導(dǎo)引機(jī)器人內(nèi)部之加速度和角加速度傳感器,檢測(cè)機(jī)器人的加速度,分為應(yīng)變式,壓電式和MEMS

加速度傳感器用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人的加速度，同樣包括身體的加速度和各關(guān)節(jié)角加速度，有時(shí)候也作為抑制各關(guān)節(jié)機(jī)械振動(dòng)而檢測(cè)。移動(dòng)機(jī)器人本體的運(yùn)動(dòng)加速 度和重力加速度對(duì)控制其姿態(tài)有重要作用，而各關(guān)節(jié)加速度對(duì)其動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性 等有重要影響。由于微分對(duì)噪聲的放大作用，工程上一般不能通過(guò)對(duì)位移信號(hào)的 二次微分來(lái)獲得加速度信號(hào)，而需要用專門的傳感器，與之相對(duì)應(yīng)的有加速度計(jì)， 根據(jù)原理可分為應(yīng)變式、壓電式和MEMS 技術(shù)等。

應(yīng)變片加速度傳感器3:應(yīng)變片加速度傳感器是由一個(gè)板簧支承重錘所構(gòu)成 的振動(dòng)系統(tǒng)。在板簧兩面分別貼兩個(gè)應(yīng)變片，應(yīng)變片受振動(dòng)產(chǎn)生應(yīng)變，其電阻值的 變化通過(guò)電橋電路的輸出電壓被檢測(cè)出來(lái)。

壓電式就是利用壓電原理測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量塊所受到的慣性力，根據(jù)F=ma 計(jì) 算 加速度，它也屬于慣性式傳感器。它是利用某些物質(zhì)如石英晶體的壓電效應(yīng)，在加 速度計(jì)受振時(shí)，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當(dāng)被測(cè)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于 加速度計(jì)的固有頻率時(shí)，則力的變化與被測(cè)加速度成正比。壓電式加速度傳感器 具有動(dòng)態(tài)范圍大、頻率范圍寬、堅(jiān)固耐用、受外界干擾小以及壓電材料受力自產(chǎn)生電荷信號(hào)、不需要任何外界電源等特點(diǎn)。

常用的壓電式加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)形式如圖4-1-7所示。圖中(a) 是安裝壓 縮型，壓電元件 一質(zhì)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(jié)構(gòu)有高的共振頻率。然而基座B 與測(cè)試對(duì)象連接時(shí)，如果基座 B 有變形則將直 接影響拾振器輸出。此外，測(cè)試對(duì)象和環(huán)境溫度變化將影響壓電元件，并使預(yù)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(jì)感受軸向振動(dòng)時(shí)，壓電元件承受切應(yīng)力。這種結(jié)構(gòu)對(duì) 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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能做成極小型、高共振頻率的加速度計(jì)，環(huán)形質(zhì)量塊粘到 裝在中心支柱上的環(huán)形壓電元件上。由于粘結(jié)劑會(huì)隨溫度增高而變軟，因此Z高 工作溫度受到限制。

微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS) 加速度傳感器由于 采用了微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)，尺寸大大縮小，而且重量 小、功耗低、線性度好。而且，由于微機(jī)械結(jié)構(gòu)制作 準(zhǔn)確、重復(fù)性好、易于集成化、適于大批量生產(chǎn)，所以 具有很高的性價(jià)比。MEMS加速度傳感器有很多 種分類方法，按照慣性檢測(cè)質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)方式可分為 線加速度傳感器和角加速度傳感器；按照有無(wú)反饋 信號(hào)可分為開(kāi)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(hào)檢測(cè)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(jié)構(gòu)。