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Diseño e implementación de una unidad de medición inercial “IMU” embebida en base a un sistema microcontrolado

2016-04-01T18:21:04Z

T-IE/4253/CD 6914
Pujos Yanzapanta, M. D. (2016). Diseño e implementación de una unidad de medición inercial “IMU” embebida en base a un sistema microcontrolado. 167 hojas. Quito : EPN.

Pozo Espín, David Fernando, director

The project describes the theoretical and practical notions that were used for the development of an Inertial Measurement Unit "IMU" which consists of two inertial sensors (accelerometer and gyroscope), a magnetometer and an altimeter. The determined physical quantities are orientation or attitude, velocity, acceleration and altitude. In the case of the attitude, it was used a mathematical concept named quaternion, which is used to determine the orientation of a body and decrease the computational burden in the calculations significantly. The treatment of the sensors’ data is developed using a microprocessor, in which an Extended Kalman Filter is implemented. This filter estimates the values of velocity and quaternion components. The altitude is obtained by the atmospheric pressure value whose behavior is linear in the Troposphere. The attitude is expressed by angles navigation Roll, Pitch and Yaw, which are obtained in terms of quaternion components in each EKF execution cycle. The obtained Navigation angles are compared with those from a commercial device, determining the percentage error in each.

El proyecto aborda las nociones teóricas y prácticas que fueron utilizadas para el desarrollo de una Unidad de Medición Inercial “IMU” que está constituida por dos sensores inerciales (acelerómetro y giroscopio), un magnetómetro y un altímetro. Las magnitudes físicas determinadas son la orientación o actitud, la velocidad, la aceleración y la altitud. En el caso de la actitud se ha utilizado el concepto matemático de cuaternión que sirve para determinar la orientación de un cuerpo y disminuir significativamente la carga computacional en los cálculos. El procesamiento de datos de los sensores se realiza mediante un microcontrolador en el cual se ha implementado un Filtro de Kalman Extendido (EKF) que estima los valores de velocidad y componentes del cuaternión. La altitud se obtiene mediante el valor de presión atmosférica cuyo comportamiento es lineal en la Tropósfera. La actitud se expresa a través de los ángulos de navegación Roll (alabeo), Pitch (cabeceo) y Yaw (guiñada), los cuales se obtienen en función de las componentes del cuaternión en cada ciclo de ejecución del EKF. Los ángulos de navegación obtenidos son comparados con los de un dispositivo comercial, determinándose el error porcentual en cada uno de ellos.

Escuela Politécnica Nacional - Biblioteca Central

Olga de Beltrán

Ladrón de Guevara E11-253 y Andalucía.

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