Ingeniería Electrónica · 2026
Diseño e implementación de un sistema de medición y análisis para la caracterización de sensores giroscópicos con aplicaciones en instrumentación, control y robótica
This work presents the design and implementation of a measurement and analysis system for the characterization of the UM7-LT gyroscope (Pololu 2763). The main objective is to strengthen practical training in instrumentation, control, and robotics at Universidad Antonio Nariño. The methodology is organized into six phases: technical review of the sensor, design of the testing protocol, construction of a rigid mechanical base, development of a Python application for data acquisition through a USB-UART connection, recording of raw data under static conditions, and statistical analysis of the results. The experimental runs were conducted over several continuous hours, keeping the sensor completely still and operating at a fixed frequency of 100 Hz, ensuring stable and reliable measurements. The analysis employed Allan Variance to identify the different types of noise and to determine stability and precision parameters, complemented by axis correlation when required. The results showed that the UM7- LT presents stable behavior consistent with its commercial class and leaves a functional, replicable, and easy-to-use tool for teaching and research in the field of instrumentation.
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Contenido
- INTRODUCCIÓNp. 15
- ANTECEDENTESp. 17
- OBJETIVOp. 19
- Objetivo Generalp. 19
- Objetivos Específicosp. 19
- JUSTIFICACIÓNp. 20
- MARCO TEÓRICOp. 21
- FUNDAMENTOS IMUp. 21
- GIROSCOPIOp. 9
- ACELEROMETROp. 24
- MAGNETÓMETROp. 25
- FUSIÓN SENSORIALp. 26
- TEORÍA DE CARACTERIZACIÓN DE SENSORESp. 26
- 3.6.1 ALLAN VARIANCE(AVAR)p. 27
- 3.6.2 AJUSTE Y REGRESIÓNp. 28
- 3.6.3 COORRELACIÓN DE PEARSONp. 28
- SENSOR UM7-LT (POLOLU 2763)p. 29
- MODOS DE COMUNICACIÓNp. 30
- APLICACIONES RELEVANTESp. 30
- DISEÑO METODOLÓGICOp. 31
- FASE 1: Revisión técnica del sensor giroscópico Pololu 2763 (UM7-LT)p. 31
- 4.1.2 Actividad 1.2. Organización y contraste interno de capacidadesp. 32
- FASE 2: Diseño del Protocolo de Pruebasp. 37
- 4.2.3 Actividad 2.3. Redacción y observación de proceso de pruebasp. 40
- FASE 3: Diseño y construcción de la estructura mecánicap. 41
- 4.3.1 Actividad 3.1. Diseñar la estructura en SOLIDWORKSp. 41
- dela estructurap. 44
- 4.3.3 Actividad 3.3. Construcción de la estructura mecánicap. 46
- FASE 4: Creación del sistema de adquisición de datosp. 47
- 4.4.1 Actividad 4.1. Programación y configuración de sistema embebidop. 48
- 4.4.2 Actividad 4.2. Diseño y programación de la interfaz graficap. 49
- 4.4.3 Actividad 4.3. Integración del sistema de adquisición de datosp. 51
- correctamentep. 52
- FASE 5: Captura de datos y aplicación de los métodos de análisis estadísticop. 53
- 4.5.1 Actividad 5.1. Organización de los datos obtenidos para el análisisp. 53
- 4.5.2 Actividad 5.2. Aplicación de los métodos estadísticosp. 54
- 4.5.3 Actividad 5.3. Análisis de los resultadosp. 56
- FASE 6: Validación y documentación del procesop. 56
- 4.6.2 Recopilar y analizar datos de validaciónp. 57
- RESULTADOSp. 59
- Base Rígidap. 59
- Interfaz de Adquisiciónp. 60
- Resultados del análisis de la varianzap. 62
- 5.3.1 Identificación de las fuentes de errorp. 64
- 5.3.2 Discusiónp. 67
- CONCLUSIONESp. 72
- Figura 1: Representación IMUp. 21
- Figura 2: Representación Giroscopiop. 22
- Figura 3: Representación dispositivos MEMSp. 23
- Figura 4:Acelerómetro tipo MEMSp. 24
- Figura 5: Curva característica AVARp. 27
- Figura 6: Sensor UM7(Pololu)p. 29
- Figura 7: Esquemas Base para la caracterizaciónp. 42
- Figura 8: Acrílico donde reposara el sensorp. 43
- Figura 9: Medición del Angulo de rotaciónp. 43
- Figura 10: Estructura divida por partesp. 45
- Figura 11: Planos de la estructurap. 46
- Figura 12:Simulación ensamblaje finalp. 47
- Figura 13: Monitor de Visualizaciónp. 49
- Figura 14: Monitor de configuraciónp. 50
- Figura 15: Pestaña para el análisis de Allanp. 50
- Figura 16: Topología de adquisición de datosp. 51
- Figura 17: Selección de puertop. 52
- Figura 18:Selección de Baudratep. 52
- Figura 19: Confirmación de paquetes de comunicaciónp. 53
- Figura 20: Estructura para la caracterizaciónp. 60
- Figura 21:Interfaz de adquisición/APP (configuración y ruta de registro)p. 62
- Figura 22: Curva de Allan para el eje X del giroscopio UM7-LTp. 63
- Figura 23: Curva de Allan para el eje Y del giroscopio UM7-LTp. 63
- Figura 24: Curva de Allan para el eje Z del giroscopio UM7-LTp. 64
- Figura 25: Interfaz AHRS en ejecución(Modelo 3D)p. 67
- Tabla 1:Especificaciones del UM7-LTp. 34
- Tabla 2: Variables relevantes para la caracterizaciónp. 36
- datos para esta fase se limita a salidas crudas de giroscopio (Raw X, Raw Y y Raw Z)p. 37
- Tabla 4: Pendientes de error AVARp. 38
- Tabla 5: Pendientes de Allan por Ejep. 64
- Tabla 6 Parámetros obtenidos par el eje Zp. 66
- Tabla 7: Registro de muestreo utilizado para el anailisp. 74