IMU 탐색기 연습문제 정답
시행일·최종 수정일: 2026년 9월 1일
정답을 보기 전에
먼저 각 문제에 자신의 말로 답해본 뒤 해설과 비교해 보세요. 표현이 달라도 핵심 개념과 계산 과정이 맞으면 정답으로 볼 수 있습니다.
1. 정지 상태 500개 샘플에서 자이로 편향과 표준편차를 구하십시오.
정답과 해설
각 축 표본 평균이 Bias이며 표본 표준편차가 반복 Noise입니다. ROS 단위인 rad/s로 계산하고, 자세·온도·Sampling Rate와 Motor 상태를 함께 기록해야 재현할 수 있습니다.
2. IMU의 여섯 면을 위로 두고 가속도계 축별 편향과 배율을 계산하십시오.
정답과 해설
각 축의 +방향·-방향 평균을 구해 bias=(p+n)/2, scale=2g/(p-n)로 계산합니다. 보정과 검증 Data를 분리하고 보정 후 여섯 자세에서 ±9.80665 m/s²와 0에 가까운지 확인합니다.
3. 왼쪽 90° 회전에서 z 부호와 적분 각도를 확인하십시오.
정답과 해설
REP-103에서 위에서 본 반시계 회전은 양의 z입니다. 연속 Header Stamp 차이로 ωz·dt를 적분하고 정지 Bias를 먼저 빼며, 결과가 +90°에서 벗어나는 정도로 Scale과 잔여 Bias를 평가합니다.
4. 모터 끔·공회전·주행 세 조건을 rosbag으로 기록해 표준편차를 비교하십시오.
정답과 해설
동일 Rate·Range·Filter에서 각 조건을 충분히 기록하고 축별 평균·표준편차·Peak와 Spectrum을 비교합니다. 주행 Noise가 큰 축과 주파수를 찾아 Mount, 내부 Low-pass와 Covariance를 조정합니다.
5. header.stamp 기준 측정 주기와 콜백 도착 시각 기준 주기의 차이를 비교하십시오.
정답과 해설
연속 Stamp 차이는 Sensor 측정 주기를, Callback 시각 차이는 통신·Scheduling Jitter까지 포함합니다. 평균뿐 아니라 p95·p99·최대값, 역행·중복 Stamp와 Burst 도착을 따로 기록합니다.
6. 실제 장착 위치에서 base_link → imu_link 변환을 문서화하십시오.
정답과 해설
Robot 기준점에서 Sensor 측정 중심까지 xyz를 실측하고 보드 축의 roll·pitch·yaw를 오른손 규약으로 기록합니다. 고정 TF를 발행한 뒤 정지 중력과 세 축 손 회전, RViz 표시로 독립 검증합니다.
7. 포화 임곗값과 누락 메시지를 감지하도록 감시 노드를 확장하십시오.
정답과 해설
사양의 선택 Range에 여유를 둔 Threshold를 정하고 연속 포화 횟수를 셉니다. Header Stamp 간격이 허용 주기의 배수를 넘으면 누락·지연을 구분해 Diagnostic을 내며 일시 Spike와 지속 고장을 별도 Level로 처리합니다.
8. 공분산을 10배 작게·크게 바꿔 융합 결과가 어떻게 달라지는지 관찰하십시오.
정답과 해설
작게 하면 Filter가 IMU를 더 믿어 반응은 빠르지만 진동·Bias 영향이 커지고, 크게 하면 다른 Sensor를 더 믿어 IMU 기여가 줄어듭니다. Ground Truth에 대한 Error와 Innovation을 보고 실제 분산에서 출발해야 합니다.
9. 가속도계 범위를 바꾸고 정지 잡음과 충격 포화 빈도를 비교하십시오.
정답과 해설
같은 출력 Bit 수에서는 좁은 Range가 작은 변화의 양자화 해상도에 유리하지만 충격에 포화되기 쉽습니다. 정지 표준편차·최소 변화량과 최악 주행의 Range 끝 고정 비율을 함께 비교해 최소 충분 Range를 고릅니다.
10. 출력 데이터율과 저역 통과 필터 설정을 바꾸어 모터 진동 스펙트럼을 비교하십시오.
정답과 해설
원본 Rate를 진동 주파수보다 충분히 높게 두고 FFT로 Motor·Gear Peak를 찾습니다. 차단 주파수를 낮출 때 Peak와 Noise가 줄면서 Phase Delay가 늘어나는 정도를 측정해 Control 대역을 훼손하지 않는 설정을 선택합니다.
11. 30분 정지 기록에서 1초·10초·60초 이동 평균의 안정도를 계산하십시오.
정답과 해설
짧은 평균은 백색 Noise가 많이 남고 긴 평균은 Bias Drift와 온도 변화가 드러날 수 있습니다. Window별 표준편차와 시간에 따른 평균 변화를 Plot해 가장 안정적인 평균 시간과 예열 구간을 찾습니다.
12. 급출발 구간에서 가속도 크기 조건을 적용한 상보 필터와 적용하지 않은 결과를 비교하십시오.
정답과 해설
가속도 크기가 g에서 허용 범위 이상 벗어나면 중력 자세 보정을 약화하거나 건너뜁니다. 두 결과의 Roll·Pitch Peak, 회복 시간과 Ground Truth Error를 비교해 Threshold와 Hysteresis를 정합니다.
13. 자기계 보정 전후의 XY 점군을 그리고 원점 이동과 타원 왜곡을 설명하십시오.
정답과 해설
여러 방향 회전 Data에서 보정 전 중심 이동은 Hard-iron, 원이 아닌 타원 변형은 Soft-iron 단서입니다. Offset과 3×3 보정 행렬 적용 후 원점 중심의 원·구에 가까워지는지, Motor 전류별로 다시 검증합니다.
14. IMU와 바퀴 오도메트리의 타임스탬프를 인위적으로 50 ms 어긋나게 해 융합 오차를 관찰하십시오.
정답과 해설
회전·가감속 구간에서 50 ms Offset을 주고 Pose Error, Innovation과 흔들림을 기준 조건과 비교합니다. 오차는 대략 각속도×시간 및 속도×시간에 비례하며 측정 시각 보정 후 감소해야 합니다.
15. 센서 고장·타임스탬프 역행·토픽 중단 시 감속 또는 안전 정지 정책을 설계하십시오.
정답과 해설
NaN·포화 지속·Stamp 역행·Timeout별 탐지 한계와 Debounce를 정합니다. 해당 측정을 즉시 무효화하고 대체 Sensor 신뢰도에 따라 제한 속도 또는 정지로 전환하며, 자동 재사용 전 연속 정상 Data와 수동 승인 조건을 검증합니다.
학습 마무리
틀린 문제는 강의의 관련 장을 다시 읽고, 용어뿐 아니라 각 개념이 실제 로봇에서 어떤 역할을 하는지 설명해 보세요.