자이로센서의 보정용으로서 가속도센서와 기울기센서의 성능비교

이번에는 이전에 소개한 적이 있는 자이로센서를 이용한 각도검출에서 그 보정용센서로 기울기센서를 선택할 것인지 자이로센서를 선택할 것인지를 판단할 성능비교를 주제로 합니다. 미리 말씀드리고 싶은것은 이 실험이 기울기 센서나 가속도 센서, 어느것이 절대적으로 좋다는 결론이 아니라 단지 제가 관심있는 부분에서의 결론임을 미리 밝힙니다.

이전 실험의 정리

이미 이전에 자이로센서([쿼드콥터/HardwarePart] - 자이로센서를 이용한 각도검출과 그 한계)와 가속도센서([쿼드콥터/HardwarePart] - 가속도센서를 이용한 각도 측정과 그 한계), 그리고 기울기센서([쿼드콥터/HardwarePart] - 기울기센서 SA1 테스트)를 각각 소개하면서 각 센서들을 이용한 각도검출과 또한 각 센서들만을 사용할 때의 각도검출에서 한계점도 이야기를 했었습니다. 또한, 가속도센서와 자이로센서를 이용해서 각도검출용의 보정필터([쿼드콥터/HardwarePart] - 자이로센서를 이용한 각도 측정시 가속도센서로 보정하기)도 이야기를 했었습니다. 이번에는 특별히 기울기센서를 이용해서 각도를 측정하는 부분을 가속도센서를 이용해서 보정하던 실험과 같이 수행을 합니다.

실험 환경

실험환경과 이론적 배경은 이전 실험([쿼드콥터/HardwarePart] - 자이로센서를 이용한 각도 측정시 가속도센서로 보정하기)과 동일합니다. 사용한 센서를 정리하면

자이로 센서	NT-Gyro300 (IDG-300)
가속도 센서	AM-3AXIS (MMA7260Q)
기울기 센서	SA1 (AMP 내정형)

입니다. 그리고, 자이로와 가속도센서, 기울기센서는 모두 제가 좋아라하는 

위 그림의 로터리 펜들럼의 끝단에 부착되어 있습니다. 그리고, 이후 좀더 가속도센서나  기울기 센서에 많은 외란을 주기위해 다시 

위 그림처럼 Arm부분까지 같이 흔들게 했습니다. 

실험결과

일단

 

폴끝을 잡고 손으로 그냥 랜덤하게 흔들었습니다. 좌측의 기울기센서가 우측의 가속도센서를 이용한 보정결과보다 응답속도가 느리다는 것을 알 수 있습니다. 이는 분명 기울기센서의 느린 응답속도에 기인한 것일 겁니다. 여기서, 자이로관견 논문들이나 자료를 보면 응답속도에 대한 이야기는 잘 등장하질 않는데요. 그렇다고 나쁘다는 것은 아닙니다. 단지, 제가 관심있어하는 시스템들은 대부분 극도로 불안정한 시스템들이기 때문에 위와 같은 기울기센서처럼 느린응답은 불리하다는 것입니다.

그 다음 실험으로

1분정도 가만히 있었습니다. 드리프트 테스트를 위한 것이 었는데요. 둘다 드리프트는 없습니다. 단지 세로축을 보시면, 대략 +-3도(degree)정도의 떨림이 보입니다.

그래서 바이어스를 잡기 위한 초반 대기시간을 좀 길게 잡아줬습니다. 1도정도 떨림이 줄긴 했네요. 두 센서 모두 이때는 비슷한 결과가 보입니다.

이번에는 자유운동을 시키다가 중간중간에 제가 잡았습니다. 미묘한 차이이긴 하지만, 가속도센서로 보정하는 것이 좀 더 나은 성능을 보여주고 있습니다.

결론

이번 실험은 이전 실험([쿼드콥터/HardwarePart] - 자이로센서를 이용한 각도 측정시 가속도센서로 보정하기)에서 제시한 보정필터의 성능을 다시 확인함과 동시에 보정용으로 사용한 가속도센서 대신에 시중에 판매되고 있는 저가의 기울기센서를 이용한 비교 실험이었습니다. 실험 결과는 일단 저희가 사용한 비슷한 가격대의 가속도센서와 기울기 센서의 경우 가속도 센서가 보정용으로는 좀더 좋은 성능을 보인다는 것을 발견할 수 있었습니다. 이유는 기울기 센서의 응답속도(현재 500ms)가 가속도센서에 비하면 현저히 느리기 때문이라고 생각됩니다. 또한, 가속도센서가 가지는 한계인 병진운동 성분에 대한 오차가 그렇게 눈에 띄질 않는 다는 것도 주목해 볼 필요가 있습니다. 이 이유를 명확히 하는 실험이 한번 더 수행되어야겠네요.^^.