導引機器人內部之加速度和角加速度傳感器,檢測機器人的加速度,分為應變式,壓電式和MEMS

加速度傳感器用來檢測機器人的加速度，同樣包括身體的加速度和各關節(jié)角加速度，有時候也作為抑制各關節(jié)機械振動而檢測。移動機器人本體的運動加速 度和重力加速度對控制其姿態(tài)有重要作用，而各關節(jié)加速度對其動態(tài)性能、穩(wěn)定性 等有重要影響。由于微分對噪聲的放大作用，工程上一般不能通過對位移信號的 二次微分來獲得加速度信號，而需要用專門的傳感器，與之相對應的有加速度計， 根據原理可分為應變式、壓電式和MEMS 技術等。

應變片加速度傳感器3:應變片加速度傳感器是由一個板簧支承重錘所構成 的振動系統(tǒng)。在板簧兩面分別貼兩個應變片，應變片受振動產生應變，其電阻值的 變化通過電橋電路的輸出電壓被檢測出來。

壓電式就是利用壓電原理測量標準質量塊所受到的慣性力，根據F=ma 計 算 加速度，它也屬于慣性式傳感器。它是利用某些物質如石英晶體的壓電效應，在加 速度計受振時，質量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當被測振動頻率遠低于 加速度計的固有頻率時，則力的變化與被測加速度成正比。壓電式加速度傳感器 具有動態(tài)范圍大、頻率范圍寬、堅固耐用、受外界干擾小以及壓電材料受力自產生電荷信號、不需要任何外界電源等特點。

常用的壓電式加速度計的結構形式如圖4-1-7所示。圖中(a) 是安裝壓 縮型，壓電元件 一質量塊 一 彈簧系統(tǒng)裝在圓形中心支柱上，支柱與基座連接。這種 結構有高的共振頻率。然而基座B 與測試對象連接時，如果基座 B 有變形則將直 接影響拾振器輸出。此外，測試對象和環(huán)境溫度變化將影響壓電元件，并使預緊力 發(fā)生變化，易引起溫度漂移。圖(c) 為三角剪切形，壓電元件由夾持環(huán)將其夾牢在 三角形中心柱上。加速度計感受軸向振動時，壓電元件承受切應力。這種結構對 底座變形和溫度變化有極好的隔離作用，有較高的共振頻率和良好的線性。圖(b) 為環(huán)形剪切型，結構簡單，能做成極小型、高共振頻率的加速度計，環(huán)形質量塊粘到 裝在中心支柱上的環(huán)形壓電元件上。由于粘結劑會隨溫度增高而變軟，因此Z高 工作溫度受到限制。

微電子機械系統(tǒng)(MEMS) 加速度傳感器由于 采用了微機電系統(tǒng)技術，尺寸大大縮小，而且重量 小、功耗低、線性度好。而且，由于微機械結構制作 準確、重復性好、易于集成化、適于大批量生產，所以 具有很高的性價比。MEMS加速度傳感器有很多 種分類方法，按照慣性檢測質量的運動方式可分為 線加速度傳感器和角加速度傳感器；按照有無反饋 信號可分為開環(huán)和閉環(huán)加速度傳感器；按照材料分 類有硅微加速度傳感器、石英加速度傳感器、金屬 加速度傳感器；按照信號檢測方式可分為壓阻式、 電容式、壓電式、隧道電流式及諧振式等。

圖4-1-8 是一種典型的壓電式 MEMS 加速度傳感器結構。