움직임상황을인식
Drone
기울어진 날개 쪽을 알아내어 모터 속도를
좀 더 올리는 방식으로 피드백 하며 제어
SmartPhone
카메라 앱 – 파노라마 사진 촬영
자동차 레이싱 게임 – 돌리는 동작
MotorCycle
바이크의 현재 기울기를 계기판에 표기
기울기 값으로 주행 방향 비추는 코너링 라이트
코너링 ABS, 윌리 컨트롤, 트랙션 컨트롤,
세미 액티브 서스페션 등
바이크의 여러 곳에 활용
비행기,선박,우주선,
위성,유도미사일의
핵심부품
IMUSensor의사용
321
GyroSensor
IMU
Sensor
Acceleration
Sensor
4
Terrestrial
Magnetism
Sensor
중력가속도를기준으로사물이얼마만큼의힘을받고있는지를측정
F = ma
AccelerationSensor
고정된상태라면중력가속도만작용
중력가속도는X축+Y축+Z축의벡터합
가속도 센서는 분할된 벡터 값을 측정
AccelerationSensor
Y축
고정
회전
센서의자유낙하→g가0(공기저항무시)→센서측정X
이동과 진동에 취약,
흔들기 전 후의 값이 같다
AccelerationSensor특징
값이 일정하게 유지,
오차가 누적되지 않는다
AccelerationSensor특징
노이즈가심하고움직임이왜곡가능하지만,
이동, 진동에 취약, 노이즈가 심하고 움직임이 왜곡 가능
→ Gyro Sensor로 보완
AccelerationSensor특징
값이일정하게유지,오차가누적되지않음
정리
321
Acceleration
Sensor
IMU
Sensor
Gyro
Sensor
4
Terrestrial
Magnetism
Sensor
각속도를측정,
일정시간동안얼마만큼의각도변화?
GyroSensor
𝜔(오메가)
X축,Y축,Z축각각의변화량표현
GyroSensor
아무 움직임 없다면 0
속력을시간에대한적분→이동거리
각속도를적분→회전한각도
GyroSensor
While(1){
Angle.x += gyro.x;}
시작점으로부터얼마만큼이나회전했는지알기어렵다
일정 시간 적분 → 적분 누적 오차 발생
GyroSensor특징
드리프트
마이너스쪽으로간다,
센서의노이즈도함께적분
GyroSensor특징
상보 필터 OR 칼만 필터
적분 오차를 줄이고,
루프 도는 시간을 알아내어
센서 값을 그 시간에 나눔
GyroSensor특징
누적오차로각도가틀어진다
센서를오래사용하거나한루프동안빠른각속도로회전,
누적오차가더커짐
노이즈로 인해 적분 시 오차가 누적,
초기 기준 값을 잡아주지 않으면 수평을 못 맞춤
→ Acceleration Sensor로 보완
GyroSensor특징
적분을통해회전각도를알수있음
정리
정확한 출력을 계산해야 할 경우
온도센서도 함께 사용하여 오차를 보상해야한다.
GyroSensor특징
GyroSensor는온도가변하면
구하는값이같이변하는특성이있음
추가적으로
Acceleration&GyroSensor상호보완
계산된기울어진각
도는올바른값
Acceleration Gyro
정지상태의
긴시간의관점
시간이지날수록
틀린값
기울어진각도와
많이다른계산값 올바른값짧은시간의관점
Acceleration&GyroSensor비교
Roll,Pitch,Yaw
X축중심회전:Roll Y축중심회전:Pitch Z축중심회전:Yaw
센서로측정된값
계산된값
Roll,Pitch,Yaw의계산:AccelerationSensor
Roll
Pitch
Yaw
Roll,Pitch,Yaw의계산:AccelerationSensor
Yaw 는?
구할 수 없는 Yaw 값을 자이로 센서로 보충
위치 추정에서 방위각인 Yaw값을 알 수 없으면,
‘위치’가 아닌 ‘이동거리’만을 측정하는 것과 같다.
위치 측정에서는 얼마만큼 이동했느냐도 중요하지만,
어느 방향으로 이동했느냐도 필수적이다.
구할수없다.
중력가속도방향과일치하는Z축회전은감지불가
Roll,Pitch,Yaw의계산:GyroSensor
오일러 각
지면에 평행하게 두지 않고
센서의 Roll각을 20도 정도로 하고 90도 회전을 할 경우,
Yaw 회전만 측정해서는 관성 좌표계에 대한
Yaw회전 각을 구할 수 없다.
→ 오일러 각 변환이 필요
센서를지면에평행하게두고
Yaw회적각도만구한다면실제90도각도구할수있다
Roll,Pitch,Yaw의계산:GyroSensor
Ω는 각 축의 각속도인 p, q, r이고
Q는 현재 오일러 각인 φ, θ, ψ를 의미
Acceleration&GyroSensor비교
오일러각은현재세가지를사용가능,
가속도센서로만들어낸오일러각,
자이로센서로만들어진오일러각.
실제 자세한 각을 반영하기 위해
상보 필터를 거친 오일러 각을 사용
Acceleration&GyroSensor의보완
Pitch,Roll,Yaw값의회전량밖에못구함
방위각(수직인면에대한회전각)을못구함
어디가 머리인지 모름
→ TerrestrialMagnetism Sensor 사용하여 보완
321
Acceleration
Sensor
IMU
Sensor
Terrestrial
Magnetism
Sensor
4
GyroSensor
지자기?
TerrestrialMagnetismSensor
지구자기장,
지구가 방출하는 자기장
X축,Y축,Z축방향으로,
TerrestrialMagnetismSensor
출력의 벡터 합으로
자기장의 크기와 방향을 측정
X축,Y축,Z축은지구의북쪽을향하도록
크기와방향이정해진다.
TerrestrialMagnetismSensor
알고리즘을 통해 (지구의 북극 기준으로)
물체의 기울어진 정도를 측정
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TerrestrialMagnetismSensor원리
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가장 기본적인 원리, Hall Effect?
TerrestrialMagnetismSensor원리,HallEffect!
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→ 자기장 측정
전자가쏠린면과안쏠린면에전위차발생
주의 : 외부의 금속물질이나 자성체가 없는 장소에서 사용
(있을 경우 자기장 성분이 더해지므로 캘리브레이션 과정
이 추가 된다.)
Drone의진행방향=TerrestrialMagnetism+GPS
방향 위치
그래서!
TerrestrialMagnetismSensor
Terrestrial Magnetism Sensor Calibration : 지자기 센서를 회전시켜 주변의 지
구 자력이 아닌 자력을 검출한 후, 그 힘들을 제거하여 지구 자력만 남기는 과정
THANKS
IMU Sensor 개념
http://terms.naver.com/entry.nhn?docId
=3477964&cid=58439&categoryId=584
39
IMU Sensor의 사용
http://m.post.naver.com/viewer/postView
.nhn?volumeNo=4630959&memberNo=
17247994&vType=VERTICAL
Acceleration Sensor 중력가속도 개념
http://blog.naver.com/jinoh9272/220459
075208
Gyro Sensor의 개념
http://blog.naver.com/jinoh9272/220463
168270
Acceleration Sensor와 Gyro Sensor의 장
단점
http://dkwltmdgus.blog.me/2204295058
27
출처
Acceleration Sensor와 Gyro Sensor
노이즈와 관련하여
http://hs36.tistory.com/entry/mpu605
0-가속도-자이로-센서를-융합하기상
보필터-1
Acceleration Sensor와 Gyro Sensor 총
정리
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Roll, Pitch, Yaw 그림
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34159
62
Roll, Pitch, Yaw 개념
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Roll, Pitch, Yaw 계산
http://hs36.tistory.com/39
Terrestrial Magnetism Sensor
개념과 원리
http://blog.naver.com/helicon9
/221050916776
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