详解MEMS传感器：智能化机器人的秘密武器

　　【中国智能制造网 技术前沿】机器人变得越来越智能。在工厂，工业机器人需要感测到工人的存在，以避免对工人造成伤害。此外，它们还应该能够检测到异常情况，例如可能造成损坏的剧烈震动。服务机器人，无论是守卫仓库或作为远程工作人员的网真装置，都需要进行自主导航。就像我们用天生的感官一样，机器人也需要借助传感器技术使它们变得更智能、使用更安全，同时增加对人类的用途。　　
　　MEMS传感器是令人惊奇的小器件，大小仅为几平方毫米，通常包含两个芯片。一个是传感器芯片，通常来说MEMS器件提供运动或压力信息，但它也可以用作磁性固态传感器。另一个芯片提供必要的信号处理功能，可将来自传感器的微弱的模拟信号转换为有用信息，并通过一些串行总线传递这些信息。
　　
　　这些传感器外形小巧、价格实惠，是机器人的理想配件。它们既小巧又实惠，通常内嵌在智能手机和其它消费电子游戏应用中进行销售，目前已售出了数亿个。此外，它们的耗电量很低。例如，当采用2V或3V电源时，一个加速度传感器的功耗通常不到10μA;功耗通常是频率和理想操作点精度之间的一个平衡点。低功耗方案，如低于1μA，还可以通过专用传感器来实现，这些传感器可作为一个运动触发器或篡改探测单元来运行。它们提供的快速唤醒和关闭机制是影响功耗的重要的参数。节能技术将根据应用需求获取数据点所需的频率而不断变化。
　　
　　对于空间受限应用，机器人设计人员还可以选用内置了微控制器和内存的加速度传感器，通过定制软件构建微小的系统。由于这些传感器通常无需其它处理器便能连接其它传感器，因此经常被称为传感器集线器。例如，飞思卡尔XtrinsicMMA9550L提供3x3-mm三轴加速度传感器和带有14KB闪存和1.5KBRAM的32位微控制器。当机器人的末梢或手臂部分需要安放传感器时，飞思卡尔XtrinsicMMA9550L和其它类似器件就非常有用，因为机器人的末梢或手臂部分的空间非常狭小。另一个应用是设计精致小巧的可穿戴式机器人系统，甚至用于内窥镜检查医疗应用的可吞咽机器人胶囊。
　　
　　这类器件上的板载内存和微控制器也可用来实施传感器通信协议，如IO-Link。这个日益普及的传感器网络协议需要约10KB的内存，因此，它可以集成在这个小巧的装置中，实现全新传感器节点的设计和规格。
　　
　　协同作用
　　
　　在传感器系统设计中，下一步是借助您能够并且应该拥有的所有“感官”，来实现机器人性能目标。这通常被称为传感器融合，支持传感器系统利用各个传感器的优势生成更准确的数据和更好的产品设计。
　　
　　例如，电子罗盘可指示南/北方向。虽然有人可能认为，读取地球磁场的磁传感器足以提供稳定的信息，但事实并非如此。磁传感器的输出值将随传感器向上或向下倾斜而发生变化，因此需要添加线性运动传感器(加速度传感器)来感测倾斜运动，并采用某个三角函数算法补偿磁传感器的读数。一个好的电子罗盘的设计将采用这两种传感器。而更好的系统将把这些传感器集成在同一个封装中，从而产生更小的传感器。例如，飞思卡尔XtrinsicFXOS8700CQ在3x3x1.2-mm的封装中集成了带有倾斜补偿的地磁场测量，提供了一种简单的方法将x/y方向集成到任何机器人系统中。