冶金 1756-L74 可拆卸端子 一站式服务

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经过对稳定性、刚度、动态特性、成本与信噪比五个维度的比较，硅应变传感 器综合性能优异。硅应变片的稳定性、信噪比、动态特性要好于金属应变片，刚 度上两者差异不大，成本上金属略优，但这几年硅应变片的工艺有了提升和改进， 综合成本也在大幅降低。

六维力/力矩传感器的研发难度非常大。它不是三个一维力传感器和三个扭矩传 感器结构的简单叠加，它的非线性力学特征明显，要考虑多通道信号的温漂、蠕 变、交叉干扰、数据处理的实时性，再加之六维联合加载标定的复杂性 ，六维 力传感器的技术难度可谓是一维力传感器难度的六次方。

六维力传感器面临两个关键技术问题：全方位机械过载保护和动态性能。机械 过载保护是指作用到传感器的力超过某一数值时，为避免传感器损坏而增加的一 种附属结构。国内外学者也提出了基于不同结构的机械过载保护装置，但由于保 护装置结构复杂且加工精度要求较高等限制，生产出具有全方位机械过载保护装 置的六维力传感器的成熟产品仍有难度。传感器性能指标包括静态性能指标和动 态性能指标。在实际的力测量过程中，被测信号大多是动态信号，如机器人打磨 抛光时的接触力、物体高速运动过程中的称重和paodan发射过程时的后座力等信号， 这些信号属于快速时变信号，动态性能较差的传感器很难跟踪测量这些信号，所以必须在充分了解传感器的动态性能后方能选择合适的传感器来进行测量。

除了优化自身结构、形状等方法提高动态性能外，一些国内外学者利用动态补偿滤波 器、遗传算法、神经网络算法等智能算法来提高传感器的动态性能，取得了良好 的效果。国外对六维力/力矩传感器的研究起步较早。国内外学者对六维力传感器结构都 做了大量的研究与改进，目的是提高传感器的灵敏度和抗过载能力，减少维间耦 合误差，改善动态性能，从而更好地辅助机器人实现智能化控制。

1.2 力传感器是机器人实现主动柔顺控制的核心部件

六维力测量技术属于平台型技术，根据应用场景的环境、载荷、安装、通讯、算 力、动力学特性等需求不同，在不同的应用领域，六维力传感器的产品形态和技 术特点也有较大区别。目前，六维力传感器主要应用于汽车行业的碰撞测试、轮 毂、座椅等零部件测试以及航空航天、生物力学、医疗领域、科研实验、机器人 与自动化等领域。

在汽车领域，六维力/力矩传感器被广泛地用在汽车部件和系统级测试、发动机 和动力总成测试、车辆和试验厂测试、总装和终测试。它们在确定新车和部件 设计的完整性和优化方面都能发挥重要作用，同时还有助于保证效率、安全性和 正确的功能。航空航天领域是六维力传感器早的重要应用领域之一，可用于测量风洞试验、 飞机、卫星、火箭等飞行器各种运动状态下的六维力信息，通过这些信息，飞行 器可以更加准确地感知环境，控制姿态，完成各项任务。随着航空航天技术的不 断发展和应用的深入，六维力和力矩传感器还可以用于飞机制造、飞行器着陆和 起飞过程的监测、机械臂控制、结构健康监测等领域。六维力传感器的应用能够 提高航空航天系统的性能、安全性和可靠性。

在医疗手术和康复领域，手术机器人的力感知可作为力反馈的依据以提升手术的 安全性。根据临床场景的不同，手术机器人主要分为腔镜机器人、骨科机器人、 穿刺机器人、经自然腔道机器人、泛血管机器人等五类机器人。目前，协作机械 臂+六维力传感器的组合已广泛应用于血管介入手术机器人、外科手术机器人、 医疗检测机器人及远程操控机器人等;中国手术机器人行业处于早期发展阶段， 增长潜力较大。根据 GGII预计，未来 3-5年，骨科机器人和泛血管手术机器人将 占手术机器人市场的 20%以上。随着技术的不断进步和应用的深入，六维力传感 器在医疗领域的应用前景将会更加广阔，六维力传感器产品将逐渐成为类似应用 场景中的刚需。

柔顺控制可解决很多传统位置控制难以解决的问题，有利于扩展机器人的功能。在许多交互任务中需要机器人与对象或环境发生接触，两者接触时，会在接触面 之间产生相互作用力，只靠位置控制可能导致很大的误差。由于采用位置控制的机器人可通过结构化环境的设置，依靠快速、的位置控制预设编程完成“固 定轨迹”的任务。而在执行接触任务时，末端执行器与规划轨迹之间的微小偏差 就可能导致机械臂与物体表面脱离接触或在接触面上施加过强的压力；对于机器 人的高刚性结构，微小的位置误差可能会导致非常大的作用力甚至灾难性的后果。所以为了实现交互任务，机器人需要表现出柔顺性。柔顺力控主要是从力传感器 获得力信号，再将其转化为机器人的控制信号，使机器人响应此信号而动作。

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