This paper presents a sensitivity optimization of a MEMS (microelectromechanical systems) gyroscope for a magnet-gyro system. The magnet-gyro system, which is a guidance system for a AGV (automatic or automated guided vehicle), uses a magnet positioning system and a yaw gyroscope. The magnet positioning system measures magnetism of a cylindrical magnet embedded on the floor, and AGV is guided by the motion direction angle calculated with the measured magnetism. If the magnet positioning system does not measure the magnetism, the AGV is guided by using angular velocity measured with the gyroscope. The gyroscope used for the magnet-gyro system is usually MEMS type. Because the MEMS gyroscope is made from the process technology in semiconductor device fabrication, it has small size, low-power and low price. However, the MEMS gyroscope has drift phenomenon caused by noise and calculation error. Precision ADC (analog to digital converter) and accurate sensitivity are needed to minimize the drift phenomenon. Therefore, this paper proposes the method of the sensitivity optimization of the MEMS gyroscope using DEAS (dynamic encoding algorithm for searches). For experiment, we used the AGV mounted with a laser navigation system which is able to measure accurate position of the AGV and compared result by the sensitivity value calculated by the proposed method with result by the sensitivity in specification of the MEMS gyroscope. In experimental results, we verified that the sensitivity value through the proposed method can calculate more accurate motion direction angle of the AGV.
A rate gyroscope has been used popularly to measure the angular motion of a given vehicle using a symmetric rotor spinning rapidly about its symmetry axis. Since the rapid rotation is required in this type of gyroscope, the motor has been used to make the rotor spin, so that it results in a heavy configuration. The toning-fork gyroscope has been developed to avoid this problem, which utilizes a Coriolis coupling term and vibration about one axis. Due to the Coriolis effect, the vibration of one axis is transferred to other axis when the angular motion along the vibrating axis is given to the system. The concept of a tuning-fork gyroscope was recently realized using MEMS techniques. However, the dynamic characteristics of the tuning-fork gyroscope has not been discussed in detail. In this study. we derived the equations of motion for the tuning-fork type gyroscope using the energy approach and investigated the dynamic characteristics by means of numerical analysis.
In this paper, a dead reckoning navigation system for differential drive mobile robots is presented. The navigation system consists of two incremental encoders and a gyroscope. We have built a third order polynomial function for compensating the nonlinear scale factor errors of the gyroscope. We utilize an indirect Kalman filter that feeds back estimated errors to the main navigation system. Also, the observability of the filter is analyzed in order to systematically evaluate the filter's performance. Experimental results show that the proposed navigation system provides a reliable position and heading angle by mutually compensating the encoder and the gyroscope errors. The proposed filter also reduces the computational burden and enhances the navigation system's reliability. The observability analysis confirms the characteristics of inevitably unbounded position error growth in dead reckoning navigation systems.
A planar vibratory gyroscope using electrostatic actuation and electromagnetic detection is proposed. The gyroscope has large sensitivity and can be fabricated by using surface micrimachining, bulk micromachining and conventional machining technology. In this paper, the gyroscope and the electromagnetic detecting system equations are derived to determine the output characteristics for the planar vibratory gyroscope using electrostatic acturation and electromagnetic detection. The maximum output is obtained when the driving frequencyequals to the detecting frequency. The resonant frequencies of the resonator are determined by the beam stiffness, i.e. the material constants and spring dimensions. The dimensions of the beams are determined using the analytic vibration modelling. The expected resonant frequencies are 200Hz both and the sensitivity is 62mV/deg/sec with 4000 electronic circuit amplifying coefficient for an AC drive voltage of 3V bias voltage of 15V and DC field current of 50 mA.
A rate gyroscope has been used popularly to measure the angular motion of a given vehicle using a symmetric rotor spinning rapidly about its symmetry axis. Since the rapid rotation is required in this type of gyroscope, the motor has been used to make the rotor spin, so that it results in a heavy configuration. The tuning-fork gyroscope has been developed to avoid this problem, which utilizes a coriolis coupling term and vibration about one axis. Because of the coriolis effect, the vibration of one axis is transferred to other axis when the angular motion along the vibrating axis is given to the system. The concept of a tuning-fork gyroscope was recently realized using MEMS techniques. However, the dynamic characteristics of the tuning-fork gyroscope has not been discussed in detail. In this study, we derived the equations of motion for the tuning-fork type gyroscope using the energy approach and investigated the dynamic characteristics by means of numerical analysis.
Gyroscope is a very important core sensor as a rotation sensor in inertial space, in inertial guidance and navigation system on aeronautics. Plane, vessel and so on for civilian and millitary applications. Research and development of fiber optic gyroscope began in 1976 and focused on improving the gyroscope's sensitivity to rotation. bias performance and reducing noise. We have developed a Interferometric Fiber Optic' Gyroscope using a integrated-optic-circuit (IOC), which is operating with closed-loop electronic circuit. This paper describes the scheme of optical part and electronic part and also test results of this fiber optic gyroscope using a integrated-optic-circuit (IOC). The performance have been achieved as long-term bias drift of $1.73^{\circ}/h$.
본 논문에서는 우주환경에 사용되는 광섬유자이로(FOG)의 최근 개발동향에 대해 기술하고자 한다. 광섬유자이로는 샤냑효과를 이용하여 각속도를 측정하는 장치로 링레이저자이로(RLG)에 비해 짧은 개발역사를 가지고 있지만, 관련 소자 및 신호처리 방법의 발전으로 인해 고성능의 우주용 관성항법장치로 링레이저자이로를 대체하기에 충분한 것으로 알려져 왔다. 본 논문에서는 광섬유자이로의 개발동향을 현재까지 개발된 광섬유자이로 제품을 바탕으로 각각의 성능과 특징에 대해 알아보고, 앞으로 고성능 우주용 관성항법장치로서의 광섬유자이로의 발전 방향에 대해 살펴보기로 한다.
A dead reckoning navigation system is developed for autonomous mobile robot localization. The navigation system was implemented by novel sensor fusion using a Kalman filter. A differential encoder and the gyroscope error models are developed for the filter. An indirect Kalman filter scheme is adopted to reduce the computational burden and to enhance the navigation system reliability. The filter mutually compensates the encoder errors and the gyroscope errors. The experimental results show that the proposed mobile . robot navigation algorithm provides the reliable position and heading angle of the mobile robot without any help of the external positioning systems.
본 논문은 퍼지 추론 시스템(FIS: fuzzy inference system)을 이용하여 자이로스코프를 사용하지 않는 관성 항법 장치(GFINS: gyroscope free inertial navigation system)의 가속도계 데이터를 보정하는 방법에 관한 연구이다. 일반적인 관성항법 장치(INS: inertial navigation system)는 주로 가속도계와 같은 병진운동을 감지하는 관성 센서와 자이로스코프와 같은 회전 운동을 감지하는 관성 센서를 이용하여 위치와 yaw각을 측정하는 장치이다. 하지만 INS는 자이로스코프를 사용하기 때문에 소형화 및 저전력 설계가 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 자이로스코프를 사용하지 않는 GFINS에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. GFINS에 사용되는 가속도계는 적분과 외란에 의한 오차가 시간이 지남에 따라 누적되는 문제가 있다. 따라서 본 논문에서는 가속도계의 누적 오차 문제를 해결하기 위해, 레이저 내비게이션과 가속도계의 선속도 비율과 엔코더와 가속도계의 선속도 비율을 통해 GFINS의 데이터를 보정하는 FIS를 제안한다. 제안된 Fuzzy-GFINS를 평가하기 위해, 직접 제작한 메카넘 휠 AGV(autonomous ground vehicle)에 제안된 GFINS를 적용하였다. 실험 결과, 제안된 방법이 GFINS의 출력 데이터를 효과적으로 보정하는 것을 확인 할 수 있었다.
This paper presents an application of LQR(Linear Quadratic Regulator) for experimental control moment gyroscope. To be specific, mathematical model is first derived based on the quaternion and Lagrange's equation, state feedback controller using LQR scheme is designed, and to show the stability of the scheme, experimental results are given.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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