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六维力和力矩传感器的技术与应用

作者：合肥力智发布时间：2021/10/25 11:05:18点击：

    六维力和力矩传感器是一种提供三轴力和三轴力矩反馈的设备，并广泛应用在机器人控制、力学实验和科研等不同的场景中。不同于其他常见的测力仪器，六维力和力矩传感器可以测量完整的六自由度环境力数据，从而使其适应于更多的应用。
    以机器人为代表的先进自动化设备具有高效可靠、经济先进的特点，已经被证明是最有效的方法，也是科学界、产业界共同前进的方向。而六维力和力矩传感器以其独特的优势扩展了新技术的应用领域，也为广大科研工作者提供了分析测力的新工具。
    随着机器人力控技术的发展，基于六轴力/力矩传感器系统的力控技术问世，以机器人为主体的现代化制造加工已成为时代的宠儿。六轴力/力矩传感器在机器人上的应用，使得机器人有了感知，提高了精度，增加了柔性。机器人力控能迅速而精确地适应加工材料或零件的表面轮廓及连贯性，有效改善加工效果、提升产品质量、缩短节拍时间，进而提高了生产效率，降低了生产成本。

高精度静态扭矩传感器

    目前，六维力和力矩传感器在机器人、航空航天、生物医学等领域得到了广泛应用，特别是在机器人领域。随着机器人的发展进入智能机器人阶段，智能机器人的“触觉”、“力觉"和“听觉"主要通过其配备的传感器得以实现。其中，六维力和力矩传感器作为测量机器人末端操作器和外部环境相互接触或抓取工件时所承受力和力矩的传感器，它为机器人的力控制和运动控制提供了力感信息，从而对完成一些复杂、精细的作业，实现机器人智能化起着重要作用。
    多种多样的力传感设备可提供一个或更多维度的力和力矩反馈，他们共同的工作原理就是通过不同的感力原件将外部力信号转换成面向用户的电信号。六维力和力矩传感器是其中最复杂、也是能提供最全面信息的一种。不同的传感器工作原理和内部结构也不相同，应用场景也就有所不同。

如何选择合适的六维力和力矩传感器？
    目前市场上常见的传感器，根据敏感元件的种类，六维力和力矩传感器可分为电阻应变式、压电式、电容式、光学式等几类。ATI的六轴力力矩传感器，采用的是硅应变片原理，扭力梁上贴硅应变片，硅应变片应外力后产生阻值变化，再转化成电压信号，之后根据电压变化，对应出力和力矩的数值。传感器输出六个数值Fx , Fy ,Fz ,Tx ,Ty ,Tz给机器人控制器，不同的机器人是根据自己的机器人控制系统，开发自己相适应的软件包，通过计算后，变成可执行程序，从而改变机器人工具和工件的接触力。在使用当中选择合适的传感器可以最大程度优化测量精度，使应用效果达到最好。
    机器人控制当中末端力反馈可以实现带六维力和力矩传感器的整臂控制，这也是现今主流机器人厂商的技术路线。这大大拓展了机器人的应用场景，使得闭环的机器人打磨、机器人装配等成为可能。

    三维力传感器

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