자이카 센서

IMU 센서 개요

• IMU (Inertial Measurement Unit)
  • 관성 측정 장치 : 가속도계와 회전속도계, 자력계의 조합을 사용하여 어떤 물체(질량)에 가해지는 힘. 회전 각속도 등을 측정하는 장치

가속도 센서

• 가속 센서(Accelerometer)
  • MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) 기술로 만들어지는 센서
  • 반도체 칩 안에 입체적인 구조물 만듬
  • 구조물이 외부의 힘에 따라 움직이는 것을 전기적 신호로 바꾸어 출력
  • x,y,z 축 방향의 직선 움직임과 기울어짐의 자세 파악

자이로 센서(Gyro Sensor)

• x,y,z 축을 기준으로 한 회전 움직임 감지
• Game UI, 리모컨(wii), 실내(GPS)

지자기 센서(Magnetometer Sensor)

• 3축 나침반
• 방위 알려주는 디지털 나침반 기능
• 지도와 결합하여 다양한 응용 제공(Ex. 증강현실)

직교하는 세 방향의 축 - Roll / Pitch / Yaw

Roll

• 이동 방향에 대하여 평행한 축 주위의 회전각을 나타냄.
• 차량이 코너링 할 때 옆으로 깅ㄹ어지는 것을 감지할 수 있음

Pitch

• 이동 방향에 대하여 수직을 이루는 축 주위의 회전각을 나타냄.
• 차량이 언덕을 올라가는 것과 내려오는 것을 감지할 수 있음 (내려오는것 +, 올라가는것 -)

Yaw

• 이동 방향에 대하여 수직을 이루는 축 주위의 회전각을 나타냄.
• 차량의 좌/우회전 하는것을 감지할 수 있음

라이다 - LIDAR (Light Imaging Detection and Ranging)

• 레이저 신호의 반사파를 이용
• 짧은 주파수로 작은 물체도 감지가 가능
• 정확한 3D 단색 이미지 구성 가능

레이다 - RADAR(Radio Detection and Ranging)

• 전파 신호의 반사파를 이용
• 속도 감지 가능 (경찰의 과속측정기에 사용)
• 구름 많은 날씨 환경 및 야간에도 손쉽게 작동
• LIDAR보다 더 긴 작동거리를 제공

멀티 채널 라이다

• 위아래 스캐닝 가능
• 사람, 차량, 벽, 기둥 인식 가능

라이다의 장애물 감지 기능

• 라이다를 이용하여 전방 장애물 감지
• 0 ~ 360도, 1도 단위로 거리 센싱
• (x,y) 좌표로 변환하여 장애물 위치 판단 (진행방향에 장애물이 있으면 정지)

라이다의 센싱 데이터

• 360도 회전하면서 1도씩 전방에 있는 장애물까지의 거리를 센싱
• 360개의 Array 데이터를 만들어 사용

초음파 센서

• Ultrasonic Wave (초음파)
  • 인간의 귀가 들을 수 있는 가청 주파수 대역보다 높은 진동수로 발생하는 파동
  • 가청 주파수는 사람마다 다르지만, 약 20Hz ~ 20 kHz
• 초음파 센서는 초음파를 이용하여 센서로부터 사물까지의 직선거리를 측정

초음파 센서의 동작

• 시그널
  • Vcc : 센서 부품에 전력 공급
  • GND : 회로의 그라운드에 연결
  • Trig : 센서를 동작시키기 위한 트리거 시그널 (입력)
  • Echo : 거리 측정 결과를 전달하기 위한 시그널 (출력)
• 동작원리
  1. 송신부에 초음파를 발사
  2. 초음파가 물체에서 반사
  3. 반사된 초음파가 수신부에 감지
  4. 송신과 수신 사이의 시간 간력을 기준으로 물체까지의 거리를 계산

초음파 센서의 동작 시나리오

• 시작 -> 초음파 발사와 수신 -> 시간차 출력
  • 아두이노가 TRIG 판에 10us 동안 High 신호(5V)를 내보낸다,
  • 초음파센서가 40kHz 초으맢펄스(pulse)를 여덟 개 만들어 물체로 보낸다.
  • 물체에 반사된 초음파펄스가 되돌아가서 초음파센서에 수신된다
  • 센서는 송신과 수신의 시간차에 비례하는 길이의 펄스를 Echo 핀으로 출력한다.

초음파 센서를 이용한 거리 측정

• 소리의 속도는 초속 340m (1초에 340미터 이동), 1cm 이동하는데 약 29us 소요
• 송신과 수신의 시간차 = 초음파의 왕복 이동
• 물체까지의 거리 = (송신과 수신의 시간차(us) / 2) / 29us (cm)

초음파 센서의 측정 오류

• 신호가 모두 흡수될때
• 다른곳으로 튕겨나갈때(비스듬하게 쏴서)
• 물체가 너무 작거나, 소프트 할때, 너무 멀리 있을때

Depth 카메라

• 인텔 리얼센스 스테레오 카메라
• 왼쪽 적외선카메라, 적외선 방출기, 오른쪽 적외선 카메라, RGB 칼라 카메라로 구성
• 스테레오 카메라를 이용한 거리 측정
• Depth 정보와 RGB 정보의 융합
  • 적외선 카메라 2개로 파악한 깊이 정보 + RGB 카메라로 찍으 이미지 정보
  • 3차원 공간에 칼라 이미지를 표시