СИГНАЛЬНА МОДЕЛЬ СЕНСОРІВ ПРОСТОРОВОГО ПОЛОЖЕННЯ В СИСТЕМАХ МАГНІТНОГО ТРЕКІНГУ

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.30837/2522-9818.2020.11.005

Ключові слова:

пристрої Індустрії 4.0, магнітний трекінг, сигнальна модель, програмована система на кристалі

Анотація

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

Дані завантаження ще не доступні.

Біографії авторів

Roman Holyaka, Національний університет "Львівська політехніка"

доктор технічних наук, професор, професор кафедри електронних засобів інформаційно-комп’ютерних технологій

Tetyana Marusenkova, Національний університет "Львівська політехніка"

кандидат технічних наук, доцент, доцент кафедри програмного забезпечення

Dmytro Fedasyuk, Національний університет "Львівська політехніка"

доктор технічних наук, професор, професор кафедри програмного забезпечення

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

2020-03-23

Як цитувати

Holyaka, R., Marusenkova, T. і Fedasyuk, D. (2020) «СИГНАЛЬНА МОДЕЛЬ СЕНСОРІВ ПРОСТОРОВОГО ПОЛОЖЕННЯ В СИСТЕМАХ МАГНІТНОГО ТРЕКІНГУ», СУЧАСНИЙ СТАН НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ТЕХНОЛОГІЙ В ПРОМИСЛОВОСТІ, (1 (11), с. 5–18. doi: 10.30837/2522-9818.2020.11.005.