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초록
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본 연구에서는 특수한 상황(미끄러짐 발생 및 회전관성이 부하로 작용하는 경우)에서의 회전 엔코더 기반 측정방법의 단점을 극복하기 위하여 광 변위센서(ADNS-9500)를 사용한 비접촉식 변위 측정방법을 제안하였다. 정확한 변위 측정을 위해 데이터 수집 보드와 랩뷰를 활용하여 실험적으로 광 변위센서의 성능을 분석하였으며, 반복실험을 통해 실험조건(측정방향, 속도, 가속도, 높이, 표면 재질)에 따른 광 변위센서의 성능특성을 파악하였다. 성능실험 결과, 광 변위센서를 사용하여 정확하게 평면운동을 측정하기 위해서는 광 변위센서와 지면(대상 물체의 표면)과의 높이를 2.4 mm-3.2 mm로 일정하게 유지시켜야 하며, 각각의 축 방향, 속도, 표면 재질을 고려하여 민감도를 수정하여 변위 계산식에 적용해야 하는 것을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, the contactless measurement method with a optical displacement sensor(ODS, ADNS 9500) was proposed to overcome flaws in a rotary encoder based measurement under particular circumstances, such as a slippage and a case of little rotational inertia. The performance tests of the optical d...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 광 변위센서가 일정한 가속도를 가지고 움직이거나 긴 시간에 거쳐 가속되는 환경에 적용될 수 있으므로, 본 연구에서는 가속도에 따른 광 변위센서의 성능실험을 수행하였다. 10회 반복실험을 통해 가속도에 따른 민감도를 측정한 결과는 그림 8과 같다.
  • 본 연구에서는 광 변위센서를 사용하여 보다 정확하게 평면운동을 측정하기 위하여 기존의 연구들[1-12]을 참고하여 실험적으로 광 변위센서의 성능을 분석하였다. 반복실험을 통해 실험조건[측정 방향, 속도, 가속도, 높이(대상표면과의 거리), 표면 재질]에 따른 광 변위센서의 상대변위 측정 성능을 분석하였으며, 최종적으로 실험 결과를 바탕으로 광 변위센서 적용환경에 따른 성능특성을 반영하여 보다 정확한 변위측정이 이루어 질 수 있는 방법을 제안하였다.
  • 본 연구에서는 특수한 상황(미끄러짐 발생, 회전관성이 거의 없어야 하는 경우)에서의 회전 엔코더 기반 측정방법의 단점을 극복하기 위하여 광 변위센서를 사용한 비접촉식 변위 측정방법을 제안하였다. 더불어, 실험적으로 광 변위센서의 성능을 분석하였으며, 반복실험을 통해 실험조건(측정방향, 속도, 가속도, 높이, 표면 재질)에 따른 광 변위센서의 성능특성을 파악하였다.
  • 또한, 회전 엔코더 자체 형상과 무게로 인해 회전관성(rotational inertia)이 존재하므로 아주 작은 구동 토크(torque)를 갖는 초소형 전동기의 회전속도(rpm)측정 시 엔코더 자체가 전동기에 부하(load)로 작용할 수 있다는 단점이 있다. 이와 같은 특수한 상황에서의 회전 엔코더 기반 측정방법의 단점(미끄러짐 및 회전관성 부하)을 극복하기 위하여 본 연구에서는 광 변위센서를 사용한 비접촉식 측정 방법을 제안하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
광 마우스 센서가 로봇의 위치추정 및 주행거리 측정 등의 분야에 응용되어 온 이유는 무엇인가? 광 변위센서는 일반적인 광 마우스 센서를 사용하여 개발된 센서 모듈로, 평면상의 2축 직선 상대변위를 측정할 수 있다. 광 마우스 센서는 마우스의 평면상의 움직임을 측정하여 모니터 상에 포인터 위치를 결정하는 장치이기 때문에, 로봇의 위치추정 및 주행거리 측정 등의 분야에 응용되어 왔다[1-12]. Palacin, Tunawattana 등은 로봇의 위치추정 혹은 물체의 주행거리를 측정하기 위하여 광마우스 센서를 사용하였으며[1, 2, 9-11], Tresanchez 등은 광 마우스 센서의 기능(상대변위 측정 및 이미지 촬영)을 사용하여 absolute와 incremental 타입 엔코더를 개발하였다[4, 5].
SPI 통신의 단점은 무엇인가? 광 변위센서에서 측정한 2축 상대변위 데이터는 광 마우스 센서 내부의 레지스터(register)에 저장되고, 데이터는 오직 SPI 통신을 통해서만 접근할 수 있다. 하지만 SPI 통신은 근거리에 적합한 동기통신이고 PC로 데이터를 직접 취득하기 어렵기 때문에, 본 연구에서는 자체 개발한 DAQ Board를 광 변위센서 가까이에 설치(그림 1-(a))하여 SPI 통신으로 2축 상대변위 데이터를 취득한 이후에 이를 RS-232 통신으로 변환하여 PC에서 데이터를 수신할 수 있도록 하였다. 따라서 DAQ Board에는 SPI 통신과 RS-232 통신을 모두 할 수 있는 MCU(Micro Controller Unit, PIC18F2580)가 포함되어 있고, MCU 내부에는 SPI 통신으로부터 취득한 상대변위 데이터를 RS-232 통신으로 변환하는 알고리즘이 프로그래밍 되어 있다.
회전 엔코더 기반의 측정방법을 이용할 때 단점은 무엇인가? 하지만, 회전 엔코더 기반의 측정방법은 측정대상과 엔코더 연결부 사이에 미끄러짐(slippage)이 발생할 경우 정확한 측정이 불가능하다는 단점이 있다. 예를 들어, 회전 엔코더가 연결된 차륜(wheel)과 바닥 사이에 미끄러짐이 발생하면 차륜의 회전수와 실제 이동 거리가 비례하지 않아 정확한 위치추정을 할 수 없다. 또한, 회전 엔코더 자체 형상과 무게로 인해 회전관성(rotational inertia)이 존재하므로 아주 작은 구동 토크(torque)를 갖는 초소형 전동기의 회전속도(rpm)측정 시 엔코더 자체가 전동기에 부하(load)로 작용할 수 있다는 단점이 있다. 이와 같은 특수한 상황에서의 회전 엔코더 기반 측정방법의 단점(미끄러짐 및 회전관성 부하)을 극복하기 위하여 본 연구에서는 광 변위센서를 사용한 비접촉식 측정 방법을 제안하였다.
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참고문헌 (12)

  1. J. Palacin, I. Valganon, and R. Pernia, "The optical mouse for indoor mobile robot odometry measurement," Sensors and Actuators-A Physical, vol. 126, no. 1, pp. 141-147, Sep. 2006. 

  2. N. Tunwattana, A.P. Roskilly, and R. Norman, "Investigations into the effect of illumination and acceleration on optical mouse sensors as contact-free 2D measurement devices," Sensors and Actuators-A Physical, vol. 149, no. 1, pp. 87-92, Oct. 2009. 

  3. N. N. A. Charniya, and S. V. Dudul, "Simple low-cost system for thickness measurement of metallic plates using laser mouse navigation sensor," IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 59, no. 10, pp. 2700-2705, Sep. 2010. 

  4. M. Tresanchez, T. Palleja, M. Teixido, and J. Palacin, "The optical mouse sensor as an incremental rotary encoder," Sensors and Actuators-A Physical, vol. 155, no. 1, pp. 73-81, Aug. 2009. 

  5. M. Tresanchez, T. Palleja, M. Teixido, and J. Palacin, "Using the image acquisition capabilities of the optical mouse sensor to build an absolute rotary encoder," Sensors and Actuators-A Physical, vol. 158, no. 1, pp. 161-167, Nov. 2010. 

  6. T. W. Ng, "The optical mouse as a two-dimensional displacement sensor," Sensors and Actuators-A Physical, vol. 107, no. 1, pp. 21-25, July 2003. 

  7. U. Minoni, and A. Signorini, "Low-cost optical motion sensors: An experimental characterization," Sensors and Actuators-A Physical, vol. 128, no. 2, pp. 402-408, Jan. 2006. 

  8. X. Wang, and K. Shida, "Optical mouse sensor for detecting height variation and translation of a surface," IEEE International Conference on Industrial Technology, Chengdu, pp. 21-24, 2008. 

  9. A. Bonarini, M. Matteucci, and M. Restelli, "Automatic error detection and reduction for an odometric sensor based on two optical mice," Proceedings of the 2005 IEEE Internation Conference on Robotics and Automation, pp. 1675-1680, Apr. 2005. 

  10. D. J. Hyun, H. S. Yang, H. R. Park and H. S. Park, "Differential optical navigation sensor for mobile robots," Sensors and Actuators-A Physical, vol. 156, no. 2, pp. 296-301. Oct. 2009. 

  11. J. D. Jackson, D. W. Callahan, and J. Marstrander, "A rationale for the use of optical mice chips for economic and accurate vehicle tracking," Proceedings of the 3rd Annual IEEE Conference on Automation Science and Engineering, Scottsdale(Arizona), pp. 489-498, Sep. 2007. 

  12. J. Ziz ka, A. Olwal, and R. Raskar, "SpeckleSense: fast, precise, low-cost and compact motion sensing using laser speckle," Proceedings of the 24th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology, pp. 489-498, Oct. 2011. 

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