La solución al problema pasa por caracterizar la respuesta en frecuencia del sistema y desarrollar y ajustar el filtro conforme a esa caracterización, incluyendo si es necesario un sistema mecánico de atenuación que reduzca las vibraciones en la IMU.
En mi trabajo actual de asesoramiento para la integración de equipos de aviónica y pilotos automáticos en UAS (sistemas autónomos no tripulados) este es un paso estándar que hay que hacer con cada sistema, por lo que creo que puedo asesorar bien en este desarrollo. He realizado este mismo trabajo tanto para la integración de pilotos automáticos como para la puesta en marcha de cargas de pago autoniveladas (con gimbal giroestabilizadas) en diversos entornos, incluyendo Arduino y sistemas embebidos similares, con la programación completa de algoritmos y métodos de reducción de vibraciones.
Como se indica en la descripción del proyecto, la eliminación de las vibraciones en la IMU es crítica para que la solución generada por ésta ofrezca la precisión que hace falta en cada aplicación.
La eliminación de vibraciones debe hacerse en dos ámbitos: por un lado, el montaje mecánico del sistema inercial debe estudiarse y desarrollarse de modo que reduzca en la medida de lo posible la entrada de vibraciones en los sensores inerciales, que idealmente sólo deben medir el movimiento que se quiere contrarrestar para la estabilización (no las vibraciones procedentes del motor, de las irregularidades del terreno y de otras causas). Por otra parte, a esa reducción mecánica debe añadirse un procesado de las muestras de los sensores inerciales que reduzca las vibraciones que todavía estén presentes en las medidas.
Tanto el sistema mecánico como el procesado de sensores deben implementarse contando con las características de rigidez del sistema completo (caracterización en frecuencia) para eliminar sólo las vibraciones sin afectar a los movimientos que sí deben ser cancelados con la estabilización.
La solución final depende mucho de la caracterización en frecuencia de la máquina. Sin embargo, el procedimiento es estándar y no tiene una complejidad excesiva.
Por ello, mi propuesta incluye una primera fase de caracterización en la que se tomarán medidas de vibración que permitan diseñar tanto la estructura mecánica de soporte y amortiguación como los filtros de procesado requeridos.
Al final de esta descripción de propuesta indico los hitos genéricos que deben realizarse para este desarrollo.
Esta propuesta es genérica: es necesario conocer más en detalle las restricciones impuestas por el sistema que se pretende desarrollar y por la máquina donde se desea utilizarlo. Pueden existir requisitos específicos de montaje, de alimentación eléctrica o de otro tipo que no están especificados y que pueden afectar al desarrollo y a la solución final.
Por eso incluyo también una fase inicial de especificación de requisitos y definición de proyecto, que está orientada a esto: definir concretamente el problema y el entorno, de modo que se puedan tener en cuenta todas las restricciones para el desarrollo que hay que realizar.
Esta primera fase es imprescindible, desde mi punto de vista, para determinar los recursos necesarios para el desarrollo posterior. Por ello no especifico costes ni recursos necesarios: considero que la fase de especificación de requisitos no forma parte del desarrollo, sino del acuerdo previo de desarrollo.
Los hitos que considero necesarios para realizar este proyecto son los siguientes:
1. Especificación de requisitos y definición de proyecto
2. Elaboración de propuesta técnica, incluyendo recursos y costes
3. Estudio de caracterización en frecuencia de la maquinaria objetivo
4. Si el estudio anterior revela que es necesario, diseño de estructura mecánica de soporte del equipo de estabilización (IMU)
5. Verificación de la respuesta en frecuencia del soporte mecánico (sólo si es necesario utilizar amortiguación mecánica)
6. Diseño e implementación de filtros de procesado de sensores inerciales para reducción de vibraciones
7. Ensayos de validación
