現(xiàn)在，機(jī)器人可以像工廠裝配工一樣進(jìn)行工作，人形機(jī)器人員工已經(jīng)非常普遍，他們可以精準(zhǔn)模仿人類的動(dòng)作。工業(yè)機(jī)器人在我們看來，工作起來并不費(fèi)力，但它們的工作只是一個(gè)簡單的循環(huán)。指令發(fā)送到附件，電機(jī)被激活。但是系統(tǒng)控制器如何知道指令已經(jīng)送達(dá)？答案就是，指令通過傳感器網(wǎng)絡(luò)反饋到系統(tǒng)控制器。MEMS傳感器技術(shù)已經(jīng)極大地?cái)U(kuò)展了的機(jī)器人的精確定位的能力。機(jī)器人技術(shù)中有六種有用的感測：傾斜，旋轉(zhuǎn)，加速度，沖擊，振動(dòng)和接近。傾斜對(duì)于確定機(jī)械臂的位置很有用。傾斜提出了一個(gè)有趣的挑戰(zhàn)，因?yàn)榭梢酝ㄟ^多種方式進(jìn)行檢測。首先將傾斜視為重力的方向的變化會(huì)有所幫助。由于重力確實(shí)是加速度的一種，因此低重力三軸加速度計(jì)是確定傾斜度的一種有效方法。擁有手機(jī)的任何人都熟悉低MEM加速度計(jì)的功能，因?yàn)樗鼈冇糜诖_定旋轉(zhuǎn)移動(dòng)設(shè)備時(shí)的屏幕方向。
圖1：自動(dòng)機(jī)械蜘蛛腿如圖1所示，自動(dòng)機(jī)械蜘蛛腿的運(yùn)動(dòng)是通過使用復(fù)雜的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程來確定的，該方程通過將控制信號(hào)發(fā)送到電機(jī)來確定附件的正確運(yùn)動(dòng)。對(duì)于這種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，每個(gè)附件的當(dāng)前位置的反饋對(duì)于將現(xiàn)有位置與所需位置進(jìn)行比較至關(guān)重要。該ADXL345 3軸13位數(shù)字加速度從 Analog Devices公司（ADI）用于測量在三維傾斜檢測應(yīng)用重力的靜態(tài)加速度。當(dāng)使用加速度計(jì)進(jìn)行傾斜感應(yīng)時(shí)，設(shè)備設(shè)置為最低分辨率。ADXL345支持±2 g，±4 g，±8 g和±16 g。選擇最低的分辨率±2 g設(shè)置是因?yàn)榈厍虻闹亓H為±1 g，因此在±2g分辨率下的重力感應(yīng)使用12位，是加速度計(jì)13位范圍的一半。對(duì)于二維傾斜感應(yīng)應(yīng)用，可以使用低g 2軸加速度計(jì)，例如 ADI ADIS16003±1.7 g 2軸加速度計(jì)。2軸加速度計(jì)的方向必須使X軸和Y軸平行于地球表面。換句話說，與地球的重力成直角。這使加速度計(jì)可用作支持俯仰和側(cè)傾檢測的2軸傾斜傳感器。由于ADIS16003支持低1.7 g的加速度，所以當(dāng)加速度計(jì)垂直于重力時(shí)，輸出的變化非常敏感，每傾斜度為0.0175 g。
加速度計(jì)的輸出信號(hào)被轉(zhuǎn)換為代表加速度在±1 g之間變化的數(shù)字，從而可以按照公式1表示來計(jì)算度數(shù)的傾斜度：
公式1 ：使用2軸加速度計(jì)進(jìn)行傾斜感測的俯仰和橫滾計(jì)算對(duì)于以上公式，A X是沿X軸的加速度，A Y是沿Y軸的加速度。重要的是要注意，在測量傾斜角度時(shí)，誤差僅為±1 g，而諸如機(jī)械臂撞擊物體或到達(dá)其行程終點(diǎn)之類的事件可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)遠(yuǎn)大于±1 g。旋轉(zhuǎn)工具和手臂機(jī)械臂可以出于各種目的而旋轉(zhuǎn)。在裝配線上，旋轉(zhuǎn)工具可能包括螺絲刀，鉆頭和夾具。傾斜感測線性速率運(yùn)動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)感測角速率運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)也不同于傾斜，因?yàn)樾D(zhuǎn)可能不會(huì)發(fā)生可察覺的加速度變化，從而使加速度計(jì)無法用于此應(yīng)用。例如，如果3軸加速度計(jì)繞著指向地球的z軸旋轉(zhuǎn)，而x軸和y軸與地球平行，則Z軸將繼續(xù)測量1 g，而X和Y軸仍為0g。在這種情況下，沿Z軸旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)將不會(huì)導(dǎo)致加速度計(jì)讀數(shù)發(fā)生變化。相反，機(jī)器人使用 MEM陀螺儀，這是專門設(shè)計(jì)用于感應(yīng)旋轉(zhuǎn)的傳感器。
當(dāng)陀螺儀傳感器繞其軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，非常小的微處理質(zhì)量通過科里奧利效應(yīng)移動(dòng)到傳感器的外部。
圖2 ：MEM陀螺儀傳感器的內(nèi)部操作在ADI的iSensor MEMS陀螺儀子系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成可靠地檢測和準(zhǔn)確地測量物體的旋轉(zhuǎn)角速率。iSensor陀螺儀堅(jiān)固耐用，可以檢測到機(jī)器人在嚴(yán)酷的環(huán)境下，嚴(yán)重的壓力下以及復(fù)雜的工業(yè)條件下的旋轉(zhuǎn)。陀螺儀并非一應(yīng)俱全，對(duì)于給定的旋轉(zhuǎn)，選擇正確的陀螺儀很重要。范圍和靈敏度是兩個(gè)重要的指標(biāo)。該范圍是陀螺儀可以準(zhǔn)確測量的最快轉(zhuǎn)速，以每秒度數(shù)（°/ sec）為單位。靈敏度是給定速度下以毫伏為單位的輸出變化-因此陀螺儀旋轉(zhuǎn)得越快，電壓就越高。單位為毫伏/度/秒（mV /°/秒）?？焖傩D(zhuǎn)的工具需要很高的量程，例如ADI公司的ADIS16266BCCZ 可以測量高達(dá)±14,000°/ sec的速度。ADI ADIS16060BCCZ可以為緩慢旋轉(zhuǎn)的臂提供服務(wù)， 其范圍僅為±80°/ sec。在工業(yè)機(jī)器人上以這些低電壓運(yùn)行的模擬陀螺儀要求互連損耗低。的彌足-P25微型防水連接器從 Molex公司是一個(gè)微型IP67密封連接器系統(tǒng)，其防塵防水。它也適用于高振動(dòng)環(huán)境，接觸電阻僅為10mΩ，適用于惡劣環(huán)境的低壓系統(tǒng)。機(jī)器人有時(shí)會(huì)偶然或故意撞到東西上。震動(dòng)是加速度的突然變化，因此可以通過加速度計(jì)輕松檢測到。但是，當(dāng)檢測到震動(dòng)時(shí)，加速度計(jì)的位置至關(guān)重要。例如，與手臂或肘部相反，意外碰到地板的機(jī)器人手會(huì)受到更大的沖擊（加速度變化）。在某些情況下，必須立即檢測到電擊，以便立即做出決定并采取行動(dòng)。筆記本電腦中常見的硬盤驅(qū)動(dòng)器就是一個(gè)非常關(guān)鍵的例子。如果硬盤驅(qū)動(dòng)器掉落并撞到硬地板，則驅(qū)動(dòng)器中的加速度計(jì)會(huì)立即檢測到震動(dòng)。在這種情況下，硬盤驅(qū)動(dòng)器磁頭絕對(duì)必須在幾毫秒內(nèi)停放磁頭，否則將面臨數(shù)據(jù)丟失的痛心。顯然，對(duì)此類事件的正確檢測取決于加速度計(jì)在驅(qū)動(dòng)器上的正確位置以及可靠的處理器和可靠的固件。將其與經(jīng)過預(yù)編程動(dòng)作的機(jī)械臂組裝線進(jìn)行對(duì)比。如上一節(jié)所述，戰(zhàn)略性放置的加速度計(jì)將感應(yīng)手臂的傾斜和位置，以確保運(yùn)動(dòng)正確。但是，如果運(yùn)動(dòng)因障礙而中斷，則至關(guān)重要的是要迅速而可靠地檢測到所產(chǎn)生的沖擊。一個(gè)真正的危險(xiǎn)是，一個(gè)人應(yīng)對(duì)封鎖負(fù)責(zé)，現(xiàn)在正處于傷害之中。在這種情況下，將使用專用的加速度計(jì)來檢測震動(dòng)，在某些情況下，可以放置兩個(gè)或多個(gè)冗余的加速度計(jì)，每個(gè)都有自己的檢測電路，以提供絕對(duì)的安全性。機(jī)器人振動(dòng)很少是一件好事。這可能表示軸承磨損，缺少部件，潤滑不當(dāng)，電樞未正確對(duì)準(zhǔn)或機(jī)器人系統(tǒng)承受的負(fù)載不平衡。在這種情況下，振動(dòng)既是維護(hù)又是安全問題。監(jiān)視工業(yè)機(jī)器人，系統(tǒng)診斷和安全關(guān)閉感應(yīng)可能需要監(jiān)視工業(yè)機(jī)器人中的振動(dòng)。帶有嵌入式RF收發(fā)器的Analog Devices ADIS16229數(shù)字MEM振動(dòng)傳感器提供了便攜式振動(dòng)傳感平臺(tái)，并為工業(yè)應(yīng)用提供無線支持。它為監(jiān)視和記錄工業(yè)環(huán)境中的振動(dòng)提供了完整的傳感解決方案。諸如Molex黃銅SMA射頻連接器之類的 射頻連接器安裝在板上，并帶有螺紋連接，可在劇烈振動(dòng)下支持牢固的配合。Molex SMA射頻連接器在該板的900MHz以上的射頻傳輸頻率上將反射和衰減降至最低。
圖3 ：帶有Molex黃銅SMA RF連接器的Analog Devices ADIS16000數(shù)字MEMs振動(dòng)傳感器和RF收發(fā)器。檢測加速度和減速度通常對(duì)于運(yùn)動(dòng)感測很重要。這可能意味著從感測機(jī)械臂中的運(yùn)動(dòng)到在航位推算系統(tǒng)中使用時(shí)確定機(jī)器人的位置等任何含義。加速度計(jì)還可用于確定是否已拾取或放下物體?？梢允褂脤Ｓ玫腗EMs加速度計(jì)來確定機(jī)器人的加速度，而這完全獨(dú)立于其他傳感器。在這種情況下，如果外力有助于機(jī)器人的行為，并試圖以超出所需的速度并以有害速度加速機(jī)器人，則可以檢測到快速加速并且機(jī)器人會(huì)關(guān)閉。出于安全和操作方面的考慮，接近傳感器可以檢測附近物體的存在，而無需進(jìn)行任何物理接觸。的CapSense器件從 賽普拉斯半導(dǎo)體能夠檢測沒有任何物理接觸附近物體的存在。與任何賽普拉斯先鋒套件連接時(shí) ，賽普拉斯CY8CKIT-024 CapSense鄰近防護(hù)罩提供了動(dòng)態(tài)的開箱即用的接近感測開發(fā)解決方案。當(dāng)CapSense接近傳感器被電壓源激勵(lì)時(shí)，如圖4所示，在傳感器周圍會(huì)產(chǎn)生電場。一些電場線會(huì)投射到地面以及附近空間，從而產(chǎn)生可以測量的電容。如果裝配線上的目標(biāo)物體接近機(jī)器人的接近傳感器，則某些電場線會(huì)耦合到目標(biāo)物體，從而改變電容，然后CapSense電路會(huì)測量電容以確定目標(biāo)物體的距離和位置。
圖4 ：賽普拉斯CapSense接近傳感器將電場線耦合到手指。對(duì)于圖4：C X =賽普拉斯CapSense接近感應(yīng)系統(tǒng)測得的總電容C P =傳感器寄生電容C F =附近目標(biāo)物體相加的電容對(duì)于機(jī)器人應(yīng)用，此解決方案提供了三維對(duì)象或手勢識(shí)別。這對(duì)于裝配線上的機(jī)器人確定目標(biāo)物體是否在距離之內(nèi)很有用。它也可用于在震動(dòng)傳感器測量沖擊之前確定障礙物是否即將干擾機(jī)器人。MEMs傳感器對(duì)于當(dāng)今的機(jī)器人而言，在操作，安全和維護(hù)方面都是必需的。陀螺儀和功能廣泛的加速度計(jì)構(gòu)成了機(jī)器人傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心，而更多深?yuàn)W的傳感器系統(tǒng)則用于接近傳感。具有固態(tài)互連解決方案的高級(jí)MEMs傳感器正在擴(kuò)展當(dāng)今機(jī)器人的功能，提供可在降低成本的同時(shí)提高性能的操作和安全功能。
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