IMU(관성측정장치) 에서 알아야 하는 필수 내용들

IMU 는 관성측정장치로 3축 가속도와 3축 자이로 센서를 조합하여 자세 제어에 요구되는 Roll, Pitch, Yaw 의 기울어진 각도를 말한다. Roll 은 좌우로 기울어짐, Pitch 는 앞뒤로 기울어짐, Yaw 는 z축 방향으로 기울어짐, 즉 회전각을 나타내고 우리가 차량을 생각할 때 좌회전인지 직진인지 우회전인지 판단하는 방향의 회전각을 Yaw 라고 이해하면된다. 또한 Roll 과 Pitch 는 중력 방향을 기준으로 얼마나 기울어져 있는지를 나타낸다.

 

3축 자이로 센서(Gyroscope) 는 가속도를 측정하는 가속도 센서와 달리 각속도를 측정하므로 단위는 degree/sec 이다. 자이로는 각속도를 측정하는 장치이기에 이를 이용해서 각도를 알려면 전체 시간에 대하여 적분을 하여 얻게 된다. 그러나 센서에서 측정되는 각속도는 노이즈나 다른 여러 이유에 의해 측정값에 에러가 계속 생기는데 이 오차가 적분시에는 누적이 되어 최종 값이 드리프트 되는 현상이 생긴다. 시간이 지날수록 오차는 커지므로 오차 보정 알고리즘이 필수이다.

 

 

Yaw 의 회전축은 z축 방향, 즉 중력방향과 동일하므로 가속도 센서가 아닌 자이로 센서의 z 축 값을 측정해서 이 값을 이용해 Yaw 값을 계산하여야 하고 드리프트되는 오차를 보상하는 다른 센서를 추가적으로 사용하는데 이것이 지자지 센서이다. 자이로는 온도가 변하면 그 값이 같이 변하는 특성이 있어 정교한 측정을 위해서는 온도 센서도 함께 사용하여 오차를 보정하기도 한다. 이를 모두 고려하면 3축 가속도 센서, 3축 자이로 센서, 3축 지자기 센서를 내장한 IMU 센서를 9축 센서라고 부르는 이유이다.