导引机器人内部之加速度和角加速度传感器,检测机器人的加速度,分为应变式,压电式和MEMS

加速度传感器用来检测机器人的加速度，同样包括身体的加速度和各关节角加速度，有时候也作为抑制各关节机械振动而检测。移动机器人本体的运动加速 度和重力加速度对控制其姿态有重要作用，而各关节加速度对其动态性能、稳定性 等有重要影响。由于微分对噪声的放大作用，工程上一般不能通过对位移信号的 二次微分来获得加速度信号，而需要用专门的传感器，与之相对应的有加速度计， 根据原理可分为应变式、压电式和MEMS 技术等。

应变片加速度传感器3:应变片加速度传感器是由一个板簧支承重锤所构成 的振动系统。在板簧两面分别贴两个应变片，应变片受振动产生应变，其电阻值的 变化通过电桥电路的输出电压被检测出来。

压电式就是利用压电原理测量标准质量块所受到的惯性力，根据F=ma 计 算 加速度，它也属于惯性式传感器。它是利用某些物质如石英晶体的压电效应，在加 速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于 加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。压电式加速度传感器 具有动态范围大、频率范围宽、坚固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自产生电荷信号、不需要任何外界电源等特点。

常用的压电式加速度计的结构形式如图4-1-7所示。图中(a) 是安装压 缩型，压电元件 一质量块 一 弹簧系统装在圆形中心支柱上，支柱与基座连接。这种 结构有高的共振频率。然而基座B 与测试对象连接时，如果基座 B 有变形则将直 接影响拾振器输出。此外，测试对象和环境温度变化将影响压电元件，并使预紧力 发生变化，易引起温度漂移。图(c) 为三角剪切形，压电元件由夹持环将其夹牢在 三角形中心柱上。加速度计感受轴向振动时，压电元件承受切应力。这种结构对 底座变形和温度变化有极好的隔离作用，有较高的共振频率和良好的线性。图(b) 为环形剪切型，结构简单，能做成极小型、高共振频率的加速度计，环形质量块粘到 装在中心支柱上的环形压电元件上。由于粘结剂会随温度增高而变软，因此Z高 工作温度受到限制。

微电子机械系统(MEMS) 加速度传感器由于 采用了微机电系统技术，尺寸大大缩小，而且重量 小、功耗低、线性度好。而且，由于微机械结构制作 准确、重复性好、易于集成化、适于大批量生产，所以 具有很高的性价比。MEMS加速度传感器有很多 种分类方法，按照惯性检测质量的运动方式可分为 线加速度传感器和角加速度传感器；按照有无反馈 信号可分为开环和闭环加速度传感器；按照材料分 类有硅微加速度传感器、石英加速度传感器、金属 加速度传感器；按照信号检测方式可分为压阻式、 电容式、压电式、隧道电流式及谐振式等。

图4-1-8 是一种典型的压电式 MEMS 加速度传感器结构。