六维力传感器的原理与设计 

每个力对应一个矢量 既有大小又有方向 单维力传感器: 只有力大小已知 某些方面应用时需要已知更多的信息 单维力传感器：两个力看起来都是5N 六维力/力矩传感器 六维力传感器 三维空间：需要知道 每个轴上的力和力矩 六维力传感器的结构 3竖直支承六维力传感器 4竖直支承六维力传感器 圆筒形六维力传感器 双环形六维力传感器 十字叉式 六维力传感器 8竖直支承六维力传感器 6维力传感器的结构 非径向三梁结构六维力传感器 T型杆结构六维力传感器 高等人发明的六维力传感器 Stewart 力传感器样机 Dwarakanath et al. 的 六维力/力矩传感器 Nguyen et al. 的 六维力/力矩传感器 Ranganath et al. 的 六维力/力矩传感器 Kang的 六维力/力矩传感器 刚度大 结构紧凑 承载能力大 无累积误差 精度高 反解简单 传统的Stewart 力传感器 传统的Stewart 力传感器 关节摩擦力矩较大 易产生机械间隙和迟滞现象 很难使各预紧力一致 传统的采用球副 预紧式传感器的结构分析 大大降低了关节摩擦力矩的影响 减小了机械滞后现象 修正后具有单一约束的球副 预紧分支 预紧螺母 有中间预紧分支的预紧式传感器 上平台 弹性分支 预紧支路 下平台 双层预紧式力传感器 中间预紧分支的结构相对比较复杂 施加预紧力比较困难 具有7分支的双层预紧式力传感器 双层预紧式力传感器 （1）测力平台；（2） 预紧平台；（3） 测量分支；（4）球窝； （5）下平台; （6） 球窝；（7）预紧螺栓；（8）基座 8分支上下层预紧式力传感器 (1) 测力平台; (2) 预紧平台; (3) 测量分支; (4) 球窝;(5) 预紧螺栓;(6) 基座 8分支左右预紧式力传感器 (1) 测力平台; (2) 左预紧平台; (3) 测量分支; (4) 右预紧平台; (5) 预紧螺栓。 实验研究 具有中间预紧分支的力传感器样机 加载面 标准单维力传感器 六维力传感器的标定系统 单维力传感器 数据采集和 处理软件 六维力传感器 载荷 导轮 测量误差 力/力矩分量 测量误差 Fx 0.2% Fy 0.4% Fz 1.3% Mx 0.1% My 1.1% Mz 0.4% 六维力/力矩传感器的应用 机械臂的末端感应器 触觉 微力的测量 六维力/力矩传感器有着很广泛的应用，如机械装配、产品测试、机器人物料输送、触觉、微力测量等。

在工业打磨行业，传统的工人打磨，存在工件一致性差、废品率高、人工成本高，以及粉尘爆炸危险等市场痛点。对此，机器人换人，已成为市场刚需。力觉传感器是一类触觉传感器，它在机器人和机电一体化设备中具有广泛的应用。力和力矩传感器是用来检测设备内部力或与外界环境相互作用力为目的，力这一物理量无法被直接测量，可通过其他物理量间接测量得出。

力传感器可用作变换器，如应变元件，它可提供一个与变形、亦即作用于接触点的力成正比的信号。力觉传感器可检测机器人有关部件，比如手腕、手指所受外力及转矩，可控制手腕移动，伺服控制，准确完成作业。作为力传感器中一种新发展起来的传感器，六维力传感器能同时转换多维力/力矩信号为电信号，可用于监测方向和大小不断变化的力与力矩，并测量加速度或惯性力，以及检测接触力的大小和作用点。 　　

广义上，六维力传感器可检查空间任意力系中的三维正交力（fx、fy、fz）及三维正交力矩（mx、my、mz），由于其测力信息丰富、测量精度高等特点，主要应用在力及力-位控制场合，六维力/力矩传感器为机器人控制提供力感信息，是智能机器人重要的传感器。 不同类型的六维力传感器结构，在六维力传感器研究中，力敏元件的结构设计是力传感器的关键核心问题，因为力敏元件的结构决定力传感器的性能优劣。对此，国际和国内许多学者进行了大量的研究工作，提出了多种六维力传感器结构。六维力传感器在工业级的主要应用领域是装配和打磨，打磨是机器人运用非常广泛的一个领域，就目前市场情况来看，对于打磨精度要求较高的行业主要是3C行业，而且3C行业劳动密集度高，迫切需要实现自动化改造。再加上3C行业的柔性化需求，需要更高智能的打磨机器人才能更好的满足市场需求。 

六维力传感器，通过传感器固定座与机械臂的末端关节固定连接。静态条件下，机械手腕部六维力传感器测得的力和力矩数据由三部分组成，即传感器自身系统误差、负载重力作用、负载所受外部接触力。在加工、装配等工业机器人应用中，机器人末端工具或工件与外界环境的接触力需要被准确的感知，控制系统据此修改机器人的运动，才能保证作业的柔顺性。