Qué Es IMU: Funcionamiento, Construcción, Aplicaciones

IMU se refiere a una unidad de medición inercial que es útil para medir la velocidad, orientación y fuerzas gravitacionales de un dispositivo, es un aparato electrónico que se usa para conocer las diferentes variables de interés en sistemas de navegación que se construyen para operar adecuadamente aviones (también aviones no tripulados), naves espaciales (también transbordadores), satélites y aterrizadores.

¿Qué es una IMU?

Una IMU es un dispositivo que hace uso de la tecnología electrónica para detectar la orientación, localización y movimiento. Típicamente se encuentra en un avión, en la mayoría de los casos este dispositivo hace uso de una construcción conjunta de acelerómetros y sensores de velocidad angular para conocer cómo se está moviendo éste y en qué posición se encuentra.

Normalmente, una IMU detecta la aceleración y las diferentes inclinaciones instantáneamente como: roll, pitch y yaw, la toma de toda esta información se utiliza para determinar el cambio total sobre la posición inicial. Se diferencia del sistema GPS, el cual utiliza satélites para detectar la posición. 

Funcionamiento

Se sincronizan todos las variables a medir como: posición, velocidad, aceleración, entre otras con una fuente de datos externa, con un error de microsegundos para que pueda ser considerado despreciable, es decir, esto se hace para que los dispositivos que se encargan de tomar decisiones en función de estas lecturas lo hagan instantáneamente y así se pueda operar apropiadamente, por ejemplo en un barco que necesite saber cual es la potencia adecuada que necesitan tener las turbinas para una velocidad requerida.

Construcción

Normalmente se diseña una caja la cual contiene tres acelerómetros que están ubicados de una manera que sus ejes de medición sean perpendiculares entre sí, esto con el fin de lograr las mediciones de aceleración en sus tres ejes de acción (X, Y y Z), de la misma manera se ubican tres giróscopos perpendicularmente con el objetivo de medir todas las componentes de la velocidad rotacional.

Se comete un error en la determinación de la velocidad angular, sin embargo el conocimiento del vector de gravedad mediante acelerómetros es útil para resolver los problemas en la mayoría de los errores de deriva.

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Los errores de deriva también se pueden dar en el cálculo de la posición, ya que la forma en que la UMI determina la posición es conociendo el nuevo cambio a partir de sumarle a la posición inicial el nuevo trayecto recorrido, siendo esto inexacto por diversos factores, por lo que es necesario añadir otro tipo de dispositivos como sensores de velocidad externos, compás magnético, entres otros.

Para lograr una mejor precisión se agregan sensores de temperatura, que pueden estar incorporados en sus acelerómetros y giróscopos, o de forma independiente para ajustar tanto las lecturas como las escrituras de otros sensores. La operación correcta del sensor de temperatura agregado a la UMI se da por sentado cuando la caja de diseña tomando en cuenta consideraciones de temperatura constante y controlada.

Como no es un secreto en los dispositivos electromagnéticos la UMI es susceptible a reaccionar ante ondas electromagnéticas por lo que es importante diseñar la caja con materiales que impidan las interferencias electromagnéticas o que de alguna manera puedan minimizarlas, haciendo estos efectos despreciables.

Hay dos tipos de señal de salida que podemos tener: cuando es analógica, en este caso, es importante reducir los efectos que puede causar el ruido eléctrico en los cables y el conversor analógico a digital; cuando es digital, se deben considerar los retrasos temporales que reducen el rendimiento del dispositivo.

Aplicaciones

El uso de la IMU se aplica en aviones incluyendo vehículos aéreos autónomos no tripulados, es bastante importante ya que sirve para informarse o conocer el estado de la velocidad angular en cada una de sus componentes, así como también la aceleración en todos sus ejes, percibiendo los cambios en el cabeceo, el alabeo y la guiñada.

La IMU en las motos sirve para conocer con exactitud lo que se está haciendo en la moto, es decir, su operación en cada momento para tomar una determinada decisión en función de sus mediciones.

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Algunas de las mediciones importantes que se pueden hacer son: su ángulo de inclinación, velocidad de derrape y grados de rotación. Podríamos pensar que gracias a toda esta información se puede mejorar la forma de conducir, y es correcto, incluso la misma moto opera de manera adecuada en función de sus exigencias con esta tecnología.

Si la rueda delantera se ha levantado causando un caballito, la moto puede darse cuenta por medio de la IMU que es tiempo de desacelerar entregando la potencia indicada que es necesaria para controlar el caballito.

Debido a su capacidad de conocer la orientación, en una curva, puede establecer la cantidad de frenado requerido en el sistema ABS controlando dicha frenada de forma apropiada. También se puede conocer el rendimiento de una moto debido a su capacidad de guardar información en datos GPS pudiendo observar las vías por donde la moto condujo, el tiempo en que hace cada vuelta y los niveles de velocidad.

La IMU en los campos de cultivo es de gran utilidad porque permite conocer a través del GPS, la posición de los equipos, su orientación, inclinación del suelo y demás factores que son importantes para entregar la cantidad de recursos adecuada como: agua, insecticidas y fertilizantes, mejorando la eficiencia del trabajo en el terreno; gracias a esto, expertos pueden diseñar sistemas de control de maquinaria agrícola adecuados que generen un mayor rendimiento en estas operaciones.

Cuando los trabajos de cultivo se hacen de manera manual, se pueden producir pérdidas como trabajar un terreno que ya ha sido trabajo y aunque estos errores pueden ocurrir por solo un paso o dos pasos de equivocación, en campos de una gran superficie, la acumulación de estos errores resultaría en un gran desaprovechamiento de los equipos, incluso se gastaría más combustible que el necesario y tiempo.

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