정밀 실내 위치 추적 시스템을 위한 저지연 실시간 IMU 센서 퓨전

핵심 요약

실시간 저지연 IMU 센서 퓨전으로 다음을 얻을 수 있습니다.

  • 최대 500 Hz 위치 업데이트 속도
  • 5-25 ms 지연 시간 – 이동 물체의 움직임 유형과 설정에 따라 달라집니다
  • 3D 추적. 1D 및 2D 추적도 지원합니다(물론이죠 🙂
  • 현재는 IA 전용으로 지원됩니다. NIA 및 MF NIA 지원도 예정되어 있습니다
  • 위치 + 방향을 위해서는 Paired Beacons 구성이 필요하며 모바일 비콘 사이에 두 가닥 배선 연결이 필요합니다
  • 이 기능은 MMSW0021: Realtime Ultrasound + IMU sensor fusion 라이선스로 활성화됩니다
Marvelmind IMU sensor fusion
Realtime IMU sensor fusion latency graph
Realtime IMU sensor fusion latency

실용적인 힌트와 조언

필요한 IMU 센서 퓨전의 종류를 평가하십시오

먼저 여러 유형의 IMU 센서 퓨전 중에서 선택하십시오. IMU 센서 퓨전 자체가 필요한 것은 아니라는 점을 기억하십시오. 필요한 것은 그것이 제공하는 결과, 즉 더 높은 위치 업데이트 속도, 더 낮은 지연 시간, 짧은 가림에 대한 더 높은 강건성, 더 높은 정확도입니다. IMU 센서 퓨전은 이를 달성하는 방법 중 하나이지만 유일한 방법은 아닙니다.

    1. MMSW0009: Ultrasound + IMU sensor fusion (post-processing) 및 고속 실내 위치 추적 시스템: IMU와 초음파 센서 퓨전 – 후처리로 충분하다면 이것을 사용하십시오. 정확도와 강건성 면에서 항상 MMSW0021: Realtime Ultrasound + IMU sensor fusion보다 우수합니다. 후처리에서는 IMU 센서 퓨전이 더 많은 데이터를 사용할 수 있고 융합에 대해 더 나은 판단을 내릴 수 있기 때문입니다. Paired Beacons 구성이 있든 없든 동작합니다
    2. MMSW0017: High update rate extrapolation – 고카트, 스피드 스케이팅 선수 등과 같이 움직임을 비교적 예측할 수 있는 이동 물체가 있다면 이것을 사용하십시오. 물론 충돌 시에는 더 이상 예측할 수 없게 되어 알고리즘이 어려움을 겪습니다. 그러나 대부분의 시간 동안 사실상 지연이 없거나 심지어 음(-)의 지연(외삽/예측)으로 매우 우수한 추적을 얻을 수 있습니다. Paired Beacons 구성이 있든 없든 동작합니다
    3. MMSW0021: Realtime Ultrasound + IMU sensor fusion – 이 유형의 핵심 이점은 위치 데이터의 낮은 지연 시간입니다. 이 문구의 일반적인 의미에서 모든 IMU 센서 퓨전 알고리즘 중 가장 IMU 센서 퓨전다운 갈래입니다. 현재는 모바일 비콘(hedge)에 Paired Beacons 구성이 필요하며 IA에서만 동작합니다
    4. 방향용 IMU 센서 퓨전. 실제 IMU 센서 퓨전이지만 위치가 아니라 각도 데이터에만 적용됩니다. Paired Beacons 구성이 필요합니다. 자이로스코프로 정해지는 매우 높은 각도 분해능을 얻으며, 센서 퓨전되어 Paired Beacons 구성에 의해 지속적으로 보정되므로 자이로스코프 드리프트가 없습니다. 모바일 비콘의 Paired Beacons 구성은 필수입니다. Marvelmind 프로토콜로 사용하는 경우 별도의 선택 라이선스는 필요하지 않습니다. NMEA의 경우: MMSW0002: Heading packet GPHDT for NMEA0183. uBlox의 경우: MMSW0003: UBX (u-blox) protocol for PX4
    5. 어쩌면 IMU 센서 퓨전이 전혀 필요하지 않을 수도 있으며, 적절한 설정만으로도 충분히 높은 업데이트 속도와 충분히 낮은 지연 시간을 얻을 수 있습니다.

이름에 -4 또는 그 이후 버전이 붙은 최신 비콘만 지원됩니다

현재 지원되는 모바일 비콘은 다음과 같습니다.

이 비콘들과 다른 모바일 비콘의 더 새로운 하드웨어 버전은 MMSW0021: Realtime Ultrasound + IMU sensor fusion 기능을 지원할 가능성이 높습니다.

오해를 피하기 위해 말씀드립니다:

  • Super-Beacons, Super-Beacons-2, Super-Beacons-3, Industrial Super-Beacons-2 및 -3, Industrial-RX-2 및 -3 등 그 밖의 더 오래된 장치는 모바일 장치로서 MMSW0021: Realtime Ultrasound + IMU sensor fusion 기능을 지원하지 않습니다
  • 그러나 고정 비콘으로는 제한이 없으며, IA에서 고정 비콘으로 동작할 수 있다면 고정 비콘으로 쉽게 사용할 수 있습니다. 예를 들어 Industrial-RX는 트랜스듀서가 전혀 없어 초음파를 송출할 수 없으므로 IA에서 고정 비콘으로 동작할 수 없습니다. 이는 이 기능과는 관련이 없지만, 아키텍처 요구 사항에 관한 기본 사항을 잊어서는 안 됩니다. 매우 오래된 Beacons HW v4.9도 고정 비콘으로 사용할 수 있습니다

Paired Beacons 구성이 필요합니다

현재 MMSW0021: Realtime Ultrasound + IMU sensor fusion 기능은 모바일 비콘의 Paired Beacons 구성에서만 동작합니다. 이유는 무엇일까요? 정지 상태에서 단일 모바일 비콘의 방향(요 축)을 충분히 높은 정확도로 결정할 현실적인 방법이 없기 때문입니다.

물론 이동 물체가 이미 움직이고 있을 때 요 방향을 결정하고 그 방향에 고정(lock)한 뒤 드리프트를 추적하고 보정하는 것은 가능합니다. Marvelmind DJI 드론 솔루션에서는 이를 성공적으로 수행하고 있습니다.

다만 이 경우 시스템 좌표계에 대한 이동 물체의 초기 배치, 또는 요 축 방향 고정이 이루어질 때까지의 초기 0.5-1 m 이동에 대한 추가 요구 사항이 생깁니다. 어떤 경우에는 지나친 제약이 됩니다. 어떤 경우에는 모바일 비콘 두 개를 휴대할 필요가 없는 깔끔한 해법이 됩니다. MMSW0021: Realtime Ultrasound + IMU sensor fusion 기능의 이러한 하위 유형이 출시될 예정입니다. 일반적으로 데이터가 더 적기 때문에 Paired Beacons 구성의 기본 하위 유형보다 취약할 가능성이 높습니다. 그러나 어떤 경우에는 강력한 대안이 됩니다. 사용자가 모바일 비콘 사이에 최소 20-30 cm의 베이스가 필요한 Paired Beacons 구성을 설치할 공간이 단순히 부족할 수 있기 때문입니다.

Paired Beacons - 모바일 비콘 사이에 기본적으로 두 가닥의 배선이 필요합니다

Paired Beacons 구성에서는 모바일 비콘을 두 가닥의 배선으로 연결해야 합니다.

  • 슬레이브 비콘(오른쪽)의 UART TX를 마스터 Super-Beacons의 외부 4×4 핀(또는 다른 비콘의 해당 핀)에 있는 UART RX 핀에 연결해야 합니다
  • 두 비콘의 그라운드도 서로 연결해야 합니다

Paired Beacons 구성에 대한 자세한 내용은 Operating Manual(사용 설명서)을 참조하십시오.

Marvelmind Paired Beacons configuration wiring

모바일 비콘의 상대적 배치가 중요합니다

  • 비콘의 마이크(또는 중심) 사이 베이스는 최소 20-30 cm를 권장합니다. 더 짧은 거리에서도 동작할 수 있지만 강건성이 점차 저하됩니다
  • 마스터 비콘은 페어의 왼쪽에 있어야 합니다
  • Super-Beacon의 USB 커넥터 또는 Industrial 비콘의 7핀 커넥터가 페어의 뒤쪽에 있어야 합니다. 회전시키는 것도 가능하지만, 이 경우 설정을 변경해야 합니다
  • 축은 Super-Beacons 기준으로 표시되어 있습니다. Industrial Super-Beacon에는 표시되어 있지 않습니다(그림은 나중에 업데이트될 수 있습니다). 다만 보드마다 IMU 칩의 배치가 다르므로 축이 서로 다를 가능성이 높습니다
Paired Beacons configuration for Realtime IMU sensor fusion for Super-Beacons
Paired Beacons configuration for Realtime IMU sensor fusion for Industrial Super-Beacons

사용자 장치 연결 및 추가 지연을 피하는 방법

MMSW0021: Realtime Ultrasound + IMU sensor fusion 기능의 가장 큰 장점이 위치 데이터의 낮은 지연 시간이므로, 위치 데이터를 얻는 방법과 인터페이스나 운영 체제로 인한 추가 지연을 발생시키지 않는 방법을 명확히 이해하는 것이 매우 중요합니다.

  • 마스터 모바일 비콘(hedge 또는 hedgehog)의 일반 UART – Super-Beacon의 4×4 핀 또는 Industrial 비콘의 7핀 데이터 커넥터 내부 핀을 사용하는 방식이 눈에 띄는 추가 지연 없이 저지연 위치 데이터를 얻는 가장 좋고 가장 쉬운 방법입니다
  • 마스터 hedge의 USB를 통한 방식(추가 지연 약 1 ms + USB 드라이버 지연(OS에 따라 다름)). 가장 큰 우려 사항은 OS 지연과 그 지터의 예측 불가능성입니다. 추가 지연은 평가하기 어려우며, 체감되지 않는 수준부터 상당한 수준까지 다양합니다. OS의 제어할 수 없는 지연으로 인한 잠재적인 지연 지터도 또 다른 우려 사항입니다. 그러나 실제로는 이러한 우려가 과장되어 있을 수 있으며, 그런 경우 USB를 사용하므로 UART 배선(위 참조)보다 오히려 더 간단한 연결 방식입니다
  • 특수 펌웨어를 탑재한 추가 Modem HW v5.1의 USB/UART를 통한 방식, Split Modem Architecture 사용(추가 지연: 500 kbps 무선 구간 약 1 ms + UART/USB 지연(위 참조)). 이는 높은 위치 업데이트 속도와 낮은 지연 시간으로 대상을 추적하려는 경우 모바일 비콘 측이 아닌 모뎀 측에서 저지연 데이터를 얻는 가장 좋은 방법입니다
  • 마스터 hedge를 USB로 연결한 Dashboard를 통한 UDP(추가 지연 약 1 ms + USB 드라이버 지연 + UDP 전송 지연(일반적으로 네트워크에 따라 3…50 ms))
  • 마스터 hedge를 USB로 연결한 Dashboard를 통한 REST 또는 MQTT(추가 지연 약 1 ms + USB 드라이버 지연 + REST/MQTT 전송 지연). 이 경우에도 총 추가 지연을 평가하기 어렵습니다. 그러나 이 방식도 지원됩니다
  • Split Modem Architecture에서 특수 펌웨어를 탑재한 Modem HW v5.1을 Dashboard에 연결하여 UDP/REST/MQTT/로그를 통해 얻는 방식(추가 지연은 hedge를 Dashboard에 연결한 경우와 같으며, 여기에 500 kbps 무선 전송으로 약 1 ms가 더해집니다)
  • 마스터 hedge를 USB로 연결한 Dashboard의 로그 파일을 통한 방식(후처리용 – 지연 시간 해당 없음)

실용상 큰 제약은 아니지만, 현재 모바일 비콘의 가속도 한계는 16 g이며, 이는 무언가에 세게 부딪히지 않는 한 일반적인 이동 물체가 실제로 겪는 수준보다 훨씬 높습니다. 그러나 그렇게 세게 부딪힌 경우라면 IMU 센서 퓨전이나 과가속으로 인한 갑작스러운 추적 품질 저하는 어차피 가장 큰 문제가 아닐 것입니다. 그래도 이 상한은 염두에 두십시오. 요구 사항에 더 높은 가속도가 포함되거나 다른 우려 사항이 있으시면 언제든지 info@marvelmind.com으로 요청을 보내 주십시오.

Dashboard 설정

MMSW0021: Realtime Ultrasound + IMU sensor fusion 기능과 관련된 설정이 많이 있습니다. 이 기능은 고급 사용자 전용이라는 점을 기억하십시오. 초보자라면 가장 단순한 구성부터 단계별로 진행하여 먼저 완벽한 추적을 확인하고, 시스템에 익숙해진 후에 이 기능을 사용하기 시작하십시오: 성공을 위한 단계별 접근 방식과 그 중요성.

Dashboard 설정에 관한 상세 문서.

Marvelmind real-time low-latency IMU sensor fusion settings

결국 IMU 센서 퓨전이란 무엇인가? ...

정밀 실내 위치 추적 시스템을 위한 IMU 센서 퓨전에 관해 기억해야 할 핵심 사항이 몇 가지 있습니다.

  1. 센서 퓨전은 정의상 융합되는 각 세계의 장점을 결합하려는 시도에서 둘 이상의 데이터 소스를 사용하는 것을 뜻합니다. 예를 들어 IMU + 초음파 실내 위치 추적, IMU + 초음파 IPS + 오도메트리, IMU + 초음파 IPS + 비주얼 … 등 융합할 수 있는 소스는 매우 다양합니다
  2. 우리는 센서 퓨전 접근 방식을 “모든 것을 지배하는 단일 알고리즘“으로 보지 않습니다. 이는 여러 갈래의 센서 퓨전이 있는 솔루션의 나무이며, IMU + 초음파는 여러 옵션 중 하나일 뿐입니다. 현재의 구현 역시 그 갈래 중 하나입니다. IMU 센서 퓨전의 갈래/유형은 앞으로 더 늘어날 것입니다. 항상 상충 관계가 있으므로, 사용자는 특정 시나리오에 가장 적합한 것을 선택하기 위해 이들을 명확히 구분해야 합니다

IMU(3D 가속도계 + 3D 자이로스코프) 센서 퓨전이라고 할 때, 우리는 일반적으로 IMU 데이터와 초음파 실내 위치 추적 시스템 데이터를 융합하여 양쪽 세계의 장점을 함께 취하는 것을 의미합니다.

여기에는 종종 다른 데이터 소스도 포함됩니다. 위치 + 방향을 위한 Paired Beacons, 오도메트리, 그리고 이동 물체의 모델을 어떤 방식으로든 내장하는 것 등입니다.

참고로, 우리는 일반적으로 자력계와는 융합하지 않습니다. 실내 솔루션에 집중하고 있으며, 주변의 강자성 재료와, 자체 자기장을 만들어 지구 자기장을 교란하는 대전류로 인해 지구 자기장이 크게 왜곡되기 때문에 자력계가 실내에서 잘 동작하지 않을 수 있기 때문입니다. 이러한 문제가 항상 존재하는 것은 아닙니다. 그러나 일반적으로 자력계에 의존할 수는 없습니다. 따라서 위치 + 방향을 위해 Paired Beacons 구성을 사용합니다: Boxie 2 – 주행 소개 (짧은 버전).

그렇다고 자력계를 완전히 배제하는 것은 아닙니다. 어떤 경우에는 환경이 GNSS를 사용할 수 없지만 지구 자기장은 사용할 수 있어 자력계를 활용할 수 있습니다. 이 경우 일반적으로 I2C나 SPI 또는 기타 방식으로 4×4 확장 커넥터를 통해 Super-Beacon-4 또는 Industrial Super-Beacon-4에 연결되는 외부 보드를 사용합니다. Paired Beacons 구성이 사용 사례에 적합하지 않다면 요청해 주십시오.

무엇을 추적하는지 전혀 모른 채 IMU 센서만으로 무엇이든 추적하기는 어렵습니다. 대상에 대한 어느 정도의 지식은 거의 필수입니다. “지게차는 날지 않는다”, “지게차의 포크는 3D로 움직일 수 있다”, “레이싱 드론이나 하프파이프 스키 점퍼에게서는 빠른 3D 기동을 기대할 수 있지만, 2D로 주행하는 배송 로봇에게서는 있을 법하지 않다” 등입니다. 따라서 설정이 많습니다. 어쩌면 너무 많을 수도 있습니다. 너무 깊이 파고들 필요가 없도록 여러 프로파일을 만들어 두었지만, 원한다면 IMU 센서 퓨전 시스템을 거의 무한히 제어할 수 있습니다.

목표를 현명하고 현실적으로 선택하십시오

또한 센서 퓨전으로 정확히 무엇을 달성하고 싶은지 명확히 이해하는 것이 매우 중요합니다. IMU 센서 퓨전은 매우 강력한 솔루션입니다. 그래도 상충 관계가 존재하며 모든 것을 동시에 달성할 수는 없습니다. 정확도, 업데이트 속도, 지연 시간, 안정성, 강건성, 유연성, 복잡도, 가격 등 흔히 거론되는 요소들 사이에서 선택해야 합니다.

그렇다면 센서 퓨전으로 정확히 무엇을 달성하고 싶으신가요?

  • 높은 업데이트 속도?
  • 낮은 지연 시간?
  • 더 높은 위치 데이터 정확도?
  • 점프로 이어질 수 있는 가림이나 노이즈 원인에 대한 더 높은 내성?

이것이 센서 퓨전이 모든 경우에 통하는 단일 솔루션이 아니라 솔루션의 나무이며, 그 갈래 안에 특정 요구에 초점을 맞춘 서로 다른 프로파일이 존재하는 주된 이유 중 하나입니다.

낮은 지연 시간과 높은 업데이트 속도

짧은 가림이나 노이즈에 대한 더 높은 강건성

센서 퓨전의 특성상 짧은 가림이나 노이즈로 인한 위치 점프에 대한 강건성이 높아집니다. 순수 초음파 기반 추적과 센서 퓨전 후의 추적을 비교해 보십시오.

IMU 센서 퓨전은 너무 완벽합니다. 함정은 어디에 있을까요?...

저지연 IMU 센서 퓨전은 실로 매우 강력한 기능이며 인상적인 결과를 만들어 냅니다. 다만 사용자는 요구 사항도 명확히 이해해야 합니다.

  • 설정이 많은 복잡한 기능입니다. 따라서 숙련된 사용자를 위한 기능입니다. 막히거나 확신이 서지 않으면 언제든지 info@marvelmind.com으로 문의하십시오. 아무것도 설정할 필요가 없도록 설정들을 프로파일로 묶어 두었으며, 기능을 활성화할 필요조차 없습니다. 라이선스를 구매하는 즉시 자동으로 활성화됩니다. 다만 Advanced 프로파일에는 설정이 매우 많아서 사용 중인 특정 모바일 비콘 모델에 원하는 만큼 가깝게 조정할 수 있으며, 따라서 가능한 한 최상의 결과를 얻을 수 있습니다
  • Paired Beacons 구성이 필요합니다. 다른 유형(단일 비콘이지만 초기 배치에 대한 추가 요구 사항이 있는 방식, 또는 외부 자력계를 사용하는 버전)도 가능하며 출시 예정입니다. 현재의, 그리고 권장되는 구성이 그중에서 가장 강건한 버전입니다
  • IMU 센서 퓨전은 많은 부분을 가정하고 추측(예측)합니다. 정의상 실시간 접근 방식은 불완전하고 검증되지 않은 데이터로 동작하기 때문입니다. 따라서 초음파 추적이 불량한 경우 IMU 센서 퓨전이 이를 바로잡지 못하고 오히려 증폭시킬 수 있습니다. 비교적 짧은 점프나 짧은 가림이라면, 그러한 초음파 추적 점프를 사실상 흡수하거나 무시함으로써 전체 추적을 개선합니다

전반적으로, 우리의 모든 주의 사항에도 불구하고 이 기능은 매우 강력하며 지연 시간, 업데이트 속도, 강건성, 심지어 정확도까지 여러 측면에서 동시에 추적 사양을 크게 향상시킵니다.

설정

Marvelmind IMU sensor fusion settings

여러 (상충하는) 목표 = 여러 갈래의 IMU 센서 퓨전

높은 위치 업데이트 속도는 쉽습니다. 낮은 지연 시간은 본질적으로 어렵습니다.

  1. 기본 보간부터 시작하는 여러 방법으로 높은 위치 업데이트 속도를 얻을 수 있습니다. 어차피 물체는 충분히 관성이 있으므로 정확도를 희생하지 않습니다. 이것이 이미 Dashboard 내부에 내장된 기본 Realtime Player입니다. 물체가 실제 초음파 위치 업데이트 속도에 비해 너무 민첩하다면 당연히 보간은 통하지 않으며, 이 페이지의 주제인 실시간 IMU 센서 퓨전과 같은 더 정교한 방식이 필요합니다
  2. IMU 센서 퓨전 후처리를 할 수 있으며, 이는 이미 몇 년 전부터 제공되고 있습니다. 진정한 센서 퓨전입니다. “모서리를 깎지 않고” 진정한 높은 업데이트 속도를 제공합니다. 다만 지연 시간은 비교적 큽니다. 위치에 즉각 반응할 필요가 없는 추적 대상에는 흔히 이것이 최선이자 권장되는 솔루션입니다. 예를 들면 스포츠입니다. 인상적인 스포츠 공중제비를 추적할 수 있습니다. 공중제비는 찰나의 순간이지만 추적 결과는 1-2초 후에 얻을 수 있습니다. 또는 초고속 레이싱카가 코너를 최적으로 주행하도록 가르치는 경우입니다. 먼저 수동 주행을 기록하고(후처리 IMU 센서 퓨전으로 정밀 추적) 이어서 루프에 AI 학습을 적용합니다. 위치 데이터를 10 ms 후에 얻든 10초 후에 얻든 중요하지 않습니다. 10시간만 아니라면 대개 문제없습니다
  3. 예를 들어 고카트처럼 대상이 상당히 알려져 있는 경우가 있습니다. 관성, 주행 스타일, 최고 속도 등을 알고 있으므로 이 정보를 모델에 간접적으로 내장할 수 있습니다. 충분히 높은 초기 순수 초음파 기반 실내 위치 데이터가 있다면 지연 시간이 없거나 심지어 음수인 위치 데이터를 외삽(또는 예측)할 수 있습니다. 결국 예측이기 때문입니다. 모든 유형의 이동 물체에 통하지는 않습니다. 예를 들어 창고의 사람은 너무 민첩하고 예측 불가능합니다. 하지만 관성이 충분히 큰 광범위한 부류의 이동 물체에는 매우 잘 동작합니다. 해당되는 경우 사용하십시오. 쉽고 견고한 시스템이며, 지나치게 복잡하게 만들 필요가 없습니다: MMSW0017: High update rate extrapolation
  4. 위치 + 방향을 위한 IMU 센서 퓨전은 Paired Beacons를 기반으로 하며, IMU 센서 퓨전 스펙트럼에서 더 단순한 쪽에 속합니다. 요 드리프트를 제거하지만 위치는 다루지 않기 때문입니다. 극도로 높은 각도 분해능을 가지며 각도 드리프트나 점프가 없는 진정한 IMU 센서 퓨전입니다. 각도는 자이로스코프에서 가져오므로 높은 분해능, 낮은 노이즈, 매우 높은 업데이트 속도라는 모든 장점이 있고, 자이로스코프의 요 드리프트는 Paired Beacons 구성으로 제거됩니다. 피치와 롤 드리프트는 3D 가속도계 데이터를 기반으로 제거됩니다
  5. 그리고 이 모든 것의 정점은 Realtime Ultrasound + IMU sensor fusion입니다. 가장 진보하고 가장 복잡한 형태의 퓨전이며, 모든 복잡성은 요구 사항 중 낮은 지연 시간에서 비롯됩니다

센서 퓨전에서 극복해야 할 과제

센서 퓨전은 독립적인 데이터 소스 각각의 단점을 극복하는 것을 목표로 합니다. 예를 들어 다음과 같습니다.

  • 초음파 기반 실내 위치 추적 시스템 – 위치가 드리프트하지 않고 매우 높은 정확도의 위치 데이터를 반환하지만, 높은 수준의 음향 노이즈나 가림으로 인한 점프에 취약할 수 있습니다
  • IMU(3D 가속도계 + 3D 자이로스코프)는 믿기 어려울 정도의 각도 분해능을 제공합니다. 즉, 방향의 변화를 극도로 높은 분해능으로 측정할 수 있습니다. 가속도계와 자이로스코프는 노이즈가 매우 낮아 점프가 없으며, 밀리미터가 아닌 마이크로미터 수준의 위치 정확도까지 반환할 수 있습니다. 그러나 IMU는 드리프트하며, 그것도 매우 빠르게, 현대 전자 기기에 사용되는 일반 MEMS의 경우 불과 몇 분의 1초에서 몇 초 사이에 드리프트합니다. 각도의 짧은 시간 변화는 매우 잘 알지만 각도 자체는 알지 못합니다(여기서 말하는 것은 Z축입니다 – 다른 모든 각도는 가속도계의 도움으로 간단히 구할 수 있습니다). 가속도계의 이중 적분을 사용할 수도 있지만, 가속도계는 영점 바이어스와 거리가 멀다는 등의 문제가 있어서 불과 몇 분의 1초에서 몇 초 사이에 누적된 위치 오차가 초음파 실내 위치 추적 시스템의 오차보다 커집니다. 즉, IMU는 거짓말을 합니다. 따라서 순수 관성식 실내 위치 추적 시스템에 대해 장밋빛 기대를 가져서는 안 됩니다. 기본 물리학이 근본적으로 바뀌지 않는 한, 초음파 기반 실내 위치 추적 시스템과 비교하면 불가능하거나 매우 부정확합니다

낮은 지연 시간을 달성하기(심지어 측정하기도) 어려운 이유

IMU 센서 퓨전 후처리를 사용할 수 있다면 그것을 사용하십시오. 실시간 IMU 센서 퓨전보다 항상 더 정확하고 더 신뢰할 수 있습니다.

  • 후처리에서는 더 많은 데이터를 고려할 수 있습니다. 더 많은 데이터를 사용할 수 있고, 오랫동안 축적한 뒤 사용하기 때문입니다. 가림, 노이즈 또는 기타 간섭으로 인한 점프에 대한 신뢰도와 강건성이 더 높습니다
  • 고려하는 데이터가 더 많으면 정확도, 신뢰도, 강건성이 모두 더 높아집니다

실시간 IMU 센서 퓨전에서는 단순히 더 많은 데이터라는 특권이 없습니다. 더 많은 데이터를 축적하려면 더 많은 시간이 필요합니다. 더 많은 시간 = 더 높은 지연 시간. 더 높은 지연 시간 – IMU 센서 퓨전 후처리. 훌륭하게 동작하지만, 결과는 나중에 나옵니다.

실시간 저지연 IMU 센서 퓨전에서는 다음이 주어집니다.

  • 과거의 초음파 기반 위치 데이터. 일반적인 업데이트 속도는 4-20 Hz이며, 즉 최신 초음파 위치 업데이트로부터의 평균 지연 = 1/(위치 업데이트 속도) = 1/20 … 1/4 초 = 50 … 250 ms입니다. 이는 실제 산업 응용의 대다수에는 충분합니다. 그러나 과거 데이터만 사용한다면 IMU가 필요 없습니다. 훨씬 쉽고 대개 더 신뢰할 수 있는 외삽 방식을 사용할 수 있으며, 이는 일부 유형의 이동 물체에 대해서는 훌륭하게 동작하지만 일부에 한합니다
  • 최신 초음파 위치 업데이트가 있습니다. 훌륭하지만, 어떤 데이터도 100% 신뢰할 수는 없습니다. 그러나 초음파로 측정한 위치의 갑작스러운 변화가 이동 물체가 강하고 무거운 무언가에 부딪혀서 실제로 일어난 변화인지, 아니면 노이즈나 가림으로 인한 점프인지를 검증할 정보가 아직은 충분하지 않습니다. 이를 검증할 추가 데이터가 없으므로 확신할 수 없습니다. 추가 데이터를 얻었을 때는 이미 새로운 데이터가 있고 이전 데이터는 오래된 것이 되어 사용하기에 너무 늦습니다. 항상 앞서 나가야 합니다. 그래서 간접적으로 규칙, 가정, 가중치를 보정하는 데 이를 사용하지만, 지금 이 시점의 데이터를 검증하는 데는 사용할 수 없습니다. 지금은 그 검증 데이터를 가질 수 없기 때문입니다
  • 원시 IMU 데이터. 큰 도움이 됩니다. 위치가 갑자기 변했다고 생각된다면 이는 속도의 급변, 즉 높은 가속도를 의미하므로, IMU가 실제로는 점프가 없었다는 것을 쉽게 감지할 수 있습니다. 이로써 일부 문제는 해결됩니다 … – 좋습니다, 유령 값/점프/가림 같은 것이었군요. 예를 들어 IMU는 위치의 점프를 설명할 만한 급격한 가속이 없음을 보여 줍니다. 따라서 측정된 초음파 기반 위치가 올바르다는 것은 배제할 수 있습니다. 올바르지 않습니다. 그렇다면 올바른 위치는 무엇일까요? – 이것이 어려운 질문입니다. 여기서부터 어려움이 시작됩니다. IMU를 기반으로 위치를 계산하기 위해 원시 IMU 데이터로 무엇을 해야 할까요? … – 가속도의 단순 이중 적분? – 그렇게 쉽다고?! – 그렇지 않습니다. 표면 위에 완벽하게 수직으로 놓인 IMU 칩도 X, Y에서 상당한 가속도를 보여 줍니다. 원시 데이터를 읽고 측정해 보십시오. 완벽하지 않기 때문입니다. 캘리브레이션? – 도움이 되며 권장됩니다. 매우 유용합니다. 그러나 이중 적분은 시간의 2제곱에 비례하므로 더 나은 캘리브레이션으로 얻는 이득은 말 그대로 오래가지 못합니다. 1/4초 대신 1, 2, 5초 동안 +-2 cm 이내의 정확도를 얻을 수 있습니다! 하지만 그것이 전부입니다. 그 시간이 지나면 제거되지 않은 적분 오차가 지배적이 되기 시작하며, 드리프트를 상쇄하려면 드리프트하지 않는 데이터 소스가 필요합니다. 광학식 위치 추적, UWB, 오도메트리, Marvelmind 초음파 위치 추적 시스템, 또는 더 좋게는 이 모두의 조합입니다. 그것이 진정한 센서 퓨전입니다. 그리고 우리가 하는 일이 바로 그것이며, 여기에 단 하나의 신조에 따라 움직이는 자기 점검 및 자기 검증 알고리즘이라는 변주를 더했습니다. 독립적인 소스는 어느 것도 신뢰할 수 없다는 것입니다. 그러나 효율적으로 융합하면 매우 믿을 만하고, 매우 신뢰할 수 있으며, 매우 정확한 실내 위치 데이터 소스가 됩니다
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