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借力MEMS传感器 机器人全面进入感知时代

导读: 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...

  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(见图1)。

 

  图1MMA8451Q是一个低功耗、三轴电容式智能加速度传感器

  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最重要的参数。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(见图2)。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(见图2)。

  图2KinetisKL02芯片精致小巧,被视为是“可吞咽的”

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