KR102562559B1 - Electronic Device and And Control Method Thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자기장을 이용한 이동체의 위치 및 자세를 추정하는 기술에 관한 발명이다.
본 발명은 복수의 전자석에 발생되는 서로 다른 주파수를 가진 자기장을 측정하는 자기장 센서와 전자 장치의 이동 영역에 대한 자기장 지도가 저장된 저장부 그리고 상기 자기장 센서에서 측정된 수치 및 상기 자기장 지도를 기초로 상기 전자 장치의 위치 및 자세를 추정하는 제어부를 포함하고 있다.
본 발명의 경우 자성체에서 발생되는 교류 자기장을 측정하고 이를 복원하여 이동체의 위치 및 자세를 추정하므로 주변 자기장 환경에 영향 받지 않는 보다 정확한 이동체의 3차원 위치 및 자세를 추정할 수 있는 효과가 존재한다.The present invention relates to a technique for estimating the position and posture of a moving object using a magnetic field.
The present invention provides a magnetic field sensor for measuring magnetic fields having different frequencies generated by a plurality of electromagnets, a storage unit for storing a magnetic field map for a moving area of an electronic device, and a magnetic field map based on values measured by the magnetic field sensor and the magnetic field map. It includes a control unit for estimating the location and posture of the electronic device.
In the case of the present invention, since the alternating magnetic field generated from the magnetic body is measured and restored to estimate the position and posture of the mobile body, there is an effect of more accurately estimating the three-dimensional position and posture of the mobile body unaffected by the surrounding magnetic field environment.
Description
본 발명은 전자 장치 및 그 제어 방법에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 일정 공간 내에서 움직이는 이동체의 위치 및 자세를 자기장 센서와 관성 센서 및 자기장 지도를 이용하여 추정하는 기술에 관한 발명이다.The present invention relates to an electronic device and a control method thereof, and more particularly, to a technology for estimating the position and attitude of a moving object within a certain space using a magnetic field sensor, an inertial sensor, and a magnetic field map.
현대 사회에서 사람이나 특정 물체에 대한 위치 추정 기술은 다양한 분야에서 많이 사용하고 있다. 이를 위치기반서비스(LBS, Location-Based Service) 하는데 대표적으로 넓은 지역을 커버하기 위해 인공위성이나 이동 통신 기지국 등을 이용하는 GPS(Global Positioning System) 방식과 건물 내부나 한정된 공간에서 사용되는 RTLS(Real Time Location System) 방식 등이 존재한다. RTLS 방식의 경우 지그비(Zigbee) 통신, RFID(Radio-Frequency Identification), Bluetooth, Wi-Fi 방식 등을 이용한다.In modern society, technology for estimating the position of a person or a specific object is widely used in various fields. This is called Location-Based Service (LBS). Representatively, the GPS (Global Positioning System) method using artificial satellites or mobile communication base stations to cover a wide area and the RTLS (Real Time Location System) method used inside buildings or in limited spaces are used. system), etc. In the case of the RTLS method, Zigbee communication, RFID (Radio-Frequency Identification), Bluetooth, and Wi-Fi methods are used.
관성 센서(IMU, Inertial Measurement Unit)를 이용하여 이동체의 위치를 추정하는 관성항법 시스템(Pure System)의 경우, 자이로와 가속도계를 이용하여 출력되는 각속도와 가속도 신호를 좌표 변환한 후 시간 적분하여 이동체의 자세와 위치를 결정한다. 그러니 이러한 관성 센서 기반의 경우, 출력되는 적분 값은 측정 신호에 포함된 바이어스와 이동체의 불규칙 거동 성분 등에 의해 시간에 따라 오차가 누적되어 정확히 이동체의 위치를 추정하지 못하는 단점이 존재한다.In the case of an inertial navigation system (Pure System) that uses an inertial sensor (IMU, Inertial Measurement Unit) to estimate the position of a moving object, the angular velocity and acceleration signals output using a gyro and accelerometer are converted into coordinates and then time-integrated to determine the position of the moving object. Determine posture and position. Therefore, in the case of such an inertial sensor-based, the output integral value has a disadvantage in that the position of the moving object cannot be accurately estimated because errors are accumulated over time due to bias included in the measurement signal and irregular behavior components of the moving object.
또한, 지구 자기장을 이용하여 위치를 추정하는 기술 또한 많이 사용되고 있는데 지구 자기장을 이용하는 위치를 추정하는 경우 전자기파와 다르게 대부분의 물질에 거의 영향을 받지 않고 위치를 추정할 수 있는 장점을 가지고 있다. 따라서 수중에서도 계측이 가능하여, GPS와 같은 전파 항법이 불가능한 환경, 예를 들어 바다 안의 잠수함에서도 중요한 항법 수단으로 많이 활용되고 있다. In addition, a technique for estimating a position using the earth's magnetic field is also widely used. In the case of estimating a position using the earth's magnetic field, unlike electromagnetic waves, it has the advantage of being virtually unaffected by most substances and can estimate the position. Therefore, it can be measured underwater, and is widely used as an important navigation means in an environment where radio navigation such as GPS is impossible, for example, in a submarine in the sea.
그러나 자기장을 이용한 위치 추정의 경우, 상기 설명한 바와 같이 다른 물질에 영향을 잘 받지 않은 특성이 존재하나 이동체 주변에 강자성체인 철, 니켈, 코발트 등의 물질이 존재하는 경우, 이러한 물질들이 자기장을 차단하거나 왜곡 시키는 문제가 발생할 수 있다. 즉, 자성 성질을 가진 물체들을 자기장을 측정하는 3축 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 자기 센서의 측정값에 영향을 미처 오차를 발생시킨다. 이 때 발생하는 오차가 자기 센서 자체의 오차인 오프셋 천이(Hard Iron Effect)와 비례 상수 오차(Soft Iron Effect)가 있다. 따라서, 주변 자기장을 이용한 위치 추정 시스템의 경우 구성 및 부품 배치에 많은 고려가 필요하다. However, in the case of position estimation using a magnetic field, as described above, if there is a material that is not affected by other materials, but ferromagnetic materials such as iron, nickel, and cobalt exist around the moving object, these materials block the magnetic field or Distortion may occur. That is, an error is generated by affecting the measurement value of a 3-axis MEMS (Micro Electro Mechanical System) magnetic sensor that measures magnetic fields of objects having magnetic properties. The error generated at this time is offset shift (Hard Iron Effect) and proportional constant error (Soft Iron Effect), which are errors of the magnetic sensor itself. Therefore, in the case of a position estimation system using a peripheral magnetic field, many considerations are required in configuration and component arrangement.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 개발된 발명으로서, 주변 자기장 환경에 구애 받지 않으면서 보다 정확한 이동체의 3차원 위치 및 자세를 추정하는데 그 목적이 존재한다. The present invention was developed to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to more accurately estimate the three-dimensional position and attitude of a moving object without being restricted by the surrounding magnetic field environment.
자성체는 자기장을 차단시키거나 왜곡시키는 문제를 발생시키기도 하지만 능동적으로 교류 자기장을 발생시키기도 한다. 따라서, 본 발명의 경우 자성체에서 발생되는 교류 자기장을 측정하고 이를 복원하여 이동체의 위치 및 자세를 추정하므로 주변 자기장 환경에 영향 받지 않는, 보다 정확한 이동체의 3차원 위치 및 자세를 추정할 수 있다.A magnetic material may cause a problem of blocking or distorting a magnetic field, but may also actively generate an alternating magnetic field. Therefore, in the case of the present invention, since the alternating magnetic field generated from the magnetic body is measured and restored to estimate the position and posture of the mobile body, it is possible to more accurately estimate the three-dimensional position and posture of the mobile body unaffected by the surrounding magnetic field environment.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는, 이동체의 위치 및 자세를 추정하는 전자 장치에 있어서 복수의 전자석에 발생되는 서로 다른 주파수를 가진 자기장을 측정하는 자기장 센서와 상기 이동체의 이동 영역에 대한 자기장 지도가 저장된 저장부와 상기 자기장 센서에서 측정된 수치 및 상기 자기장 지도를 기초로 상기 이동체의 위치 및 자세를 추정하는 제어부를 포함할 수 있다.In an electronic device according to an embodiment of the present invention, in an electronic device for estimating the position and posture of a moving object, a magnetic field sensor for measuring magnetic fields having different frequencies generated by a plurality of electromagnets and a magnetic field for a moving area of the moving object It may include a storage unit for storing a map, and a control unit for estimating the position and attitude of the mobile body based on the values measured by the magnetic field sensor and the magnetic field map.
또한, 상기 자기장 센서는 주파수분할방식(FDMA, Frequency Division Multiple Access)을 이용하여 상기 복수의 전자석에서 발생되는 서로 다른 주파수를 가진 자기장을 측정할 수 있다.In addition, the magnetic field sensor may measure magnetic fields having different frequencies generated from the plurality of electromagnets using frequency division multiple access (FDMA).
또한, 상기 자기장 센서는 상기 복수의 전자석에서 발생되는 주파수들 중에서 주파수가 가장 큰 주파수의 2배 이상이 되는 주파수를 상기 자기장 센서의 샘플링 주파수(Sampling Frequency)로 할 수 있다.In addition, the magnetic field sensor may set a frequency that is twice or more of the largest frequency among frequencies generated by the plurality of electromagnets as a sampling frequency of the magnetic field sensor.
또한, 상기 제어부는 칼만 필터(Kalman Filter), 확장 칼만 필터(Extended Kalman filter, EKF), 무향 칼만 필터(Unscented Kalman filter, UKF), 인포메이션 필터(Information filter), 히스토그람 필터(Histogram Filter), 마르코프(Markov) 위치 인식법 중 어느 하나를 이용하여 상기 이동체의 위치 및 자세를 추정할 수 있다.In addition, the control unit is a Kalman filter, an extended Kalman filter (EKF), an unscented Kalman filter (UKF), an information filter, a histogram filter, The position and posture of the moving object may be estimated using any one of Markov position recognition methods.
또한, 상기 제어부는 상기 자기장 센서에서 측정된 수치를 기초로 상기 복수의 전자석에서 발생되는 각각의 자기장 벡터를 복원하는 복원부를 더 포함할 수 있다.In addition, the control unit may further include a restoration unit that restores each magnetic field vector generated from the plurality of electromagnets based on the values measured by the magnetic field sensor.
또한, 상기 제어부는 상기 복원된 자기장 벡터와 상기 자기장 센서에서 측정된 수치를 기초로 상기 이동체의 위치 및 자세에 대한 벡터를 산출하고 이를 상기 자기장 지도와 비교하여 상기 이동체의 위치 및 자세를 추정하는 추정부를 더 포함할 수 있다.In addition, the control unit calculates a vector for the position and attitude of the moving object based on the restored magnetic field vector and a value measured by the magnetic field sensor, and compares the vector with the magnetic field map to estimate the position and attitude of the moving object. Wealth may be further included.
또한, 상기 추정부는 상기 산출된 이동체의 위치 및 자세에 대한 벡터와 상기 자기장 지도의 벡터를 비교하여 차이가 가장 작은 지점을 상기 이동체의 위치 및 자세로 추정할 수 있다.In addition, the estimator may compare the calculated position and attitude vector of the moving object with the vector of the magnetic field map, and estimate a point having the smallest difference as the position and attitude of the moving object.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자장치는 상기 추정된 이동체의 위치 및 자세에 대한 정보를 화면에 표시하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.In addition, the electronic device according to an embodiment of the present invention may further include a display unit that displays information on the estimated location and posture of the moving object on a screen.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자장치는 상기 추정된 이동체의 위치 및 자세에 대한 정보를 외부 장치로 전송하는 통신부를 더 포함할 수 있다.In addition, the electronic device according to an embodiment of the present invention may further include a communication unit that transmits information about the estimated position and attitude of the moving object to an external device.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자장치는 상기 이동체의 가속도 수치 및 각속도 수치를 측정하는 관성 센서(IMU, Inertial Measurement Unit)를 더 포함할 수 있다.In addition, the electronic device according to an embodiment of the present invention may further include an inertial measurement unit (IMU) for measuring acceleration and angular velocity values of the moving object.
또한, 상기 제어부는 상기 관성 센서에서 측정된 수치를 이용하여 상기 추정된 이동체의 위치와 자세를 보정하는 보정부를 더 포함할 수 있다.In addition, the control unit may further include a correction unit for correcting the estimated position and attitude of the moving object using the values measured by the inertial sensor.
또한, 상기 보정부는 상기 관성 센서에서 측정된 수치들을 기초로 상기 이동체의 틸트(Tilt) 오차를 계산하고 상기 틸트 오차를 이용하여 상기 추정된 이동체의 위치와 자세를 보정할 수 있다.Also, the correction unit may calculate a tilt error of the moving object based on the values measured by the inertial sensor, and correct the estimated position and attitude of the moving object using the tilt error.
또한, 상기 틸트 오차는 상기 이동체의 피치(Pitch), 상기 이동체의 롤(Roll), 및 상기 이동체의 요(Yaw)를 포함할 수 있다.Also, the tilt error may include a pitch of the movable body, a roll of the movable body, and a yaw of the movable body.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자장치의 제어방법은, 이동체의 위치 및 자세를 추정하는 방법에 있어서, 복수의 전자석에 발생되는 서로 다른 주파수를 가진 자기장을 측정하는 단계와 상기 이동체의 이동 영역에 대한 자기장 지도를 획득하는 단계와 상기 자기장 센서에서 측정된 수치 및 상기 자기장 지도를 기초로 상기 이동체의 위치 및 자세를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.A control method of an electronic device according to an embodiment of the present invention is a method of estimating the position and posture of a moving body, comprising the steps of measuring magnetic fields having different frequencies generated in a plurality of electromagnets and in a moving area of the moving body. The method may include obtaining a magnetic field map for the object and estimating a position and attitude of the moving object based on the values measured by the magnetic field sensor and the magnetic field map.
또한, 상기 자기장을 측정하는 단계는 주파수분할방식(FDMA, Frequency Division Multiple Access)을 이용하여 상기 복수의 전자석에서 발생되는 서로 다른 주파수를 가진 자기장을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the measuring of the magnetic field may further include measuring magnetic fields having different frequencies generated from the plurality of electromagnets using frequency division multiple access (FDMA).
또한, 상기 자기장을 측정하는 단계는 상기 복수의 전자석에서 발생되는 주파수들 중에서 주파수가 가장 큰 주파수의 2배 이상이 되는 주파수를 상기 자기장 센서의 샘플링 주파수(Sampling Frequency)로 하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the measuring of the magnetic field may further include, as a sampling frequency of the magnetic field sensor, a frequency that is twice or more of the highest frequency among the frequencies generated by the plurality of electromagnets. there is.
또한, 상기 이동체의 위치 및 자세를 추정하는 단계는 칼만 필터(Kalman Filter), 확장 칼만 필터(Extended Kalman filter, EKF), 무향 칼만 필터(Unscented Kalman filter, UKF), 인포메이션 필터(Information filter), 히스토그람 필터(Histogram Filter), 마르코프(Markov) 위치 인식법 중 어느 하나를 이용하여 상기 이동체의 위치 및 자세를 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the step of estimating the position and posture of the moving object includes a Kalman filter, an Extended Kalman filter (EKF), an Unscented Kalman filter (UKF), an information filter, and a hiss The method may further include estimating the position and attitude of the moving object using any one of a histogram filter and a Markov position recognition method.
또한, 상기 이동체의 위치 및 자세를 추정하는 단계는 상기 자기장 센서에서 측정된 수치를 기초로 상기 복수의 전자석에서 발생되는 각각의 자기장 벡터를 복원하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, estimating the position and posture of the moving body may further include restoring each magnetic field vector generated from the plurality of electromagnets based on the values measured by the magnetic field sensor.
또한, 상기 이동체의 위치 및 자세를 추정하는 단계는 상기 복원된 자기장 벡터와 상기 자기장 센서에서 측정된 수치를 기초로 상기 이동체의 위치 및 자세에 대한 벡터를 산출하고 이를 상기 자기장 지도와 비교하여 상기 이동체의 위치 및 자세를 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the step of estimating the position and attitude of the moving object calculates a vector for the position and attitude of the moving object based on the restored magnetic field vector and a value measured by the magnetic field sensor, and compares the vector with the magnetic field map to determine the position and attitude of the moving object. A step of estimating the position and posture of the may be further included.
또한, 상기 자기장 지도와 비교하여 상기 이동체의 위치 및 자세를 추정하는 단계는 상기 산출된 이동체의 위치 및 자세에 대한 벡터와 상기 자기장 지도의 벡터를 비교하여 차이가 가장 작은 지점을 상기 이동체의 위치 및 자세로 추정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the step of estimating the position and attitude of the moving object by comparing with the magnetic field map compares the calculated position and attitude vector of the moving object with the vector of the magnetic field map, and determines the position and attitude of the moving object at a point where the difference is smallest. A step of estimating the posture may be further included.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 제어 방법은 상기 추정된 이동체의 위치 및 자세에 대한 정보를 화면에 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.Also, the control method of an electronic device according to an embodiment of the present invention may further include displaying information on the estimated position and attitude of the moving object on a screen.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 제어 방법은 상기 추정된 이동체의 위치 및 자세에 대한 정보를 외부 장치로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.Also, the control method of an electronic device according to an embodiment of the present invention may further include transmitting information about the estimated location and posture of the moving object to an external device.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 제어 방법은 관성 센서(IMU, Inertial Measurement Unit)를 이용하여 상기 이동체의 가속도 수치 및 각속도 수치를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the method for controlling an electronic device according to an embodiment of the present invention may further include measuring acceleration values and angular velocity values of the moving object using an inertial measurement unit (IMU).
또한, 상기 관성 센서에서 측정된 수치를 이용하여 상기 추정된 이동체의 위치와 자세를 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include correcting the estimated position and attitude of the movable body using the values measured by the inertial sensor.
또한, 상기 보정하는 단계는 상기 관성 센서에서 측정된 수치들을 기초로 상기 이동체의 틸트(Tilt) 오차를 계산하고 상기 틸트 오차를 이용하여 상기 추정된 이동체의 위치와 자세를 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The correcting may further include calculating a tilt error of the moving object based on values measured by the inertial sensor and correcting the estimated position and attitude of the moving object using the tilt error. can
또한, 상기 틸트 오차는 상기 이동체의 피치(Pitch), 상기 이동체의 롤(Roll), 및 상기 이동체의 요(Yaw)를 포함할 수 있다.Also, the tilt error may include a pitch of the movable body, a roll of the movable body, and a yaw of the movable body.
본 발명의 경우, 이동체가 이동하는 일정 구역 내에 설치된 자성체에서 발생되는 교류 자기장을 이용하여 이동체의 자세 및 위치를 추정함으로써, 종래 자기장을 이용한 위치 추정 시스템이 가지고 있던 센서 자체의 오차 및 주변 자기장의 영향을 받는 단점을 극복하고 보다 정확한 이동체의 위치 및 자세를 추정할 수 있다.In the case of the present invention, by estimating the posture and position of a moving object using an alternating magnetic field generated from a magnetic body installed in a certain area where the moving object moves, the error of the sensor itself and the influence of the surrounding magnetic field, which the conventional position estimation system using a magnetic field had, have It is possible to overcome the disadvantages of receiving , and more accurately estimate the position and posture of a moving object.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 내부 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 지점(X, Y)에서 자기력선이 방출되는 모습을, 도 2의 (b)는 두 지점(X,Y)에서 자기력선의 세기가 감쇠되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 두 지점(X, Y)에서 방출된 전자기력선이 중첩되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 등자기력 벡터를 이용하여 이동체의 2차 위치를 추정하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전자 장치의 내부 구성을 나타낸 블럭도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전자 장치의 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 등자기력 벡터를 이용하여 이동체의 3차 위치를 추정하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 효과를 증명하기 위해 4개의 전자석을 이용하여 실험 모형을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9의 실험에 따른 이동체가 실제 이동한 거리와 추정된 거리를 나타낸 도면이다.
도 11의 (a)는 도 9의 실험에 따른 추정된 이동체의 고도 변화를, 도 11의 (b)는 도 9의 실험에 따른 추정된 이동체의 궤적 회전 속도를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 9의 실험에 따른 이동체의 수직 자세에 해당하는 요(Yaw)의 움직임을 표현한 도면이다.1 is a block diagram showing an internal configuration of an electronic device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 (a) shows the state in which lines of magnetic force are emitted from two points (X, Y) according to an embodiment of the present invention, Figure 2 (b) shows the strength of the lines of magnetic force attenuation at two points (X, Y) This is a drawing showing what it would look like.
3 is a view showing the overlapping of electromagnetic force lines emitted from two points (X, Y).
4 is a diagram showing a state in which a secondary position of a moving object is estimated using a magnetic force vector according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a control method of an electronic device according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram showing the internal configuration of an electronic device according to another embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a control method of an electronic device according to another embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a state in which a tertiary position of a moving object is estimated using a magnetic force vector according to an embodiment of the present invention.
9 is a view showing an experimental model using four electromagnets to prove the effect of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing an actual moving distance and an estimated distance of a moving object according to the experiment of FIG. 9 .
FIG. 11(a) is a diagram showing the estimated change in altitude of the moving object according to the experiment of FIG. 9, and FIG. 11(b) is a diagram showing the trajectory rotation speed of the estimated moving object according to the experiment of FIG.
FIG. 12 is a diagram illustrating the movement of a yaw corresponding to the vertical posture of the mobile body according to the experiment of FIG. 9 .
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예이며, 본 출원의 출원 시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.The configurations shown in the embodiments and drawings described in this specification are preferred examples of the disclosed invention, and there may be various modified examples that can replace the embodiments and drawings in this specification at the time of filing of the present application.
또한, 본 명세서의 각 도면에서 제시된 동일한 참조 번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성 요소를 나타낸다.In addition, the same reference numerals or numerals presented in each drawing in this specification indicate parts or components that perform substantially the same function.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. In addition, terms used in this specification are used to describe embodiments, and are not intended to limit and/or limit the disclosed invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.In this specification, terms such as "include", "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or the existence or addition of more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not excluded in advance.
또한, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성 요소는 제2구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1구성 요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.In addition, terms including ordinal numbers such as “first” and “second” used herein may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms It is used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention. The term "and/or" includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
이하에서는 자기장을 이용하여 이동체의 위치를 추정하는 종래 기술의 문제점을 알아보고 이하 도면들을 통하여 본 발명의 특징에 대해 자세히 알아보도록 한다.Hereinafter, problems of the prior art for estimating the position of a moving object using a magnetic field will be investigated, and features of the present invention will be studied in detail through the following drawings.
종래 지구 자기장을 이용하여 이동체의 위치를 추정하는 기술의 경우, 자기장은 전자기파와 다르게 대부분의 물질에 거의 영향을 받지 않는 특성을 가지고 있어 수중에서도 다른 전자기파와 다르게 계측이 가능하다는 특징이 있다. 따라서, GPS와 같은 전파 항법이 불가능한 환경, 예를 들어 바다 안의 잠수함에서도 중요한 항법 수단으로 많이 활용되고 있다. In the case of conventional technology for estimating the position of a moving object using the Earth's magnetic field, the magnetic field has characteristics that are hardly affected by most substances, unlike electromagnetic waves, so that it can be measured underwater differently from other electromagnetic waves. Therefore, it is widely used as an important navigation method in an environment where radio navigation such as GPS is impossible, for example, a submarine in the sea.
그러나 지구 자기장을 이용한 위치 추정의 경우, 다른 물질에 영향을 잘 받지 않은 특성이 존재하나 이동체의 주변에 강자성체인 철, 니켈, 코발트 등의 물질이 존재하는 경우, 이러한 물질들이 자기장을 차단하거나 왜곡 시키는 문제가 발생할 수 있다. However, in the case of position estimation using the Earth's magnetic field, if there are materials such as iron, nickel, and cobalt, which are ferromagnetic materials, around the moving object, although there are characteristics that are not affected by other materials, these materials block or distort the magnetic field. Problems can arise.
즉, 자성 성질을 가진 물체들을 자기장을 측정하는 3축 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 자기 센서의 측정값에 영향을 미쳐 오차가 발생시킬 수 있으며 이 때 발생하는 오차가 자기 센서 자체의 오차인 오프셋 천이(Hard Iron Effect)와 비례 상수 오차(Soft Iron Effect)가 있다.In other words, objects with magnetic properties may affect the measured values of the 3-axis MEMS (Micro Electro Mechanical System) magnetic sensor that measures the magnetic field, causing errors, and the errors generated at this time are offset transitions, which are errors in the magnetic sensor itself. (Hard Iron Effect) and Proportion Constant Error (Soft Iron Effect).
자기 센서를 이용하여 위치를 추정하는 경우 그 특성상, 비례 상수 오차(Sort Iron Effect) 보다는 오프셋 천이(Hard Iron Effect) 오차가 더 많이 발생한다. In the case of estimating a position using a magnetic sensor, due to its characteristics, an offset shift (Hard Iron Effect) error occurs more than a proportional constant error (Sort Iron Effect).
그러나 본 발명은 교류 자기장을 이용하여 이동체의 위치 및 자세를 추정하므로 앞서 설명한 오프셋 천이 오차를 근본적으로 해결할 수 있는 장점이 존재한다.However, since the present invention estimates the position and attitude of a moving object using an alternating magnetic field, there is an advantage in fundamentally solving the offset shift error described above.
즉, 오프셋 천이 오차의 경우 센서 주위에 배치되어 있는 부품 또는 센서 자체가 특정 방향으로 자화됨으로써 발생되는데, 자성체의 자화는 기본적으로 고정 자기장 성질을 지닐 뿐, 능등적으로 주파수 성질을 가질 수 없어서 오프셋 천이 오차가 발생하지 않는다.That is, in the case of an offset shift error, a part disposed around the sensor or the sensor itself is magnetized in a specific direction. The magnetization of a magnetic body basically has a fixed magnetic field property and cannot have a frequency property, so the offset transition No error occurs.
설사 프로세서나 발진자 같은 부품에서 주파수 성질의 자기장이 발생한다 하여도 그 주파수 및 위상차가 사용하고자 하는 교류 자기장의 신호와 일치할 가능성은 매우 희박하며, 교류 자기장의 신호와 일치한다 하여도 그 그 크기가 매우 작아 무시할 수 있다.Even if a magnetic field with a frequency property is generated from a component such as a processor or an oscillator, it is very unlikely that the frequency and phase difference match the signal of the AC magnetic field to be used, and even if it matches the signal of the AC magnetic field, the magnitude very small and can be ignored.
이러한 이유들로 인해 교류 자기장을 사용하여 이동체의 위치를 추정을 하는 경우 오프셋 천이 오차는 발생하지 않는다. 따라서 매우 주기적인 교정 또한 할 필요가 없는 장점이 존재한다. For these reasons, an offset shift error does not occur when estimating the position of a moving object using an alternating magnetic field. Therefore, there is an advantage that there is no need for very periodic calibration.
또한, 교류 자기장을 이용하여 위치를 추정하는 경우 종래 기술과 다른 장점은 자기장을 전자기파 신호처럼 다루어 주파수별로 신호 검출이 가능하다는 것이다. In addition, in the case of estimating a position using an alternating magnetic field, a different advantage from the prior art is that a signal can be detected for each frequency by treating the magnetic field like an electromagnetic wave signal.
즉. 주파수별로 신호 검출이 가능하므로 복수의 교류 자기장이 한 공간에 있어도 그 성분들을 각각 검출할 수 있으며, 이로 인해 단일 자기장을 사용하는 경우보다 많은 정보를 생성해 낼 수 있는 장점이 존재한다. 또한, 위치 뿐만 아니라 자세 항법을 수행할 수 있는 특징 또한 존재한다. in other words. Since signals can be detected for each frequency, even if multiple alternating magnetic fields are in one space, their components can be detected individually, which has the advantage of generating more information than when using a single magnetic field. In addition, there is also a feature capable of performing positional navigation as well as positional navigation.
이하 도면을 통하여 본 발명의 구성 및 작동 원리에 대해 자세히 알아보도록 한다. The configuration and operating principle of the present invention will be described in detail through the following drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전자 장치의 전체 구성을 도시한 도면이다.1 is a diagram showing the overall configuration of an electronic device according to an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라, 전자 장치(100)가 부착된 이동체의 위치 및 자세를 추정하는 전자 장치(100)의 내부 구성을 나타낸 블럭도이다.1 is a block diagram showing an internal configuration of an
도 1을 참조하면, 본 발명은 전자 장치(100)가 부착된 이동체의 주변 자기장을 측정하는 자기장 센서(200)와 이동체가 이동하는 구역의 자기장 지도(310)와 관련된 정보가 저장된 저장부(300) 및 측정된 자기장 수치(210)와 자기장 지도(310)를 기초로 이동체의 자세 및 위치를 추정하는 제어부(400)등을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1 , the present invention provides a
자기장 센서(200)는 이동체가 이동하는 일정한 구역 내에 설치된 전자석에서 발생되는 자기장의 크기와 방향을 측정할 수 있다. 또한, 자기장 센서(200)는 측정하고자 하는 이동체의 X축, Y축, Z축을 포함하는 3개 축들에 대한 각각의 자기장 수치를 측정할 수 있다.The
자기장 센서(200)의 경우 그 목적에 따라 다양한 종류의 센서가 포함될 수 있다. 쇄교하는 자속의 시간 변화에 비례하여 발생시키는 전압을 이용하는 코일형 자기 센서, 고체의 물성을 이용한 고체 자기 센서, 원자핵의 자기 모멘트나 자계에 따라 분리한 원자에너지의 준위를 이용한 공명형 자기 센서 등이 이에 포함될 수 있다. In the case of the
본 발명의 경우, 이동체가 이동하는 일정 구역 내에 설치된 복수의 전자석에서 발생되는 자기장을 이용하여 이동체의 위치 및 자세를 추정하므로, 일정 공간 내에 복수의 전자석이 존재하는 경우 주파수를 가진 신호들끼리 간섭 되는 문제가 발생할 수 있다. In the case of the present invention, since the position and posture of the moving object are estimated using the magnetic fields generated from a plurality of electromagnets installed in a certain area where the moving object moves, signals having frequencies interfere with each other when a plurality of electromagnets exist in a certain space. Problems can arise.
따라서, 본 발명의 경우 이러한 문제점을 해결하기 위해 이동체가 이동하는 일정 구역 내에 설치되는 전자석에서 발생되는 주파수를 서로 다르게 하여 주파수들끼리 간섭이 일어나는 문제를 방지하였다. 주파수가 서로 다른 다면 일정 공간 내에서 여러 전자석이 서로 다른 자기장을 송출하여도 자기장들끼리 간섭이 일어나지 않기 때문이다.Therefore, in the case of the present invention, in order to solve this problem, the frequency generated by the electromagnet installed in a certain area in which the moving object moves is different from each other to prevent the problem of interference between frequencies. If the frequencies are different from each other, even if several electromagnets transmit different magnetic fields within a certain space, interference between magnetic fields does not occur.
따라서 본 발명처럼, 교류 자기장을 이용하여 위치 추정을 하는 경우 자기장을 전자기파 신호처럼 다루어 주파수별로 신호 검출이 가능하므로 복수의 교류 자기장이 한 공간에 같이 있어도 그 성분들을 분리해서 검출할 수 있다. 이로 인해 고정 자기장을 활용하는 경우보다 많은 정보를 생성해 낼 수 있으며 이러한 정보로 이동체의 위치를 추정하는 경우 뿐만 아니라 자세 까지 추정할 수 있는 장점이 존재한다.Therefore, in the case of position estimation using an alternating magnetic field, as in the present invention, since the magnetic field is treated like an electromagnetic wave signal and signal detection is possible for each frequency, even if a plurality of alternating magnetic fields are present in one space, their components can be separately detected. Because of this, more information can be generated than in the case of using a fixed magnetic field, and there is an advantage in that it can estimate not only the position of the moving object but also the attitude using this information.
따라서, 자기장 센서(200)의 경우 상기 설명한 바와 같이 여러 전자석에서 발생되는 서로 다른 주파수를 가진 자기장을 검출해야 하므로 주파수 분할 방식(FDMA, Frequency Division Multiple Access)을 이용하여 자기장을 검출할 수 있다.Therefore, in the case of the
주파수 분할 방식(FDMA)이란, 신호의 중첩 원리를 이용하여 서로 다른 주파수를 분리하는 방법을 말한다. 즉, 수신된 중첩 신호에 진폭이 1인 각 주파수의 Sin 파 신호를 생성하여 곱해준 후, 곱한 값들을 적분한다. 이렇게 곱한 값들을 적분하면 중첩 전 각 주파수별 신호의 진폭과 직접 연관이 되는 값이 산출되며 그 관계를 이용하여 각 신호의 진폭을 구할 수 있다.Frequency division method (FDMA) refers to a method of separating different frequencies using the signal superposition principle. That is, after generating and multiplying a sin wave signal of each frequency having an amplitude of 1 by the received superposition signal, the multiplied values are integrated. By integrating the multiplied values, a value directly related to the amplitude of each signal before superposition is calculated, and the amplitude of each signal can be obtained using the relationship.
주파수 분할 방식을 이용하면, 시간의 범위를 분리하여 측정하는 시분할방식(TDMA, Time Division Multiple Access)과 다르게 한 공간에서 여러 자기장 벡터의 정보를 연속적으로 사용할 수 있는 장점이 존재한다. The frequency division method has the advantage of being able to continuously use information of several magnetic field vectors in one space, unlike Time Division Multiple Access (TDMA), which separates and measures a range of time.
또한, 상기 설명한 주파수 분할 방식을 이용하여 교류 자기장을 디지털로 측정하기 위해서는 전자석들이 방출하는 자기장의 주파수들 중에서 가장 큰 주파수의 2배 이상이 자기장 센서(200)의 샘플링 주파수가(Sampling Frequency)가 되어야 한다.In addition, in order to digitally measure the alternating magnetic field using the frequency division method described above, the sampling frequency of the
후술할 실험에서 사용된 교류 자기장의 주파수의 최대값은 70hz이므로 최저 140hz의 샘플링 주파수가 필요하다. 하지만 이는 최저치이고 더 정교하게 신호의 주파수 성분을 담기 위해서는 그 이상의 주파수 선정이 필요하다.Since the maximum frequency of the alternating magnetic field used in the experiments to be described later is 70 Hz, a minimum sampling frequency of 140 Hz is required. However, this is the lowest value and further frequency selection is required to more precisely contain the frequency components of the signal.
따라서, 본 발명의 자기장 센서(200)는 측정하고자 하는 공간에 설치된 전자석들이 발생시키는 주파수보다 최소 2배 이상으로 큰 주파수를 샘플링 주파수로 선정하여 사용되어진다. 후술할 실험의 경우 1khz 주파수를 샘플링 주파수로 선정하여 사용하였다. Therefore, the
저장부(300)는 자기장 지도(310)와 관련된 정보를 저장하는 역할을 할 수 있다. The
여기서, 자기장 지도(310)란 이동체가 움직일 수 있는 범위에서 측정된 자기장 수치가 저장된 지도를 말한다. 이동체가 움직이는 지역에는 복수의 전자석이 설치되므로 이러한 복수의 전자석들을 각각 서로 다른 주파수로 교류 자기장을 발생시킨다. 따라서, 자기장 지도(310)는 이동체가 움직일 수는 범위 내에서 교류 자기장들에 의해 발생되는 자기장의 크기 및 방향에 대한 정보가 포함되어 있는 지도를 말한다. 이러한 이동체가 움직일 수 있는 공간은 세탁기와 같은 밀폐된 공간일 수 있으며, 수m 내외의 방이 이에 해당할 수도 있다. Here, the
이 때, 지도 내에서의 복수의 위치들은 미리 설정된 일정한 간격으로 유지된 위치일 수 있고 경우에 따라 자기장 수치를 측정할 수 있는 장소들 또는 이동체가 도달할 수 있는 위치만으로 구성된 위치일 수도 있다.In this case, the plurality of locations on the map may be locations maintained at predetermined intervals, and in some cases may be locations where a magnetic field value can be measured or locations composed only of locations that a mobile body can reach.
또한, 상기의 복수의 위치들은 단순히 2차원 평면상에서의 위치가 아닌 3차원 입체 공간상에서의 위치일 수도 있다. Also, the plurality of positions may be positions on a 3-dimensional space rather than simply on a 2-dimensional plane.
일반적으로, 일정 공간에 1개의 전자석만이 존재한다면 측정된 자기장 벡터로 1차원 위치 산출이 가능하며, 2개의 전자석을 사용한다면 2차원 위치가 산출이 가능하다. 그리고 3개의 전자석을 사용한다면 3차원 위치를 산출할 수 있으며, 그 이상의 전자석을 사용할 경우 3차원 위치를 보다 정확하게 산출할 수 있다.In general, if only one electromagnet exists in a certain space, a one-dimensional position can be calculated with the measured magnetic field vector, and if two electromagnets are used, a two-dimensional position can be calculated. In addition, if three electromagnets are used, the 3D position can be calculated, and if more electromagnets are used, the 3D position can be more accurately calculated.
따라서, 이동체의 3차원 위치를 추정하기 위해서는 최소 3개의 전자석이 필요하며, 최소 3개의 전자석이 설치된 특정 공간에서의 자기자 수치가 저장된 자기장 지도(310)가 필요하다. Therefore, in order to estimate the 3D position of the moving object, at least three electromagnets are required, and a
저장부(300)는 또한 복수의 지역들에서 위치 추정을 수행할 수 있도록 복수의 자기장 지도들을 저장할 수도 있다.The
제어부(400)는 자기장 센서(200)에서 측정한 자기장 수치(210)와 저장부(300)에 저장되어 있는 자기장 지도(310)를 이용하여 이동체의 위치 및 자세를 추정할 수 있다. The
보다 구체적으로 제어부(400)는 자기장 센서(200)에서 측정된 자기장 수치(210)를 기초로 측정하고자 하는 공간에 설치된 복수의 전자석에서 발생되는 각각의 자기장에 대한 공간상의 등자기력 벡터를 복원하는 복원부(410)와 복원된 벡터를 이용하여 현재 이동체의 위치에 대한 벡터 정보를 산출하여 이를 자기장 지도(310)와 비교하여 이동체의 현재 위치 및 자세를 추정하는 추정부(420)를 더 포함할 수 있다.More specifically, the
제어부(400)는 이동체의 위치를 추정하기 위한 알고리즘으로서, 칼만 필터(Kalman Filter), 확장 칼만 필터(Extended Kalman filter, EKF), 무향 칼만 필터(Unscented Kalman filter, UKF), 인포메이션 필터(Information filter), 히스토그람 필터(Histogram Filter), 마르코프(Markov) 위치 인식법 중 적어도 어느 하나를 이용하여 위치를 추정할 수 있다.The
도 2는 일정 공간에서 전자석 A와 B에 의하여 발생되는 교류 자기장이 복원부(410)에 의하여 복원된 모습을 나타낸 도면으로서, 도 2의 (a)는 교류 자기장의 등자기력 벡터를, 도 2의 (b)는 전자석의 중심 A, B로부터 감쇠되는 자기장 벡터의 크기를 나타낸 모습이다.FIG. 2 is a view showing the restored alternating magnetic field generated by electromagnets A and B in a certain space by the
도 2를 참조하면, 자기력선의 방향은 자기장 방향과 평행하며, N극에서 나와 S 극으로 향하며, 자기장은 전자석에서 방출된 만큼 다시 흡수되는 폐곡선 형태를 가지고 있음을 알 수 있다. Referring to FIG. 2, it can be seen that the direction of the magnetic force line is parallel to the direction of the magnetic field, comes out of the N pole and heads to the S pole, and the magnetic field has a closed curve shape in which the magnetic field is absorbed again as much as it is emitted from the electromagnet.
자기력선의 밀도는 자기장의 세기를 나타내며, 자기력선의 간격이 촘촘할수록 자기장의 세기가 세다. 일반적으로 자석의 양쪽 자극에서 자기력선의 간격이 촘촘하고 자극으로부터 점차 멀어지면 자기력선의 밀도는 낮아진다. The density of the lines of magnetic force represents the strength of the magnetic field, and the closer the lines of magnetic force are, the stronger the magnetic field. In general, the spacing of the lines of magnetic force is close at both magnetic poles of a magnet, and the density of the lines of magnetic force decreases as they gradually move away from the magnetic poles.
따라서, 도 2를 참조하면 자기장을 발생시키는 A, B 부근에서 자기장의 밀도가 높아 자기장의 세기가 크며, A, B에서 멀어질수록 자기장의 세기가 감소하는 것을 알 수 있으며 이러한 정보들이 자기장 지도(310)에 저장될 수 있다.Therefore, referring to FIG. 2, it can be seen that the density of the magnetic field is high in the vicinity of A and B, which generate the magnetic field, so that the intensity of the magnetic field is high, and the intensity of the magnetic field decreases as the distance from A and B increases. 310) can be stored.
도 3의 (a)는 일정 공간에서 중첩된 두 교류 자기장의 등자기력 벡터를, 도 3의 (b)는 중첩된 두 교류 자기장의 세기를 나타낸 도면이다.FIG. 3(a) is a diagram showing equal magnetic force vectors of two overlapping alternating magnetic fields in a certain space, and FIG. 3(b) is a diagram showing the strength of two overlapping alternating magnetic fields.
보다 정확한 이동체의 위치를 추정하기 위해서는 복수의 전자석이 필요하므로, 도 3의 (a)와 같이 복수의 전자석이 설치된 경우 서로 다른 주파수를 가지는 두 개의 자기력 벡터가 나타난다.Since a plurality of electromagnets are required to more accurately estimate the position of a moving object, when a plurality of electromagnets are installed as shown in FIG. 3 (a), two magnetic force vectors having different frequencies appear.
그러나 두 교류 자기장의 주파수는 서로 다르므로, 두 교류 자기장의 벡터가 공간상에서 중첩이 될 경우에도 간섭이 일어나지 않는다. 따라서, 독립적인 자기장 벡터를 복원할 수 있다.However, since the frequencies of the two alternating magnetic fields are different from each other, interference does not occur even when the vectors of the two alternating magnetic fields overlap in space. Therefore, an independent magnetic field vector can be restored.
도 3의 (b)에서 보듯이 두 교류 자기장은 간섭이 일어나지 않으므로 각각 독립되게 복원될 수 있으며, 자기장의 세기 또한 각각 독립적으로 자기장의 중심부에서 멀어질수록 감쇠하는 것을 알 수 있다. As shown in (b) of FIG. 3, since no interference occurs, the two alternating magnetic fields can be independently restored, and the strength of the magnetic fields also independently attenuates as the distance from the center of the magnetic field increases.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 등자기력 벡터를 이용하여 이동체의 위치 및 자세를 추정하는 모습을 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a state in which a position and attitude of a moving object are estimated using a magnetic force vector according to an embodiment of the present invention.
도 4와 같이 이동체의 위치 추정을 하고자 하는 공간에는 하나 이상의 전자석이 설치된다. 도 4의 경우 2개의 전자석을 사용한 2차원 좌표 측정 모습을 도시하였지만, 3차원 좌표 측정을 하는 경우 3개의 전자석이 설치될 수 있다.As shown in FIG. 4, one or more electromagnets are installed in a space in which the location of a moving object is to be estimated. In the case of FIG. 4 , two-dimensional coordinate measurement using two electromagnets is shown, but three electromagnets may be installed in the case of three-dimensional coordinate measurement.
즉, 도 4의 경우 두 개의 전자석(A와 B)이 존재하며, 각각의 전자석은 서로 다른 주파수를 가진 교류 자기장을 발생시키며, 본 발명의 자기장 센서(200)는 전자석 A와 B에서 발생하는 자기장의 크기 및 위치를 측정한다.That is, in the case of FIG. 4, there are two electromagnets (A and B), each electromagnet generates an alternating magnetic field having a different frequency, and the
그리고 복원부(410)는 측정된 자기장 수치(210)를 기초로 하여 도 4에 도시된 바와 같이 각각 등자기력 곡선 M1과 M2를 복원시키고 복원된 등자기력 곡선 M1과 M2를 이용하여 현재 이동체의 위치를 추정한다. In addition, the
즉, 도 4에 나와 있듯이, 추정부(420)두 등자기력선의 곡선의 교점을 구하고 이를 기초로 벡터의 크기에 대한 정합을 수행하여 공간상의 좌표점을 추정해 낼 수 있다.That is, as shown in FIG. 4, the
만약, 3차원 공간상의 위치를 추정하기 경우, 3개의 전자석에서 발생되는 자기장들을 각각 측정하여 3개의 등자기력 곡면 M1, M2. M3를 복원하여 이동체의 위치를 추정할 수 있다. 그리고 이 3개의 곡면의 교점을 구하여 자기장 벡터 크기에 대한 정합을 수행함으로써 이동체의 공간상의 좌표점을 구할 수 있다. If, in case of estimating a position in a 3-dimensional space, the magnetic fields generated by the three electromagnets are measured, respectively, and three isomagnetic force curves M1 and M2. The location of the moving object can be estimated by restoring M3. Then, by obtaining the intersection of these three curved surfaces and performing matching on the magnitude of the magnetic field vector, the coordinate point on the space of the moving object can be obtained.
상기 설명한 바와 같은 과정을 거쳐 이동체의 위치 및 자세가 추정되었다면 추정부(420)는 추정된 위치에 대한 벡터 정보를 산출한 후 이를 자기장 지도(310)에 저장되어 있는 위치에 대한 정보를 비교하여 이동체의 위치를 추정한다.If the position and attitude of the moving object are estimated through the process described above, the
즉, 추정부(420)는 추정된 이동체의 위치 및 자세한 대한 벡터를 기초로 자기장 지도(310)에 이미 저장되어 있는 공간상의 벡터 정보를 서로 비교한 후 가장 차이가 적은 위치를 현재 위치로 추정한다. 가장 차이가 적은 위치를 현재 위치로 추정하는 이유는 현재 이동체게 그 위치에 있을 확률이 가장 높기 때문이다.That is, the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 전자 장치의 제어 방법을 나타낸 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a control method of an electronic device according to an embodiment of the present invention.
우선 이동체에 부착된 전자 장치(100)는 자기장 센서(200)를 이용하여 이동체 주변의 자기장을 측정한다.(S100)First, the
이동체가 움직이는 환경 내에서는 이미 전자석이 설치되어 있을 것이므로 각각의 전자석은 서로 다른 주파수를 가진 교류 자기장을 방출할 것이다. 따라서, 자기장 센서(200)는 이러한 교류 자기장의 크기 및 방향을 측정할 수 있다.Since electromagnets are already installed in the moving environment, each electromagnet will emit alternating magnetic fields with different frequencies. Therefore, the
측정된 자기장을 기초로 이동체의 위치 및 자세를 추정하므로 단순히 자기장의 크기 뿐만 아니라 X, Y, Z 축 방향에 따라 자기장의 방향(또는 위치)도 함께 측정할 수 있다.Since the position and attitude of the moving object are estimated based on the measured magnetic field, not only the size of the magnetic field but also the direction (or position) of the magnetic field along the X, Y, and Z axes can be measured.
자기장의 크기 및 방향이 측정 되었으면 측정된 자기장을 기초로 전자석에서 발생되는 각각의 교류 자기장에 대한 벡터를 복원한다.(S200)When the magnitude and direction of the magnetic field are measured, vectors for each alternating magnetic field generated by the electromagnet are restored based on the measured magnetic field (S200).
각각의 전자석은 서로 다른 주파수를 가진 교류 자기장을 송출하고, 자기장 센서(200)는 주파수 분할 방식을 이용하여 자기장을 측정하므로 각각 독립된 교류 자기장에 대한 벡터를 복원할 수 있다. 복원된 교류 자기장 벡터에 대한 모습은 앞에서 본 것처럼 도 2 및 도 3에 표시하였다.Since each electromagnet transmits an AC magnetic field having a different frequency, and the
교류 자기장에 대한 벡터가 복원되었으면 이를 기초로 하여 이동체의 위치 및 자세에 대한 벡터 정보를 산출한다.(S300)If the vector for the alternating magnetic field is restored, vector information on the position and posture of the moving object is calculated based on this. (S300)
2개의 전자석에서 방출된 교류 자기장을 기초로 벡터가 복원되었다면 2차원 이동체의 위치를 추정할 수 있으며, 3개의 전자석에서 방출된 교류 자기장을 기초로 벡터가 복원되었다면 3차원 이동체의 위치 및 자세를 추정할 수 있다. 전자석이 4개부터 추가되는 경우, 3차원 이동체의 이동체의 위치 및 자세를 더 정확하게 추정할 수 있다. If the vectors are restored based on the alternating magnetic fields emitted from the two electromagnets, the position of the 2D moving object can be estimated. If the vectors are restored based on the alternating magnetic fields emitted from the three electromagnets, the position and attitude of the 3D moving object can be estimated. can do. When four or more electromagnets are added, it is possible to more accurately estimate the position and posture of the moving body of the three-dimensional moving body.
이동체의 위치 및 자세한 대한 벡터 정보가 산출되었다면, 이를 기초로 자기장 지도와 비교하여 이동체의 위치 및 자세를 추정한다.(S400)If vector information about the location and details of the moving object is calculated, based on this, the position and attitude of the moving object are estimated by comparing with the magnetic field map (S400).
즉, 이동체의 위치 및 자세한 대한 벡터 정보로 자기장 지도에 저장되어 있는 각각의 위치에 대한 자기장에 대한 정보와 비교하여 벡터에 대한 차이가 가장 작은 지역을 이동체의 위치로 추정하고 이를 기초로 이동체의 자세를 추정한다. That is, vector information about the location and details of the moving object is compared with the information on the magnetic field for each location stored in the magnetic field map, and the area with the smallest difference in the vector is estimated as the location of the moving object, and based on this, the posture of the moving object is estimated. to estimate
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예 따라, 전자 장치의 내부 구성을 나타낸 블록도이다.6 is a block diagram showing an internal configuration of an electronic device according to another embodiment of the present invention.
자기장 센서(200), 저장부(300), 복원부(410) 및 추정부(420)에 대한 설명은 도 1에서 설명한 내용과 같으므로 생략하며, 이하 다른 특징에 대해 살펴본다.Descriptions of the
관성센서(500)는 관성센서(Inertia Measurement Uint)를 이용하여 이동체의 가속도 수치와 각속도 수치를 측정할 수 있으며, 보정부(420)는 추정부(410)에서 추정된 이동체의 위치 및 자세에 대한 정보를 관성 센서(500)에서 측정한 가속도 수치(510)와 각속도 수치(520)를 이용하여 좀 더 정확히 보정하는 역할을 할 수 있다.The
관성센서(500)란, 움직이는 대상의 관성력을 검출한 후 움직이는 물체의 가속도, 속도 방향, 거리 등 다양한 운동 정보를 측정할 수 있는 센서를 말하며 물체에 인가되는 가속도에 의해 관성체에 작용하는 관성력을 검출하는 원리로 작동된다. The
관성 센서(500)는 가속도계와 각속도계(Gyros Cope)로 분류될 수 있으며, 레이저를 이용한 방식과 비기계식 방식 등 여러 가지 방식으로 작동될 수 있다.The
따라서 관성센서(500)는 관성 입력을 이용한 관성 센서 예를 들어, 가속도 센서, 관성 센서, 지자기 센서 등을 포함할 수 있으며 가속도 센서는 압전형 가속도 센서, 정전 용량형 가속도 센서, 스트레인 게이지형 가속도 센서 등 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. Accordingly, the
자기장 센서(200)를 이용하여 이동체의 위치를 추정하는 경우, 자기장 센서(200)가 자기장 수치(210)를 측정하는 시점에 이동체의 위치가 기울어져 있으면 측정된 자기장 수치에 틸트(Tilt) 오차가 발생할 수 있다. When the position of the moving object is estimated using the
틸트(Tilt) 오차란, 자기장 센서의 기울어짐으로 인해 발생되는 자기장 수치(210)의 오차로서, 이 때 틸트 오차는 3개의 축들 각각을 중심축으로 하여 회전하는 정도로 표현될 수 있고 상기 3개의 축들 각각을 중심축으로 하여 회전하는 정도는 각각 피치(Pitch), 롤(Roll), 및 요(Yaw)로 표현될 수 있다. Tilt error is an error in the
즉, 피치(Pitch)는 이동 방향에 대해 수직의 수평면에 있는 축 주위로 회전하는 정도를 말하며, 롤(Roll)은 이동 방향에 대해 평행한 수평면에 있는 축 주위로 회전하는 정도를 말한다. 그리고 요(Yaw)는 이동 방향에 대해 수직의 수직면에 있는 축 주위로 회전하는 정도를 말한다.That is, pitch refers to the degree of rotation around an axis in a horizontal plane perpendicular to the direction of movement, and roll refers to the degree of rotation around an axis in a horizontal plane parallel to the direction of movement. And Yaw refers to the degree of rotation around an axis in the vertical plane perpendicular to the direction of movement.
또한, 본 발명의 제어부(400)는 입자 필터와 같은 추정 알고리즘을 사용하여 이동체의 위치를 추정하므로 알고리즘 도중 위치 추정을 위한 중간 결과값에 오류가 발생하게 되면, 최종 위치 추정 결과값이 매우 부정확해지는 문제가 발생할 수 있다. 입자 필터와 같은 위치 추정 알고리즘은 바로 이전 사이클에서 추정된 위치를 기반으로 다음 사이클을 수행하고, 이를 반복하여 최종 위치 결과값을 산출하는 방식으로 이루어지기 때문이다.In addition, since the
따라서, 상기 설명한 2가지의 문제점으로 인해 자기장 센서(200)에 의해 추정된 자기장 수치(210)는 실제와 다를 수 있으며, 이에 따라 추정된 이동체의 위치 및 자세 또한 실제 결과와 조금은 상이한 결과 값이 나올 수 있다. Therefore, due to the two problems described above, the value of the
따라서, 보정부(430)부는 관성센서(500)에 의해 측정된 가속도 수치와 각속도 수치를 이용하여 추정부(420)에서 추정된 이동체의 위치 및 자세를 좀 더 정확히 보정하여 상기 설명한 문제점을 방지하는 역할을 할 수 있다. Therefore, the correction unit 430 more accurately corrects the position and posture of the moving object estimated by the
즉, 보정부(430)는 관성센서(500)으로부터 얻은 가속도 수치(510)를 이용하여 이동체의 속도 정보를 얻고 자성 센서 등을 이용하여 얻은 각속도 수치(520)를 이용하여 이동체의 방위 정보를 얻은 후 이동체의 초기 위치에서 다음 위치까지의 이동 거리 및 방향에 대한 정보를 계산하여 이동체의 이동 위치와 방향을 판단할 수 있다. 그리고 이러한 정보를 이용하여 추정부(420)에서 추정된 이동체의 위치를 좀 더 정확하게 보정할 수 있다. That is, the correction unit 430 obtains the speed information of the moving object using the
좀 더 구체적으로, 보정부(430)는 자기장 센서(200)와 관성 센서(500)에서 얻은 X축, Y축, Z축에 대한 자기장 수치(210), 가속도 수치(510), 각속도 수치(520)를 이용하여 이동체의 틸트 오차를 계산한다. 상기 설명한 바와 같이 틸트 오차는 이동체의 피치(Pitch), 롤(Roll) 및 요(Yaw)로 표현될 수 있다.More specifically, the correction unit 430 includes magnetic field values 210, acceleration values 510, and angular velocity values 520 for the X-axis, Y-axis, and Z-axis obtained from the
그리고 보정부(420)는 상계 계산된 틸트 오차를 기초로 측정된 자기장 수치(210)를 캘리브레이션(Calibration) 함으로써, 좀 더 정확한 이동체의 위치 및 자세를 추정할 수 있다. Further, the
통신부(600)는 제어부(400)에서 추정된 이동체의 위치 및 자세에 대한 정보를 외부 장치로 송신하는 역할을 할 수 있다. The
여기서 외부 장치란, 이동체를 사용하는 사용자의 이동 단말기기일 수 도 있으며 디스플레이부(700)가 이에 해당할 수 도 있다. Here, the external device may be a user's mobile terminal device using a mobile body, and the display unit 700 may correspond thereto.
따라서 통신부(600)는 외부 장치와 통신하기 위한 모듈, 무선 인터넷 기술로는 WLAN(Wireless LAN), 와이파이(Wi-Fi), 와이브로(Wibro : Wireless Broadband), 와이맥스(WiMAX : World Interoperability for Microwave Access), HSPDA(High Speed Downlink Packet Access) 등의 모듈 등이 설치될 수 있으며, 근거리 통신 기술로서는 블루트스(Bluetooh), 지그비(Zigbee), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(IrDA : Infrated Data Association), UWB(Ultra Wideband) 통신 등의 모듈이 설칠 될 수 있다.Therefore, the
디스플레이부(700)는 제어부(400)에서 추정된 이동체의 위치 및 자세에 대한 정보를 화면에 표시하는 역할을 할 수 있다. 따라서, 이를 표현하기 위한 액정 디스플레이에(LCD)가 사용될 수도 있으며, 기타 평면형 디스플레이 패널 등이 사용될 수 있다. The display unit 700 may play a role of displaying information on the position and attitude of the moving object estimated by the
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른, 전자 장치의 제어 방법을 나타낸 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a control method of an electronic device according to another embodiment of the present invention.
이동체의 부착된 전자 장치(100)의 자기장 센서(200)와 관성 센서(500)는 이동체가 이동하는 영역의 자기장 수치(210)와 이동체의 가속도 수치(510) 및 각속도 수치(520)를 각각 측정한다.(S1000, S1100)The
그리고 자기장 수치(210)가 측정이 되었다면 이를 기초로 각각의 전자석에서 발생되는 교류 자기장을 복원하고 이를 기초로 이동체의 위치에 대한 벡터 정보를 산출하고 이를 자기장 지도에 저장된 위치에 대한 자기장 정보를 기초로 이동체의 위치 및 자세를 추정한다.(S1200 ~ S1400)And, if the
그리고 관성 센서(500)를 이용하여 측정된 가속도 및 각속도 수치를 이용하여 추정된 위치 및 자세를 보정한다.(S1500)Then, the estimated position and posture are corrected using the values of acceleration and angular velocity measured using the inertial sensor 500 (S1500).
상기 설명한 바와 같이 가속도 수치(510) 및 각속도 수치(520)를 이용하여 추정된 위치 및 자세를 보정하는 기술은 이동체의 틸트 오차를 계산하여 보정할 수 있다.As described above, the technique of correcting the estimated position and attitude using the
최종적으로 이동체의 위치 및 자세에 대한 정보가 추정되었다면 상기 정보로 외부 장치로 전송하거나 디스플레이부(700)에 표시할 수 있다.If the information on the position and posture of the moving object is finally estimated, the information can be transmitted to an external device or displayed on the display unit 700 .
도 7의 경우 보정된 위치 및 자세를 외부로 보내는 것으로 표현하였지만 도 5에 따라 추정된 이동체의 위치 및 자세를 바로 외부 및 디스플레이부(700)로 전송할 수 도 있다.In the case of FIG. 7 , the corrected position and posture are expressed as being sent to the outside, but the position and posture of the moving object estimated according to FIG. 5 may be directly transmitted to the outside and to the display unit 700 .
도 8은 도 5 또는 도 7에 의하여 이동체의 3차원 위치 및 자세를 추정한 모습을 나타낸 도면이다.FIG. 8 is a diagram showing a state in which the 3D position and attitude of a moving object are estimated according to FIG. 5 or FIG. 7 .
상기 설명한 바와 같이 3차원 위치 및 자세를 알기 위해서는 도 8에서와 같이 교류 자기장을 발생시키는 최소 3개의 전자석(X, Y, Z)이 필요하다.As described above, in order to know the three-dimensional position and posture, as shown in FIG. 8, at least three electromagnets (X, Y, and Z) generating alternating magnetic fields are required.
3차원의 경우 등자기력 벡터는 곡면이 형성되며, 복원된 3개의 곡면의 교점에 본 이동체가 위치하고 있음을 추정할 수 있다.In the case of a three-dimensional constant magnetic force vector, a curved surface is formed, and it can be estimated that the moving body is located at the intersection of the three restored curved surfaces.
도 9는 본 발명의 효과를 증명하기 위해 실험한 모형을 개략적으로 나타낸 도면이며 도 10 ~ 도 12는 도 9의 실험에 따른 결과를 표현한 도면이다.9 is a view schematically showing a model tested to prove the effect of the present invention, and FIGS. 10 to 12 are views expressing the results of the experiment in FIG.
도 9를 참조하면, 본 실험의 경우 4개의 전자석을 이용하였고 각각의 전자석의 주파수는 서로 다르게 40Hz, 50Hz, 60Hz, 70Hz 로 설정해 놓았다. 그리고 작은 모형 자동차가 상기 4개의 전자석 안에서 원을 그리며 움직이며 이 때 움직이는 모형 자동차의 위치, 고도 및 속도 등을 추정하여 실제 이동한 결과와 추정치를 비교하였다.Referring to FIG. 9, in this experiment, four electromagnets were used, and the frequencies of each electromagnet were set to 40 Hz, 50 Hz, 60 Hz, and 70 Hz differently. In addition, a small model car moved in a circle in the four electromagnets, and at this time, the position, altitude, and speed of the moving model car were estimated, and the result of actual movement was compared with the estimated value.
도 10은 도 9에 따른 실험 결과 모형 자동차의 수평 위치 결과를 나타낸 도면이다.10 is a view showing the results of the horizontal position of the model car as a result of the experiment in FIG. 9 .
도 10을 참조하면, 점선으로 그려진 원이 실제 모형 자동차의 움직이는 범위를 나타낸 것이고, 그 외 다른 선은 이동체의 추정된 위치를 나타낸 것이다. 도 10을 보면 알 수 있듯이, 실제 이동한 위치와 추정된 위치가 크게 다르지 않음을 알 수 있으며 1회전 하는 시간 동안 추정된 값이 전혀 발산하는 경향이 없음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 10 , a circle drawn with a dotted line represents the moving range of the actual model car, and the other lines represent the estimated position of the moving object. As can be seen from FIG. 10, it can be seen that the actual moved position and the estimated position are not significantly different, and it can be seen that the estimated value does not tend to diverge at all during one rotation time.
도 11의 (a)는 추정된 모형 자동차의 수직 위치를 나타낸 도면이고, 도 11의 (b)는 추정된 모형 자동차의 궤적 회전 속도를 나타낸 도면이다. 11(a) is a diagram showing the estimated vertical position of the model car, and FIG. 11(b) is a diagram showing the estimated trajectory rotational speed of the model car.
도 11의 (a)의 경우 추정된 수치가 도 10과 같이 발산하지 않고 비교적 정확하게 추정된 모습을 볼 수 있고 도 11의 (b)의 경우 정지 구간(0~5초, 22초 ~30초)과 이동 구간이 명확하기 구분되어 있음을 알 수 있다. 도 11의 두 그래프를 통하여 위치 추정이 비교적 정확하게 수행되고 있음을 알 수 있다.In the case of (a) of FIG. 11, it can be seen that the estimated numerical value is relatively accurately estimated without diverging as shown in FIG. 10, and in the case of (b) of FIG. It can be seen that the and movement sections are clearly distinguished. It can be seen from the two graphs of FIG. 11 that position estimation is performed relatively accurately.
도 12는 도 9에 따른 실험 결과, 모형 자동차의 수직 자세에 해당하는 요(yaw)의 변화를 나타낸 도면이다.FIG. 12 is a view showing changes in yaw corresponding to the vertical posture of the model car as a result of the experiment in FIG. 9 .
도 12를 참조하면, 수직 자세에 해당하는 요(yaw)가 궤적을 완전하게 1회전 한 것을 알 수 있으며, 전통적인 관성 센서에 의한 위치 추정의 경우 발산하는 경향이 나오는데 그러한 경향 또한 나오지 않음을 알 수 있다. 이를 통하여 본 발명은 보다 정확한 위치 추정이 가능하다는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 12, it can be seen that the yaw corresponding to the vertical posture has completely rotated the trajectory, and in the case of position estimation by the traditional inertial sensor, there is a tendency to diverge, but it can be seen that there is no such tendency there is. Through this, it can be seen that the present invention enables more accurate position estimation.
이상 지금까지 본 발명에 해당하는 이동 로봇의 위치 인식 및 지도 작성에 관한 기술에 대해 알아보았다.So far, the technology related to location recognition and map creation of the mobile robot corresponding to the present invention has been studied.
본 발명의 경우, 자기장을 이용하여 이동체의 위치 및 자세를 추정하므로, 전파 투과가 불가능한 물 속에서도 사용할 수 있다. 예를 들어, 순환 유동 수조를 사용하는 냉각탑이나, 조력 발전소, 수중 탐사체 등에 이용될 수 있으며, 세탁물에 부착하여 세탁기 안에서 세탁물의 위치를 정확하게 추정할 수 있다. In the case of the present invention, since the position and posture of the moving object are estimated using a magnetic field, it can be used even in water where radio waves cannot penetrate. For example, it can be used for a cooling tower using a circulating flow water tank, a tidal power plant, an underwater probe, etc., and can be attached to laundry to accurately estimate the position of the laundry in the washing machine.
또한, 신체 및 물체가 전파 방사에 영향을 미쳐 측위를 방해하는 경우에도 적용될 수 있는데, 예를 들어 인체 모션 켑처 또는 실내에서 이동하는 사람이나 물체에 본 발명을 부착하여 사람이나 물체의 위치 및 자세를 정확하게 추정할 수 있다.In addition, it can also be applied to cases where the body or object interferes with positioning by affecting radio wave radiation. For example, by attaching the present invention to human body motion capture or a person or object moving indoors, the position and posture of a person or object can be determined. can be accurately estimated.
본 발명의 경우 자성체에서 발생되는 교류 자기장을 측정하고 이를 복원하여 이동체의 위치 및 자세를 추정하므로 주변 자기장 환경에 영향을 받지 않아 보다 정확한 이동체의 3차원 위치 및 자세를 추정할 수 있는 효과가 존재한다. 또한, 관성 센서를 이용하여 자기장 측정에 의한 위치 추정을 좀 더 정확하게 할 수 있는 효과도 존재한다.In the case of the present invention, since the alternating magnetic field generated from the magnetic body is measured and restored to estimate the position and posture of the moving body, there is an effect of estimating the three-dimensional position and posture of the moving body more accurately without being affected by the surrounding magnetic field environment. . In addition, there is an effect of more accurately estimating a position by measuring a magnetic field using an inertial sensor.
100 : 전자 장치 200 : 자기장 센서
210 : 자기장 수치 300 : 저장부
310 : 자기장 지도 400 : 제어부
410 : 복원부 420 : 추정부
430 : 보정부 500 : 관성센서
510 : 가속도 수치 520 : 각속도 수치
600 : 통신부 700 : 디스플레이부100: electronic device 200: magnetic field sensor
210: magnetic field value 300: storage unit
310: magnetic field map 400: control unit
410: restoration unit 420: estimation unit
430: correction unit 500: inertial sensor
510: acceleration value 520: angular velocity value
600: communication unit 700: display unit
Claims (26)
복수의 전자석에 발생되는 서로 다른 주파수를 가진 자기장을 측정하는 자기장 센서;
상기 이동체의 이동 영역에 대한 자기장 지도가 저장된 저장부;
상기 자기장 센서에서 측정된 수치 및 상기 자기장 지도를 기초로 상기 이동체의 위치 및 자세를 추정하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 자기장 센서에서 측정된 수치를 기초로 상기 복수의 전자석에서 발생되는 각각의 자기장 벡터 및 등자기력선을 복원하고,
상기 자기장 벡터의 크기 및 상기 등자기력선의 교점을 기초로 상기 이동체의 위치 및 자세에 대한 벡터를 산출하고,
상기 산출된 벡터와 상기 자기장 지도를 비교하여 상기 이동체의 위치 및 자세를 추정하는 전자 장치.In an electronic device for estimating the position and attitude of a moving object,
a magnetic field sensor for measuring magnetic fields having different frequencies generated by a plurality of electromagnets;
a storage unit storing a magnetic field map of the moving area of the mobile body;
A controller for estimating the position and attitude of the moving object based on the values measured by the magnetic field sensor and the magnetic field map;
The control unit,
Restoring each magnetic field vector and isomagnetic force line generated from the plurality of electromagnets based on the values measured by the magnetic field sensor,
Calculate a vector for the position and attitude of the moving object based on the magnitude of the magnetic field vector and the intersection of the equal magnetic force lines;
An electronic device for estimating a position and attitude of the moving object by comparing the calculated vector with the magnetic field map.
상기 자기장 센서는,
주파수분할방식(FDMA, Frequency Division Multiple Access)을 이용하여 상기 복수의 전자석에서 발생되는 서로 다른 주파수를 가진 자기장을 측정하는 전자 장치.According to claim 1,
The magnetic field sensor,
An electronic device for measuring magnetic fields having different frequencies generated from the plurality of electromagnets using frequency division multiple access (FDMA).
상기 자기장 센서는,
상기 복수의 전자석에서 발생되는 주파수들 중에서 주파수가 가장 큰 주파수의 2배 이상이 되는 주파수를 상기 자기장 센서의 샘플링 주파수(Sampling Frequency)로 하는 전자 장치.According to claim 1,
The magnetic field sensor,
The electronic device of claim 1 , wherein a sampling frequency of the magnetic field sensor is a frequency that is twice or more of a frequency having a largest frequency among frequencies generated by the plurality of electromagnets.
상기 제어부는,
칼만 필터(Kalman Filter), 확장 칼만 필터(Extended Kalman filter, EKF), 무향 칼만 필터(Unscented Kalman filter, UKF), 인포메이션 필터(Information filter), 히스토그람 필터(Histogram Filter), 마르코프(Markov) 위치 인식법 중 어느 하나를 이용하여 상기 이동체의 위치 및 자세를 추정하는 전자 장치.According to claim 1,
The control unit,
Kalman Filter, Extended Kalman filter (EKF), Unscented Kalman filter (UKF), Information filter, Histogram Filter, Markov position An electronic device for estimating the position and posture of the moving object using any one of the recognition methods.
상기 제어부는,
상기 산출된 벡터와 상기 자기장 지도의 벡터를 비교하여 차이가 가장 작은 지점을 상기 이동체의 위치 및 자세로 추정하는 전자 장치.According to claim 1,
The control unit,
An electronic device that compares the calculated vector with the vector of the magnetic field map and estimates a point having the smallest difference as the position and attitude of the moving object.
상기 추정된 이동체의 위치 및 자세에 대한 정보를 화면에 표시하는 디스플레이부를 더 포함하는 전자 장치.According to claim 1,
The electronic device further comprising a display unit displaying information on the estimated position and posture of the moving object on a screen.
상기 추정된 이동체의 위치 및 자세에 대한 정보를 외부 장치로 전송하는 통신부를 더 포함하는 전자 장치. According to claim 1,
The electronic device further comprising a communication unit that transmits information about the estimated position and attitude of the moving object to an external device.
상기 이동체의 가속도 수치 및 각속도 수치를 측정하는 관성 센서(IMU, Inertial Measurement Unit)를 더 포함하는 전자 장치.According to claim 1,
The electronic device further comprising an inertial sensor (IMU, Inertial Measurement Unit) for measuring an acceleration value and an angular velocity value of the moving object.
상기 제어부는,
상기 관성 센서에서 측정된 수치를 이용하여 상기 추정된 이동체의 위치와 자세를 보정하는 보정부를 더 포함하는 전자 장치.According to claim 10
The control unit,
The electronic device further includes a correction unit for correcting the estimated position and posture of the moving object using the values measured by the inertial sensor.
상기 보정부는,
상기 관성 센서에서 측정된 수치들을 기초로 상기 이동체의 틸트(Tilt) 오차를 계산하고 상기 틸트 오차를 이용하여 상기 추정된 이동체의 위치와 자세를 보정하는 전자 장치.According to claim 11,
The correction unit,
An electronic device that calculates a tilt error of the moving object based on the values measured by the inertial sensor and corrects the estimated position and attitude of the moving object using the tilt error.
상기 틸트 오차는,
상기 이동체의 피치(Pitch), 상기 이동체의 롤(Roll), 및 상기 이동체의 요(Yaw)를 포함하는 전자 장치.According to claim 12,
The tilt error is
An electronic device comprising a pitch of the movable body, a roll of the movable body, and a yaw of the movable body.
복수의 전자석에 발생되는 서로 다른 주파수를 가진 자기장을 측정하는 단계;
상기 이동체의 이동 영역에 대한 자기장 지도를 획득하는 단계;
상기 측정된 수치 및 상기 자기장 지도를 기초로 상기 이동체의 위치 및 자세를 추정하는 단계;를 포함하고,
상기 이동체의 위치 및 자세를 추정하는 단계는,
상기 측정된 자기장 수치를 기초로 상기 복수의 전자석에서 발생되는 각각의 자기장 벡터 및 등자기력선을 복원하는 단계;
상기 자기장 벡터의 크기 및 상기 등자기력선의 교점을 기초로 상기 이동체의 위치 및 자세에 대한 벡터를 산출하는 단계;
상기 산출된 벡터와 상기 자기장 지도를 비교하여 상기 이동체의 위치 및 자세를 추정하는 단계;를 포함하는 전자 장치의 제어 방법.A method for estimating the position and posture of a moving object,
Measuring magnetic fields having different frequencies generated in a plurality of electromagnets;
obtaining a magnetic field map of a moving area of the moving body;
Estimating the position and attitude of the mobile body based on the measured values and the magnetic field map;
The step of estimating the position and attitude of the mobile body,
restoring magnetic field vectors and isomagnetic lines of force generated from the plurality of electromagnets based on the measured magnetic field values;
calculating a vector for a position and posture of the moving object based on the magnitude of the magnetic field vector and the intersection of the equal magnetic force lines;
and estimating a position and posture of the moving object by comparing the calculated vector with the magnetic field map.
상기 자기장을 측정하는 단계는,
주파수분할방식(FDMA, Frequency Division Multiple Access)을 이용하여 상기 복수의 전자석에서 발생되는 서로 다른 주파수를 가진 자기장을 측정하는 단계를 포함하는 전자 장치의 제어 방법.According to claim 14,
The step of measuring the magnetic field,
A control method of an electronic device comprising measuring magnetic fields having different frequencies generated from the plurality of electromagnets by using frequency division multiple access (FDMA).
상기 자기장을 측정하는 단계는,
상기 복수의 전자석에서 발생되는 주파수들 중에서 주파수가 가장 큰 주파수의 2배 이상이 되는 주파수를 상기 자기장 측정의 샘플링 주파수(Sampling Frequency)로 하는 단계를 포함하는 전자 장치의 제어 방법.According to claim 14,
The step of measuring the magnetic field,
A control method of an electronic device comprising the step of setting a frequency that is twice or more of the largest frequency among frequencies generated by the plurality of electromagnets as a sampling frequency of the magnetic field measurement.
상기 이동체의 위치 및 자세를 추정하는 단계는,
칼만 필터(Kalman Filter), 확장 칼만 필터(Extended Kalman filter, EKF), 무향 칼만 필터(Unscented Kalman filter, UKF), 인포메이션 필터(Information filter), 히스토그람 필터(Histogram Filter), 마르코프(Markov) 위치 인식법 중 어느 하나를 이용하여 상기 이동체의 위치 및 자세를 추정하는 단계를 포함하는 전자 장치의 제어 방법.According to claim 14,
The step of estimating the position and attitude of the mobile body,
Kalman Filter, Extended Kalman filter (EKF), Unscented Kalman filter (UKF), Information filter, Histogram Filter, Markov position A control method of an electronic device comprising the step of estimating the position and posture of the moving object using one of the recognition methods.
상기 이동체의 위치 및 자세를 추정하는 단계는,
상기 산출된 벡터와 상기 자기장 지도의 벡터를 비교하여 차이가 가장 작은 지점을 상기 이동체의 위치 및 자세로 추정하는 단계를 더 포함하는 전자 장치의 제어 방법.According to claim 14,
The step of estimating the position and attitude of the mobile body,
The control method of the electronic device further comprising the step of comparing the calculated vector with the vector of the magnetic field map and estimating a point where the difference is smallest as the position and posture of the moving object.
상기 추정된 이동체의 위치 및 자세에 대한 정보를 화면에 표시하는 단계를 더 포함하는 전자 장치의 제어 방법.According to claim 14,
The control method of the electronic device further comprising the step of displaying information on the position and posture of the estimated moving object on a screen.
상기 추정된 이동체의 위치 및 자세에 대한 정보를 외부 장치로 전송하는 단계를 더 포함하는 전자 장치의 제어 방법. According to claim 14,
The method of controlling an electronic device further comprising transmitting information about the estimated position and posture of the moving object to an external device.
관성 센서(IMU, Inertial Measurement Unit)를 이용하여 상기 이동체의 가속도 수치 및 각속도 수치를 측정하는 단계를 더 포함하는 전자 장치의 제어 방법.According to claim 14,
The method of controlling an electronic device further comprising measuring acceleration values and angular velocity values of the moving object using an inertial measurement unit (IMU).
상기 관성 센서에서 측정된 수치를 이용하여 상기 추정된 이동체의 위치와 자세를 보정하는 단계를 포함하는 전자 장치의 제어 방법.24. The method of claim 23,
and correcting the estimated position and posture of the moving object using the values measured by the inertial sensor.
상기 보정하는 단계는,
상기 관성 센서에서 측정된 수치들을 기초로 상기 이동체의 틸트(Tilt) 오차를 계산하고 상기 틸트 오차를 이용하여 상기 추정된 이동체의 위치와 자세를 보정하는 단계를 더 포함하는 전자 장치의 제어 방법.25. The method of claim 24,
The correcting step is
Calculating a tilt error of the moving object based on the values measured by the inertial sensor and correcting the estimated position and posture of the moving object using the tilt error.
상기 틸트 오차는,
상기 이동체의 피치(Pitch), 상기 이동체의 롤(Roll), 및 상기 이동체의 요(Yaw)를 포함하는 전자 장치의 제어 방법.According to claim 25,
The tilt error is
A control method of an electronic device comprising a pitch of the movable body, a roll of the movable body, and a yaw of the movable body.
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