Construcción de un Giroscopio Integrado con Arduino para el Estudio y Control de Estabilidad en Sistemas Dinámicos

Abstract

En este trabajo se presenta el desarrollo de un prototipo de giroscopio integrado con Arduino, cuyo objetivo principal es la medición y análisis del movimiento angular mediante el uso de sensores inerciales. El sistema se implementó utilizando un Arduino Mega, en conjunto con el sensor MPU-6050, que combina giroscopio y acelerómetro MEMS, permitiendo registrar velocidades angulares e inclinaciones en tiempo real. La metodología incluyo tres etapas principales: (1) diseño y construcción del giroscopio mecánico, compuesto por una masa rotante de aluminio y un sistema de cardanes de doble eje, fabricados con perfiles metálicos para otorgar libertad de movimiento y estabilidad; (2) integración electrónica y programación, donde se conectó el sensor MPU-6050 al Arduino mediante comunicación I2C, desarrollando un código en el entorno Arduino IDE para la adquisición y transmisión de datos en formato estructurado (CSV); y (3) pruebas experimentales y simulaciones numéricas, que incluyeron ensayos de inclinación, rotación y vibración, así como análisis comparativo entre los resultados obtenidos y los valores esperados. Los resultados mostraron que el prototipo es capaz de registrar variaciones angulares y aceleraciones con buena precisión, validando el correcto funcionamiento del sistema de medida. Asimismo, el diseño modular del giroscopio mecánico facilita su utilización como recurso didáctico para la comprensión de fenómenos asociados al momento angular, estabilidad y dinámica rotacional. En conclusión, el proyecto combina elementos de mecánica, electrónica y programación, constituyendo una herramienta experimental accesible para la enseñanza y el análisis del comportamiento giroscópico en aplicaciones educativas y de investigación básica.

This work presents the development of a prototype gyroscope integrated with Arduino. Its main objective is to measure and analyze angular motion using inertial sensors. The system was implemented using an Arduino Mega, in conjunction with the MPU-6050 sensor, which combines a gyroscope and a MEMS accelerometer, allowing angular velocities and inclinations to be recorded in real time. The methodology included three main stages: (1) design and construction of the mechanical gyroscope, composed of a rotating aluminum mass and a dual-axis gimbal system made of metal profiles to provide freedom of movement and stability; (2) electronic integration and programming, where the MPU-6050 sensor was connected to the Arduino via I2C communication, developing code in the Arduino IDE environment for data acquisition and transmission in structured (CSV) format; and (3) experimental testing and numerical simulations, which included tilt, rotation, and vibration tests, as well as a comparative analysis between the results obtained and the expected values. The results showed that the prototype is capable of recording angular variations and accelerations with good accuracy, validating the correct functioning of the measurement system. Furthermore, the modular design of the mechanical gyroscope facilitates its use as a teaching resource for understanding phenomena associated with angular momentum, stability, and rotational dynamics. In conclusion, the project combines elements of mechanics, electronics, and programming, constituting an accessible experimental tool for teaching and analyzing gyroscopic behavior in educational and basic research applications.