机器人只有能够掌握自己在空间中的位置与移动的速度，才能够确保移动位置的精确性，以执行所需执行的动作，其便需要仰赖陀螺仪与加速度计来侦测移动的角速率与加速度。本文将为您介绍陀螺仪与加速度计的发展与特性，以及由Murata推出的高集成6自由度（Degrees of Freedom, DOF）的XYZ轴陀螺仪和XYZ轴加速度计的产品特性。

具备高精度的微机电陀螺仪与加速度计

陀螺仪和加速度计都是一种传感器，用于测量物体的运动状态。它们常常被应用于许多科技产品中，例如手机、平板计算机、机器人、无人机等。


陀螺仪的运作原理是利用陀螺效应，这是一种物理现象，当一个旋转的物体受到外力时，它会产生一个力矩，使其旋转轴发生变化。在陀螺仪中，一个转子被固定在三个轴上，当陀螺仪受到外力时，转子会受到力矩，使得陀螺仪产生旋转，这样就可以测量物体的旋转状态。


加速度计的运作原理则是利用牛顿第二运动定律，即当一个物体受到外力时，它会产生加速度。在加速度计中，一个质量块被固定在一个弹簧上，当加速度计受到外力时，质量块会受到弹簧的压缩或拉伸，这样就可以测量物体的加速度。通常，加速度计会在三个轴上安装，以测量物体在三个方向上的加速度。


陀螺仪和加速度计通常会被组合在一起，形成称为六轴传感器的装置。六轴传感器可以同时测量物体的旋转和加速度，并将数据传输到计算机或其他装置中，以进一步分析和应用。


近年来，随着技术的发展，陀螺仪和加速度计也有了一些新的发展。首先，陀螺仪的精度和稳定性得到了大幅提升。目前市场上已经出现了一些高精度的MEMS（微机电系统）陀螺仪，能够实现厘米级的测量精度，并具有很高的稳定性和抗干扰性。


另一方面，陀螺仪和加速度计的应用范围也在不断扩大。除了传统的运动检测和手机传感等应用外，现在还有许多新兴的应用，例如无人驾驶、智能健身、虚拟现实等。为了应对这些应用，陀螺仪和加速度计的精度和灵敏度也在进一步提高，同时还加入了更多的功能和特性，例如低功耗、小尺寸、多轴测量等。


总体来说，随着科技的发展，陀螺仪和加速度计的应用前景越来越广阔，也会继续进行技术上的创新和升级，以满足更多、更高端的应用需求。


依据应用需求来选择陀螺仪与加速度计

选择陀螺仪和加速度计需要考虑多个因素，首先要考虑应用场景，不同的应用场景需要不同的陀螺仪和加速度计，例如手机传感、工业自动化、无人机控制等，在选择时要根据具体的应用需求，来选择适合的陀螺仪和加速度计。


此外，精度和稳定性是陀螺仪和加速度计的重要性能指标，通常需要根据具体的应用需求来选择不同精度和稳定性的产品。再来则要考虑灵敏度和范围，这是陀螺仪和加速度计的重要参数，灵敏度越高，能够测量的加速度范围就越小；范围越大，能够测量的加速度范围就越广，因此需要根据具体的应用需求来选择不同灵敏度和范围的陀螺仪和加速度计。


另一方面，选择信誉良好的供应商和品牌，可以确保产品的质量和服务。当然成本也是选择陀螺仪和加速度计时需要考虑的重要因素，需要根据预算来选择适合的产品。


选择陀螺仪和加速度计需要综合考虑多个因素，并根据具体的应用需求来选择适合的产品。在选择时，可以参考产品的技术规格、性能评价、供应商和品牌等信息，进行全面比较和评估。


高度集成的6-DOF陀螺仪与加速度计

Murata基于公司成熟的3D MEMS技术和高度集成的电子器件来开发和制造陀螺仪与加速度计零部件。Murata的工业陀螺仪提供的性能水平通常仅适用于昂贵的模块产品，传感器件和测量电路组装在一个预成型塑料双列直插式（DIL）封装中，用硅胶保护并用不锈钢盖覆盖，产品均符合RoHS标准，适用于无铅回流焊。


由Murata推出的陀螺仪传感器，可以应用于机器人移动传感侦测，这款SCHA63T是适用于工业应用的6-DOF的XYZ轴陀螺仪和XYZ轴加速度计，这个单封装的6-DOF零部件，经过交叉轴校准后可实现优于0.14°的正交误差，陀螺仪偏置不稳定性具有低至1°/h的水平，陀螺噪声密度水平达到0.0015°/s/√Hz，在整个温度范围内具有稳定的偏移和灵敏度，并具有出众的线性度和振动性能，拥有广泛的自我诊断功能，以及±300°/s的角速率测量范围与±6g加速度测量范围，可在−40℃～+110℃的温度范围工作，支持3.0V～3.6V供电电压，是具有符合RoHS标准的32针坚固SOIC外壳零部件，尺寸为19.71 mm × 12.15 mm × 4.6 mm（长×宽×高），可用于安全关键应用。


SCHA63T传感器是抢先具有这种性能水平的单封装6-DoF零部件，以往只有昂贵的高端惯性测量单元（IMU）模块，才能提供这种级别的惯性传感器性能。该传感器可以在恶劣环境中实现厘米级的机器动力学和位置感测精度，并有助于确保可靠、稳健和经过验证的设计。


SCHA63T适用于要求高性能和苛刻环境要求的应用，典型的应用包括惯性测量单元（IMU）、导航定位、机器控制与引导、动态倾角、机器人控制和无人机等产品。


组合式高性能3轴角速率传感器和3轴加速度计

SCHA63T系列包括两款产品 ― SCHA63T-K01与SCHA63T-K03。SCHA63T-K01与SCHA63T-K03都是组合式高性能3轴角速率传感器和3轴加速度计。它由X、Y和Z轴角速率传感器，和基于Murata成熟的电容式3D-MEMS技术的集成3轴加速度计组成。信号处理是通过两个混合信号ASIC完成的，这些ASIC通过灵活的SPI数字接口提供角速率。传感器组件和ASIC封装在预成型的SOIC 32塑料外壳中，可确保在产品的整个生命周期内可靠运行。


SCHA63T-K01与SCHA63T-K03的设计、制造和测试均符合高稳定性、可靠性和质量要求。这款零部件在温度、湿度和振动范围内具有非常稳定的输出，并拥有多种高级自诊断功能，适用于SMD安装并符合RoHS和ELV规范。


在陀螺仪的规格上，SCHA63T-K01的最大范围是(XYZ) ±125°/s，SCHA63T-K03则是(XYZ) ±300°/s，两款的振幅响应都是13、20、46或300Hz，偏移温度依赖性都是(Z) ±0.085°/s、(XY) ±0.65°/s，SCHA63T-K01的灵敏度是(Z) 160 LSB/°/s、(XY) 160 LSB/°/s，SCHA63T-K03则为(Z) 80 LSB/°/s、(XY) 80 LSB/°/s，两款产品都支持数字/SPI的输出类型。


SCHA63T-K01与SCHA63T-K03在加速度计方面的规格都相同，最大范围为±6g，振幅响应为13、20、46或300Hz，偏移温度依赖性为(XYZ) ±7.3mg，灵敏度为4905 LSB/g，输出类型为数字/SPI。

结语

陀螺仪与加速度计是机器人应用的关键零部件，对于机器人移动的精确性具有重要的影响。由Murata采用3D MEMS技术推出的高度集成6-DOF的XYZ轴陀螺仪和XYZ轴加速度计，可以满足机器人应用在精度、体积、温度范围上的需求，将是机器人应用的理想选择。