Caratterizzazione e compensazione delle non-idealità di un accelerometro MEMS all'interno di un'unità di misura inerziale (IMU)

In ambito clinico, il motion capture è la registrazione del movimento del corpo umano per l’analisi e la valutazione funzionale dei pazienti. Il suo obiettivo è quello di misurare in modo oggettivo il movimento assoluto e relativo dei segmenti corporei rispetto ad un sistema di riferimento definito. Una delle tecniche più adottate per attuare ciò è affidata all’IMU (Inertial Measurement Unit) e, volendo ottenere il massimo delle sue prestazioni, risulta rilevante il peso delle non-idealità dei relativi sensori MEMS (MicroElectro Mechanical Systems): accelerometri, giroscopi, magnetometri. Tale lavoro di tesi è rivolto allo studio delle non-idealità, riscontrate sull’accelerometro LIS344ALH (STMicroelectronics), utilizzato all’interno di un’IMU commerciale sviluppata dall’azienda MediCon Ingegneria s.r.l. di Budrio (BO). In particolare, sono state individuate e caratterizzate la deriva del segnale in condizioni statiche e la sovraelongazione per il ritorno a regime al termine di un movimento. Perciò il sensore MEMS è stato isolato dalla sensor fusion e valutato singolarmente, realizzando un sistema embedded: l’accelerometro analogico è stato collegato via hardware all’evaluation board STM3210E-EVAL, con un microcontrollore STM32, basato su core ARM Cortex-M3, il cui software è stato codificato in linguaggio C, attraverso l’ambiente di sviluppo mVision Kiel MDK. Si è poi impostato un set-up di acquisizioni di breve e lunga durata, al fine di comparare l’accelerometro nei due sistemi a disposizione: l’IMU e la board sviluppata. Inoltre, nel Dipartimento dell’Ingegneria dell’Energia Elettrica e dell’Informazione “Guglielmo Marconi” (DEI) di Bologna, è stato utilizzato un braccio robotico. I dati relativi alle prove acquisite sono stati elaborati mediante MatLab e sono state identificate le possibili azioni correttive da implementare in hardware e firmware per ottimizzare le prestazioni.