【導(dǎo)讀】機(jī)器人只有能夠掌握自己在空間中的位置與移動(dòng)的速度，才能夠確保移動(dòng)位置的精確性，以執(zhí)行所需執(zhí)行的動(dòng)作，其便需要仰賴陀螺儀與加速度計(jì)來(lái)偵測(cè)移動(dòng)的角速率與加速度。本文將為您介紹陀螺儀與加速度計(jì)的發(fā)展與特性，以及由Murata 推出的高集成 6 自由度（Degrees of Freedom, DOF）的 XYZ 軸陀螺儀和 XYZ 軸加速度計(jì)的產(chǎn)品特性。
具備高精度的微機(jī)電陀螺儀與加速度計(jì)
陀螺儀和加速度計(jì)都是一種傳感器，用于測(cè)量物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。它們常常被應(yīng)用于許多科技產(chǎn)品中，例如手機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、機(jī)器人、無(wú)人機(jī)等。
陀螺儀的運(yùn)作原理是利用陀螺效應(yīng)，這是一種物理現(xiàn)象，當(dāng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)的物體受到外力時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)力矩，使其旋轉(zhuǎn)軸發(fā)生變化。在陀螺儀中，一個(gè)轉(zhuǎn)子被固定在三個(gè)軸上，當(dāng)陀螺儀受到外力時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)受到力矩，使得陀螺儀產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，這樣就可以測(cè)量物體的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
加速度計(jì)的運(yùn)作原理則是利用牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律，即當(dāng)一個(gè)物體受到外力時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生加速度。在加速度計(jì)中，一個(gè)質(zhì)量塊被固定在一個(gè)彈簧上，當(dāng)加速度計(jì)受到外力時(shí)，質(zhì)量塊會(huì)受到彈簧的壓縮或拉伸，這樣就可以測(cè)量物體的加速度。通常，加速度計(jì)會(huì)在三個(gè)軸上安裝，以測(cè)量物體在三個(gè)方向上的加速度。
陀螺儀和加速度計(jì)通常會(huì)被組合在一起，形成稱(chēng)為六軸傳感器的裝置。六軸傳感器可以同時(shí)測(cè)量物體的旋轉(zhuǎn)和加速度，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)或其他裝置中，以進(jìn)一步分析和應(yīng)用。
近年來(lái)，隨著技術(shù)的發(fā)展，陀螺儀和加速度計(jì)也有了一些新的發(fā)展。首先，陀螺儀的精度和穩(wěn)定性得到了大幅提升。目前市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了一些高精度的MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）陀螺儀，能夠?qū)崿F(xiàn)厘米級(jí)的測(cè)量精度，并具有很高的穩(wěn)定性和抗干擾性。
另一方面，陀螺儀和加速度計(jì)的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。除了傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和手機(jī)傳感等應(yīng)用外，現(xiàn)在還有許多新興的應(yīng)用，例如無(wú)人駕駛、智能健身、虛擬現(xiàn)實(shí)等。為了應(yīng)對(duì)這些應(yīng)用，陀螺儀和加速度計(jì)的精度和靈敏度也在進(jìn)一步提高，同時(shí)還加入了更多的功能和特性，例如低功耗、小尺寸、多軸測(cè)量等。
總體來(lái)說(shuō)，隨著科技的發(fā)展，陀螺儀和加速度計(jì)的應(yīng)用前景越來(lái)越廣闊，也會(huì)繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)上的創(chuàng)新和升級(jí)，以滿足更多、更高端的應(yīng)用需求。
依據(jù)應(yīng)用需求來(lái)選擇陀螺儀與加速度計(jì)
選擇陀螺儀和加速度計(jì)需要考慮多個(gè)因素，首先要考慮應(yīng)用場(chǎng)景，不同的應(yīng)用場(chǎng)景需要不同的陀螺儀和加速度計(jì)，例如手機(jī)傳感、工業(yè)自動(dòng)化、無(wú)人機(jī)控制等，在選擇時(shí)要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，來(lái)選擇適合的陀螺儀和加速度計(jì)。
此外，精度和穩(wěn)定性是陀螺儀和加速度計(jì)的重要性能指標(biāo)，通常需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求來(lái)選擇不同精度和穩(wěn)定性的產(chǎn)品。再來(lái)則要考慮靈敏度和范圍，這是陀螺儀和加速度計(jì)的重要參數(shù)，靈敏度越高，能夠測(cè)量的加速度范圍就越小；范圍越大，能夠測(cè)量的加速度范圍就越廣，因此需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求來(lái)選擇不同靈敏度和范圍的陀螺儀和加速度計(jì)。
另一方面，選擇信譽(yù)良好的供應(yīng)商和品牌，可以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和服務(wù)。當(dāng)然成本也是選擇陀螺儀和加速度計(jì)時(shí)需要考慮的重要因素，需要根據(jù)預(yù)算來(lái)選擇適合的產(chǎn)品。
選擇陀螺儀和加速度計(jì)需要綜合考慮多個(gè)因素，并根據(jù)具體的應(yīng)用需求來(lái)選擇適合的產(chǎn)品。在選擇時(shí)，可以參考產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格、性能評(píng)價(jià)、供應(yīng)商和品牌等信息，進(jìn)行全面比較和評(píng)估。
高度集成的6-DOF陀螺儀與加速度計(jì)
Murata基于公司成熟的3D MEMS技術(shù)和高度集成的電子器件來(lái)開(kāi)發(fā)和制造陀螺儀與加速度計(jì)零部件。Murata的工業(yè)陀螺儀提供的性能水平通常僅適用于昂貴的模塊產(chǎn)品，傳感器件和測(cè)量電路組裝在一個(gè)預(yù)成型塑料雙列直插式（DIL）封裝中，用硅膠保護(hù)并用不銹鋼蓋覆蓋，產(chǎn)品均符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，適用于無(wú)鉛回流焊。
由Murata推出的陀螺儀傳感器，可以應(yīng)用于機(jī)器人移動(dòng)傳感偵測(cè)，這款SCHA63T是適用于工業(yè)應(yīng)用的6-DOF的XYZ軸陀螺儀和XYZ軸加速度計(jì)，這個(gè)單封裝的6-DOF零部件，經(jīng)過(guò)交叉軸校準(zhǔn)后可實(shí)現(xiàn)優(yōu)于0.14°的正交誤差，陀螺儀偏置不穩(wěn)定性具有低至1°/h的水平，陀螺噪聲密度水平達(dá)到0.0015°/s/√Hz，在整個(gè)溫度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的偏移和靈敏度，并具有出眾的線性度和振動(dòng)性能，擁有廣泛的自我診斷功能，以及±300°/s的角速率測(cè)量范圍與±6g加速度測(cè)量范圍，可在?40℃～+110℃的溫度范圍工作，支持3.0V～3.6V供電電壓，是具有符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的32針堅(jiān)固SOIC外殼零部件，尺寸為19.71 mm × 12.15 mm × 4.6 mm（長(zhǎng)×寬×高），可用于安全關(guān)鍵應(yīng)用。
SCHA63T傳感器是搶先具有這種性能水平的單封裝6-DoF零部件，以往只有昂貴的高端慣性測(cè)量單元（IMU）模塊，才能提供這種級(jí)別的慣性傳感器性能。該傳感器可以在惡劣環(huán)境中實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的機(jī)器動(dòng)力學(xué)和位置感測(cè)精度，并有助于確保可靠、穩(wěn)健和經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的設(shè)計(jì)。
SCHA63T適用于要求高性能和苛刻環(huán)境要求的應(yīng)用，典型的應(yīng)用包括慣性測(cè)量單元（IMU）、導(dǎo)航定位、機(jī)器控制與引導(dǎo)、動(dòng)態(tài)傾角、機(jī)器人控制和無(wú)人機(jī)等產(chǎn)品。
組合式高性能3軸角速率傳感器和3軸加速度計(jì)
SCHA63T系列包括兩款產(chǎn)品 ― SCHA63T-K01與SCHA63T-K03。SCHA63T-K01與SCHA63T-K03都是組合式高性能3軸角速率傳感器和3軸加速度計(jì)。它由X、Y和Z軸角速率傳感器，和基于Murata成熟的電容式3D-MEMS技術(shù)的集成3軸加速度計(jì)組成。信號(hào)處理是通過(guò)兩個(gè)混合信號(hào)ASIC完成的，這些ASIC通過(guò)靈活的SPI數(shù)字接口提供角速率。傳感器組件和ASIC封裝在預(yù)成型的SOIC 32塑料外殼中，可確保在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期內(nèi)可靠運(yùn)行。
SCHA63T-K01與SCHA63T-K03的設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試均符合高穩(wěn)定性、可靠性和質(zhì)量要求。這款零部件在溫度、濕度和振動(dòng)范圍內(nèi)具有非常穩(wěn)定的輸出，并擁有多種高級(jí)自診斷功能，適用于SMD安裝并符合RoHS和ELV規(guī)范。
在陀螺儀的規(guī)格上，SCHA63T-K01的最大范圍是(XYZ) ±125°/s，SCHA63T-K03則是(XYZ) ±300°/s，兩款的振幅響應(yīng)都是13、20、46或300Hz，偏移溫度依賴性都是(Z) ±0.085°/s、(XY) ±0.65°/s，SCHA63T-K01的靈敏度是(Z) 160 LSB/°/s、(XY) 160 LSB/°/s，SCHA63T-K03則為(Z) 80 LSB/°/s、(XY) 80 LSB/°/s，兩款產(chǎn)品都支持?jǐn)?shù)字/SPI的輸出類(lèi)型。
SCHA63T-K01與SCHA63T-K03在加速度計(jì)方面的規(guī)格都相同，最大范圍為±6g，振幅響應(yīng)為13、20、46或300Hz，偏移溫度依賴性為(XYZ) ±7.3mg，靈敏度為4905 LSB/g，輸出類(lèi)型為數(shù)字/SPI。
結(jié)語(yǔ)
陀螺儀與加速度計(jì)是機(jī)器人應(yīng)用的關(guān)鍵零部件，對(duì)于機(jī)器人移動(dòng)的精確性具有重要的影響。由Murata采用3D MEMS技術(shù)推出的高度集成6-DOF的XYZ軸陀螺儀和XYZ軸加速度計(jì)，可以滿足機(jī)器人應(yīng)用在精度、體積、溫度范圍上的需求，將是機(jī)器人應(yīng)用的理想選擇。
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