現在，機器人可以像工廠(chǎng)裝配工一樣進(jìn)行工作，人形機器人員工已經(jīng)非常普遍，他們可以精準模仿人類(lèi)的動(dòng)作。工業(yè)機器人在我們看來(lái)，工作起來(lái)并不費力，但它們的工作只是一個(gè)簡(jiǎn)單的循環(huán)。指令發(fā)送到附件，電機被激活。但是系統控制器如何知道指令已經(jīng)送達？答案就是，指令通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò )反饋到系統控制器。MEMS傳感器技術(shù)已經(jīng)極大地擴展了的機器人的精確定位的能力。機器人技術(shù)中有六種有用的感測：傾斜，旋轉，加速度，沖擊，振動(dòng)和接近。傾斜對于確定機械臂的位置很有用。傾斜提出了一個(gè)有趣的挑戰，因為可以通過(guò)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是確定傾斜度的一種有效方法。擁有手機的任何人都熟悉低MEM加速度計的功能，因為它們用于確定旋轉移動(dòng)設備時(shí)的屏幕方向。
圖1：自動(dòng)機械蜘蛛腿如圖1所示，自動(dòng)機械蜘蛛腿的運動(dòng)是通過(guò)使用復雜的逆運動(dòng)學(xué)方程來(lái)確定的，該方程通過(guò)將控制信號發(fā)送到電機來(lái)確定附件的正確運動(dòng)。對于這種復雜的運動(dòng)，每個(gè)附件的當前位置的反饋對于將現有位置與所需位置進(jìn)行比較至關(guān)重要。該ADXL345 3軸13位數字加速度從 Analog Devices公司（ADI）用于測量在三維傾斜檢測應用重力的靜態(tài)加速度。當使用加速度計進(jìn)行傾斜感應時(shí)，設備設置為最低分辨率。ADXL345支持±2 g，±4 g，±8 g和±16 g。選擇最低的分辨率±2 g設置是因為地球的重力僅為±1 g，因此在±2g分辨率下的重力感應使用12位，是加速度計13位范圍的一半。對于二維傾斜感應應用，可以使用低g 2軸加速度計，例如 ADI ADIS16003±1.7 g 2軸加速度計。2軸加速度計的方向必須使X軸和Y軸平行于地球表面。換句話(huà)說(shuō)，與地球的重力成直角。這使加速度計可用作支持俯仰和側傾檢測的2軸傾斜傳感器。由于A(yíng)DIS16003支持低1.7 g的加速度，所以當加速度計垂直于重力時(shí)，輸出的變化非常敏感，每?jì)A斜度為0.0175 g。
加速度計的輸出信號被轉換為代表加速度在±1 g之間變化的數字，從而可以按照公式1表示來(lái)計算度數的傾斜度：
公式1 ：使用2軸加速度計進(jìn)行傾斜感測的俯仰和橫滾計算對于以上公式，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?jì)A斜角度時(shí)，誤差僅為±1 g，而諸如機械臂撞擊物體或到達其行程終點(diǎn)之類(lèi)的事件可能會(huì )導致信號遠大于±1 g。旋轉工具和手臂機械臂可以出于各種目的而旋轉。在裝配線(xiàn)上，旋轉工具可能包括螺絲刀，鉆頭和夾具。傾斜感測線(xiàn)性速率運動(dòng)時(shí)，旋轉感測角速率運動(dòng)。旋轉也不同于傾斜，因為旋轉可能不會(huì )發(fā)生可察覺(jué)的加速度變化，從而使加速度計無(wú)法用于此應用。例如，如果3軸加速度計繞著(zhù)指向地球的z軸旋轉，而x軸和y軸與地球平行，則Z軸將繼續測量1 g，而X和Y軸仍為0g。在這種情況下，沿Z軸旋轉加速度計將不會(huì )導致加速度計讀數發(fā)生變化。相反，機器人使用 MEM陀螺儀，這是專(zhuān)門(mén)設計用于感應旋轉的傳感器。
當陀螺儀傳感器繞其軸旋轉時(shí)，非常小的微處理質(zhì)量通過(guò)科里奧利效應移動(dòng)到傳感器的外部。
圖2 ：MEM陀螺儀傳感器的內部操作在A(yíng)DI的iSensor MEMS陀螺儀子系統被設計成可靠地檢測和準確地測量物體的旋轉角速率。iSensor陀螺儀堅固耐用，可以檢測到機器人在嚴酷的環(huán)境下，嚴重的壓力下以及復雜的工業(yè)條件下的旋轉。陀螺儀并非一應俱全，對于給定的旋轉，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。該范圍是陀螺儀可以準確測量的最快轉速，以每秒度數（°/ sec）為單位。靈敏度是給定速度下以毫伏為單位的輸出變化-因此陀螺儀旋轉得越快，電壓就越高。單位為毫伏/度/秒（mV /°/秒）?？焖傩D的工具需要很高的量程，例如ADI公司的ADIS16266BCCZ 可以測量高達±14,000°/ sec的速度。ADI ADIS16060BCCZ可以為緩慢旋轉的臂提供服務(wù)， 其范圍僅為±80°/ sec。在工業(yè)機器人上以這些低電壓運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，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。機器人有時(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(guò)加速度計輕松檢測到。但是，當檢測到震動(dòng)時(shí)，加速度計的位置至關(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(jiàn)的硬盤(pán)驅動(dòng)器就是一個(gè)非常關(guān)鍵的例子。如果硬盤(pán)驅動(dòng)器掉落并撞到硬地板，則驅動(dòng)器中的加速度計會(huì )立即檢測到震動(dòng)。在這種情況下，硬盤(pán)驅動(dòng)器磁頭絕對必須在幾毫秒內停放磁頭，否則將面臨數據丟失的痛心。顯然，對此類(lèi)事件的正確檢測取決于加速度計在驅動(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(guò)預編程動(dòng)作的機械臂組裝線(xiàn)進(jìn)行對比。如上一節所述，戰略性放置的加速度計將感應手臂的傾斜和位置，以確保運動(dòng)正確。但是，如果運動(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)真正的危險是，一個(gè)人應對封鎖負責，現在正處于傷害之中。在這種情況下，將使用專(zhuān)用的加速度計來(lái)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，每個(gè)都有自己的檢測電路，以提供絕對的安全性。機器人振動(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，電樞未正確對準或機器人系統承受的負載不平衡。在這種情況下，振動(dòng)既是維護又是安全問(wèn)題。監視工業(yè)機器人，系統診斷和安全關(guān)閉感應可能需要監視工業(yè)機器人中的振動(dòng)。帶有嵌入式RF收發(fā)器的Analog Devices ADIS16229數字MEM振動(dòng)傳感器提供了便攜式振動(dòng)傳感平臺，并為工業(yè)應用提供無(wú)線(xiàn)支持。它為監視和記錄工業(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(lèi)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于運動(dòng)感測很重要。這可能意味著(zhù)從感測機械臂中的運動(dòng)到在航位推算系統中使用時(shí)確定機器人的位置等任何含義。加速度計還可用于確定是否已拾取或放下物體?？梢允褂脤?zhuān)用的MEMs加速度計來(lái)確定機器人的加速度，而這完全獨立于其他傳感器。在這種情況下，如果外力有助于機器人的行為，并試圖以超出所需的速度并以有害速度加速機器人，則可以檢測到快速加速并且機器人會(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(wú)需進(jìn)行任何物理接觸。的CapSense器件從 賽普拉斯半導體能夠檢測沒(méi)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鄰近防護罩提供了動(dòng)態(tài)的開(kāi)箱即用的接近感測開(kāi)發(fā)解決方案。當CapSense接近傳感器被電壓源激勵時(shí)，如圖4所示，在傳感器周?chē)鷷?huì )產(chǎn)生電場(chǎng)。一些電場(chǎng)線(xiàn)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(xiàn)上的目標物體接近機器人的接近傳感器，則某些電場(chǎng)線(xiàn)會(huì )耦合到目標物體，從而改變電容，然后CapSense電路會(huì )測量電容以確定目標物體的距離和位置。
圖4 ：賽普拉斯CapSense接近傳感器將電場(chǎng)線(xiàn)耦合到手指。對于圖4：C X =賽普拉斯CapSense接近感應系統測得的總電容C P =傳感器寄生電容C F =附近目標物體相加的電容對于機器人應用，此解決方案提供了三維對象或手勢識別。這對于裝配線(xiàn)上的機器人確定目標物體是否在距離之內很有用。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器人。MEMs傳感器對于當今的機器人而言，在操作，安全和維護方面都是必需的。陀螺儀和功能廣泛的加速度計構成了機器人傳感器網(wǎng)絡(luò )的核心，而更多深奧的傳感器系統則用于接近傳感。具有固態(tài)互連解決方案的高級MEMs傳感器正在擴展當今機器人的功能，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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