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방향각을 계산하기 위해서는 센서의 위치를 처음부터 알고 있는 방향 (가속도계로부터 가능) 으로 초기화해야 하고, 그 다음에는 어느 시간 동안(Δt) X, Y, 그리고 Z 축 주위를 회전하는 각속도(ω) 를 측정해야 합니다. 그러면, ω × Δt = 각도 변화량을 산출해냅니다.
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MPU6050센서를 통한 각도계산 – 네이버 블로그
MPU6050칩에 내장된 가속도센서, 자이로센서 그리고 이 둘을 합쳐놓은 상보필터를 통해 각도를 계산할 수 있는데요, 이 각도를 구함으로써 드론이 평형을 …
Source: blog.naver.com
Date Published: 4/12/2022
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MPU-6050를 이용한 3축 회전각도 계산
MPU 6050은 3축 가속도 센서+자이로 센서. MPU-6050 모듈은 가속도/자이로를 측정할 수 있는 센서 가속도는 지구 중력을 기준으로 x, y, …
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Date Published: 7/2/2021
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[MPU6050] 2. 각도값 계산 및 진동 제거하기 – Dongglee
해당 센서에 대한 모든 정보를 데이터시트를 통해 계산하면된다. 먼저 가져온 중력가속도의 값을 계산하여 각도를 측정해보자. X축과 Y축의 각도 …
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Date Published: 1/9/2021
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가속도센서의 원리 각도 검출방법(중력가속도센서, 자이로센서)
그래서 정확한 출력을 계산해야 할 경우 온도센서도 함께 사용해서 오차를 보상해야한다. 그래서 각도측정 센서를 찾아보면 보통 가속도센서, 자이로센서, …
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Date Published: 8/1/2021
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Date Published: 12/18/2021
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자이로 센서 보정 드리프트 각도 계산 유모차
자이로 센서 보정 드리프트 각도 계산 유모차. q빼고함 2019. 6. 11. 03:39. – 자이로 센서 보정. 본 발명은 자이로 센서의 보정 방법 및 장치에 관한 것으로서, …
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mpu6050 각도 계산
mpu6050 각도 계산. … 자이로가속도센서 GY 521 MPU 6050 사용하기. play تشغيل … 아두이노 완공 29 MPU6050 자이로 가속도 센서 바로 이 영상으로 시작하세요.
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Date Published: 6/23/2021
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[드론] 가속도 센서를 이용한 각도 구하기_소스코드
일반적으로 기본 루틴 구현하기에서 구한 AcX, AcY, AcZ도 동일한 가속도 센서 값 입니다. 그러나 여기 소스코드에 보시면 아시겠지만 별도로 계산을 해서 …
Source: sensibilityit.tistory.com
Date Published: 11/5/2022
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주제에 대한 기사 평가 자이로 센서 각도 계산
- Author: Su-Jin Kim
- Views: 조회수 572회
- Likes: 좋아요 7개
- Date Published: 2022. 5. 6.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=KiOzQMS-9YA
◈ MPU-6050를 이용한 3축 회전각도 계산
▲ MPU 6050은 3축 가속도 센서+자이로 센서
MPU-6050 모듈은 가속도/자이로를 측정할 수 있는 센서 가속도는 지구 중력을 기준으로 x, y, z 축의 가속도 크기를 구할 수 있다는 원리 입니다.
자이로(각속도)는 시간당 x, y, z 축의 회전속도 즉 각속도를 구할 수 있습니다.
구분 가속도 자이로 비고 Register Name ACCEL_XOUT
ACCEL_YOUT
ACCEL_ZOUT
GYRO_XOUT
GYRO_YOUT
GYRO_ZOUT
16Bit
(High 8bit, Low 8bit) Minimum -32768 -32768 Maximum +32768 +32768 Consept
▲ 가속도 출력 값을 이용한 X, Y 축 기준 회전 각도
중력 가속도를 기반으로 X, Y, Z축에 대한 직선 가속도를 측정한다. 중력은 지구 방향으로 mg로 일정하지만 센서의 기울어짐에 따라서 센서의 X, Y, Z축으로 분해되는 크기가 달라지게 되는데, 이 분해되는 값들을 백터 분해수식을 이용하여 각도를 계산할수있다. 외력에 의해 측정값이 왜곡될 수 있지만 시간이 흘러도 오차가 커지지 않는다.
회전 각 수 식 Y축 기준 회전 각도 X축 기준 회전 각도
▲ 자이로 출력 값을 이용한 Z 기준 회전 각도 계산
X, Y, Z축의 각속도 변화량을 측정한다. 순간 각속도이므로 각도를 알기 위해서는 이 값을 측정시간 단위로 적분해야 한다. 그런데 적분을 하게되면 오차가 누적되어, 가속도 센서보다는 실제 센서의 움직임과 같은 값을 보이지만 시간이 흐를수록 오차가 커지게 된다. 드론 제어 시 센서의 오차로 시스템이 불안정해 지는 것으로 보인다.
회전 각 수 식 X축 기준 회전 각도
Y축 기준 회전 각도
Z축 기준 회전 각도 ω X, Y and Z 축을 중심으로 하는 각속도 측정 간격 센서에서 자이로 값을 읽어오는 시간 간격 각도변화량
▲ 상보필터
위의 두 센서의 값의 오차와 오류를 보정하기위한 필터가 사용된다 칼만필터가 사용이 된다, 그러나 칼만필터는 연산시 시간이 오래 걸려 저가의 MCU에 적용하면 시간지연으로 제어속도를 낼수 없다. 이를 좀 가볍게 만든 필터가 상보필터 이다. 적용 수식은 다음과 같다.
상보필터 측정 값 공식 필터에의해 계산된 현재 각도 이전 필터 각도
ω 각속도 (현재)
입력 주기 (측정주기)
시간상수
[MPU6050] 2. 각도값 계산 및 진동 제거하기
지난 게시글에서 데이터시터의 기본 정보를 확인하여 센서로부터 값을 읽어오는 것을 해보았다.
이번에는 읽은 값을 계산하여 각도를 계산해보자
MPU6050은 칩에 점의 방향으로 X, Y, Z축을 찾을 수 있다.
위 데이터 역시 데이터시트에서 가져온 자료이다.
해당 센서에 대한 모든 정보를 데이터시트를 통해 계산하면된다.
먼저 가져온 중력가속도의 값을 계산하여 각도를 측정해보자
X축과 Y축의 각도를 각각 계산하기위해서는 바닥을 가르키는 중력의 값을 알아야한다.
따라서 X축의 기울기를 구하기위해 Y, Z 중력가속도 벡터를 합한다. 이후 중력가속도와 X축을 atan 함수를 통해 계산하면 각도값을 얻을 수 있다. 하지만 atan, atan2 함수는 RAD 단위를 출력하기 떄문에 RAD_TO_DEG 를 곱하여 DEG 단위로 변환한다.
Y축 역시 X, Z의 벡터를 합하여 같은 과정으로 계산하면 된다.
위 코드의 결과를 [ 시리얼 플로터 ]를 통해 관찰하면 다음과 같이 많은 노이즈가 섞이는 것을 볼 수 있다.
이를 제거하기위해서 Low Pass Filter 를 사용하여 진동으로부터 들어오는 노이즈를 줄여보자
매우 효과적으로 진동의 노이즈를 줄인 것을 확인할 수 있다. 하지만 센서를 이리저리 움직여보면 반응속도에 있어 매우 느리다는 것을 느낄 수 있다.
따라서 각가속도의 값을 사용하여 LPF에 합성해보자
갑자기 코드가 복잡해지기 시작했다. 각가속도는 시간당 회전 각도를 얻은 값이기 때문에 센서를 측정하는 주기를 계산하여 곱한다. gyro_raw[i] / 131.0 을 해주었는데, 131은 데이터시트에서 나온 단위값이다.
Z축의 경우 중력가속도를 통해서는 계산할 수가 없기 때문에 각가속도를 통한 계산만 가능하다.
[ 시리얼 플로터 ]를 실행하면 다음과 같이 3축의 값을 얻을 수 있을 것이다.그런데 Z축의 값이 계속 떨어지거나 상승할 것이다. 그 이유로는 센서마다 고유 노이즈를 가지고 있어 해당 노이즈를 함께 계산하여 위와 같은 문제가 발생하는 것이다. 따라서 센서를 가만히 두었을 때의 값을 보정해주어야한다.
센서를 가만히 두고 gyro_raw의 데이터를 읽어 그 값을 빼주면 된다.
offset의 경우 센서마다 값이 다르기 때문에 시리얼 모니터의 값을 보고 직접 수정하여야한다.
나는 gyro_raw의 값이 너무 잘 튀어서 raw에 LPF를 넣어서 깔끔하게 데이터를 얻었다.
이제 값이 튀지 않고 보정이 되어 정확한 값을 얻을 수 있다.
눈치가 빠른사람은 Z축의 값이 사람의 움직임을 측정하기에는 제한적이라는 것을 느낄 것이다.
1초당 최대 250도의 각도를 측정하도록 설정하였기 때문에 급격한 움직임은 측정할 수가 없다.
따라서 자이로 스코프의 설정은 최대 2000deg/sec 로 설정해보자
데이터 시트를 통해 비트열의 값을 수정하고, 단위 숫자 역시 수정한다.
offset 값 역시 변경된 감도에 맞게 수정하면 된다.
그러면 센서 감도 내에서 급격한 각도 변화가 있더라도 감지할 수 있을 것이다.
그리고, 해당 센서를 모션 감지, 드론 제어 등에 사용하려면 위와 같은 노이즈 제거를 위한 계산은 필수이다.
하지만 진동이 너무 강하면 제거가 되지 않는다.
해당 플로터처럼 모터 진동으로 인해 정확한 값을 추출할 수가 없을 때, MPU6050에 내장된 DLPF를 사용하면 된다.
사용방법은 간단하다. 이 역시 데이터시트를 통해 제어방법을 찾을 수가 있다.
26번 레지스터를 제어하여 DLPF를 사용하면된다.
우리는 모든 축에 한하여 DLPF를 사용해볼 것이다.
비트 연산을 사용하여 자이로, 중력 센서의 모든 축에 DLPF를 적용하였다.
보통 DLPF_CFG의 값은 1 ~ 3이면 충분하다. 높은 설정을 할 수록 미세하지만 반응속도가 느려지기 때문에 주의해야한다.
이렇게 우리는 흔들리지 않는 편안한 센서값을 얻었다. 이 값을 베이스로 드론 제어, 모션 감지 등에 사용하면 되는 것이다. 물론 추가적으로 칼만필터 등의 사용을 통해 정확한 값을 얻을 수도 있다.
sketch_jul29a.ino 0.00MB
가속도센서의 원리 각도 검출방법(중력가속도센서, 자이로센서)
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가속도센서
단위시간당 속도의 변화를 검출하는 소자. 스마트폰의 가속도센서는 피에조 저항방식(Piezoresistive resistance accelerometer)과 정전용량방식(capacitive accelerometer)의 특징을 가지고 있다.
가속도 및 자이로 센서로 유명한 invensense 사의 제품이다
로봇의 자세를 의미하는 롤, 피치, 요(Roll, Pitch, Yaw)로 나타낸다. 요는 z축의 방향 회전을 의미하고, 롤은 좌우로 회전하는 것을 의미한다. 피치는 앞으로 쏠릴 때, 기울어지는 방향을 의미한다.
이러한 자세측정에는 기준이 있다. 즉 중력방향을 기준으로 얼마나 기울어져있는지 나타내는 값이 롤과 피치 이다. 롤과 피치를 측정하기 위해 사용하는 센서가 가속도센서와 자이로 센서이다. MEMS기술을 통해 칩형태의 센서가 스마트폰에도 많이 장착되어 있다.
가속도 센서 원리 및 구조
과거에는 기계식의 센서가 이용되었으나, 현재는 반도체식을 이용한 제품이 주류를 이루고 있다.
가속도센서의 구조와 원리
기계식 원리 (a)
proof mass, 스프링 및 damper로 구성된다. proof mass의 위치 변화로부터 아래식에 따라서 가속도가 구해지는 방법이다. 기계식 가속도 센서는 적은 가속도 범위만을 요구하며, 소형 형상에서는 적절치 못하다.
반도체식 원리(b)
물체에 가해지는 가속도의 크기를 출력하는 것으로 축, 2축, 3축 등 축수에 의해서 타입이 나뉘어지며, 검지될 수 있는 범위가 3축 가속도 센서 에서는 x,y,z축 3축 방향의 3차원 공간에서 가속도를 측정할 수 있다. 즉 중력가속도를 기준으로 기울어진 각도와 각 방향의 가속도로부터 물체의 움직임을 검출할 수 있다. 스마트폰의 경사도를 검출하는 것에는 3축 센서가 이용된다.
가속도 검출 원리
중력 가속도를 기준으로 물체의 기울어진 각도는 **지구 중력은 수직방향으로 중력가속도 1G**이고, **수평으로 있던 가속도 센서가 기울어지면서 중력에 반응하여 90도, 즉 수직을 이루었을 때 1G가 검출된다**. 따라서 중력가속도는 sin(기울어진 각도)의 관계로 아래 그람과 같이 나타 낼 수 있고, 예를 들어 0.5G 의 중력가속도가 측정되면 기울어진 각도는 30도로 환산될 수 있다.
가속도 검출 원리
가속도센서의 검출감도
가속도 센서의 검출감도[V/g]는 가속도당 전압변화에 의한 가속도 검출의 감도를 나타내는 것으로 클수록 우수한 가속도 센서를 의미한다. 이들 가속도 센서는 가속도 검출 방식에 따라서 피에조 저항식, 정전용량식, 열분포 검출식, 자기센서 방식 등으로 분류될 수 있으며, 스마트폰의 경우 낮은 중력 가속도 검지가 필요함으로 피에조 저항식과 정전용량식이 주목 받고 있다.
가속도센서의 종류
(1)피에조 저항식
소자 중앙에 설치된 피에조 저항의 변동을 브릿지 회로로 검출하게 된다. 아래그림과 같이 구성되며 가속도 검출에 필요한 반도체 피에조 저항효과를 이용하고 있다. 피에조 저항효과는 결정에 기계적 외력이 가해지면 결정 격다의 변형을 발생하고, 반도체 중에 캐리어 수와 이동도의 변화를 가져와, 저항 변화를 가져오게 되는 원리를 이용하고 있다.
피에조 저항식
피에조 저항 소자는 브릿지에 가장 높은 응력 집중 위치에 1축당 4개의 소자, 3축으로 모두 12개의 소자로 구성된다. 가속도에 비례한 신호는 각 축과 4소자로 브릿지 회로를 구성하여 응력에 의한 저항변화를 전압 변화로 검출한다.
x, y축의 브릿지 모델과 전압검출 회로
가속도 센서에 가속도가 가해지면 아래그림과 같은 proof mass 변화가 발생된다. 즉 x축 및 y축 방향의 가속도에 대하여 브릿지의 피에조 소자 R1,R3에는 인장응력으로 저항은 증가하고 R2,R4에는 압축응력으로 저항이 감소한다. 서로 상반된 저항 변화가 발생된다. Z축으로 변형의 경우는 추가 상하 방향으로 이동하여 R1,R4와 R2,R3가 상반된 저항변화로 읽게 된다. 피에조 저항방식은 구조가 간단하게 제조될 수 있으나, 온도 의존성이 크기 때문에 온도 보상회로가 필요하다.
전압 검출 식
(2) 정전용량식
proof mass가 전극들 사이 중앙에 위치하고 있고**, 가속도가 없으면 proof mass 는 중앙에 위치하고 있다가 만일 가속도가 가해자면 중앙의 위치에서 반대편의 전극으로 이동하게 되어 정전용량의 차이를 발생**하게 된다. 정전용량식의 민감도는 정전용량의 변화를 가져오게 되는 면적에 의존함으로 부품의 소형화에 장애가 될 수 있다. 온도특성 낮은 노이즈 특성의 장점을 지니고 있다.
proof mass가 가속도가 가해짐에 따라서 전극사이 변화로 정전용량의 변호로부터 가속도를 검지한다. 일반적으로 정전용량 방식으 ㅣ경우 SOI기판을 사용하면 공정수를 피에조 방식보다 줄일 수 있는 이점이 있다. 칩 내부에 가동부분이 있고 전기적 특성의 변화로부터 어떤 방향에서 어떤 가속도가 가해지는가를 검출하게 된다. 가속도 센서 칩이 수평상태의 경우 아래방향으로 1G의 중력이 가해지고있고, 선세가 45도 경사를 갖게되면 0.707G가 된다. 이와 같이 방향에 대하여 미세한 가속도 변화를 검출하게 된다.
가속도 센서로 각도 측정시의 문제점
간단히 가속도 센서를 이용해서 각도를 측정하는 방법은 위와 같은데, 간단한 만큼 문제점이 있다. 정지된 상태에서 물체가 움직이기 시작하면, 그 때 측정되는 값은 기울기를 나타내지 않을 수 있다. 예를들어 45도 기울어진 위와 같은 상태에서 오른쪽으로 가속을 해본다고 하면, x축과 z축에서 측정되는 가속도는 변하게 된다. 한쪽값이 커지게 된다. 그러면 이 상태에서 atan에 대입한다고 하더라도 45도 값은 나오지 않게 된다. 즉 움직임이 생겨서 어느 한쪽 방향으로 가속도가 생기게되면 결과적으로 이 값이 중력에 의해 측정되는 가속도 값과 구분이 안되게 된다.
정지하지 않은 움직임 상태에서는 가속도 센서만으로 기울기 값을 측정할 수가 없다.
자이로 센서
자이로센서는 각속도를 측정한다. 각속도는 시간당 회전하는 각도를 의미하는데 다음의 순서로 측정한다.
수평한 자세를 유지하고 있는 상태를 가정. 이 때, 정지 상태이니 당연히 각속도도 0도/sec로 나타낸다. 이 물체가 10초동안 50도만큼 기울어진다고 하자. 이 10초동안은 0이 아닌 각속도 값을 가지게 된다. 10초동안의 평균 각속도는 5도/sec가 된다. 기울어지는 동작을 한 후 다시 멈춰서 50도를 유지한다고 하자. 이 때는 다시 각속도가 0도/sec가 된다.
1번 2번 3번의 과정을 거치면서, 각속도는 0 → 5 → 0 으로 바뀌었다. 하지만 각도는? 0도에서 점차 증가해서 50도가 되었다. 각속도에서 각도를 구하려면 전체 시간에 해당하는 만큼 적분을 해야한다. 자이로 센서는 이와같이 각속도를 출력으로 내보내기 때문에 전체 시간동안 이 각속도를 적분하면 기울어진 각도를 계산할 수 있다.
그런데 자이로 선세도 문제가 있다. 적분의 문제점이다. 센서에서 측정되는 각속도는 노이즈가 생기든 어떠한 이유에 의해 측정값에 에러가 계속 생기는데, 이 오차가 적분시에는 누적이 되어서 최종값이 드리프트 되는 현상이 생긴다.
자이로 센서에서 측정되는 각속도를 이용하면 시간이 지날수록 각도는 오차가 생겨 기울기 값이 변하게 된다.
정리
앞서 가속도센서와 자이로 센서를 이용해서 물체가 기울어진 각도를 측정하는 방법에 대해서 알아보았다. 하지만 각각 문제점이 존재하는데 다음과 같다.
정지한 물체가 움직이기 시작한 후 다시 정지하는 동작을 한다면…
정지상태의 긴 시간의 관점에서 보면 가속도센서에 의해 계산된 기울어진 각도는 올바른 값을 보여주지만, 자이로 센서에서는 시간이 지날수록 틀린 값을 나타낸다.
움직이는 짧은 시간의 관점에서 보자면…
자이로 센서는 올바른 값을 보여줍니다. 하지만 가속도센서는 기울어진 각도와는 영 다른 계산 값이 나올 것이다.
결론적으로 가속도센서와 자이로센서를 모두 사용해서 각각의 단점을 보상할 수 있는 알고리즘을 적용해서 롤 또는 피치 값을 계산하게 되는 것이다. 많이 적용하는 보상방법 및 필터링으로는 칼만필터를 사용하는 경우가 많이 있다.
*부가적인내용
1) Yaw 값 측정은 회전축 z방향, 즉 중력방향과 같다. 따라서 가속도 보다는 자이로 센서의 z축 값을 측정해서 이 값을 이용해서 yaw값을 계산하고, 드리프트되는 오차를 보상하는 센서를 추가적으로 사용한다. 바로 마그네토미터(지자기센서)이다. 3축 지자기 센서를 적용해서 yaw 방향을 측정하는 것이다.
2) 자이로는 온도가 변하면 그 값이 같이 변하는 특성이 있다. 그래서 정확한 출력을 계산해야 할 경우 온도센서도 함께 사용해서 오차를 보상해야한다. 그래서 각도측정 센서를 찾아보면 보통 가속도센서, 자이로센서, 지자기센서, 온도센서를 내장한 9축 자세 측정 센서라고 한다.
3) 선가속도 측정은 중력가속도에서 x축,y축,z축방향으로의 성분을 말한다. 즉 그림2에서 0.5g 의 중력가속도를 갖는 x축방향으로의 선가속도 Vx는 Vx = 0.5g * cos30 이다.
출처
휴대전화기기의 가속도센서기술.pdf 0.66MB
-가속도센서 및 자이로센서원리 (https://mechaworld.tistory.com/11)
-과학백과사전선가속도(https://www.scienceall.com/선가속도linear-acceleration/)
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Most searched keywords: Whether you are looking for [MPU6050] 2. 각도값 계산 및 진동 제거하기 해당 센서에 대한 모든 정보를 데이터시트를 통해 계산하면된다. 먼저 가져온 중력가속도의 값을 계산하여 각도를 측정해보자. X축과 Y축의 각도 … 지난 게시글에서 데이터시터의 기본 정보를 확인하여 센서로부터 값을 읽어오는 것을 해보았다. 이번에는 읽은 값을 계산하여 각도를 계산해보자 MPU6050은 칩에 점의 방향으로 X, Y, Z축을 찾을 수 있다. 위 데..
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Mr.H – 로봇의 기울여진 각도 확인
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Summary of article content: Articles about Mr.H – 로봇의 기울여진 각도 확인 바로 로봇이 스스로 기울여진 각도를 계산하는 것이다. 이때 일반적으로 사용하는 센서가 있다. 바로 GYRO Sensor 와 ACCEL sensor이다. GYRO Sensor는 각속도를 측정 … …
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가속도센서의 원리 각도 검출방법(중력가속도센서, 자이로센서)
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Summary of article content: Articles about 가속도센서의 원리 각도 검출방법(중력가속도센서, 자이로센서) 그래서 정확한 출력을 계산해야 할 경우 온도센서도 함께 사용해서 오차를 보상해야한다. 그래서 각도측정 센서를 찾아보면 보통 가속도센서, 자이로센서, … …
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가속도 센서 원리 및 구조
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[드론] 가속도 센서를 이용한 각도 구하기_소스코드Article author: sensibilityit.tistory.com
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자이로 센서 보정 드리프트 각도 계산 유모차
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Summary of article content: Articles about 자이로 센서 보정 드리프트 각도 계산 유모차 자이로 센서 보정 드리프트 각도 계산 유모차. q빼고함 2019. 6. 11. 03:39. – 자이로 센서 보정. 본 발명은 자이로 센서의 보정 방법 및 장치에 관한 것으로서, … …
Most searched keywords: Whether you are looking for 자이로 센서 보정 드리프트 각도 계산 유모차 자이로 센서 보정 드리프트 각도 계산 유모차. q빼고함 2019. 6. 11. 03:39. – 자이로 센서 보정. 본 발명은 자이로 센서의 보정 방법 및 장치에 관한 것으로서, … – 자이로 센서 보정 본 발명은 자이로 센서의 보정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 자이로 센서의 보정 방법은, a 자이로 센서가 장착된 이동체가 회전하는 KR101231209B1 자이로 센..
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자이로 센서 보정 드리프트 각도 계산 유모차
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라즈이노 iOT :: 【 아두이노모듈#30】 #1.기울기 센서(6축 가속도&자이로)에 대해 알아봅시다.(GY-521/MPU6050 센서 실습 #1)
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【 아두이노모듈#30】 #1기울기 센서(6축 가속도&자이로)에 대해 알아봅시다(GY-521MPU6050 센서 실습 #1)
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라즈이노 iOT :: 【 아두이노모듈#30】 #1.기울기 센서(6축 가속도&자이로)에 대해 알아봅시다.(GY-521/MPU6050 센서 실습 #1)
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◈ MPU-6050를 이용한 3축 회전각도 계산
▲ MPU 6050은 3축 가속도 센서+자이로 센서 MPU-6050 모듈은 가속도/자이로를 측정할 수 있는 센서 가속도는 지구 중력을 기준으로 x, y, z 축의 가속도 크기를 구할 수 있다는 원리 입니다. 자이로(각속도)는 시간당 x, y, z 축의 회전속도 즉 각속도를 구할 수 있습니다. 구분 가속도 자이로 비고 Register Name ACCEL_XOUT ACCEL_YOUT ACCEL_ZOUT GYRO_XOUT GYRO_YOUT GYRO_ZOUT 16Bit (High 8bit, Low 8bit) Minimum -32768 -32768 Maximum +32768 +32768 Consept ▲ 가속도 출력 값을 이용한 X, Y 축 기준 회전 각도 중력 가속도를 기반으로 X, Y, Z축에 대한 직선 가속도를 측정한다. 중력은 지구 방향으로 mg로 일정하지만 센서의 기울어짐에 따라서 센서의 X, Y, Z축으로 분해되는 크기가 달라지게 되는데, 이 분해되는 값들을 백터 분해수식을 이용하여 각도를 계산할수있다. 외력에 의해 측정값이 왜곡될 수 있지만 시간이 흘러도 오차가 커지지 않는다. 회전 각 수 식 Y축 기준 회전 각도 X축 기준 회전 각도 ▲ 자이로 출력 값을 이용한 Z 기준 회전 각도 계산 X, Y, Z축의 각속도 변화량을 측정한다. 순간 각속도이므로 각도를 알기 위해서는 이 값을 측정시간 단위로 적분해야 한다. 그런데 적분을 하게되면 오차가 누적되어, 가속도 센서보다는 실제 센서의 움직임과 같은 값을 보이지만 시간이 흐를수록 오차가 커지게 된다. 드론 제어 시 센서의 오차로 시스템이 불안정해 지는 것으로 보인다. 회전 각 수 식 X축 기준 회전 각도 Y축 기준 회전 각도 Z축 기준 회전 각도 ω X, Y and Z 축을 중심으로 하는 각속도 측정 간격 센서에서 자이로 값을 읽어오는 시간 간격 각도변화량 ▲ 상보필터 위의 두 센서의 값의 오차와 오류를 보정하기위한 필터가 사용된다 칼만필터가 사용이 된다, 그러나 칼만필터는 연산시 시간이 오래 걸려 저가의 MCU에 적용하면 시간지연으로 제어속도를 낼수 없다. 이를 좀 가볍게 만든 필터가 상보필터 이다. 적용 수식은 다음과 같다. 상보필터 측정 값 공식 필터에의해 계산된 현재 각도 이전 필터 각도 ω 각속도 (현재) 입력 주기 (측정주기) 시간상수
[MPU6050] 2. 각도값 계산 및 진동 제거하기지난 게시글에서 데이터시터의 기본 정보를 확인하여 센서로부터 값을 읽어오는 것을 해보았다. 이번에는 읽은 값을 계산하여 각도를 계산해보자 MPU6050은 칩에 점의 방향으로 X, Y, Z축을 찾을 수 있다. 위 데이터 역시 데이터시트에서 가져온 자료이다. 해당 센서에 대한 모든 정보를 데이터시트를 통해 계산하면된다. 먼저 가져온 중력가속도의 값을 계산하여 각도를 측정해보자 X축과 Y축의 각도를 각각 계산하기위해서는 바닥을 가르키는 중력의 값을 알아야한다. 따라서 X축의 기울기를 구하기위해 Y, Z 중력가속도 벡터를 합한다. 이후 중력가속도와 X축을 atan 함수를 통해 계산하면 각도값을 얻을 수 있다. 하지만 atan, atan2 함수는 RAD 단위를 출력하기 떄문에 RAD_TO_DEG 를 곱하여 DEG 단위로 변환한다. Y축 역시 X, Z의 벡터를 합하여 같은 과정으로 계산하면 된다. 위 코드의 결과를 [ 시리얼 플로터 ]를 통해 관찰하면 다음과 같이 많은 노이즈가 섞이는 것을 볼 수 있다. 이를 제거하기위해서 Low Pass Filter 를 사용하여 진동으로부터 들어오는 노이즈를 줄여보자 매우 효과적으로 진동의 노이즈를 줄인 것을 확인할 수 있다. 하지만 센서를 이리저리 움직여보면 반응속도에 있어 매우 느리다는 것을 느낄 수 있다. 따라서 각가속도의 값을 사용하여 LPF에 합성해보자 갑자기 코드가 복잡해지기 시작했다. 각가속도는 시간당 회전 각도를 얻은 값이기 때문에 센서를 측정하는 주기를 계산하여 곱한다. gyro_raw[i] / 131.0 을 해주었는데, 131은 데이터시트에서 나온 단위값이다. Z축의 경우 중력가속도를 통해서는 계산할 수가 없기 때문에 각가속도를 통한 계산만 가능하다. [ 시리얼 플로터 ]를 실행하면 다음과 같이 3축의 값을 얻을 수 있을 것이다. 그런데 Z축의 값이 계속 떨어지거나 상승할 것이다. 그 이유로는 센서마다 고유 노이즈를 가지고 있어 해당 노이즈를 함께 계산하여 위와 같은 문제가 발생하는 것이다. 따라서 센서를 가만히 두었을 때의 값을 보정해주어야한다. 센서를 가만히 두고 gyro_raw의 데이터를 읽어 그 값을 빼주면 된다. offset의 경우 센서마다 값이 다르기 때문에 시리얼 모니터의 값을 보고 직접 수정하여야한다. 나는 gyro_raw의 값이 너무 잘 튀어서 raw에 LPF를 넣어서 깔끔하게 데이터를 얻었다. 이제 값이 튀지 않고 보정이 되어 정확한 값을 얻을 수 있다. 눈치가 빠른사람은 Z축의 값이 사람의 움직임을 측정하기에는 제한적이라는 것을 느낄 것이다. 1초당 최대 250도의 각도를 측정하도록 설정하였기 때문에 급격한 움직임은 측정할 수가 없다. 따라서 자이로 스코프의 설정은 최대 2000deg/sec 로 설정해보자 데이터 시트를 통해 비트열의 값을 수정하고, 단위 숫자 역시 수정한다. offset 값 역시 변경된 감도에 맞게 수정하면 된다. 그러면 센서 감도 내에서 급격한 각도 변화가 있더라도 감지할 수 있을 것이다. 그리고, 해당 센서를 모션 감지, 드론 제어 등에 사용하려면 위와 같은 노이즈 제거를 위한 계산은 필수이다. 하지만 진동이 너무 강하면 제거가 되지 않는다. 해당 플로터처럼 모터 진동으로 인해 정확한 값을 추출할 수가 없을 때, MPU6050에 내장된 DLPF를 사용하면 된다. 사용방법은 간단하다. 이 역시 데이터시트를 통해 제어방법을 찾을 수가 있다. 26번 레지스터를 제어하여 DLPF를 사용하면된다. 우리는 모든 축에 한하여 DLPF를 사용해볼 것이다. 비트 연산을 사용하여 자이로, 중력 센서의 모든 축에 DLPF를 적용하였다. 보통 DLPF_CFG의 값은 1 ~ 3이면 충분하다. 높은 설정을 할 수록 미세하지만 반응속도가 느려지기 때문에 주의해야한다. 이렇게 우리는 흔들리지 않는 편안한 센서값을 얻었다. 이 값을 베이스로 드론 제어, 모션 감지 등에 사용하면 되는 것이다. 물론 추가적으로 칼만필터 등의 사용을 통해 정확한 값을 얻을 수도 있다. sketch_jul29a.ino 0.00MB
가속도센서의 원리 각도 검출방법(중력가속도센서, 자이로센서)
반응형 가속도센서 단위시간당 속도의 변화를 검출하는 소자. 스마트폰의 가속도센서는 피에조 저항방식(Piezoresistive resistance accelerometer)과 정전용량방식(capacitive accelerometer)의 특징을 가지고 있다. 가속도 및 자이로 센서로 유명한 invensense 사의 제품이다 로봇의 자세를 의미하는 롤, 피치, 요(Roll, Pitch, Yaw)로 나타낸다. 요는 z축의 방향 회전을 의미하고, 롤은 좌우로 회전하는 것을 의미한다. 피치는 앞으로 쏠릴 때, 기울어지는 방향을 의미한다. 이러한 자세측정에는 기준이 있다. 즉 중력방향을 기준으로 얼마나 기울어져있는지 나타내는 값이 롤과 피치 이다. 롤과 피치를 측정하기 위해 사용하는 센서가 가속도센서와 자이로 센서이다. MEMS기술을 통해 칩형태의 센서가 스마트폰에도 많이 장착되어 있다. 가속도 센서 원리 및 구조 과거에는 기계식의 센서가 이용되었으나, 현재는 반도체식을 이용한 제품이 주류를 이루고 있다. 가속도센서의 구조와 원리 기계식 원리 (a) proof mass, 스프링 및 damper로 구성된다. proof mass의 위치 변화로부터 아래식에 따라서 가속도가 구해지는 방법이다. 기계식 가속도 센서는 적은 가속도 범위만을 요구하며, 소형 형상에서는 적절치 못하다. 반도체식 원리(b) 물체에 가해지는 가속도의 크기를 출력하는 것으로 축, 2축, 3축 등 축수에 의해서 타입이 나뉘어지며, 검지될 수 있는 범위가 3축 가속도 센서 에서는 x,y,z축 3축 방향의 3차원 공간에서 가속도를 측정할 수 있다. 즉 중력가속도를 기준으로 기울어진 각도와 각 방향의 가속도로부터 물체의 움직임을 검출할 수 있다. 스마트폰의 경사도를 검출하는 것에는 3축 센서가 이용된다. 가속도 검출 원리 중력 가속도를 기준으로 물체의 기울어진 각도는 **지구 중력은 수직방향으로 중력가속도 1G**이고, **수평으로 있던 가속도 센서가 기울어지면서 중력에 반응하여 90도, 즉 수직을 이루었을 때 1G가 검출된다**. 따라서 중력가속도는 sin(기울어진 각도)의 관계로 아래 그람과 같이 나타 낼 수 있고, 예를 들어 0.5G 의 중력가속도가 측정되면 기울어진 각도는 30도로 환산될 수 있다. 가속도 검출 원리 가속도센서의 검출감도 가속도 센서의 검출감도[V/g]는 가속도당 전압변화에 의한 가속도 검출의 감도를 나타내는 것으로 클수록 우수한 가속도 센서를 의미한다. 이들 가속도 센서는 가속도 검출 방식에 따라서 피에조 저항식, 정전용량식, 열분포 검출식, 자기센서 방식 등으로 분류될 수 있으며, 스마트폰의 경우 낮은 중력 가속도 검지가 필요함으로 피에조 저항식과 정전용량식이 주목 받고 있다. 가속도센서의 종류 (1)피에조 저항식 소자 중앙에 설치된 피에조 저항의 변동을 브릿지 회로로 검출하게 된다. 아래그림과 같이 구성되며 가속도 검출에 필요한 반도체 피에조 저항효과를 이용하고 있다. 피에조 저항효과는 결정에 기계적 외력이 가해지면 결정 격다의 변형을 발생하고, 반도체 중에 캐리어 수와 이동도의 변화를 가져와, 저항 변화를 가져오게 되는 원리를 이용하고 있다. 피에조 저항식 피에조 저항 소자는 브릿지에 가장 높은 응력 집중 위치에 1축당 4개의 소자, 3축으로 모두 12개의 소자로 구성된다. 가속도에 비례한 신호는 각 축과 4소자로 브릿지 회로를 구성하여 응력에 의한 저항변화를 전압 변화로 검출한다. x, y축의 브릿지 모델과 전압검출 회로 가속도 센서에 가속도가 가해지면 아래그림과 같은 proof mass 변화가 발생된다. 즉 x축 및 y축 방향의 가속도에 대하여 브릿지의 피에조 소자 R1,R3에는 인장응력으로 저항은 증가하고 R2,R4에는 압축응력으로 저항이 감소한다. 서로 상반된 저항 변화가 발생된다. Z축으로 변형의 경우는 추가 상하 방향으로 이동하여 R1,R4와 R2,R3가 상반된 저항변화로 읽게 된다. 피에조 저항방식은 구조가 간단하게 제조될 수 있으나, 온도 의존성이 크기 때문에 온도 보상회로가 필요하다. 전압 검출 식 (2) 정전용량식 proof mass가 전극들 사이 중앙에 위치하고 있고**, 가속도가 없으면 proof mass 는 중앙에 위치하고 있다가 만일 가속도가 가해자면 중앙의 위치에서 반대편의 전극으로 이동하게 되어 정전용량의 차이를 발생**하게 된다. 정전용량식의 민감도는 정전용량의 변화를 가져오게 되는 면적에 의존함으로 부품의 소형화에 장애가 될 수 있다. 온도특성 낮은 노이즈 특성의 장점을 지니고 있다. proof mass가 가속도가 가해짐에 따라서 전극사이 변화로 정전용량의 변호로부터 가속도를 검지한다. 일반적으로 정전용량 방식으 ㅣ경우 SOI기판을 사용하면 공정수를 피에조 방식보다 줄일 수 있는 이점이 있다. 칩 내부에 가동부분이 있고 전기적 특성의 변화로부터 어떤 방향에서 어떤 가속도가 가해지는가를 검출하게 된다. 가속도 센서 칩이 수평상태의 경우 아래방향으로 1G의 중력이 가해지고있고, 선세가 45도 경사를 갖게되면 0.707G가 된다. 이와 같이 방향에 대하여 미세한 가속도 변화를 검출하게 된다. 가속도 센서로 각도 측정시의 문제점 간단히 가속도 센서를 이용해서 각도를 측정하는 방법은 위와 같은데, 간단한 만큼 문제점이 있다. 정지된 상태에서 물체가 움직이기 시작하면, 그 때 측정되는 값은 기울기를 나타내지 않을 수 있다. 예를들어 45도 기울어진 위와 같은 상태에서 오른쪽으로 가속을 해본다고 하면, x축과 z축에서 측정되는 가속도는 변하게 된다. 한쪽값이 커지게 된다. 그러면 이 상태에서 atan에 대입한다고 하더라도 45도 값은 나오지 않게 된다. 즉 움직임이 생겨서 어느 한쪽 방향으로 가속도가 생기게되면 결과적으로 이 값이 중력에 의해 측정되는 가속도 값과 구분이 안되게 된다. 정지하지 않은 움직임 상태에서는 가속도 센서만으로 기울기 값을 측정할 수가 없다. 자이로 센서 자이로센서는 각속도를 측정한다. 각속도는 시간당 회전하는 각도를 의미하는데 다음의 순서로 측정한다. 수평한 자세를 유지하고 있는 상태를 가정. 이 때, 정지 상태이니 당연히 각속도도 0도/sec로 나타낸다. 이 물체가 10초동안 50도만큼 기울어진다고 하자. 이 10초동안은 0이 아닌 각속도 값을 가지게 된다. 10초동안의 평균 각속도는 5도/sec가 된다. 기울어지는 동작을 한 후 다시 멈춰서 50도를 유지한다고 하자. 이 때는 다시 각속도가 0도/sec가 된다. 1번 2번 3번의 과정을 거치면서, 각속도는 0 → 5 → 0 으로 바뀌었다. 하지만 각도는? 0도에서 점차 증가해서 50도가 되었다. 각속도에서 각도를 구하려면 전체 시간에 해당하는 만큼 적분을 해야한다. 자이로 센서는 이와같이 각속도를 출력으로 내보내기 때문에 전체 시간동안 이 각속도를 적분하면 기울어진 각도를 계산할 수 있다. 그런데 자이로 선세도 문제가 있다. 적분의 문제점이다. 센서에서 측정되는 각속도는 노이즈가 생기든 어떠한 이유에 의해 측정값에 에러가 계속 생기는데, 이 오차가 적분시에는 누적이 되어서 최종값이 드리프트 되는 현상이 생긴다. 자이로 센서에서 측정되는 각속도를 이용하면 시간이 지날수록 각도는 오차가 생겨 기울기 값이 변하게 된다. 정리 앞서 가속도센서와 자이로 센서를 이용해서 물체가 기울어진 각도를 측정하는 방법에 대해서 알아보았다. 하지만 각각 문제점이 존재하는데 다음과 같다. 정지한 물체가 움직이기 시작한 후 다시 정지하는 동작을 한다면… 정지상태의 긴 시간의 관점에서 보면 가속도센서에 의해 계산된 기울어진 각도는 올바른 값을 보여주지만, 자이로 센서에서는 시간이 지날수록 틀린 값을 나타낸다. 움직이는 짧은 시간의 관점에서 보자면… 자이로 센서는 올바른 값을 보여줍니다. 하지만 가속도센서는 기울어진 각도와는 영 다른 계산 값이 나올 것이다. 결론적으로 가속도센서와 자이로센서를 모두 사용해서 각각의 단점을 보상할 수 있는 알고리즘을 적용해서 롤 또는 피치 값을 계산하게 되는 것이다. 많이 적용하는 보상방법 및 필터링으로는 칼만필터를 사용하는 경우가 많이 있다. *부가적인내용 1) Yaw 값 측정은 회전축 z방향, 즉 중력방향과 같다. 따라서 가속도 보다는 자이로 센서의 z축 값을 측정해서 이 값을 이용해서 yaw값을 계산하고, 드리프트되는 오차를 보상하는 센서를 추가적으로 사용한다. 바로 마그네토미터(지자기센서)이다. 3축 지자기 센서를 적용해서 yaw 방향을 측정하는 것이다. 2) 자이로는 온도가 변하면 그 값이 같이 변하는 특성이 있다. 그래서 정확한 출력을 계산해야 할 경우 온도센서도 함께 사용해서 오차를 보상해야한다. 그래서 각도측정 센서를 찾아보면 보통 가속도센서, 자이로센서, 지자기센서, 온도센서를 내장한 9축 자세 측정 센서라고 한다. 3) 선가속도 측정은 중력가속도에서 x축,y축,z축방향으로의 성분을 말한다. 즉 그림2에서 0.5g 의 중력가속도를 갖는 x축방향으로의 선가속도 Vx는 Vx = 0.5g * cos30 이다. 출처 휴대전화기기의 가속도센서기술.pdf 0.66MB -가속도센서 및 자이로센서원리 (https://mechaworld.tistory.com/11) -과학백과사전선가속도(https://www.scienceall.com/선가속도linear-acceleration/) 반응형
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자이로 센서 보정 드리프트 각도 계산 유모차
– 자이로 센서 보정
본 발명은 자이로 센서의 보정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 자이로 센서의 보정 방법은, a 자이로 센서가 장착된 이동체가 회전하는 KR101231209B1 자이로 센서의 보정 방법 및 장치
왜 센서 보정을 해야하는가? 기본적으로 센서들여기서는 가속도 센서, 자이로 센서은 지면가 수평인 상태여도 무시할 수 있는 정도의 미세하게 드론상보필터를 적용한 센서 보정 루틴 구현하기 자이로센서
필요하다. 정적인 각도는 가속도계G 센서로 측정하고, 동적인 각도는 Gyro로서 측정되는 단점을 가지고 있기 때문에 이것을 보정하고 나서 본래 물체의 각도를 안드로이드 자이로스코프 이야기. 가속도센서 vs 자이로센서 비교
– 자이로 센서 드리프트
서에 대한 연구가 많이 이루어지고 있는 실정이. 다 하지만 자이로 센서가 가지는. 현상에 의 . drift. 해서 발생하는 오차를 피할 수 없는 문제를 안고. 있다 이에 다수의 필터를 이용한 자이로센서의 누적오차 보정 알고리즘 FIR
자이로센서를 사용해서 처음 각도를 출력해보면 이해가 안가는 부분이 있습니다. 기체는 가만히 있는데 출력값은 처음 0도에서 시작해서 무한대로 자이로센서 드리프트 줄이기 HDRHeuristic
것은 리어가 배로 설정했습니다 최종적으로는 구사님으로 자이로 센서 바르고 드리프트입니다 자이로 센서 최근 드론과 헬기 조종기에 잘 붙어 있지요 차체 및 기체를 자이로센서 장난감 편 라지 제작
자이로센서를 사용해서 처음 각도를 출력해보면 이해가 안가는 부분이 있습니다. 기체는 가만히 있는데 출력값은 처음 0도에서 시작해서 무한대로 점점 발산해 간다는 자이로센서 드리프트 줄이기 HDRHeuristic Drift Reduction
– 자이로 센서 각도 계산
바로 로봇이 스스로 기울여진 각도를 계산하는 것이다. 이때 일반적으로 CM730에는 자이로센서와 가속도센서가 같이 있어 동시에 확인하는 것이다. 그 외 kubot의 Mr.H 로봇의 기울여진 각도 확인
2009. 6. 10. 답글 20개한 일년도 훨씬 전쯤에 가속도센서를 이용한 각도 측정에 대한 글을 올렸었 적어도 위 상황이라면 그것은 y성분/z성분을 계산할때, 각 종 펙터 가속도센서를 이용한 각도 측정과 그 한계
예제 소스는 자이로 가속도 값이 나오는데요. 이 때, 가속도 센서로부터 각 축에 대한 m/s2값을 먼저 얻으셔야해요. mpu6050의 경우 16384의 현재 각도 계산법에 대해mpu6050 + can통신
유투브에서 더 큰 화면으로 영상을 볼수 있습니다 영상 후반부에서 자이로 센서로 계산한 Yaw 각도에 무작위적인 오차가 누적되는 것을 보실수 있습니다. 그리고 영상 지자기 센서와 Yaw각도에 대한 이야기 MPU9250을 이용한 yaw 각도
사항입니다. 이 글에서 두 센서의 측정치를 각각 각도으로 변환하는데, 오일러각이기억합니다. 0도에서는 탄젠트로 어떻게 계산하는지 이해가 안가서 덮어뒀던 기억 mpu6050 가속도, 자이로 센서를 융합하기상보필터 2
– 자이로 센서 유모차
스트롤에버Strollever는 마치 소형 로켓을 떠올리게 하는 이동수단 같지만 사실은 유모차다. 미래지향적 디자인을 갖춘 이 유모차는 바퀴에 센서를 자이로스코프를미래에서 온 유모차
초음파 센서를 이용한 자동 브레이크 스마트 유모차. 104 The moving direction of the mobile robot is measured by a gyro sensor on the robot. Untitled
6조 스마트유모차 Go Buggy . 의 데이터를 유모차. 의 Bluetooth모듈로. 전송. 센서. 초음파센서와 자이. 로센서 서, 자이로 센서 값을 샘플링. 캡스톤 디자인 발표회
스마트 유모차 엄마랑 같이 뛰어갈수도있다. 371만원 +유투브 스나이퍼TV smartbe2006 3버전 2013 우리가 배워야 될거 자이로센서 회전을 감지 LED메뉴 1최근 2017.04.29레고마인드스톰 연수
[드론] 가속도 센서를 이용한 각도 구하기
가속도 센서를 이용한 각도 구하기
[기본 개념]MPU-6050 가속도 자이로 센서
[처리루틴]기본 루틴 구현하기
센서 보정 루틴 구현하기
시간 처리 루틴 구현하기
이번에는 가속도 센서를 처리해서 Roll, Pitch, Yaw의 각도를 구해보는 시간을 가지도록 하겠습니다.
일반적으로 기본 루틴 구현하기에서 구한 AcX, AcY, AcZ도 동일한 가속도 센서 값 입니다. 그러나 여기 소스코드에 보시면 아시겠지만 별도로 계산을 해서 accel_x, accel_y, accel_z의 값들을 구하는걸 볼 수 있을 것입니다.
그 이유는 MPU-6050의 가속도 센서를 이용한 드론을 지면 수평한 상태에 놓으면 미세한 떨림에 의해서 부유한 값을 얻게 됩니다. 그러한 현상들을 해결 하기 위해서 가속도 센서의 현재 위치하고 있는 드론의 상태에 따라 얻어지는 현재값 에다가 ‘센서 보정 루틴’해서 작성을 했던 초기 평균값들을 빼서 가속도 센서 값에 대한 최종적이 보정 값을 구하는 목적 입니다.
소스코드
//가속도 센서 처리 루틴 #include const int MPU_addr = 0x68; int16_t AcX, AcY, AcZ, Tmp, GyX, GyY, GyZ; void setup() { initMPU6050(); //가속도 자이로 센서 값을 읽음 Serial.begin(115200); calibAccelGyro(); //센서 보정 루틴 initDT();// 시간 간격에 대한 초기화 } void loop() { readAccelGyro(); calcDT(); //시간 간격 계산 calcAccelYPR(); //가속도 센서 처리 루틴 static int cnt; cnt++; if(cnt%2==0) SendDataToProcessing(); //Roll, Pitch, Yaw에 대한 각도 정보를 보냄 } //MPU-6050초기화 루틴 void initMPU6050() { Wire.begin(); Wire.beginTransmission(MPU_addr); Wire.write(0x6B); Wire.write(0); Wire.endTransmission(true); } //가속도 자이로 센서를 읽는 루틴 void readAccelGyro() { Wire.beginTransmission(MPU_addr); Wire.write(0x3B); Wire.endTransmission(false); Wire.requestFrom(MPU_addr, 14, true); AcX = Wire.read() << 8 | Wire.read(); AcY = Wire.read() << 8 | Wire.read(); AcZ = Wire.read() << 8 | Wire.read(); Tmp = Wire.read() << 8 | Wire.read(); GyX = Wire.read() << 8 | Wire.read(); GyY = Wire.read() << 8 | Wire.read(); GyZ = Wire.read() << 8 | Wire.read(); } float dt; float accel_angel_x, accel_angel_y, accel_angel_z; float gyro_angel_x, gyro_angel_y, gyro_angel_z; float filtered_angel_x, filtered_angel_y, filtered_angel_z; float baseAcX, baseAcY, baseAcZ; float baseGyX, baseGyY, baseGyZ; //센서 들의 기본값들의 평균을 내야하는 루틴(센서 보정 루틴) void calibAccelGyro() { float sumAcX = 0, sumAcY = 0, sumAcZ = 0; float sumGyX = 0, sumGyY = 0, sumGyZ = 0; //가속도 자이로 센서를 읽어드림 readAccelGyro(); //읽어드렸으면 이제 읽어드린 값을 토대로 평균값을 구하면 됨 for(int i=0; i<10; i++) { readAccelGyro(); sumAcX += AcX; sumAcY += AcY; sumAcZ += AcZ; sumGyX += GyX; sumGyY += GyY; sumGyZ += GyZ; delay(100);//0.1초 } //맨 처음 기본 센서 값들을 보여지고 그다음에 평균값을 구하는 함수 baseAcX = sumAcX / 10; baseAcY = sumAcY / 10; baseAcZ = sumAcZ / 10; baseGyX = sumGyX / 10; baseGyY = sumGyY / 10; baseGyZ = sumGyZ / 10; } //프로세싱 스케치로 각도 정보를 보내는 루틴 void SendDataToProcessing() { Serial.print(F("DEL:")); Serial.print(dt,DEC); Serial.print(F("#ACC:")); Serial.print(accel_angel_x, 2); Serial.print(F(",")); Serial.print(accel_angel_y, 2); Serial.print(F(",")); Serial.print(accel_angel_z, 2); Serial.print(F("#GYR:")); Serial.print(gyro_angel_x, 2); Serial.print(F(",")); Serial.print(gyro_angel_y, 2); Serial.print(F(",")); Serial.print(gyro_angel_z, 2); Serial.print(F("#FIL:")); Serial.print(filtered_angel_x, 2); Serial.print(F(",")); Serial.print(filtered_angel_y, 2); Serial.print(F(",")); Serial.print(filtered_angel_z, 2); Serial.println(F("")); delay(5); } unsigned long t_now; unsigned long t_prev; void initDT(){ t_prev = millis(); } void calcDT(){ t_now = millis(); dt = (t_now - t_prev) / 1000.0; t_prev = t_now; } void calcAccelYPR() //가속도 센서 처리 루틴 { float accel_x, accel_y, accel_z; //x, y, z 축에 대한 각도 저장 변수 float accel_xz, accel_yz; const float RADIANS_TO_DEGREES = 180 / 3.14159; accel_x = AcX - baseAcX; accel_y = AcY - baseAcY; accel_z = AcZ + (16384 - baseAcZ); accel_yz = sqrt(pow(accel_y, 2) + pow(accel_z, 2)); accel_angel_y = atan(-accel_x / accel_yz)*RADIANS_TO_DEGREES; accel_xz = sqrt(pow(accel_x, 2) + pow(accel_z, 2)); accel_angel_x = atan(accel_y / accel_xz)*RADIANS_TO_DEGREES; accel_angel_z = 0; } 다운로드 파일(2016.09.10) 코드 설명 loop구문에 calcAccelYPR() 이라는 제가 별도로 만들어준 함수를 선언해주었습니다. loop 구문에다가 선언을 한 이유는, 매번 가속도 센서의 값을 해석해서 Roll, Pitch, Yaw에 대한 각도를 구하는 함수인데 setup()에다가 선언을 해버리면 맨 처음에만 해석을 하고 그 이후로는 안하게 됩니다. 이렇게 되면 드론을 조정하기 거의 불가능 해서 loop구문에다가 설정을 한것입니다. 그리고 아래칸에다가 진짜 가속도 처리 센서 함수를 표현해주었습니다. 해석을 자세하게 해보겠습니다.(너무 자세하게는 말고..ㅎㅎ) 127 : 위에서도 말씀 드렸다싶이 가속도 센서에 대한 최정적인 보정 값을 저장하는 변수를 선언하는 부분입니다. 128 : 드론이 기울어짐에 따라서 얻어지는 각도를 저장하는 변수 입니다. 여기 드론에서는 +Z축이 하늘을 바라보고 있으면 +X축은 비행기 머리부분 +Y축은 날개부분입니다. [조건] 1. 직선축 +X는 비행기의 머리부분 2. 직선축 +Y는 비행기의 날개부분 accel_yz : 직선축 +X 기준으로 좌 우로 기울어 지는 각도를 저장하는 변수 accel_angel_y : Roll의 각도 accel_xz : 직선축 +Y 기준으로 비행기 머리가 위 아래로 기울어 지는 각도를 저장하는 변수 accel_angel_x = Pitch의 각도 129 : 이따 축에 따라 기울어진 각도를 구할때 사용되는 값들을 변수로 선언을 해주었습니다. 131 ~ 132 : 가속도 X축과 Y축에 대한 현재 값(AcX or AcY)에서 가속도 센서의 평균값(baseAcX or baseAcY)을 빼주고 있습니다. 이 경우는 가속도 센서에 대한 최종적인 보정 값을 저장해 줍니다. 133 : 왜 여기만 x,y축과 다르냐고요?? 그 이유는 이상적인 기본 루틴에서 얻은 AcZ(가속도 센서 Z값_의 값이 중력 가속도 g에 해당하는 값인 16384입니다. 그러나 말 그대로 이상적인 값이지 실제로는 +-얼마의 오차값의 범위를 가지고 있스빈다. 따라서 이러한 경우에 대해 보정을 해주고 있는 것입니다. 135~136 : 직선축 +X이 기울어진 각도를 구하고 있습니다. 직선 +X축이 곡선 +Y축에 따라 기울어진 각도를 구하는 공식[angel(Y) : Pitch값] 138 ~ 139 : 직선 +Y축이 기울어진 각도를 구하고 있습니다. 직석 +Y축이 곡선 +X축에 따라 기울어진 각도를 구하는 공식[angel(X) : Roll값] 141 : 현재 드론은 지면이 평평한 면에 둘 경우로 가정하고 하고 있습니다. 그러면 직선 +Z축이 중력 가속도와 정 반대방향이므로 중력 가속도는 양수의 값을 얻게 되지만 +Z축을 중심으로 한 회전각을 구할 수 없게 됩니다. 그래서 변수를 0으로 저장한 것 입니다.
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