IMU - BNO055

1. 센서 소개

BNO055

IMU 센서 중 하나로 각가속도 3축, 각속도 3축, 지자기 3축을 측정해주는 센서

이 9가지 센서값을 활용하여 현재 센서가 기울어진 각도와 이동 속도를 알 수 있습니다.

기본적으로 센서값에 오차가 많이 있기 때문에 필터 등의 기법을 통해 데이터의 정제가 필요하지만, 이 센서의 경우 기본적인 필터가 내장되어 있어 안정적인 측정값을 제공합니다.

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2. 배선 방법

센서와 Jetson Nano 간의 I2C 통신이 필요하며, 이를 위해 Jetson Nano의 I2C1_SDA, I2C1_SCL을 사용합니다.

배선은 다음과 같습니다.

센서 - Jetson NanoVin - 5VSDA - 3
SCL - 5
GND - GND

3. 설치 방법 및 예제

pip을 통해 관련 패키지를 설치합니다.

$ sudo pip3 install adafruit-circuitpython-bno055

실제 파이썬 프로그래밍 시에는 다음과 같이 import하여 사용합니다.

import board
import adafruit_bno055

기본 예시

BNO055를 통해 얻을 수 있는 모든 센서값들을 추출하고, 이를 콘솔에 출력해 봅시다.

import time
import board
import busio
import adafruit_bno055

# Use these lines for I2C
i2c_bus0 = busio.I2C(board.SCL_1, board.SDA_1)
sensor = adafruit_bno055.BNO055_I2C(i2c_bus0)

# User these lines for UART
# uart = busio.UART(board.TX, board.RX)
# sensor = adafruit_bno055.BNO055_UART(uart)

while True:
   
    print("Accelerometer (m/s^2): {}".format(sensor.acceleration))
    print("Magnetometer (microteslas): {}".format(sensor.magnetic))
    print("Gyroscope (rad/sec): {}".format(sensor.gyro))
    print("Euler angle: {}".format(sensor.euler))
    print("Quaternion: {}".format(sensor.quaternion))
    print("Linear acceleration (m/s^2): {}".format(sensor.linear_acceleration))
    print("Gravity (m/s^2): {}".format(sensor.gravity))
    print()

    time.sleep(1)

sensor.acceleration : 3축 가속도 측정값

sensor.magnetic : 3축 자기장 측정값

sensor.gyro : 3축 각속도 측정값

sensor.euler : 오일러 체계 각도 계산값

sensor.quaternion : 4원수 체계 각도 계산값

acceleration, magnetic, gyro 는 센서의 측정값이며

euler, quaternion는 센서의 측정값을 활용하여 수학적인 계산을 통해 얻어낸 각도값 입니다.

각도 표시 체계에 따라서 euler 방식과 quaternion 방식 두가지를 제공합니다.

각도 체계에 대한 추가 설명

💡

3차원 상의 각도는 각 축별로 교환 법칙이 성립하지 않습니다. 즉 회전시키는 순서가 바뀌면 결과가 달라집니다!

(x축 90도 회전 후 y축 90도 회전) ≠ (y축 90도 회전 후 x축 90도 회전)

그렇기 때문에 3차원 상에서 각도를 표현할 때는 축별 각도 순서에 대한 약속이 필요하며,

그 중에 한가지 체계가 오일러 각도인 것입니다.

x축 회전을 roll

y축 회전을 pitch

z축 회전을 yaw라고 명명하고

roll ⇒ pitch ⇒ yaw 순서대로 회전시키게 됩니다.

따라서 이를 회전 행렬로 표현하면 다음과 같습니다.

💡

행렬 계산을 할때 xyz 행렬과 제일 가까이 있는 행렬이 먼저 계산되기 때문에 수식상에서는 반대로 Rz Ry Rx 순서로 곱해지게 됩니다.

BNO055 센서의 경우 출력값이 오일러 각도 형식이기 때문에 측정값을 활용할 때 이점을 유의하면서 사용해야 합니다.

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[Spot Dynamixel - 4] IMU - BNO055