KR20150121935A - A New MEMS Gyro Approach Using LSM for Mobile Robot Heading Detection - Google Patents
A New MEMS Gyro Approach Using LSM for Mobile Robot Heading Detection Download PDFInfo
- Publication number
- KR20150121935A KR20150121935A KR1020140048186A KR20140048186A KR20150121935A KR 20150121935 A KR20150121935 A KR 20150121935A KR 1020140048186 A KR1020140048186 A KR 1020140048186A KR 20140048186 A KR20140048186 A KR 20140048186A KR 20150121935 A KR20150121935 A KR 20150121935A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- mobile robot
- lsm
- robot
- angle
- mems gyro
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 23
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
- B25J9/1664—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by motion, path, trajectory planning
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
- B25J19/02—Sensing devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
본 발명은 이동 로봇의 주행 방향을 탐지하기 위하여 MEMS 자이로를 기반으로 하여 북 방향을 탐지하는 새로운 방법을 제안하고, 이 방법을 기반으로 로봇의 헤드잉 앵글을 측정하는 방법에 관한 것으로, 본 발명은, 로봇의 방향과 북 방향 사이의 각도를 찾기 위하여 1축 MEMS 자이로와 가속도 센서를 사용하며, 상기 각도를 탐지하는 도중에 가속도 센서를 이용하여 지구의 인력을 탐지해서 목표 위치를 측정하고, 정확성을 높이고 탐지 시간을 단축시키기 위하여 데이터 퓨전과 신호처리로서 LSM 및 EKF를 이용하는 것을 특징으로 하는 모바일로봇의 이동 방향 탐지를 위한 LSM을 이용한 MEMS 자이로의 사용 방법을 제공한다.The present invention proposes a new method for detecting the north direction based on a MEMS gyro to detect the traveling direction of the mobile robot and a method for measuring the heading angle of the robot based on the method. , A single-axis MEMS gyroscope and an acceleration sensor are used to find the angle between the direction of the robot and the north direction. During the detection of the angle, an acceleration sensor is used to detect the earth's attraction to measure the target position, The present invention provides a method of using a MEMS gyro using LSM for detecting a moving direction of a mobile robot, which uses LSM and EKF as data fusion and signal processing to shorten the time.
Description
본 발명은 이동 로봇의 주행 방향을 탐지하기 위하여 MEMS 자이로를 기반으로 하여 북 방향을 탐지하는 새로운 방법을 제안하고, 이 방법을 기반으로 로봇의 헤드잉 앵글을 측정하는 방법에 관한 것이다. The present invention proposes a new method for detecting the north direction based on a MEMS gyro to detect the traveling direction of the mobile robot, and a method for measuring the heading angle of the robot based on the method.
이동 로봇 등과 같이 자율적으로 이동할 수 있도록 구성된 물체에 있어서, 로봇의 효율적인 제어 및 자기 위치 인식을 위해서는 정확한 위치 추정이 필요하다. 예를 들어, 현재 가정에서 사용하고 있는 보편적인 이동 로봇으로 청소 로봇이 있다. 청소 로봇은 이미 프로그램된 이동 경로 및 주행 방법에 따라 이동하면서 이물질을 흡입하여 청소를 하는 로봇이다. 이러한 청소 로봇의 청소 효율을 높이기 위해서는 구석구석 청소가 가능하면서, 이미 청소를 하고 지나간 구역은 다시 지나가지 않고, 청소를 하지 않은 구역을 청소하는 주행 방법이 필요하다.In an object configured to be able to move autonomously, such as a mobile robot, accurate position estimation is required for efficient control of the robot and self-position recognition. For example, there is a cleaning robot which is a universal mobile robot currently used in the home. The cleaning robot is a robot that moves in accordance with a programmed travel path and a traveling method, and sucks foreign substances and performs cleaning. In order to improve the cleaning efficiency of such a cleaning robot, it is necessary to carry out a cleaning method which cleans all areas that have not been cleaned yet, so that the cleaned areas are not passed again.
그러므로 청소 효율을 높이기 위하여 다양한 주행 방법이 사용되고 있으며, 장애물과의 충돌을 피하기 위한 다양한 센서들이 탑재되어 사용되고 있다.Therefore, various driving methods are used to improve cleaning efficiency and various sensors are mounted and used to avoid collision with an obstacle.
Micro Electrics Mechanics System(MEMS) 자이로는 전통적인 속도 센서와 다른 네이비게이션보다 작은 사이즈이고, 가벼운 무게와 저가의 특성을 갖고 있다. MEMS 기술이 빠르게 성장하면서 최근 3년동안 정확성과 안정성이 많이 향상되었다. MEMS 자이로는 자동 네이비게이션 등 여러 가지 분야에서 중요한 필수품으로, 예를 들면, 항해, 이동 로봇 등 분야에서 많이 사용하고 있다.The Micro Electrics Mechanics System (MEMS) gyro is smaller than traditional velocity sensors and other navi- gations, has a light weight and low cost. As MEMS technology has grown rapidly, accuracy and stability have improved significantly over the last three years. MEMS gyro is an important necessity in various fields such as automatic navi- gation, for example, in navigation, mobile robot, and the like.
이와 같이 MEMS 자이로는 건축물을 탐지하고, 방 안에서 청소하고 홈 서비스 등 여러 방면에 응용된다. MEMS 자이로가 적용된 모든 시스템들은 시스템의 미션을 완성할 수 있을 정도의 정확성을 필요로 한다. 개략적으로 말하자면 이동 로봇과 선박은 자신의 주행 방향(heading angle)를 알고 있어야 네이비게이션을 한다. In this way, MEMS gyros are used in various aspects such as detecting buildings, cleaning in rooms, and home services. All systems with MEMS gyros require the accuracy to complete the mission of the system. In short, the mobile robot and the ship need to know their own heading angle before they can navigate.
이러한 이동 로봇의 이동 방향을 탐지하기 위하여 많은 방법들이 연구되고 있다. 가격, 사이즈, 유효성을 고려하여 많은 연구자들이 MEMS 센서를 이용해서 로봇의 주행 방향과 위치 데이터를 계산하고 있다. Many methods for detecting the moving direction of the mobile robot have been studied. Considering the price, size, and effectiveness, many researchers calculate the direction and position data of the robot using MEMS sensors.
본 발명은 기존의 MEMS를 이용하는 이동 로봇의 주행 방향을 탐지하는 기술과는 다른 가격이 저렴하고 MEMS 자이로의 정확도를 높이며, 오차를 감소할 수 있는 새로운 이동 로봇의 이동 방향 탐지를 위한 MEMS 자이로의 사용 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention relates to a MEMS gyroscope for detecting the moving direction of a new mobile robot which is less expensive than the conventional technology for detecting the traveling direction of a mobile robot using MEMS and which can increase the accuracy of the MEMS gyro and reduce errors. The present invention has been made in view of the above problems.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 로봇의 방향과 북 방향 사이의 각도를 찾기 위하여 1축 MEMS 자이로와 가속도 센서를 사용하며, 상기 각도를 탐지하는 도중에 가속도 센서를 이용하여 지구의 인력을 탐지해서 목표 위치를 측정하고, 정확성을 높이고 탐지 시간을 단축시키기 위하여 데이터 퓨전과 신호처리로서 LSM 및 EKF를 이용하는 것을 특징으로 하는 모바일로봇의 이동 방향 탐지를 위한 LSM을 이용한 MEMS 자이로의 사용 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, a single-axis MEMS gyroscope and an acceleration sensor are used to find an angle between a direction of a robot and a direction of a north, and an acceleration sensor is used to detect a gravity of the earth during the detection of the angle. The LSM and the EKF are used as data fusion and signal processing in order to measure the target position, increase the accuracy and shorten the detection time, and provide a method of using the MEMS gyro using the LSM for detecting the moving direction of the mobile robot .
본 발명에 따르면 기존의 MEMS를 이용하는 이동 로봇의 주행 방향을 탐지하는 기술과는 다른 가격이 저렴하고 MEMS 자이로의 정확도를 높이며, 오차를 감소할 수 있는 새로운 이동 로봇의 이동 방향 탐지를 위한 MEMS 자이로의 사용 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, there is provided a MEMS gyroscope for detecting movement direction of a new mobile robot, which is different from a technology for detecting the traveling direction of a mobile robot using existing MEMS, There is an effect that a usage method can be provided.
도 1은 본 발명에 따른 모바일로봇의 이동 방향 탐지를 위한 LSM을 이용한 MEMS 자이로의 사용 방법을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining a method of using a MEMS gyro using an LSM for detecting a moving direction of a mobile robot according to the present invention.
본 발명은 이동 로봇의 주행 방향을 탐지하기 위하여 MEMS 자이로를 기반으로 하여 북 방향을 탐지하는 새로운 방법을 제안하고, 이 방법을 기반으로 로봇의 헤드잉 앵글을 측정하는 방법을 제안한다. The present invention proposes a new method of detecting the north direction based on a MEMS gyro to detect the traveling direction of the mobile robot, and proposes a method of measuring the heading angle of the robot based on this method.
이하 개선한 북 방향을 탐지 이론과 알고리즘을 설명한다. 여러 가지 방법을 이용하여 시스템의 정확성과 실용성을 확보한다. 로봇의 방향과 북 방향 사이의 각도를 찾기 위하여 1축 MEMS 자이로와 가속도 센서를 사용한다. 그리고 이 각도를 탐지하는 도중에 가속도 센서를 이용하여 지구의 인력을 탐지해서 목표 위치를 측정한다. 정확성을 높이고, 탐지 시간을 단축시키기 위하여 데이터 퓨전과 신호처리로서 LSM 및 EKF를 이용한다. 본 발명에서 제안된 방법을 평가하기 위하여 이 시스템은 Pioneer Robot을 이용한다.Hereinafter, the improved north direction detection theory and algorithm will be explained. We use various methods to ensure the accuracy and practicality of the system. A single-axis MEMS gyroscope and an acceleration sensor are used to find the angle between the direction of the robot and the direction of the north. Then, during the detection of this angle, an acceleration sensor is used to detect the earth's attraction and measure the target position. LSM and EKF are used as data fusion and signal processing to improve accuracy and shorten detection time. To evaluate the method proposed in the present invention, this system uses Pioneer Robot.
이하 첨부된 도면의 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 모바일로봇의 이동 방향 탐지를 위한 LSM을 이용한 MEMS 자이로의 사용 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A preferred embodiment of a method of using a MEMS gyro using an LSM for detecting a moving direction of a mobile robot according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.
정확하게 지구의 북 방향을 찾기 위하여 임의의 실험하는 위치의 지구 각속도를 계측하여 이 각속도의 최대 값을 구한다. 그값은 15°/h이다. 하지만 이 실험에는 오차가 발생하여 오차를 보상해주는 방법이 필요하다. 사인 웨이브를 이용해 필터링을 하면 필터링 과정 중에 modulated carrier가 있다.To find the north direction of the earth accurately, measure the earth angular velocity at an arbitrary experimental position and obtain the maximum value of the angular velocity. The value is 15 ° / h. However, in this experiment, a method is required to compensate for errors due to errors. If you use sine wave filtering, there is a modulated carrier during the filtering process.
ω는 초기에 계측 위치 중에 자이로 출력 각속도이고, 이 위치는 로봇의 헤드잉 위치와 같다. Ωe는 지구의 회전 속도이고, φ는 현지의 위도이고 ψ는 로봇의 헤드잉 방향과 북 방향 사이의 각도이다. 이 공식에서 바이어스와 다른 오차를 무시한다. ω is the gyro output angular velocity in the initial measurement position, which is the same as the heading position of the robot. Ωe is the Earth's rotation speed, φ is the local latitude and ψ is the angle between the heading direction and the north direction of the robot. Ignore bias and other errors in this formula.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the present invention.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140048186A KR20150121935A (en) | 2014-04-22 | 2014-04-22 | A New MEMS Gyro Approach Using LSM for Mobile Robot Heading Detection |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140048186A KR20150121935A (en) | 2014-04-22 | 2014-04-22 | A New MEMS Gyro Approach Using LSM for Mobile Robot Heading Detection |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150121935A true KR20150121935A (en) | 2015-10-30 |
Family
ID=54430907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140048186A Withdrawn KR20150121935A (en) | 2014-04-22 | 2014-04-22 | A New MEMS Gyro Approach Using LSM for Mobile Robot Heading Detection |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20150121935A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106961233A (en) * | 2017-03-29 | 2017-07-18 | 广州智能装备研究院有限公司 | A kind of two-phase hybrid stepping motor closed loop control method |
| CN110587603A (en) * | 2019-09-05 | 2019-12-20 | 北京工业大学 | Pose self-induction joint module motion control system based on multi-sensor data fusion |
-
2014
- 2014-04-22 KR KR1020140048186A patent/KR20150121935A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106961233A (en) * | 2017-03-29 | 2017-07-18 | 广州智能装备研究院有限公司 | A kind of two-phase hybrid stepping motor closed loop control method |
| CN106961233B (en) * | 2017-03-29 | 2019-06-25 | 广州智能装备研究院有限公司 | A kind of two-phase hybrid stepping motor closed loop control method |
| CN110587603A (en) * | 2019-09-05 | 2019-12-20 | 北京工业大学 | Pose self-induction joint module motion control system based on multi-sensor data fusion |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101439921B1 (en) | Slam system for mobile robot based on vision sensor data and motion sensor data fusion | |
| Li et al. | LIDAR/MEMS IMU integrated navigation (SLAM) method for a small UAV in indoor environments | |
| US11536572B2 (en) | Method and system for accurate long term simultaneous localization and mapping with absolute orientation sensing | |
| Cho et al. | A dead reckoning localization system for mobile robots using inertial sensors and wheel revolution encoding | |
| Lee et al. | Robust mobile robot localization using optical flow sensors and encoders | |
| CN1680780B (en) | Method and device for determining geomagnetic field and azimuth angle by using compass | |
| Pirník et al. | Integration of inertial sensor data into control of the mobile platform | |
| Mostafa et al. | A novel GPS/DVL/MEMS-INS smartphone sensors integrated method to enhance autonomous navigation, guidance and control system of AUSVs based on ADSF combined filter | |
| Anjum et al. | Sensor data fusion using unscented kalman filter for accurate localization of mobile robots | |
| KR20150121935A (en) | A New MEMS Gyro Approach Using LSM for Mobile Robot Heading Detection | |
| Cechowicz | Bias drift estimation for mems gyroscope used in inertial navigation | |
| hyeuk Lee et al. | Elbow detection for localization of a mobile robot inside pipeline using laser pointers | |
| Tang et al. | IC-GVINS: A robust, real-time, INS-centric GNSS-visual-inertial navigation system for wheeled robot | |
| Baatar et al. | Precise indoor localization of multiple mobile robots with adaptive sensor fusion using odometry and vision data | |
| Conduraru et al. | Localization methods for mobile robots-a review | |
| Cechowicz et al. | Indoor vehicle tracking with a smart MEMS sensor | |
| Guo et al. | Using RFID in localization for indoor navigation of mobile robots | |
| CN111352139B (en) | Scanning equipment autonomous guiding method and device and scanning equipment | |
| Hitz et al. | State estimation for shore monitoring using an autonomous surface vessel | |
| Chen et al. | A RGB and D vision aided multi-sensor system for indoor mobile robot and pedestrian seamless navigation | |
| Cechowicz | Indoor mobile robot attitude estimation with MEMS gyroscope | |
| Joshi et al. | Simultaneous Navigator for Autonomous Identification and Localization Robot | |
| Shaikh et al. | Mobile robot vision tracking system using unscented Kalman filter | |
| Jingjing et al. | Indoor pedestrian positioning algorithm with feature point detection and virtual path matching | |
| Hyun et al. | Compact self-contained navigation system with MEMS inertial sensor and optical navigation sensor for 3-D pipeline mapping |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20140422 |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |