KR20160002103A - Automatic calibration method for geomagnetic sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 캘리브레이션 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가속도 센서에 의해 인식되는 중력가속도가 가리키는 방향의 자취를 이용하여 지자기 센서가 돌아가는 궤적과 지자기 값을 저장한 후, 캘리브레이션(Calibration)을 할 수 있는 값을 모두 수집했다고 판단되면 자동으로 지자기 센서의 캘리브레이션을 동작시킬 수 있게 한 지자기 센서의 자동 캘리브레이션 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a calibration method, and more particularly, to a calibration method capable of calibrating after storing a trajectory and geomagnetism value of a geomagnetic sensor using a trace of a direction indicated by a gravitational acceleration recognized by an acceleration sensor And automatically calibrating the geomagnetism sensor when it is determined that all the values of the geomagnetic sensor have been collected.
Description
본 발명은 캘리브레이션 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가속도 센서에 의해 인식되는 중력가속도가 가리키는 방향의 자취를 이용하여 지자기 센서가 돌아가는 궤적과 지자기 값을 저장한 후, 캘리브레이션(Calibration)을 할 수 있는 값을 모두 수집했다고 판단되면 자동으로 지자기 센서의 캘리브레이션을 동작시킬 수 있게 한 지자기 센서의 자동 캘리브레이션 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a calibration method, and more particularly, to a calibration method capable of calibrating after storing a trajectory and geomagnetism value of a geomagnetic sensor using a trace of a direction indicated by a gravitational acceleration recognized by an acceleration sensor And automatically calibrating the geomagnetism sensor when it is determined that all the values of the geomagnetic sensor have been collected.
일반적으로 지자기 센서(Geomagnetic sensor)는 매우 미소한 지자기를 검출해서 방위를 특정하는 디바이스이므로, 주변 자기원에 의한 자기의 영향을 받기 쉽고, 환경에 따라 검출 편차가 발생하게 된다. 따라서, 지자기 센서를 이용하여 정확한 측정 결과를 얻기 위해서는 측정 전에 지자기 센서의 보정처리, 즉 캘리브레이션(Calibration)을 적절하게 행하여야 하였다.In general, a geomagnetic sensor is a device that detects a very small geomagnetism and specifies its azimuth, so it is susceptible to magnetism by a surrounding magnetic source and a detection error is generated depending on the environment. Therefore, in order to obtain an accurate measurement result using the geomagnetic sensor, the calibration process of the geomagnetic sensor, that is, the calibration, has to be appropriately performed before the measurement.
그에 따라, 가속도 센서 x, y, z 3축과, 자이로 센서 x, y, z 3축, 및 지자기 센서 x, y, z 3축으로 이루어진 9축 센서를 이용하여 Yaw, Pitch, Roll을 구하고자 할 경우, 가속도 센서와 자이로 센서는 센서의 중심부에서 측정하게 되므로 별도의 캘리브레이션이 행해지지 않더라도 오차가 발생하지 않지만, 지자기 센서의 경우에는 그렇지 않은 문제점이 있었다.Therefore, we can obtain Yaw, Pitch, Roll by using 9 axis sensor composed of three axes of acceleration sensors x, y and z, three axes of gyro sensor x, y and z, and three axes of geomagnetic sensor x, y and z The acceleration sensor and the gyro sensor measure at the center of the sensor, so that no error occurs even if no separate calibration is performed. However, in the case of the geomagnetic sensor, there is a problem that the acceleration sensor and the gyro sensor do not.
즉, 가속도 센서는 움직이지 않으면 중력가속도만 작용하게 되어 3축 모두 그 값은 동일하며 그 반대 방향의 크기 값도 동일하게 된다, 또한, 자이로 센서는 회전시에만 값이 나오며 센서의 중심부에서 회전된 값만 나오게 되므로, 가속도 센서와 자이로 센서는 보정처리 없이 측정하여도 오차가 발생하지 않게 된다.In other words, if the acceleration sensor does not move, only the gravitational acceleration acts on the three axes, so that the values are the same and the magnitude values in the opposite direction are the same. The acceleration sensor and the gyro sensor do not generate an error even if they are measured without correction processing.
그러나, 지자기 센서는 북극의 지구 자기장을 측정하지만, 주변 자기장으로 인하여 중심부에서 쉬프트(Shift) 현상이 나타나게 되므로, 만약 보정 처리, 즉 캘리브레이션을 하지 않으면 도 1에 도시된 바와 같이 360도 방향으로 돌려도 구역마다 편차가 심하게 발생하게 되는 문제점이 있었다.However, since the geomagnetic sensor measures a geomagnetic field of the north pole, a shift phenomenon appears at the central portion due to the peripheral magnetic field. Therefore, if the correction process, i.e., calibration is not performed, There is a problem that a deviation occurs severely every time.
이러한 지자기 센서는 도 2에 도시된 바와 같이 x, y, z 축 방향에서 지자기를 검출하는데 사용되는 센서로서, 통상적으로 가우스(Gauss) 단위로 측정되며, 주변에 철과 같은 자기장 성분이 있는 물체가 있을 경우 쉬프트(Shife) 현상이 발생하게 된다.Such a geomagnetic sensor is a sensor used for detecting geomagnetism in the x, y and z axis directions as shown in Fig. 2. The sensor is usually measured in Gaussian units, and an object having a magnetic field component such as iron A shift phenomenon will occur.
그에 따라, 정상적인 경우에는 지자기 센서의 중심에 지자기 측정 중심이 위치하게 되어 지자기 센서에서 측정되는 지자기 값의 크기가 정확한 값을 나타내지만, 지자기 센서가 놓이는 위치의 변화나 주변 물질에 의한 자기장의 영향(배터리, 회로, 나사, 외형 기구 등)으로 쉬프트 현성이 발생하게 된 경우에는 센서의 중심과 지자기 측정 줌심이 상이하게 되므로, 지지기 센서에서 측정되는 지자기 값의 크기를 신뢰하기 어려운 문제점이 발생된다.Therefore, in the normal case, the center of the geomagnetic sensor is positioned at the center of the geomagnetic sensor, so the magnitude of the geomagnetism measured by the geomagnetism sensor is correct, but the influence of the change of the position of the geomagnetic sensor, When a shift phenomenon occurs in a battery, a circuit, a screw, an external mechanism, etc., the center of the sensor and the geomagnetic measurement zoom axis become different from each other, so that it is difficult to reliably estimate the magnitude of the geomagnetism measured by the supporting sensor.
물론, 지자기 센서를 소정의 위치에 고정 설치하여 사용하는 경우, 주변에 있는 자기원과의 위치 관계 등이 동일하다면 빈번하게 캘리브레이션을 하지 실행하지 않더라도 지자기 센서로부터 충분한 정밀도의 측정 결과를 얻을 수 있으나, 들고 다니거나 이동시켜 사용하는 경우에는 지자기 센서가 놓이는 위치뿐만 아니라 주변에 있는 자기원의 유무, 위치 관계 등이 계속 변경되므로 고정 형태의 지자기 센서보다 훨씬 빈번하게 캘리브레이션을 하지 않으면 충분한 정밀도의 측정 결과를 얻을 수 없게 된다.Of course, in the case where the geomagnetic sensor is fixedly installed at a predetermined position, if the positional relationship with the surrounding magnetic field is the same, the geomagnetism sensor can obtain a sufficiently accurate measurement result even if the calibration is not performed frequently. In case of carrying or moving it, the position of the magnetism sensor in the vicinity as well as the position of the magnetism is changed continuously. Therefore, if the calibration is not performed more frequently than the fixed type geomagnetic sensor, Can not be obtained.
이처럼 지자기 센서의 쉬프트 현상으로 인한 지자기 측정 중심을 정상적인 경우의 중심, 즉 센서의 중심과 일치시켜 측정되는 지자기 값의 신뢰도를 향상시키기 위하여, 종래에는 특정 버튼을 이용하거나 사용자가 수동으로 센서를 모든 방향으로 여러 번 회전시켜서, 지자기 센서를 이용하여 측정 가능한 모든 범위들이 구의 영역을 형성하게 한 후, 그 중심을 도출하여 지자기 측정 중심으로 설정하곤 하였다.In order to improve the reliability of the geomagnetism value measured by matching the center of geomagnetism measurement due to the shift phenomenon of the geomagnetic sensor to the center of the normal case, that is, the center of the sensor, conventionally, , We used the geomagnetic sensor to make all the measurable ranges form the spheres, and then set the center of the geomagnetic measurement as the center of the spheres.
그러나, 이처럼 캘리브레이션을 위하여 지자기 센서를 포함하는 센서들을 여러 번 회전시킬 경우, 지자기 센서를 이용하여 측정하고자 할 때마다 캘리브레이션을 위한 시간과 노력이 수고되는 문제점이 있었으며, 캘리브레이션을 하더라도 사용자가 이동하게 되면 다시 캘리브레이션을 반복적으로 시행해야 하는 번거로움이 있었다.However, when the sensors including the geomagnetic sensor are rotated several times for the calibration, there is a problem in that time and effort are required for the calibration every time the geomagnetic sensor is used. Even if the user moves There was a need to repeatedly perform the calibration again.
본 발명은 가속도 센서에 의해 인식되는 중력가속도가 가리키는 방향의 자취를 이용하여 지자기 센서가 돌아가는 궤적과 지자기 값을 저장한 후, 캘리브레이션(Calibration)을 할 수 있는 값을 모두 수집했다고 판단되면 자동으로 지자기 센서의 캘리브레이션을 동작시킬 수 있게 한 지자기 센서의 자동 캘리브레이션 방법을 제공함에 있다.According to the present invention, after storing the trajectory and geomagnetism value of the geomagnetism sensor using the trace of the direction indicated by the gravitational acceleration recognized by the acceleration sensor, if it is determined that all the values capable of calibration are collected, And an automatic calibration method of a geomagnetism sensor capable of operating the calibration of the sensor.
상기 과제를 해결하기 위한 지자기 센서의 자동 캘리브레이션 방법은, A method of automatically calibrating a geomagnetic sensor for solving the above-
가속도 센서와 자이로 센서와 지자기 센서로 이루어진 9축 센서를 가로방향으로 눕힌 A상태에서 전면을 향하여 360도 회전시켜 궤적과 지자기 값을 획득한 후, 좌측에서 우측을 향하여 상부를 향하도록 90도 회전시켜 B상태를 만드는 단계; 상기 9축 센서를 B상태에서 전면을 향하여 360도 회전시켜 궤적과 지자기 값을 획득한 후, 좌측에서 우측을 향하여 전방을 향하도록 90도 회전시켜 C상태를 만드는 단계; 및 상기 9축 센서를 C상태에서 전면을 향하여 360도 회전시켜 궤적과 지자기 값을 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A 9-axis sensor consisting of an acceleration sensor, a gyro sensor and a geomagnetic sensor was rotated from 360 degrees toward the front in the state A, which was laid horizontally, and then trajectory and geomagnetic values were obtained. B state; Rotating the 9-axis sensor 360 degrees from the B state to 360 degrees to obtain a trajectory and a geomagnetic value, rotating the 9 axis sensor 90 degrees from the left side to the right side to make a C state; And obtaining the trajectory and the geomagnetic value by rotating the 9-axis sensor 360 degrees from the C-state toward the front.
본 발명은 캘리브레이션을 위하여 사용자가 지자기 센서를 여러 번 돌릴 필요 없이 사용자가 이동하더라도 가속도 센서에서 얻어진 데이터를 기반으로 내가 지나온 자취를 알고 언제든지 지자기 캘리브레이션 동작을 자동으로 실행할 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of automatically performing geomagnetism calibration operation at any time based on data obtained from the acceleration sensor, even if the user moves without the user having to turn the geomagnetism sensor several times for calibration.
도 1은 캘리브레이션이 행해지지 않은 지자기 센서에서 측정 편차가 발생된 것을 나타내는 예시도.
도 2는 정상적인 경우와 쉬프트 현상이 발생된 경우에 지자기 센서에서 지자기 측정값이 상이하게 측정되는 것을 나타내는 예시도.
도 3은 본 발명에 따라 지자기 센서가 포함된 9축 센서를 돌리는 과정을 나타내는 구성도.
도 4는 지자기 센서를 캘리브레이션하여 지자기 측정중심을 센서의 중심에 일치시키는 연산처리 개념을 나타내는 구성도.1 is an exemplary view showing a measurement deviation occurring in a geomagnetic sensor in which calibration is not performed;
Fig. 2 is an exemplary diagram showing that the geomagnetism measurement values are measured differently in the geomagnetic sensor in the normal case and when the shift phenomenon occurs. Fig.
3 is a view showing a process of turning a 9-axis sensor including a geomagnetic sensor according to the present invention.
4 is a diagram showing a concept of an arithmetic processing process for calibrating a geomagnetic sensor to match a geomagnetic measurement center to the center of the sensor.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 3은 본 발명에 따라 지자기 센서가 포함된 9축 센서를 돌리는 과정을 나타내는 구성도이고, 도 4는 지자기 센서를 캘리브레이션하여 지자기 측정중심을 센서의 중심에 일치시키는 연산처리 개념을 나타내는 구성도이다.FIG. 3 is a diagram showing a process of turning a 9-axis sensor including a geomagnetic sensor according to the present invention, and FIG. 4 is a diagram illustrating a concept of a calculation process of calibrating a geomagnetism sensor and matching the geomagnetism measurement center to the center of the sensor .
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 지자기 센서의 자동 캘리브레이션 방법은, 가속도 센서와 자이로 센서와 지자기 센서로 이루어진 9축 센서(100)를 가로방향으로 눕힌 A상태에서 전면을 향하여 360도 회전(1)시킨 후 좌측에서 우측을 향하여 상부를 향하도록 90도 회전(2)시켜 B상태를 만드는 단계와, 상기 9축 센서(100)를 B상태에서 전면을 향하여 360도 회전(1)시킨 후 좌측에서 우측을 향하여 전방을 향하도록 90도 회전(2)시켜 C상태를 만드는 단계와. 상기 9축 센서(100)를 C상태에서 전면을 향하여 360도 회전(1)시키는 단계를 포함하여 구성된다.3 and 4, a method for automatically calibrating a geomagnetism sensor according to the present invention includes: a 9-axis sensor 100 including an acceleration sensor, a gyro sensor, and a geomagnetic sensor; (1) to make a B state by rotating (2) 90 degrees so as to face upward from the left side to the right side, and (9) rotating the 9-axis sensor 100 by 360 degrees (2) to make a C state by rotating 90 degrees toward the front from the left side to the right side. And rotating the 9-axis sensor 100 360 degrees from the C state toward the front.
이와 같이 지자기 측정 중심이 쉬프트(Shift)된 지자기 센서가 구비된 9축 센서에서, 지자기 센서의 지자기 측정 중심을 센서의 중심에 일치시키기 위하여, 상기 9축 센서를 도 3에 도시된 A, B, 및 C 세 상태에서 전면을 향하여 360도 회전시킴으로써 지자기 센서가 돌아가는 궤적을 파악한 후 각 궤적에서의 지자기 값을 쉬프트 시키며 캘리브레이션을 실행할 수 있게 된다.In order to align the geomagnetic center of the geomagnetic sensor with the center of the sensor in the 9-axis sensor equipped with the geomagnetic sensor with the geomagnetic measurement center shifted as described above, the 9- And 360 degrees from the C state to the front, it is possible to grasp the locus of the geomagnetism sensor, and then to calibrate the geomagnetism value in each locus.
이때, 상기 지자기 센서가 돌아가는 궤적과 각 궤적에서의 지자기 값은 상기 A, B 및 C 상태에서의 회전시에 가속도 센서에 의해 중력가속도 방향을 가리키는 자취를 이용하여 궤적과 지자기 값의 쉬프트가 가능하게 된다.At this time, the trajectory of the geomagnetic sensor and the geomagnetism value in each locus can be shifted by locus and geomagnetism value using a trace indicating the direction of gravitational acceleration by the acceleration sensor at the time of rotation in the A, B and C states do.
이때, 9축 센서를 회전시키는 순서를 결정하는 A, B 및 C의 순서에는 크게 구애받지 않게 되므로, A→B→C, A→C→B, B→A→C, B→C→A, C→A→B, C→B→A 중 어떠한 순서로 회전시켜도 무방하게 된다.A, B, C, A, C, B, B, C, B, C, A, C, C → A → B, and C → B → A in any order.
이와 같이 A, B 및 C 상태에서 360도 회전시켜 얻은 궤적과 각 궤적상의 지자기 값을 토대로 X, Y, 및 Z축 방향 각각의 Min과 Max 값을 구한 후, 각각의 Min과 Max 값으로 총 값 길이와 중심부분을 계산하게 된다. 이때 값의 길이는 ABS(Max - Min)으로 구해지고, 측정 중심은 (Min + Max)/2로 구할 수 있게 된다.The Min and Max values in the X, Y, and Z axis directions are obtained based on the trajectory obtained by rotating 360 degrees in the A, B, and C states and the geomagnetic values on each trajectory, The length and center are calculated. At this time, the length of the value is obtained by ABS (Max - Min), and the measurement center can be obtained by (Min + Max) / 2.
이와 같이 각각의 측정 값으로 구한 중심 값을 이용하여 쉬프트 시켜준 후 구한 길이를 나누어 정규화(Normalize) 함으로써, 지자기 센서의 중심을 센서의 중심에 일치시키는 캘리브레이션이 용이하게 이루어지게 된다.By thus shifting the center value obtained by each measurement value and normalizing the obtained length by dividing the obtained length, the calibration of matching the center of the geomagnetic sensor with the center of the sensor is facilitated.
이와 같이 지자기 센서가 구비된 9축 센서를 A, B 및 C 각각의 상태에서 360도 회전시켜 궤적과 지자기 값을 구하여 쉬프트 시킴으로써, 캘리브레이션 후 이동하여도 가속도 센서에서 얻어진 데이터를 기반으로 내가 지나간 자취를 알고 언제든지 지자기 캘리브레이션 동장을 자동으로 실행할 수 있어 캘리브레이션 동작 과정을 굳이 반복할 필요가 없게 된다.In this way, the 9-axis sensor equipped with the geomagnetic sensor is rotated 360 degrees in the states of A, B and C to obtain the trajectory and the geomagnetism value, and the resultant shift is made so that, even after the movement after the calibration, Knowing that you can always run the geomagnetism calibration pendulum automatically, you do not have to repeat the calibration process.
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.
100 - 9축 센서100 - 9 axis sensor
Claims (1)
상기 9축 센서를 B상태에서 전면을 향하여 360도 회전시켜 궤적과 지자기 값을 획득한 후, 좌측에서 우측을 향하여 전방을 향하도록 90도 회전시켜 C상태를 만드는 단계; 및
상기 9축 센서를 C상태에서 전면을 향하여 360도 회전시켜 궤적과 지자기 값을 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지자기 센서의 자동 캘리브레이션 방법.A 9-axis sensor consisting of an acceleration sensor, a gyro sensor and a geomagnetic sensor was rotated from 360 ° toward the front in the state A lying down in the transverse direction to obtain the trajectory and the geomagnetic value and then rotated 90 degrees from the left toward the right B state;
Rotating the 9-axis sensor 360 degrees from the B state to 360 degrees to obtain the trajectory and the geomagnetism value, rotating the 9 axis sensor 90 degrees from the left side to the right side to make a C state; And
And rotating the 9-axis sensor 360 degrees from the C-axis toward the front to obtain a trajectory and a geomagnetism value.
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2014
- 2014-06-30 KR KR1020140080920A patent/KR20160002103A/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20140630 |
|
| 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 |