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곤충 평형곤의 센싱 메커니즘을 모사한 각속도 추정방법 : A Method for Estimating Angular Velocity Inspired by Sensing Mechanism of Insect Haltere

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Authors
성진우
Advisor
조동일
Major
공과대학 전기·정보공학부
Issue Date
2019-02
Publisher
서울대학교 대학원
Description
학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 공과대학 전기·정보공학부, 2019. 2. 조동일.
Abstract
파리류 곤충에서 발견되는 평형곤은 코리올리 힘을 감지하여 생체의 각속도를 추정하는 기관이다. 평형곤 한 쌍은 서로 유기적으로 연계되어 있기에 두 개만으로 3축 각속도를 감지할 수 있다. 또한, 평형곤은 날개와 기계적으로 연결되어 있어 구동에 별도로 에너지를 소비하지 않는다. 본 논문은 이러한 특징을 갖는 곤충 평형곤의 각속도 센싱 메커니즘을 기반한 생체모사 각속도 추정기법을 제시한다. 평형곤이 코리올리 힘을 감지하기 위해서는 선속도가 필요한데 이를 구현하기 위해 비행로봇의 날개 구동에 사용하는 날갯짓 메커니즘에 기반한 센서 구동 메커니즘을 제작하였다. 제작한 메커니즘의 평형곤 구조물의 끝에 가속도계를 장착하여 측면에 발생하는 로봇의 회전에 의한 코리올리 힘을 측정한다. 측정한 코리올리 힘은 로봇의 각속도에 평형곤 구조물의 선속도가 반송파로서 진폭변조 되어있다. 변조된 신호에서 각속도 검출할 수 있는 동기 검파에 기반한 신호처리 방법에 대해 제시한다. 제안한 방법의 유효성을 평가하기 위하여 P3DX 로봇을 rate table 용도로 사용하여 제자리 회전 실험을 진행하였다. 해당 로봇에 상용 자이로스코프를 함께 장착하여 성능비교를 진행하였다.
Haltere is an organ found in Diptera, which detects the Coriolis force and estimates the angular velocity of the body. The pair of haltere is organically connected to each other. Thus, the three-axis angular velocity can be estimated. In addition, the organ does not consume extra energy for operation due to its mechanical connection to the wing. This paper presents a bio-inspired angular velocity estimation technique based on the sensing mechanism of insect haltere. To detect the Coriolis force, the haltere needs a linear velocity. To manufacture the sensor apparatus, flapping wing mechanism for flying robot is introduced. To measure the Coriolis force induced by the rotation of the robot, two accelerometers are attached to each end of the haltere mimetic structure. The measured Coriolis force is amplitude-modulated by the linear velocity of the equilibrium structure as a carrier wave at the angular velocity of the robot. A signal processing method based on coherent detection that can derive angular velocity in the modulated signal. To evaluate the effectiveness of the proposed methods angular velocity estimation, P3DX robot is used as a rate table for in situ rotation experiment.
Language
kor
URI
https://hdl.handle.net/10371/150765
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Appears in Collections:
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