Гироскоп - акселерометр MPU6050. Как избавиться от дрейфа по оси Z?

Никак принципиально.
Берем гироскоп.
На самом деле это не гироскоп, а всего лишь устройство, измеряющее величину силы тяжести по осям X,Y, Z.
Сила тяжести у нас центральная, направление - вертикально вниз.
По осям Х и Y отклонение - это отклонение от вертикали. И шумы можно путем фильтрации убрать.
Отклонение по оси Z - это вращение вокруг вертикальной оси. Т. е. значение этого отклонения, если ты не отклоняешь сою плату от вертикали, а только вращаешь - не меняется.
Поэтому мы при помощи гироскопа мы это перемещение отслеживать не можем. Но можем как то отследить вращение вокруг этой оси используя данные с акселерометра и используя их уже как то корректировать отклонения гироскопа по оси Z.
Т. е. без хорошей математики, просто жонглируя данными, получаемыми с датчика, дрейф не убрать.

Более-менее приличный результат можно получить, добавив магнитометр (его еще называют магнитным компасом... неправомерно).
Алгоритм такой. Мы знаем ориентацию вектора магнитного поля в твоей конкретной местности. Гироскоп дает нам приличные отклонения по осям x и Y. Используя их и показания магнитометра, мы вычисляем условно говоря направление на север. (На магнитный полюс.)
Вот это направление будет уже довольно объективной (шум естественно будет - куда без него то... ).

Но магнитометр это тоже не панацея. Реагирует на все железяки и прочие флуктуации магнитного поля.

Теоретически мы можем использовать еще и GPS... но это уже так далеко от первоначальной простоты, что мама не горюй.
Тем более, что в условиях, когда спутники не видны, например в квартире уже и этот прибор работать откажется.

вычислять среднее, не трясти руками

Забить х уй