Sensor Technologiesmujahidin.staff.gunadarma.ac.id/.../files/65741/materi_4.pdf•Odometry dan...

Sensor TechnologiesIntertial Measurement Unit

11/04/2018

1

Dennis Christie - Universitas Gunadarma

Pengantar

11/04/2018 Dennis Christie - Universitas Gunadarma

2

Bagian 1

Odometry dan IR sebagai Navigasi


3

Odometry dan IR sebagai Navigasi ?

11/04/2018

4


Odometry dan IR sebagai Navigasi ?

• Odometry dan Distance Sensor tidak selalu menjadi sensor untuk melakukan navigasi.

• Dalam kasus robot tanpa roda dan sensor jarak, wheel-based odometry tidak mungkin dilakukan.

• Pengukuran inersial dapat dilakukan untuk menyelesaikan permasalahan ini.

• Apa itu inersia?


5

Perhatikan Video Berikut


6

Inertial Measurement Unit

• Biasa disebut dengan IMU

• Merupakan komponen utama di sistem navigasi inersial yang umumnya digunakan untuk aircraft, watercraft, spacecraft, dan missil.

• Sekarang penggunaannya semakin luas untuk aplikasi lain, seperti gaming, screen-rotator, gesture recognition, dan navigasi.

• IMU biasanya terdiri dari Accelerometer, Gyroscope, dan Magnetometer.


7

AccelerometerBagian 2

11/04/2018

8


Accelerometer

• Alat yang digunakan untuk mengukur sebuah percepatan.

• Sebuah sensor wajib untuk setiap smartphone sekarang.• Accelerometer memastikan layar yang ditampilkan selalu ditampilkan

tegak keatas.

• Umumnya memiliki tiga buah pengukuran sumbu• Pengukuran percepatan di sumbu X• Pengukuran percepatan di sumbu Y• Pengukuran percepatan di sumbu Z


9

Accelerometer


10

Prinsip Accelerometer


11



12



13



14


11/04/2018

15



11/04/2018

16



11/04/2018

17


Roll dan Pitch | Accelerometer

• MEMS Accelerometer memberikan pengukuran percepatan setiap sumbu• Roll dan Pitch dapat dicari dengan mengimplementasikan rumus

𝜑 = tan−1𝐴𝑦𝐴𝑧

𝜃 = tan−1−𝐴𝑥

𝐴𝑥2 + 𝐴𝑧

2

Pedley, M., 2013. Tilt sensing using a three-axis accelerometer. Freescale semiconductor application note, 1, pp.2012-2013.

Dimana:𝜑 = Roll𝜃 = Pitch𝐴𝑥,𝑦,𝑧 = Pengukuran percepatan setiap sumbu

11/04/2018

18


Accelerometer dalam Sensor

11/04/2018

19


Dasar Accelerometer

11/04/2018

20


Koreksi tetang Accelerometer

• Alat yang digunakan untuk mengukur percepatan proper-acceleration.

• Proper-acceleration = percepatan relatif terhadap jatuh bebas!

• Accelerometer tidak akan merasakan sebuah percepatan bila alat itu sendiri sedang melakukan jatuh bebas.

• Accelerometer tidak akan merasakan sebuah gerakan dengan kecepatan konstan.

11/04/2018

21


Kekurangan Accelerometer

• Tidak dapat mengukur percepatan dari gerak jatuh bebas.

• Tidak dapat mengukur kecepatan konstan.

• Sangat sangat rentan terhadap noise.• Hentakan kecil tanpa disengaja juga dapat terbaca oleh accelerometer.

11/04/2018

22


GyroscopeBagian 3

11/04/2018

23


Gyroscope

• Serupa dengan accelerometer, sebuah alat yang bertujuan untuk mengukur orientasi suatu sistem.

• Berbeda dengan accelerometer, gyroscope mengukur kecepatan sudut.

• Umumnya memiliki tiga buah pengukuran sumbu• Pengukuran kecepatan sudut di sumbu X• Pengukuran kecepatan sudut di sumbu Y• Pengukuran kecepatan sudut di sumbu Z

11/04/2018

24


Wujud (Mechanical) Gyroscope

11/04/2018

25


Prinsip Gyroscope

11/04/2018

26


Prinsip Gyroscope

11/04/2018

27


Prinsip Gyroscope

11/04/2018

28


Prinsip Gyroscope

11/04/2018

29


Properti Gyroscope

11/04/2018

30


Roll, Pitch, Yaw | Gyroscope

• MEMS gyroscope memberikan kecepatan sudut untuk setiap sumbu.• Perubahan sudut dapat dilakukan dengan melakukan integrasi

kecepatan sudut terhadap waktu.

𝜔{𝑥,𝑦,𝑧} =∆𝜃{𝑥,𝑦,𝑧}

∆𝑡≡ ∆𝜃{𝑥,𝑦,𝑧}= 𝜔{𝑥,𝑦,𝑧} × ∆𝑡

• Dimana:• 𝜔 = kecepatan sudut• ∆𝜃 = perubahan sudut• ∆𝑡 = interval waktu

11/04/2018

31


Roll, Pitch, Yaw | Gyroscope

• Persamaan sebelumnya adalah persamaan untuk mencari perubahan sudut dalam selang waktu tertentu.

• Untuk mencari perubahan sudut secara keseluruhan, kita akumulasiseluruh pengukuran perubahan sudut dari awal sampai akhir.

𝜃𝑡 𝑥,𝑦,𝑧 = 𝜃𝑡−1 𝑥,𝑦,𝑧 + (𝜔{𝑥,𝑦,𝑧}× ∆𝑡)

• Dimana 𝑡 dan 𝑡 − 1 merupakan notasi waktu sekarang dan sebelum.

11/04/2018

32


Kekurangan Gyroscope

• Pengukuran selalu tidak sempurna menyebabkan error• Kuantisasi nilai kecepatan sudut yang tidak akurat• Pengukuran interval waktu yang berubah-ubah

• Proses akumulasi perubahan sudut memperparah keadaan. Error yang terjadi menjadi semakin besar dari waktu-ke-waktu.

• Gyroscope’s Drift• Tidak dapat dihindarkan untuk setiap gyroscope yang diciptakan

11/04/2018

34


Menggabungkan Accelerometer dan Gyroscope

Bagian 4

11/04/2018

35


Accelerometer dan Gyroscope

• Accelerometer• Sangat rentan terhadap noise.• Hentakan kecil secara tiba-tiba bisa mengganggu pengukuran.• Tidak ada pengukuran jangka-panjang (tidak ada akumulasi).• Tidak dapat dipercaya untuk pengukuran singkat.

• Gyroscope• Tahan terhadap hentakan kecil.• Terdapat pengukuran jangka-panjang (ada proses akumulasi).• Error yang terjadi setiap pengukuran dalam satu satuan waktu terakumulasi.• Tidak dapat dipercaya untuk pengukuran jangka-panjang.

11/04/2018

36


Low Pass and High Pass filter

11/04/2018

37


Low Pass Filter | Accelerometer

11/04/2018

38


High Pass Filter | Gyro

11/04/2018

39


Complementary Filter

𝜃𝑡 = 𝛼 × 𝜃𝑡−1 + 𝜃𝑔𝑦𝑟𝑜 + 1 − α × 𝜃𝑎𝑐𝑐

Dimana:𝜃𝑡 = sudut sekarang𝜃𝑡−1 = sudut pengukuran sebelumnya𝜃𝑔𝑦𝑟𝑜 = sudut dari pengukuran gyroscope

𝜃𝑎𝑐𝑐 = sudut dari pengukuran accelerometer𝛼 = konstanta pengatur HP dan LP filter

11/04/2018

40



https://www.codeproject.com/Articles/729759/Android-Sensor-Fusion-Tutorial

11/04/2018

41



http://www.pieter-jan.com/node/11

11/04/2018

42


Hasil Filtering

Musa, P., Christie, D.A. and Wibowo, E.P., 2016, October. An Implementation of Direction Cosine Matrix in rocket payload dynamics attitude monitoring. In Informatics and Computing (ICIC), International Conference on (pp. 271-276). IEEE.

11/04/2018

43


Sensor Technologiesmujahidin.staff.gunadarma.ac.id/.../files/65741/materi_4.pdf•Odometry dan...

Documents

Transcript of Sensor Technologiesmujahidin.staff.gunadarma.ac.id/.../files/65741/materi_4.pdf•Odometry dan...