가속도로 인한 부정확성 제거를 위해 기구학적 구속조건을 결합한 관성센서기반 자세추정

최미진; 이정근

doi:10.3795/KSME-A.2018.42.3.263

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자료유형: 학술저널

저자정보: 최미진 (한경대학교) 이정근 (한경대학교)

저널정보: 대한기계학회 대한기계학회 논문집 A권 대한기계학회논문집 A권 제42권 제3호(통권 제390호)

발행연도: 2018.3

수록면: 263 - 269 (7page)

DOI: 10.3795/KSME-A.2018.42.3.263

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관성센서 신호를 기반으로 한 자세추정 칼만필터에 있어, 가속도에 의해 야기되는 부정확성은 추정성능에 영향을 미치는 중요인자 중 하나이다. 이에 따라, 마르코프 체인 모델식 이용 등 다양한 가속도 보상 메커니즘이 제안되어 왔다. 하지만, 이들은 확률적 접근을 통한 보상시도이므로 근본적으로 가속도로 인한 부정확성을 제거하지는 못하며, 따라서 추정성능 개선에도 한계가 있었다. 본 논문에서는 기구학적 구속조건을 이용하여 가속도로 인한 부정확성을 근본적으로 제거하고, 이를 통해 가속조건에서도 강건한 관성센서기반 자세추정 칼만필터를 제안한다. 이를 위해 볼 조인트를 대상으로, 기구학적 센서가속도 구속조건식을 유도하였으며, 기존의 자세추정 칼만필터에 유도된 구속조건식을 결합한 새로운 구조의 구속 칼만필터를 제안하였다. 검증실험 결과, 제안하는 구속 칼만필터는 기존 칼만필터보다 평균 6.31° 및 최대 11.22° 향상된 자세추정 성능을 보였다.

#Inertial Sensor(관성센서) #Attitude(자세) #Acceleration-Induced Inaccuracy(가속도로 인한 부정확성) #Kinematic Constraint(기구학적 구속조건) #Kalman Filter(칼만필터)

참고문헌 (14)

참고문헌 신청

Yu, D. H., Park, J. H., Ryu, J. H. and Chong, K. T., 2015, Attitude Control of Quad-rotor by Improving the Reliability of Multi-Sensor System, Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 39, No. 5, pp. 517~ 526. Marina, H. G., Espinosa, F. and Santos, C., 2012, Adaptive UAV Attitude Estimation Employing Unscented Kalman Filter, FOAM and Low-Cost MEMS Sensors, Sensors, Vol. 12, No. 7, pp. 9566~ 9585. Ko, N. Y., Jeong, S. and Bae, Y., 2016, Sine Rotation Vector Method for Attitude Estimation of an Underwater robot, Sensors, Vol. 16, No. 8, p. 1213. Zhang, T. and Liao, Y., 2017, Attitude Measure System Based on Extended Kalman Filter for Multi- Rotors, Comput. Electron. Agric., Vol. 134, pp. 19~26. Lee, J. K., Park, E. J. and Robinovitch, S. N., 2012, Estimation of Attitude and External Acceleration Using Inertial Sensor Measurement During Various Dynamic Conditions, IEEE Trans. Instrum. Meas., Vol. 61, No. 8, pp. 2262~2273.

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