Un Algoritmo de Estimación de Orientación Espacial y su Implementación Embebida Utilizando Sensores Microelectromecánicos

Abstract

La estimación de la orientación espacial de un objeto o cuerpo rígido es fundamental para muchas aplicaciones, tales como la estabilización y guiado de vehículos no tripulados y control de actuadores robóticos -en el ámbito de las aplicaciones de control-, así como el análisis y determinación de postura o deambulación -para estudios de biomecánica-. Un enfoque práctico muy frecuente es la utilización de sistemas microelectromecánicos MEMS (del inglés, Microelectromechanical Systems), dado su bajo costo y exactitud relativamente alta. En este documento, presentamos un algoritmo de estimación de orientación espacial basado en filtrado complementario. Se estudian diferentes configuraciones de sensores, que proveen una orientación reducida (elevación y guiñada) o una orientación completa (elevación, guiñada y dirección). El algoritmo es simple y computacionalmente económico, permitiendo la ejecución en tiempo real sobre microcontroladores con limitados recursos computacionales. Finalmente, se presenta la implementación del algoritmo en un dispositivo de bajo costo de desarrollo propio, cuyos componentes destacados son un microcontrolador y una unidad de medición inercial de nueve grados de libertad, conformada por un acelerómetro, un magnetómetro y un giróscopo, cada uno de tres ejes. Se presentan estimaciones obtenidas para distintos escenarios de prueba.