곤충 평형곤을 모사한 구동부 일체형 자이로 센서 feasibility 연구

Abstract

미세전자기계시스템 (MEMS) 자이로 센서는 다양한 로봇 어플리케이션에 널리 사용되고 있다. 일반적으로 MEMS 자이로 센서는 각속도 측정에 필요한 코리올리 힘을 측정하기 위해서 엑츄에이터를 내장하여 고정된 공진 주파수로 질량체를 진동시킨다. 이는 로봇이 움직이지 않을 때에도 자이로 센서의 질량체를 진동시킴으로써 전력을 낭비한다. 또한, 이러한 계속적인 진동은 자이로 센서를 공진 주파수와 유사한 주파수를 갖는 외부의 음파에 대해 취약하게 만든다. 본 논문은 곤충의 평형곤을 모사한 새로운 자이로 센서 방식에 대한 feasibility 를 제시한다. 주로 파리류 곤충에서 발견되는 평형곤은 코리올리 힘에 의한 생체의 각속도를 감지하는 기관이다. 날개의 근육과 구조적으로 연결되어 있어 날개가 움직일 때만 날개와 동일한 주파수로 평형곤이 진동한다. 평형곤의 진동은 곤충이 회전 운동을 할 때 코리올리 힘을 발생시킨다. 이러한 생체의 평형곤 구조를 모사하여, 로봇의 액츄에이터 메커니즘과 긴 막대 모양의 구조체를 결합한 자이로 센서를 제시한다. 로봇은 센서의 내장된 엑츄에이터를 사용하지 않고, 로봇이 움직일 때에만 평형곤 모사 구조체를 진동시킬 수 있다. 진동하는 구조체 끝에는 가속도 센서를 부착하여, 로봇의 회전에 의해 발생하는 코리올리 힘을 측정한다. 그러나, 가속도 센서로 입력되는 신호는 다양한 주파수 요소가 혼합되어 있고 노이즈에 의해 신호가 왜곡되어 원 신호는 효용 가치가 없다. 본 논문에서는 진폭 변조 (the amplitude modulation method) 기반의 신호 처리 방식을 적용하여 이러한 원 신호로부터 각속도를 측정하는 방법을 제시한다. 또한, 제안된 평형곤 모사의 자이로 센서는 실험을 통해 feasibility 를 평가한다.