• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제12권1호
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• pp.385-395
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• 2017

A new digitized decoupled dual-axis micro dynamically tuned gyroscope with three equilibrium rings (TMDTG) is proposed which can eliminate the constant torque disturbance (CTD) caused by the double rotation frequency of a driving shaft with a micro dynamically tuned gyroscope with one equilibrium ring (MDTG). A mechanical and kinematic model of the TMDTG is theoretically analyzed and the structure parameters are optimized in ANSYS to demonstrate reliability. By adjusting the thickness of each equilibrium ring, the CTD can be eliminated. The digitized model of the TMDTG system is then simulated and examined using MATLAB. Finally, a digitized prototype based on FPGA is created. The gyroscope can be dynamically tuned by adjusting feedback voltage. Experimental results show the TMDTG has good performance with a scale factor of $283LSB/^{\circ}/s$ in X-axis and $220LSB/^{\circ}/s$ in Y-axis, respectively. The scale factor non-linearity is 0.09% in X-axis and 0.13% in Y-axis. Results from analytical models, simulations, and experiments demonstrate the feasibility of the proposed TMDTG.

• 제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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• 제어로봇시스템학회 2003년도 ICCAS
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• pp.1547-1552
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• 2003

In this paper, we present a planar single-crystalline silicon x-axis micro-gyroscope fabricated with a perfectly aligned vertical actuation combs on one silicon wafer, using the extended SBM technology. The fabricated x-axis micro-gyroscope has the resolution of 0.1 deg/sec, the bandwidth of 100 Hz. These research results allow integrating 6 axes inertial measurement (3 accelerations and 3 angular rates) on the same silicon substrate using the same process for the first time.

• 센서학회지
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• 제26권4호
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• pp.235-238
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• 2017

In this study, the design of a tri-axis micromachined gyroscope is proposed and the vibration characteristic of the structure is analyzed. Tri-axis vibratory gyroscopes that utilize Coriolis effect are the most commonly used micromachined inertial sensors because of their advantages, such as low cost, small packaging size, and low power consumption. The proposed design is a single structure with four proof masses, which are coupled to their adjacent ones. The coupling springs of the proof masses orthogonally transfer the driving vibrational motion. The resonant frequencies of the gyroscope are analyzed by finite element method (FEM) simulation. The suspension beam spring design of proof masses limits the resonance frequencies of four modes, viz., drive mode, pitch, roll and yaw sensing mode in the range of 110 Hz near 21 kHz, 21173 Hz, 21239 Hz, 21244 Hz, and 21280 Hz, respectively. The unwanted modes are separated from the drive and sense modes by more than 700 Hz. Thereafter the drive and the sense mode vibrations are calculated and simulated to confirm the driving feasibility and estimate the sensitivity of the gyroscope. The cross-axis sensitivities caused by driving motion are 1.5 deg/s for both x- and y-axis, and 0.2 deg/s for z-axis.

• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제21권4호
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• pp.132-137
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• 2022

In this paper, we have studied the quadrature error reduction for the single drive 3-axis MEMS Gyroscope. There was a limitation of the previous study which is the z-axis quadrature error was large. To reduce this value, design methodologies were presented. And the methodologies included a different mesh application, z-rate spring structure change, and mass compensation for balancing of the structure. We conducted the modal analysis, drive mode analysis and sense mode analysis using COMSOL Multiphysics. As a result, a drive resonant frequency was 26003 Hz, with the x-sense, y-sense, z-sense being 26749 Hz, 26858 Hz, 26920 Hz, respectively. And the Mechanical sensitivity was computed at 2000 degrees per second(dps) input angular rate while the sensitivity for roll, pitch, and yaw was computed 0.011, 0.012, and 0.011 nm/dps respectively. And z-axis quadrature error was successfully improved, 2.78 nm to 0.95 nm, which the improvement rate was about 66 %.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제7권5호
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• pp.998-1013
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• 2013

Wireless wearable sensor networks have emerged as a promising technique for human motion tracking due to the flexibility and scalability. In such system several wireless sensor nodes being attached to human limb construct a wearable sensor network, where each sensor node including MEMS sensors (such as 3-axis accelerometer, 3-axis magnetometer and 3-axis gyroscope) monitors the limb orientation and transmits these information to the base station for reconstruction via low-power wireless communication technique. Due to the energy constraint, the high fidelity requirement for real time rendering of human motion and tiny operating system embedded in each sensor node adds more challenges for the system implementation. In this paper, we discuss such challenges and experiences in detail during the implementation of such system with wireless wearable sensor network which includes COTS wireless sensor nodes (Imote 2) and uses TinyOS 1.x in each sensor node. Since our system uses the COTS sensor nodes and popular tiny operating system, it might be helpful for further exploration in such field.

• 한국멀티미디어학회논문지
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• 제16권1호
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• pp.67-74
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• 2013

본 논문에서는 블루투스 통신 기반에서 최적의 성능을 위한 포인팅 및 보정 알고리즘을 제안한다. 가속도 센서는 각속도 센서보다 데이터 변화량이 더 민감하기 때문에 데이터 출력 값의 오류를 야기하는 주된 원인이 된다. 따라서 가속도 센서로부터의 각 축에 대한 데이터 값에 칼만 필터를 적용함으로써 노이즈를 최소화하였으며, 추가적으로 x, y 변화량에 칼만 필터를 적용함으로써 손 떨림에 대한 보정 효과를 얻을 수 있다. 본 논문에서는 가속도와 각속도 센서 데이터를 Quaternion 사상 처리를 통해 데이터 추출을 적용한다. 추출된 데이터 값에 중력 가속도를 이용한 기울임 보정 알고리즘을 적용함으로써 기울임 보정 효과를 얻을 수 있다. 또한 장치의 급격한 움직임에 의한 센서 데이터의 부정확성을 해결하기 위하여 유전자 알고리즘을 적용한 사용자에 따라 달리 초기 해집단을 생성하는 적응적 포인팅 및 보정 알고리즘을 구현한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제43권2호
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• pp.133-140
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• 2015

본 논문에서는 단일 저가형 범용 GPS 수신기와 롤 축 각속도계를 이용하여 롤 회전 비행체의 롤 자세각을 결정하는 기법을 제안한다. 비행체에 부착된 GPS 수신기의 신호 수신강도는 GPS안테나가 향하는 방향과 비행체의 종축이 이루는 평면 내에 GPS위성이 존재할 때 최대가 된다. 비행체의 종축이 속도벡터와 일치한다고 가정하면, 비행체에 대한 GPS위성의 상대위치벡터를 이용하여 GPS 안테나 신호가 최대일 때의 롤 각을 결정할 수 있다. 롤 각 결정의 정밀도를 높이기 위해 롤 축 각속도계를 이용한 칼만필터를 구성하였다. 6-자유도 시뮬레이션을 통해 제안된 방법의 성능을 검증하였다.

• 재활복지공학회논문지
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• 제9권2호
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• pp.161-168
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• 2015

본 논문은 자체 개발한 관성측정장치의 가속도, 각속도, 지자기계 데이터를 이용하여 보행거리를 측정하는 시스템 개발에 관한 것이다. 관성센서들의 오프셋 및 이득 오차를 최소화하기 위하여 9축의 자유도를 갖는 지그를 제작하였으며, 이를 이용하여 캘리브레이션을 수행하였다. 보행거리의 정확한 측정을 위하여, 기울기 하강법을 이용하여 가속도계의 중력성분 제거 및 보행패턴 분석을 통한 드리프트 성분을 제거하였다. 최종적으로 보정된 가속도 데이터의 이중적분을 통하여 보행거리를 측정하였다. 시스템의 성능 평가를 위하여, 실내 직선 10m 직선 보행에 대하여 캘리브레이션 전, 후 오차 개선 비율를 비교하였으며, 간단한 보행에 대해 Vicon과의 비교 실험을 수행하였다. 직선 보행에 대해서는 x, y, z축 각각에 대하여 $31.4{\pm}14.38%$(mean${\pm}$S.D.), $78.64{\pm}10.84%$ 및 $69.71{\pm}26.25%$ 개선이 되었음을 확인하였으며, Vicon과의 비교 실험 결과 x, y, z축 각각에 대하여 0.1m, 0.16m, 0.12m의 오차를 얻을 수 있었다.

• 지능정보연구
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• 제25권1호
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• pp.163-177
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• 2019

스마트폰이 널리 보급되고 현대인들의 생활 속에 깊이 자리 잡으면서, 스마트폰에서 수집된 다종 데이터를 바탕으로 사용자 개인의 행동을 인식하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 타인과의 상호작용 행동 인식에 대한 연구는 아직까지 상대적으로 미진하였다. 기존 상호작용 행동 인식 연구에서는 오디오, 블루투스, 와이파이 등의 데이터를 사용하였으나, 이들은 사용자 사생활 침해 가능성이 높으며 단시간 내에 충분한 양의 데이터를 수집하기 어렵다는 한계가 있다. 반면 가속도, 자기장, 자이로스코프 등의 물리 센서의 경우 사생활 침해 가능성이 낮으며 단시간 내에 충분한 양의 데이터를 수집할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 점에 주목하여, 스마트폰 상의 다종 물리 센서 데이터만을 활용, 딥러닝 모델에 기반을 둔 사용자의 동행 상태 인식 방법론을 제안한다. 사용자의 동행 여부 및 대화 여부를 분류하는 동행 상태 분류 모델은 컨볼루션 신경망과 장단기 기억 순환 신경망이 혼합된 구조를 지닌다. 먼저 스마트폰의 다종 물리 센서에서 수집한 데이터에 존재하는 타임 스태프의 차이를 상쇄하고, 정규화를 수행하여 시간에 따른 시퀀스 데이터 형태로 변환함으로써 동행 상태분류 모델의 입력 데이터를 생성한다. 이는 컨볼루션 신경망에 입력되며, 데이터의 시간적 국부 의존성이 반영된 요인 지도를 출력한다. 장단기 기억 순환 신경망은 요인 지도를 입력받아 시간에 따른 순차적 연관 관계를 학습하며, 동행 상태 분류를 위한 요인을 추출하고 소프트맥스 분류기에서 이에 기반한 최종적인 분류를 수행한다. 자체 제작한 스마트폰 애플리케이션을 배포하여 실험 데이터를 수집하였으며, 이를 활용하여 제안한 방법론을 평가하였다. 최적의 파라미터를 설정하여 동행 상태 분류 모델을 학습하고 평가한 결과, 동행 여부와 대화 여부를 각각 98.74%, 98.83%의 높은 정확도로 분류하였다.