La aplicación de las unidades de medición inercial (IMU) MEMS en el ámbito industrial se centra principalmente en el control de movimiento de alta precisión, la monitorización de equipos y la producción automatizada. La elección de una IMU MEMS adecuada para el ámbito industrial requiere una consideración exhaustiva de la precisión, la adaptabilidad ambiental, la compatibilidad de interfaces y la rentabilidad.

La aplicación de MEMS IMU en el campo de los robots industriales y la automatización se centra principalmente en la retroalimentación y el control de actitud, la navegación AGV/AMR y la monitorización y el diagnóstico de vibraciones. En la aplicación de la retroalimentación y el control de actitud, MEMS IMU proporciona información en tiempo real sobre la actitud (cabeceo, balanceo, guiñada) y la velocidad angular para las articulaciones del robot, los efectores finales o las plataformas móviles, logrando un control preciso del movimiento, la planificación de la trayectoria y la prevención de colisiones. En la aplicación de la navegación AGV/AMR, MEMS IMU se integra con sensores de velocidad de las ruedas, LiDAR y sensores visuales para proporcionar la funcionalidad de estima. Cuando la referencia externa se pierde temporalmente, IMU puede mantener el posicionamiento y el rumbo a corto plazo, mejorando la robustez y la continuidad de la navegación. En la aplicación de la monitorización y el diagnóstico de vibraciones, MEMS IMU se instala en las articulaciones del robot, las estructuras clave o los motores para monitorizar el espectro y la amplitud de la vibración durante la operación, para el mantenimiento predictivo y para identificar fallas tempranas como el desgaste de los rodamientos, el desequilibrio y la desalineación.

Los requisitos para MEMS IMU en el campo de los robots industriales y la automatización se centran principalmente en los siguientes aspectos:

1. Requisitos para indicadores de rendimiento estáticos (alta precisión)

La estabilidad de polarización cero es el indicador más importante del rendimiento estático, y una baja polarización cero significa que la precisión a largo plazo de la estimación de la actitud (cabeceo, alabeo, guiñada) es crucial. Cuando los robots funcionan durante largos periodos o los AGV navegan con precisión, una baja deriva de polarización cero es fundamental para garantizar la precisión de la actitud. La estabilidad de polarización cero de los giroscopios suele requerir... <1°/h, y las aplicaciones de alta gama requieren <0,5°/h. El índice de estabilidad de polarización cero de los acelerómetros requiere <1 mg. Además, el recorrido aleatorio angular refleja las características de ruido blanco de la salida del giroscopio, lo que determina la velocidad a la que el error de integración angular aumenta con el tiempo. Un recorrido aleatorio angular bajo es fundamental para lograr una postura de alta precisión, especialmente en un corto período de tiempo, y es particularmente crítico para el control de movimiento de robots de alta velocidad y alta dinámica.

Tomando como ejemplo las series MEMS IMU U6300 y U7000 de alto rendimiento de Micro-Magic Inc.:

2. Requisitos de rendimiento dinámico (alto ancho de banda, amplio alcance)

La frecuencia de movimiento articular de los robots industriales es alta, y la frecuencia de vibración en el extremo del brazo robótico puede ser incluso mayor. Un ancho de banda alto es crucial para capturar con precisión movimientos rápidos y vibraciones. Normalmente, el ancho de banda debe ser superior a 100 Hz, incluso cientos de Hz. Además, los robots pueden arrancar y detenerse rápidamente, colisionar, o los AGV pueden circular por carreteras irregulares. La sobrecarga puede causar distorsión por saturación de datos, por lo que las IMU MEMS deben tener un alcance suficientemente amplio. Normalmente, los giroscopios pueden requerir de ±300°/s a ±2000°/s o más, mientras que los acelerómetros pueden requerir de ±2g a ±50g o más.

Tomando como ejemplo los productos U3600, U5000 y U6488 de Micro-Magic Inc.:

3. Requisitos de adaptabilidad ambiental (excelente resistencia a vibraciones e impactos)

El entorno industrial está plagado de vibraciones (motores, engranajes, cintas transportadoras, etc.). Las IMU deben ser capaces de suprimir estas interferencias y evitar la generación de datos erróneos (especialmente los giroscopios, que son sensibles a las vibraciones lineales y generan errores de sensibilidad G). Se requiere un buen diseño mecánico (como la amortiguación) y algoritmos avanzados de procesamiento de señales. Asegúrese de que el equipo no sufra daños ni que su rendimiento se vea afectado permanentemente al enfrentarse a colisiones inesperadas, caídas u operaciones de alto impacto. Normalmente, debe soportar impactos de miles de g.

Tomando como ejemplo los productos U3500, U3600 y U3700 de Micro-Magic Inc.:

4. Integración de sistemas y practicidad

Las IMU MEMS se han utilizado cada vez más en los sectores industrial y militar gracias a su pequeño tamaño, peso ligero y bajo consumo de energía. La miniaturización permite integrarlas fácilmente en articulaciones de robots, extremos de enlace, cuerpos compactos de AGV e incluso en el interior de herramientas sin necesidad de una carga significativa ni cambios de diseño. Su diseño ligero minimiza el impacto de la IMU en la capacidad de carga y el rendimiento de movimiento de los robots, especialmente en robots de alta velocidad, alta precisión o colaborativos. El bajo consumo de energía de la IMU prolonga la vida útil de la batería de robots móviles y nodos de sensores inalámbricos, lo que reduce el consumo energético general y los requisitos de disipación de calor del sistema.

Tomando como ejemplo los productos U300, U3500 y U3000 de Micro-Magic Inc.:

Conclusión

Las IMU MEMS de grado industrial deben lograr un alto nivel de equilibrio en estos estrictos indicadores para cumplir con los requisitos integrales de los robots industriales modernos y los sistemas de automatización en cuanto a precisión de percepción, confiabilidad, rendimiento en tiempo real y robustez.

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