СИГНАЛЬНА МОДЕЛЬ СЕНСОРІВ ПРОСТОРОВОГО ПОЛОЖЕННЯ В СИСТЕМАХ МАГНІТНОГО ТРЕКІНГУ
DOI:
https://doi.org/10.30837/2522-9818.2020.11.005Ключові слова:
пристрої Індустрії 4.0, магнітний трекінг, сигнальна модель, програмована система на кристаліАнотація
Предметом дослідження в статті є процеси формування сигналів в системах магнітного трекінгу, зокрема для задач визначення просторового положення в концепціях ‑ Індустрія 4.0 та Індустріальний Інтернет Речей. Такі системи базуються на визначенні просторового положення об’єктів за результатами вимірювання вектора індукції опорних магнітних полів у низькочастотному спектрі електромагнітного випромінювання. Метою роботи є розроблення та верифікації сигнальної моделі для розрахунку просторового положення об’єктів у системах магнітного трекінгу. Сигнальна модель розробляється на основі експериментально отриманих сімейств залежностей інформативних сигналів від відстані та кутів між сенсорною та актюаторною котушками. Завдання: аналіз сигналів в системах магнітного трекінгу, розроблення засобів проведення експериментальних досліджень, математична інтерпретація результатів досліджень з розробленням сигнальної моделі, верифікація та застосування цієї моделі. Використовуються загальнонаукові методи: експеримент, вимірювання, аналіз, синтез, методи теорії ймовірностей і статистики Отримано такі результати. Розкрита структура сигнального тракту програмованої системи магнітного трекінгу та його реалізація на основі PSoC сімейства 5LP Family Cypress Semiconductor. Представлені результати експериментальних досліджень сімейства сигналів при зміні відстані між котушками та кутів їх взаємного положення. Для розрахунку просторового положення використовують сигнальні моделі, які описують розподіл сформованих магнітних полів та сигналів сенсорних котушок. Проведено аналіз типових похибок та способів їх мінімізації. Для верифікації розробленої сигнальної моделі пропонується використання інтегрованого показника середньоквадратичного відхилення сімейств нормованих сигналів. Висновки. Розроблена сигнальна модель взаємного положення актюаторів та сенсорів в системах магнітного трекінгу. Модель описує функціональні залежності, основними аргументами яких є відстань між котушками та кути їх взаємного нахилу. Подальший розвиток представлених в роботі результатів передбачає застосування запропонованої сигнальної моделі в задачах розроблення та специфікації алгоритмів розрахунку просторового положення, відлагодження та експрес-оцінки точності функціонування системи, оптимізації процедур калібрування.Завантаження
Посилання
Vitturi, S., Zunino, C. and Sauter, T. (2019), "Industrial communication systems and their future challenges: next-generation Ethernet, IIoT, and 5G", Proceedings of the IEEE, No. 107 (6), P. 944–961. DOI: 10.1109/JPROC.2019.2913443
Hongtao, W., Zhimin, Y., Ping, W., Santoso, B. and Lian, O. (2018), "A novel method of motion tracking for virtual reality using magnetic sensors", Proceedings of the 2018 Asia-Pacific Magnetic Recording Conference (APMRC), November 15 – 17, Shanghai, 2018. DOI: 10.1109/APMRC.2018.8601108
Singh, M. and Jung, B. (2017), "High-definition wireless personal area tracking using AC magnetic field for virtual reality", 2017 IEEE Virtual Reality (VR). DOI: 10.1109/VR.2017.7892250
Aceto, G., Persico, V. and Pescape, A. (2019), "A survey on information and communication technologies for Industry 4.0: state-of-the-art, taxonomies, perspectives, and challenges", IEEE Communications Surveys & Tutorials, No. 21 (4), P. 3467–3501. DOI: 10.1109/COMST.2019.2938259
Liu, Y., Kashef, M., Lee, K., Benmohamed, L. and Candell, R. (2019), "Wireless network design for emerging IIoT applications: reference framework and use cases", Proceedings of the IEEE, No. 107 (6), P. 1166–1192. DOI: 10.1109/JPROC.2019.2905423
Simiscuka, A., Markande, T. and Muntean, G. (2019), "Real-virtual world device synchronization in a cloud-enabled social virtual reality IoT network", IEEE Access, No. 7, P. 106588–106599. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2933014
Fraga-Lamas, P., Fernandez-Carames, T., Blanco-Novoa, O. and Vilar-Montesinos, M. (2018), "A review on industrial augmented reality systems for the Industry 4.0 Shipyard", IEEE Access, No. 6, P. 13358–13375. DOI: 10.1109/ACCESS.2018.2808326
Chatzopoulos, D., Bermejo, C., Huang, Z. and Hui, P. (2017), "Mobile augmented reality survey: from where we are to where we go", IEEE Access, No. 5, P. 6917–6950. DOI: 10.1109/ACCESS.2017.2698164
Lee, C. and Kim, D. (2018), "Visual homing navigation with Haar-like features in the snapshot", IEEE Access, No. 6, P. 33666–33681. DOI: 10.1109/ACCESS.2018.2842679
Rose, C., Britt, J., Allen, J. and Bevly, D. (2014), "An integrated vehicle navigation system utilizing lane-detection and lateral position estimation systems in difficult environments for GPS", IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, No. 15 (6), P. 2615–2629. DOI: 10.1109/TITS.2014.2321108
Zhang, Y. (2019), "A fusion methodology to bridge GPS outages for INS/GPS integrated navigation system", IEEE Access, No. 7, P. 61296–61306. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2911025
Gennarelli, G., Vivone, G., Braca, P., Soldovieri, F. and Amin, M. (2015), "Multiple extended target tracking for through-wall radars", IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, No. 53 (12), P. 6482–6494. DOI: 10.1109/TGRS.2015.2441957
Fedasyuk, D., Holyaka, R. and Marusenkova, T. (2019), "A tester of the MEMS accelerometers operation modes", Proceedings of the 3rd International Conference on Advanced Information and Communications Technologies (AICT), Lviv, July 3 – 6, 2019. DOI: 10.1109/AIACT.2019.8847840
Fedasyuk, D., Holyaka, R. and Marusenkova, T. (2019), "Method of analyzing dynamic characteristics of MEMS gyroscopes in test measurement mode", Proceedings of the 9th International Conference on Advanced Computer Information Technologies (ACIT), Ceske Budejovice, June 5–7, 2019, P. 157–160. DOI: 10.1109/ACITT.2019.8780058
Jo, D. and Kim, G. (2016), "ARIoT: scalable augmented reality framework for interacting with Internet of Things appliances everywhere", IEEE Transactions on Consumer Electronics, No. 62 (3), P. 334–340. DOI: 10.1109/tce.2016.7613201
Reichl, T., Gardiazabal, J. and Navab, N. (2013), "Electromagnetic servoing – a new tracking paradigm", IEEE Transactions on Medical Imaging, No. 32 (8), P. 1526–1535. DOI: 10.1109/tmi.2013.2259636
Franz, A., Haidegger, T., Birkfellner, W., Cleary, K., Peters, T. and Maier-Hein, L. (2014), "Electromagnetic tracking in medicine – a review of technology, validation, and applications", IEEE Transactions on Medical Imaging, No. 33 (8), P. 1702–1725. DOI: 10.1109/tmi.2014.2321777
Alves, N., Jobst, C., Hotze, F., Ferrari, P., Lalancette, M., Chau, T., van Lieshout, P. and Cheyne, D. (2016), "An MEG-compatible electromagnetic-tracking system for monitoring orofacial kinematics", IEEE Transactions on Biomedical Engineering, No. 63 (8), P. 1709–1717. DOI: 10.1109/tbme.2015.2500102
Song, S., Li, Z., Yu, H. and Ren, H. (2015), "Electromagnetic positioning for tip tracking and shape sensing of flexible robots", IEEE Sensors Journal, No. 15 (8), P. 4565–4575. DOI: 10.1109/jsen.2015.2424228
Kay, S. (2005). "The multifamily likelihood ratio test for multiple signal model detection", IEEE Signal Processing Letters, No. 12 (5), P. 369–371. DOI: 10.1109/LSP.2005.845590
Matthews, A. (2017), "VR 3D electromagnetic motion tracking sensor", available at: https://www.electronicspecifier.com/sensors/vr-3d-electromagnetic-motion-tracking-sensor#downloads
Premo 3DV06 Datasheet (2018), available at : https://3dcoil.grupopremo.com (last accessed December 10 2019).
De Angelis, G., De Angelis, A., Moschitta, A. and Carbone, P. (2017), "Comparison of measurement models for 3D magnetic localization and tracking", Sensors, No. 17 (11), P. 2527. DOI: 10.3390/s17112527
Bezdicek, M., and Caldwell, D. (2006), "Portable absolute position tracking system for human hand fingertips", Proceedings of Virtual Concept, Cancún, Mexico, P. 1–8.
Cypress Semiconductor Corporation (2019), PSoC® 5LP: CY8C52LP Family Datasheet: Programmable System-on-Chip, available at : http://www.cypress.com/documentation/datasheets/psoc-5lp-cy8c52lp-family-datasheet-programmable-system-chip-psoc (last accessed December 12 2019).
Cypress Semiconductor Corporation. (2018), PSoC® 5LP: CY8CKIT-050 PSoC 5LP Development Kit Guide, available at : http://www.cypress.com/file/45276/download (last accessed December 10 2019).
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons для журналів відкритого доступу.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
-
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License (CC BY-NC-SA 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
-
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо не комерційного та не ексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
-
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису опублікованої роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.