加速度计（Accelerometer）#

加速度计传感器用于测量安装点在局部坐标系下的三轴线性加速度。在机器人仿真中，加速度计常用于感知机器人的运动状态，为控制算法提供重要的反馈信息。

🎯 功能描述#

加速度计测量的是传感器安装点在site 局部坐标系下的线性加速度，包括重力加速度的影响。该传感器返回的是一个包含 3 个浮点数的数组，分别表示 X、Y、Z 轴方向上的加速度分量。

📋 返回值格式#

acceleration = model.get_sensor_value("accelerometer_name", data)
# 类型：numpy.ndarray[float32]
# 形状：shape = (*data.shape, 3)
# 单位：m/s²

acceleration[..., 0]: X 轴方向的加速度分量（局部坐标系）
acceleration[..., 1]: Y 轴方向的加速度分量（局部坐标系）
acceleration[..., 2]: Z 轴方向的加速度分量（局部坐标系）

⚙️ MJCF 配置参数#

在 MotrixSim 中，加速度计传感器支持以下 MJCF 配置字段：

基本配置#

<sensor>
    <accelerometer name="sensor_name"
                   site="site_name"/>
</sensor>

支持的属性#

属性名	类型	必需	默认值	描述
name	string	✅	-	传感器的唯一标识名称
site	string	✅	-	安装传感器的参考点名称

注意: MotrixSim 目前暂不支持 MJCF 标准中的cutoff、noise和user属性。

📝 配置示例#

基本加速度计配置#

<!-- 在body中定义安装点 -->
<site name="car_imu" type="sphere" size="0.03" rgba="0 1 0 1" pos="0 0 0"/>

<!-- 定义加速度计传感器 -->
<sensor>
    <accelerometer name="car_accelerometer" site="car_imu"/>
</sensor>

多个加速度计配置#

<!-- 为不同位置安装多个加速度计 -->
<site name="imu_base" pos="0 0 0" size="0.02"/>
<site name="imu_end" pos="0 0 1" size="0.02"/>

<sensor>
    <accelerometer name="acc_base" site="imu_base"/>
    <accelerometer name="acc_end" site="imu_end"/>
</sensor>

🚀 使用示例#

Python API 使用#

import numpy as np
from motrixsim import load_model, SceneData, step

# 加载场景
model = load_model("scene_with_accelerometer.xml")
data = SceneData(model)

# 运行仿真并获取加速度计数据
for step_count in range(1000):
    step(model, data)

    # 获取加速度计数据
    acc_data = model.get_sensor_value("car_accelerometer", data)

    # 如果是单环境仿真，数据形状为 (3,)
    if acc_data.ndim == 1:
        print(f"加速度: [{acc_data[0]:.3f}, {acc_data[1]:.3f}, {acc_data[2]:.3f}] m/s²")

        # 计算加速度大小
        acc_magnitude = np.linalg.norm(acc_data)
        print(f"加速度大小: {acc_magnitude:.3f} m/s²")
    else:
        # 向量化环境的情况
        print(f"加速度数据形状: {acc_data.shape}")

实际应用场景#

# 机器人跌倒检测
def detect_fall(acceleration, threshold=15.0):
    """基于加速度计数据检测跌倒"""
    acc_magnitude = np.linalg.norm(acceleration)
    return acc_magnitude > threshold

# 静止检测（考虑重力）
def is_stationary(acceleration, gravity_threshold=9.5):
    """检测设备是否静止（考虑重力影响）"""
    acc_magnitude = np.linalg.norm(acceleration)
    # 静止时加速度大小应接近重力加速度
    return abs(acc_magnitude - gravity_threshold) < 0.5

# 计算倾斜角度
def calculate_tilt_angle(acceleration):
    """基于加速度计计算设备的倾斜角度"""
    # 假设设备主要受重力影响
    gravity = np.array([0, 0, -9.81])

    # 归一化向量
    acc_norm = acceleration / np.linalg.norm(acceleration)
    gravity_norm = gravity / np.linalg.norm(gravity)

    # 计算夹角
    cos_angle = np.dot(acc_norm, gravity_norm)
    angle = np.arccos(np.clip(cos_angle, -1.0, 1.0))

    return np.degrees(angle)

📊 物理原理#

加速度计的测量基于牛顿第二定律。在仿真环境中：

局部坐标系测量: 返回的加速度值是在 site 的局部坐标系中表示的
重力影响: 当传感器相对于地面静止时，会测量到重力加速度在局部坐标系中的投影
线性加速度: 测量的是安装点的纯线性加速度，不包括旋转分量

例如，当机器人倾斜时，即使静止，加速度计也会因为重力在局部坐标系中的分量而产生非零读数。

⚠️ 注意事项#

局部坐标系: 返回的加速度值是在 site 的局部坐标系中表示的，不是全局坐标系
重力影响: 静止时加速度计会测量到重力加速度在局部坐标系中的投影
安装位置: 传感器测量的是 site 安装点位置的加速度
不支持高级属性: MotrixSim 目前不支持cutoff、noise和user属性
数据类型: 返回值是numpy.ndarray类型，形状支持向量化环境