Historia

El giróscopo fue inventado por Léon Foucault en 1852, quien también le dio el nombre, aunque el efecto giroscópico fue descubierto algo antes, en 1817, por Johann Bohnenberger, Foucault se encontraba haciendo un experimento para demostrar la rotación de la Tierra. Más tarde se dio cuenta que su invento hacía también la función de la brújula ya que manipulando algunos movimientos del soporte el giroscopio, era capaz de alinearse con el meridiano, lo que le permitió indicar hacia donde estaba el norte.

Concepto

Un giroscopio o giróscopo es un dispositivo con característica esférica en su forma, con un objeto en su centro en forma de disco, montado en un soporte cardánico, de manera que pueda rotar libremente en cualquier dirección sobre su eje de simetría. Su principio de funcionamiento está basado en la conservación del momento angular, por eso es utilizado para medir la orientación o para mantenerla haciendo uso de las fuerzas que ejercen en su sistema de balanceo.

Un típico modelo de giróscopo o giroscopio se construye suspendiendo un rotor relativamente masivo en el interior de tres anillos llamados cardanes. El montaje de estos anillos sobre superficies de cojinetes de alta calidad nos asegurará que sobre el rotor interior se va a ejercer muy poco par.

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La imagen clásica de un giroscopio es la de un rotor bastante masivo, suspendido sobre ligeros anillos de soporte llamados cardanes, que tienen cojinetes casi sin rozamiento y que aisla el rotor central de los pares externos.

A altas velocidades, el giroscopio presenta extraordinaria estabilidad de balanceo y mantiene la dirección del eje de alta velocidad de rotación, del rotor central. La implicación de la conservación del momento angular es, que el momento angular del rotor, mantiene no solamente su magnitud, sino también su dirección en el espacio, en ausencia de pares externos. El giroscopio de tipo clásico, encuentra aplicación en girocompás, pero hay muchos más ejemplos comunes de movimiento giroscópico y estabilidad. Ejemplos de movimientos giroscópicos son las peonzas, las ruedas de bicicletas y motocicletas, la precesión de la Tierra en el espacio e incluso el comportamiento de un boomerang.

Precesión del Giroscopio.

Si un giroscopio se inclina, los cardanes tratarán de reorientarlo para mantener el eje de giro del rotor en la misma dirección. Si se libera en esta orientación, el giroscopio hará un movimiento de precesión en la dirección mostrada, como consecuencia del par ejercido por la gravedad sobre el giroscopio.

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Efecto giroscópico.

La clave es entender que los movimientos de fuerzas externas para desviarlos están en realidad repartidos por la superficie giratoria de forma uniforme, con la fuerza dividida sobre todos los puntos de contacto, no únicamente en el punto sobre el que aparentemente se aplica.

La tendencia del eje del rotor de mantener la orientación original del movimiento a menos que sea forzado físicamente a girar en sentido contrario, permaneciendo su centro de masas estático.

Aplicaciones

El primer uso que se le dio a los giróscopos fue en el estudio de los movimientos de rotación y traslación de la tierra así como planetas y objetos en el espacio.

La propiedad del mantenimiento de la inmovilidad del eje de rotación se ha empleado en dos tipos de aplicaciones: En primer lugar, como sustituto de la brújula, toda vez que el giróscopo mantiene un ángulo de rotación prefijado, al contrario que la aguja magnética de la brújula, que registra variables en virtud de efectos eléctricos, como asimismo por la influencia de piezas

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de hierro o acero. Esta aplicación, evidentemente, es primordial en buques de superficie y navíos submarinos, sobre todo en estos últimos, ya que las corrientes eléctricas impiden que la brújula funciones correctamente.

Asimismo, facilita el pilotaje automático del navío, al prefijar al timonel una determinada dirección. Esta última utilidad ha sido desarrollada sobre todo en las aeronaves, y en los torpedos, en cuyo caso permite trazar una trayectoria rectilínea. Y no olvidar su aplicación en la predeterminación del rumbo de las bombas volantes alemanas V-1 y V-2 empleadas en la fase final de la Segunda Guerra Mundial.

En segundo lugar, la aplicación de los giróscopos ha permitido contrarrestar las oscilaciones naturales de las embarcaciones, si bien hay que manifestar que esta utilización está mucho menos extendida.

Implementación del Circuito

Este giroscopio montado en nuestra proto-board, se basa en el sensor de giro (Número de Parte: L3G4200D) de tres ejes, el cual mide la velocidad angular de rotación en el eje X, Y y Z, las señales tomadas son de tipo digital y puede ser en protocolo I2C o SPI, esta board integra reguladores de voltajes y filtros pasa bajos para la reducción de ruido, las aplicaciones para las que se usan los giroscopios van desde control de posición en robótica móvil hasta vehículos aéreos autónomos.

Características.

Numero de ejes: 3, eje X, eje Y y eje Z.Voltaje de alimentación: 2.5 a 5.5V.Tamaño: 1.75cm x 2,25cm.Escala seleccionable 250/500/2000 dps.Salida digital: SPI / I2C.

Esquemático.

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Descripción de Pines.

Vin Voltaje de entrada 2.5 a 5.5V, este voltaje permite una fácil conexión con sistemas de 5V como Arduino, además los pines SCL y SDA han sido acondicionados para funcionar a este voltaje.

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GND Voltaje de referencia o tierra.Vdd Voltaje de SALIDA de 3.3V si se energiza en Vin, si NO SE ENERGIZA EN Vin puede energizarse en este pin a 3.3V, siempre que Vin este desconectado.SCL Línea de comunicación SPI/I2C, el voltaje ha sido elevado ALTO a Vin y BAJO a Gnd.SDA Línea de comunicación SPI/I2C, el voltaje ha sido elevado ALTO a Vin y BAJO a Gnd.SDO Línea de salida de datos SPI el voltaje de salida ALTO es Vdd es decir aprox. 3.3V y BAJO a GND.CS Línea de habilitación SPI, normalmente en ALTO (Vdd es decir aprox. 3.3V) es decir I2C habilitada, para habilitar SPI conectarla a GND.INT2 Indicador de dato listo salida Alta = Vdd es decir normalmente 3.3V.INT1 Interrupción programable, salida Alta = Vdd es decir normalmente 3.3V.

La comunicación I2C está configurada por defecto en esta board, y los pines de reloj SCL y datos SDA están acondicionados para poder trabajar con el Voltaje de entrada Vin la cual puede conectarse a 5V haciendo una conexión directa en sistemas como Arduino, sin necesidad de hacer acondicionamientos en estos canales.

Conexión con Arduino.

En nuestro proyecto, utilizamos un Arduino Nano, a continuación se muestra un esquemático de la conexión que debe llevarse entre el Arduino y el Giróscopo:

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Programación.

A continuación presentamos el programa que se utilizó para la implementación del circuito:

#include <Wire.h>

#include <L3G4200D.h>

L3G4200D gyro;

void setup() {

Serial.begin(9600);

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Wire.begin();

gyro.enableDefault();

}

void loop() {

gyro.read();

Serial.print("G ");

Serial.print("X: ");

Serial.print((int)gyro.g.x);

Serial.print(" Y: ");

Serial.print((int)gyro.g.y);

Serial.print(" Z: ");

Serial.println((int)gyro.g.z);

delay(1000);

}

Evidencias.

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Conclusiones.

-Ortiz Jarillo Johnny.

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En la implementación de este circuito, aprendimos la programación básica que utiliza el Arduino, misma que usamos para llevar a cabo este proyecto, que mediante la conexión descrita en este documento (entre el Arduino y el Giróscopo) logramos obtener lecturas de velocidades angulares en los ejes x, y y z, tomando una lectura cada segundo.

-Flores Flores Orlando.

En el proyecto final; la construcción de un circuito con un giroscopio, aprendimos a cómo utilizar el circuito y la plataforma de arduino, con un programa básico que nos mostraba las velocidades angulares en un tiempo determinado, en este caso cada segundo pudiendo variar la velocidad de censado, en cada uno de los eje (X, Y, Z). Aprendiendo así el concepto básico tanto del funcionamiento del giroscopio y a la vez la plataforma arduino.

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