6축 IMU 센서 (자이로센서, 가속도 센서)를 이용하여 3차원 위치 좌표 구하기

6축 imu센서 (자이로 3축, 가속도 3축)을 이용하여 3차원 공간상의 위치를 구하기 위한 이론

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• 자이로 센서

순간적인 각속도(dps)를 출력합니다. (회전운동 감지) 그래서 자이로 센서는 움직임이 있을 경우에만 값이 나오게 됩니다.

각속도이기 때문에 이를 시간에 대해 적분하면 특정 시간에 움직인 각도를 구할 수 있습니다. 

• 가속도 센서

센서에 대한 가속도(g)를 출력합니다.(선형운동 감지) 정지한 상태에서는 중력가속도를 만 적용되게 됩니다.

그래서 정지한 상태에서는 중력가속도를 이용해 물체의 기울기를 구할 수 있습니다.

정지하지 않은 움직임이 있는 상태에서는 움직임 방향에 대한 가속도를 출력합니다. 하지만 중력가속도가 포함되어 있기때문에 움직임 방향에 대한 가속도를 구하려면 중력가속도를 제거해주어야합니다.

공간상의 위치 궤적을 구하기 위해서는 움직임에 대한 가속도를 2번 적분하여주면 됩니다.

한번 적분하면 속도, 한번 더 적분하면 위치가 나오게 됩니다. 하지만 두번 적분하기 때문에 정확도가 떨어집니다.

 

• 위치 계산

첫번째로, 가속도계에 적용되어 있는 중력가속도를 제거하여야 합니다. 물체의 각도에 맞게 적용된 중력가속도를 제거하기 위하여 자이로센서를 사용하여 도출된 각속도를 적분하여 물체의 각도를 구합니다. 그 각도에서의 중력가속도를 구하여 중력가속도를 제거합니다.

- 센서의 각도를 이용해 지구에 대한 방향(중력가속도가 적용되는 크기)을 구하기 위해서 사용하는것이 AHRS알고리즘이 있습니다.

두번째로, 가속도를 적분시 발생하는 적분상수 때문에 오차가 생깁니다. 그 오차가 계속 누적되어 드리프트가 생기게 됩니다. 이 드리프트를 제거하기 위해 필터를 사용해야 합니다.