Título :	Desarrollo e implementación de un sistema de giroscopios digitales usando tecnología FPGA para monitoreo de la orientación de robots
Autor(es):	Uriel Lomeli Hernandez
Palabras clave:	Digital three-axis gyroscope Giroscopio digital de tres ejes MEMS MEMS Procesamiento de señales Signal processing
Área:	INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA
Fecha de publicación :	ago-2012
Facultad:	Facultad de Ingeniería
Programa académico:	Maestría en Ciencias (Mecatrónica)
Resumen:	Los giroscopios digitales tipo MEMS (Microelectromechanical System) son sensores electrónicos de movimiento angular los cuales se utilizan en: sistemas de orientación, video juegos, telefonía móvil, medición de velocidad angular, entre otras aplicaciones. El objetivo de este trabajo es la descripción en VHDL e implementación en FPGA de una unidad de pre-procesamiento digital capaz de disminuir el error en las mediciones realizadas por un giroscopio digital de tres ejes tipo MEMS aumentando la exactitud de éstas para posteriormente obtener la orientación del sensor que al ser montado en un robot se obtendrá la orientación de éste. Se emplearon métodos estadísticos para calcular y eliminar el nivel de offset en cada una de los ejes del giroscopio, así como las técnicas de Diezmado, filtro Butterwoth y filtro Kalman para eliminar el ruido eléctrico en las señales., Para la validación del sistema el giroscopio se montó en la flecha de un motor de CD con encoder con el que se realizaron pruebas de velocidad y se compararon los resultados donde se obtuvo como resultado una considerable reducción en la variación de alta frecuencia (ruido) en las medidas del giroscopio así como un nivel de referencia de cero en la señal gracias a la eliminación del offset. Con esta unidad de procesamiento se obtiene un acondicionamiento de la señal listo para ser utilizadas por algún sistema digital que requiera la aplicación del giroscopio, en el caso de este trabajo las señales son integradas por in sistema digital para obtener la orientación de un robot manipulador en los ejes Roll, Pitch y Yaw en un marco de referencia. MEMS Gyroscopes (Microelectromechanical System) are electronic sensors of angular movement which are used in: guidance systems, video games, mobile phones, measuring angular velocity, among other applications. The aim of this paper is the description in VHDL and FPGA implementation of a unit of digital preprocessing can reduce the error in measurements made by a digital three-axis gyroscope MEMS type increasing the accuracy of these to subsequently obtain the orientation the sensor being mounted on a robot orientation is obtained from it. Statistical methods were used to calculate and eliminate the offset level in each of the axes of the gyroscope and Decimation techniques, Butterworth filter and Kalman filter to eliminate electrical noise in the signals., For validation of the gyroscope system was mounted on the shaft of a DC motor with encoder with speed tests were performed and compared the results which yielded results in a considerable reduction in the high frequency variation (noise) in the measurements of the gyroscope and a zero reference level in the signal due to the elimination of the offset. With this processing unit is obtained a signal conditioning ready for use by a digital system that requires the application of the gyroscope, in the case of this work are composed of signals in a digital system for the orientation of a robot manipulator axes Roll, Pitch and Yaw in a frame of reference.
URI:	http://ri-ng.uaq.mx/handle/123456789/790
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