การประมาณมุมเอียงโดยคาลมานฟิลเตอร์และตัวตรวจรู้ราคาถูก

Inclination angle estimation using Kalman filter and low-cost sensors

Name: วัชรพล บิลหะยีหมัด

Organization : มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. คณะวิศวกรรมศาสตร์

Email : wacharapol_ku@hotmail.com

Name: วิทิต ฉัตรรัตนกุลชัย

Organization : มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. คณะวิศวกรรมศาสตร์

keyword: คาลมานฟิลเตอร์

; เครื่องมือวัดมุมเอียง

; ไจโรสโคป

Abstract: หุ่นยนต์ในสายงานต่างๆ เช่น หุ่นยนต์ที่ทรงตัวด้วยตัวเอง ล้วนต้องการเครื่องมือวัดมุมเอียงที่แม่นยำและสามารถตอบสนองได้ที่ความถี่สูงเพื่อรักษาสภาวะสมดุล ตัวตรวจรู้เช่น inclinometer มีความหน่วงทางด้านพลศาสตร์และช่วงความถี่ที่จำกัด ฉะนั้นจึงไม่สามารถวัดมุมเอียงได้แม่นยำที่ความถี่สูง , ไจโรสโคป ราคาถูกมี ไบแอสและสเกลลิ่งที่เอาต์พุต การอินทิเกรต ไจโรเอาต์พุต ก่อให้เกิดความคลาดเคลื่อนในมุมที่อ่านได้ นั่นคือไม่เหมาะสมที่จะวัดมุมเอียงจากไจโรสโคปเพียงอย่างเดียว วิธีอื่นคือการให้ตัวตรวจรู้ความเร่งแบบ 2 แกน วัดความเร่งเชิงมุมของเฟรมหมุน จากนั้นจึงคำนวณหามุมเอียงได้ อย่างไรก็ตามสัญญาณความเร่งมีความไวต่อการสั่น ที่ความถี่สูงผลที่ได้จึงมีสัญญาณรบกวนมาก ในบทความนี้เราใช้ ตัวสังเกตแบบคาลมานฟิลเตอร์ สำหรับควบรวมข้อมูลของ inclinometer ราคาถูก, ไจโรสโคป และตัวตรวจรู้ความเร่ง สำหรับสร้างเครื่องมือวัดมุมเอียงอย่างแม่นยำ จากผลการทดลองแสดงให้เห็นว่ามุมที่ประมาณได้จากตัวสังเกตคาลมาน สามารถให้มุมเอียงที่แม่นยำที่ความถี่ต่างๆ เทคนิคการประมาณมุมเอียงนี้สามารถประยุกต์ใช้ได้กับ หุ่นยนต์ทรงตัวด้วยตัวเอง หุ่นยนต์บิน หรือการควบคุมยานพาหนะต่างๆ

Abstract: Many fields of robot, such as those of self-balancing robot, need accurate and high-bandwidth tilt measurement to achieve stability. Tilt sensor, such as inclinometer, has its own slow dynamic with limited bandwidth and therefore cannot provide the correct tilt information at high frequencies. The low-cost rate gyro has an unknown bias and scaling in their output. Integrating the gyro output results indrift term in the estimated angle; therefore, it is not suitable in practical to measure inclination angle from only rate gyro. Another method is to use a two-axis accelerometer to measure the acceleration of the rotating frame from which inclination angle can be calculated; however, the acceleration signal is sensitive to high-frequency vibration that can produce noisy output. In this paper, we use an optimal linear state estimator (Kalman filter) for combining data from low-cost inclinometer, rate gyroscope, and accelerometer to produce an accurate angle measurement. The experimental result shows that the estimated angle from the optimal linear state estimator (Kalman filter) provide accurate inclination angle in various frequency ranges. Potential uses of this angle measurement technique are tilt measurement in self-balancing robot, flying robot, and vehicle control.

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ. สำนักหอสมุดกลาง

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: library@kmutnb.ac.th

Created: 2554

Modified: 2019-08-22

Issued: 2562-08-06

บทความ/Article

application/pdf

BibliograpyCitation : ใน มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ และสมาคมวิศวกรเครื่องกลไทย. การประชุมวิชาการเครือข่ายวิศวกรรมเครื่องกลแห่งประเทศไทย ครั้งที่ 25 (ME-NETT 2011) (DRC12). กระบี่ : มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

tha

©copyrights มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	ME-NETT 2011DRC12.pdf	251.49 KB	5	2023-12-26 11:04:36

ใช้เวลา

0.03436 วินาที