관성 측정 장치의 융합연구 형태와 방법에 관한 체계적 고찰

이혜식,박혜연 한국융합학회 2020 한국융합학회논문지 Vol.11 No.3

본 연구의 목적은 관성 측정 장치(Inertial Measurement Unit, IMU)의 융합연구 형태와 방법에 대한 연구를 체계적 문헌고찰 방법으로 분석하여 IMU의 형태와 방법에 대한 경향을 파악하고자 한다. 연구수행은 PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses)가이드라인을 이용하여 수행되었다. 3 개의 데이터베이스에서 검색된 630편 중 최종적으로 선정기준에 부합하는 23편을 선정하였다. 본 연구결과 전 세계적 으로 IMU를 사용한 다양한 연구를 진행하고 있음을 알 수 있었고, IMU의 형태는 스트랩, 전신 슈트, 벨트, 손목시계, 신발, 장갑이 있었다. 이 중, 스트랩 형태의 IMU가 11편으로 가장 많았다. IMU의 장점인 간소화와 실시간 데이터 수집, 적용의 쉬움으로 작업 활동, 보행, 관절 가동 범위 등의 측정 방법으로 사용되었다. 본 연구의 결과는 IMU의 연구를 진행하는 의료 및 재활 분야의 전문가들에게 기초 자료로 활용될 수 있으리라 기대된다. The purpose of this study is to identify trends in the type and method of Inertial Measurement Unit (IMU) by investigating studies on the type and method of convergence study of the IMU by systematic review. The study was conducted using PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses) guidelines. 23 studies that meet the selection criteria were selected from 630 studies identified by three databases. As a result of this study, showed that various research using IMU was being conducted around the world, and the type of IMU was strap, full body suit, belt, wrist watch, shoes and glove. Among them, the number of strap-type IMUs was the largest at 11. The IMU's strengths were simplicity, real-time data collection and ease of application, which were used as measurement methods such as task, walking, and range of joint. The result of this study is expected to be used as basic data for experts in the medical and rehabilitation fields that conduct IMU research.

궤도차량용 관성항법장치의 자가진단모드 개선에 대한 연구

김혜은,배공명,고영웅,김동구 한국품질경영학회 2020 한국품질경영학회 학술대회 Vol.2020 No.-

본 연구에서는 궤도차량용 관성항법장치의 고장 미전시로 인하여 야전운용 중에 체계 기동이 제한된 사례의 고장분석 및 품질개선을 수행하였다. 야전 운용 중에 관성항법장치의 가속도계가 비정상 출력을 하였으나, 관성항법장치의 가속도계와 관성센서 자가진단모드에서는 해당출력을 고장으로 판단하지 못하였다. 따라서 관성항법장치의 자가 진단모드에 가속도계와 관성센서에서 자가진단이 가능하도록 오류확인 로직을 추가하였다. 개선된 관성항법장치는 소요군에서 해당 고장을 빠르게 식별할 수 있기 때문에 장비의 운용유지능력 및 작전 수행능력 향상에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

헥사로터형 헬리콥터의 동역학 모델기반 비행제어

한재균(Jae-Gyun Han),진태석(Taeseok Jin) 한국지능시스템학회 2015 한국지능시스템학회논문지 Vol.25 No.4

본 논문에서는 관성측정장치를 기반으로 블루투스 환경에서의 자율비행을 위한 멀티 로터형 헬리콥터에 대한 설계 및 성능을 제시하였다. 멀티 로터관련 다양한 연구가 진행되어오고 있긴 하지만 최근에는 다양한 서비스를 목적으로 짐벌이 장착된 헥사로터형의 헬리콥터에 대한 관심이 모아지고 있다. 따라서, 본 논문에서는 지상의 원격조정 PC나 고성능의 원격제어장치나 영상시스템과 같은 외부보조 시스템 없이 연구와 구조활동, 모니터링 활동을 수행할 수 있는 컴팩트하고 자율비행을 위한 헥사로터(hexa rotor)형 헬리콥터에 대한 하드웨어 및 소프트웨어를 소개하고자 한다. 제안한 시스템은 헥사로터 헬리콥터의 구조와 관성측정장치 관련 하드웨어 구성과 수학적 모델링 및 시뮬레이션 결과를 각각 제시하였다. 또한, IMU 구현을 위하여 MCU(ARM-cortex) 보드를 장착하여 각 로터의 회전과 관성측정장치의 입력신호에 대한 상태를 제어할 수 있도록 하였다. 그리고 시스템 시뮬레이션과 실험을 통한 시스템의 성능을 각각 검증하였다. In this paper, we describe the design and performance of a prototype multi-rotor unmaned aerial vehicle(UAV) platform featuring an inertial measurement unit(IMU) based autonomous-flying for use in bluetooth communication environments. Although there has been a fair amount of study of free-flying UAV with multi-rotors, the more recent trend has been to outfit hexarotor helicopter with gimbal to support various services. This paper introduces the hardware and software systems toward very compact and autonomous hexarotors, where they can perform search, rescue, and surveillance missions without external assistance systems like ground station computers, high-performance remote control devices or vision system. The proposed system comprises the construction of the test hexarotor platform, the implementation of an IMU, mathematical modeling and simulation in the helicopter. Furthermore, the hexarotor helicopter with implemented IMU is connected with a micro controller unit(MCU)(ARM-cortex) board. The micro-controller is able to command the rotational speed of the rotors and to get the measurements of the IMU as input signals. The control simulation and experiment on the real system are implemented in the test platform, evaluated and compared against each other.

AHRS를 이용한 무선 선체 운동 측정 시스템에 관한 연구

김대해(Dae-Hae Kim),이상민(Sang-Min Lee),공길영(Gil-Young Kong) 한국항해항만학회 2013 한국항해항만학회지 Vol.37 No.6

IMU(Inertial Measurement Unit)는 선박, 잠수함, 항공기 및 군용장비 응용분야에서 적용되어 자세 측정 영역에 주로 사용되고 있지만, 이런 IMU는 고가의 장비이기 때문에 특수 분야에서만 한정적으로 이용되어 왔다. 그러나 MEMS AHRS(MEMS : Micro Electro Mechanical System, AHRS : Attitude and Heading Reference System)의 현 기술 상황은 지능형 MEMS AHRS가 채택된 응용분야에서 가격이 높은 IMU를 대체 할 수 있는 수준에 이르고 있다. 본 논문에서는 자이로 센서, 가속도 센서, 지자기 센서를 사용한 AHRS를 이용하여 선박의 주요 운동 요소인 횡동요, 종동요, 선수동요 값을 측정할 수 있는 무선 선체 운동 측정 시스템을 개발하였다. 또한 AHRS 센서가 발생시키는 오차인 순간 가속도, 지자기의 영향 및 진동에 대응하기 위하여 칼만 필터링 기능이 탑재된 센서를 적용함으로서 최적의 성능을 실현하고자 하였다. 본 연구에서 구현한 AHRS 센서를 이용한 무선 선체 운동 측정 시스템을 이용하여 실선 실험을 실행하였으며, 선박의 제한적인 설치상황에서도 편리하게 적용할 수 있을 것으로 보여진다. 향후 이 시스템이 선박에서 INS(Integrated Navigation System) 및 VDR(Voyage Data Recorder)과 같은 선박 장비와 호환되어 활용될 경우 항해 안전과 해양사고 분석에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다. The IMU(Inertial Measurement Unit) which is the expensive equipment has been used as a special limited area, usually in measurement of posture of applying to the areas of ship, submarine, aircraft and military equipment application. However, in the current situation, MEMS AHRS technology can replace the high-priced IMU in MEMS AHRS selected application field. In this paper, wireless hull motion measurement system was suggested for measuring key elements of ship’s movement such as rolling, pitching and yawing using gyro, acceleration and magnetic sensors of AHRS. In order to reduce the error such as instantaneous acceleration, effects and vibration of geomagnetic, we have adopted the sensors equipped with Kalman filtering. The Wireless hull motion measurement system using AHRS sensors was tested in actual ship and it could easily be applied in limited installation circumstances of the ship. In the future, this system can be useful in the navigation safety and marine accident analysis by using with ship equipment such as INS or VDR in the maritime.

AHRS를 이용한 무선 선체 운동 측정 시스템에 관한 연구

김대해,이상민,공길영 한국항해항만학회 2013 한국항해항만학회지 Vol.37 No.6

IMU(Inertial Measurement Unit)는 선박, 잠수함, 항공기 및 군용장비 응용분야에서 적용되어 자세 측정 영역에 주로 사용되고 있지 만, 이런 IMU는 고가의 장비이기 때문에 특수 분야에서만 한정적으로 이용되어 왔다. 그러나 MEMS AHRS(MEMS : Micro Electro Mechanical System, AHRS : Attitude and Heading Reference System)의 현 기술 상황은 지능형 MEMS AHRS가 채택된 응용분야에서 가격 이 높은 IMU를 대체 할 수 있는 수준에 이르고 있다. 본 논문에서는 자이로 센서, 가속도 센서, 지자기 센서를 사용한 AHRS를 이용하여 선박 의 주요 운동 요소인 횡동요, 종동요, 선수동요 값을 측정할 수 있는 무선 선체 운동 측정 시스템을 개발하였다. 또한 AHRS 센서가 발생시키 는 오차인 순간 가속도, 지자기의 영향 및 진동에 대응하기 위하여 칼만 필터링 기능이 탑재된 센서를 적용함으로서 최적의 성능을 실현하고자 하였다. 본 연구에서 구현한 AHRS 센서를 이용한 무선 선체 운동 측정 시스템을 이용하여 실선 실험을 실행하였으며, 선박의 제한적인 설치 상황에서도 편리하게 적용할 수 있을 것으로 보여진다. 향후 이 시스템이 선박에서 INS(Integrated Navigation System) 및 VDR(Voyage Data Recorder)과 같은 선박 장비와 호환되어 활용될 경우 항해 안전과 해양사고 분석에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다. The IMU(Inertial Measurement Unit) which is the expensive equipment has been used as a special limited area, usually in measurement of posture of applying to the areas of ship, submarine, aircraft and military equipment application. However, in the current situation, MEMS AHRS technology can replace the high-priced IMU in MEMS AHRS selected application field. In this paper, wireless hull motion measurement system was suggested for measuring key elements of ship’s movement such as rolling, pitching and yawing using gyro, acceleration and magnetic sensors of AHRS. In order to reduce the error such as instantaneous acceleration, effects and vibration of geomagnetic, we have adopted the sensors equipped with Kalman filtering. The Wireless hull motion measurement system using AHRS sensors was tested in actual ship and it could easily be applied in limited installation circumstances of the ship. In the future, this system can be useful in the navigation safety and marine accident analysis by using with ship equipment such as INS or VDR in the maritime.

MEMS IMU를 이용한 INS/GPS 결합 시스템 설계

박용곤종(Yong-gonjong Park),박찬국(Chan Gook Park) 항공우주시스템공학회 2018 항공우주시스템공학회 학술대회 발표집 Vol.2018 No.11

멀티위 IMU 센서 데이터 검증

정성구,김성욱,현정욱,정연득,김응태 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11

최근 쿼드로터의 범용적 사용과 더불어 오픈 소스(open source)의 제공으로 멀티위(MultiWii) 보드가 쿼드로터의 비행조종 컴퓨터로(Flight Control Computer, FCC)로 널리 쓰이고 있다. 멀티위 개발보드는 관성 측정장치(Inertial Measurement Unit, IMU)를 포함하고 있으며, 이 센서의 출력 값은 쿼드로터의 자세를 제어하는데 사용된다. 멀티위는 이러한 자세 각 추정을 위한 오픈 소스를 제공한다. 이때, 출력되는 센서 데이터를 사용하기에 앞서, 획득한 데이터의 정확도 분석이 필요하다. 제공되는 멀티위 오픈 소스에 의한 IMU 의 가속도와 각도, 각속도 출력 값을 사용하여 데이터 분석을 수행하였으며 별도의 2 차 상보필터를 설계하여 각도 추정성능을 개선하였다. 멀티위 개발보드를 쿼드로터에 탑재하여 비행시험을 수행하였으며, 모터진동에 의한 잡음 감쇄를 위해 센서 출력단에 10Hz 의 차단주파수를 갖는 저주파 통과 필터를 적용하였다. Currently, MultiWii development board is broadly used as a quadrotor flight control computer (FCC). This board can be easily adopted to a quadrotor by an offered open source software. A developer can control quadrotor attitude by MultiWii inertial measurement unit (IMU), and the open source offers a logic for estimating attitude angle. However, a prior to use this sensors output, data consistency analysis need to be handled. Angle estimation performance is improved with designed 2nd order complementary filter. Sensor data analysis is operated by a quadrotor flight test, and to reduce the motor vibration noise, low pass filter with 10Hz cutoff frequency is adopted.

전술 유도탄용 통합항법장치 개발

민홍주,배정태,임종남,권태윤,남창우,이재철 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.11

전술 유도탄용 통합항법장치를 개발하였다. 통합항법장치는 HG-1700 IMU, GNSS 수신기/안테나, 항법 소프트웨어 및 항법 컴퓨터 등으로 구성된다. 항법소프트웨어는 통합항법 알고리즘과 전달정렬 알고리즘으로 구성되며, 통합항법은 강결합방식으로 전달정렬은 속도 및 자세정합방식으로 설계하였다. 비행시험을 통하여 개발한 전술 유도탄용 항법장치의 성능을 검증하였다. An INS/GPS integrated navigation system was developed for tactical rocket system. The integrated navigation system consists of HG-1700 IMU, GNSS receiver/antenna, navigation software and navigation computer. The navigation software includes INS/GPS algorithm based on tightly coupled integration and transfer alignment algorithm based on velocity and attitude matching method. The performance of the navigation system is proven by the flight test.

초소형 관성측정모듈을 이용한 플라잉디스크의 수평축 모멘트 미계수 추정 연구

손현진(Hyunjin Son),이주환(Ju Hwan Lee),이영재(Young Jae Lee),성상경(Sangkyung Sung) 한국항공우주학회 2018 韓國航空宇宙學會誌 Vol.46 No.5

본 논문은 플라잉디스크에 탑재된 계측모듈의 IMU 데이터를 이용하여 롤링 및 피칭모멘트 감쇠미계수를 추정하는 방식을 새롭게 제시한다. 제안한 방식은 반복된 수 회의 원반비행 실험을 수행하여 데이터를 구축한 뒤 공력 계수를 추정하므로, 풍동이나 전산유체해석을 이용하는 방법에 비해 수월한 실험적 대안이 될 수 있다. 추정한 공력 계수는 플라잉디스크의 비행동역학 모델을 토대로 구현한 시뮬레이터에 적용하여 비행 궤적을 예측하는 것에 이용되었으며, 이를 GPS의 위치 궤적과 비교함으로써 성능을 검증하였다. This paper suggests a new method to estimate the roll and pitch damping moment coefficients of a flying disc through sensor data from the onboard IMU module. This method can be easily performed than wind tunnel or computational fluid dynamics methods because it estimates aerodynamic coefficients simply after accumulating the inertial data through several repeated flight experiments. Estimated coefficients are applied to a simulator which is based on the flight dynamics of a flying disc. Finally, the predicted flight trajectory is compared with the true position provided by GPS, which demonstrated the validity of the proposed estimation method.

Confusion Matrix 검증을 통한 Personal Mobility용 스마트 주행 모니터링 장치 개발

한주완,박성현,심채현,황주원 한국컴퓨터정보학회 2022 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.27 No.2

As the delivery industry grew around the restaurant industry along with the COVID-19 situation, the number of delivery workers increased significantly. Along with that, new forms of delivery using personal mobility (PM) also emerged and two-wheeled or PM-related accidents are steadily increasing. This study manufactures a PM’s driving analysis device to establish a safe delivery monitoring environment. This system was constructed to process data collected from the driving analysis device and through a cloud server, which would recognize and record special situations (acceleration/deceleration, speed bump) that could occur during the PM's driving situation. As a result, the angular speed, acceleration, and geomagnetic values collected from the IMU in the device were able to determine whether to drive, drive on the sidewalk, and drive on the speed bump. This technology was able to achieve approximately 1600 times more driving information storage efficiency than conventional image-based recording devices. 배달산업이 COVID-19 상황과 함께 요식업을 중심으로 크게 성장함에 따라 배달업 종사자가 크게 증가했다. 그와 함께 개인형 모빌리티(Personal Mobility: PM)를 활용한 새로운 배달 형태가 등장했으며, 이륜차 혹은 PM 관련 사고는 꾸준히 증가하고 있다. 본 연구는 안전 배달 모니터링 환경을 구축하기 위해 PM의 주행 분석 장치의 제작한다. 이를 위해 주행 분석 장치와 장치에서 수집된 데이터를 클라우드 서버를 통해 처리하는 시스템을 구성했으며, 이 시스템을 통해 PM의 운전상황에서 운전 중 발생할 수 있는 특수한 상황(가/감속, 과속방지턱 통과)을 인식하고 기록하고자 한다. 그 결과 장치 내 측정 센서(IMU)에서 수집한 각속도, 가속도, 지자기 값을 통해 운행 여부 및 인도 주행 여부, 경사로 주행 여부를 판단해 낼 수 있었다. 이 기술은 기존의 영상기반 기록장치보다 약 1600배 이상의 주행 정보 저장 효율을 달성할 수 있었다.