浅谈多维力传感器
多维力传感器的背景技术分析：
目前打磨工作多以人工为主，人工打磨存在加工成本高、危害工人身体健康、安全隐患大等问题。更为关键的问题是因为工件形状复杂，比如玻璃模具，铸件，玉石工艺品等，人工打磨浪费工时，加工效率低，造成打磨产量低。采用机器人打磨具有灵活性高、安全性高、稳定性强等优点，能实现对大批量复杂几何外形工件的打磨工作。打破传统的轮毂打磨加工模式，将机器人技术、控制技术、传感器技术等多种技术相融合，采用全新的技术理念研究既满足生产需要又符合经济效益的自动打磨技术，是我国制造业快速发展的需求，更是增强国内轮毂打磨市场竞争力的需求。目前机器人打磨加工系统多为位置控制或速度控制，无法实现对恒定力的控制。实现对打磨加工工作中力的实时采集及处理，是机器人打磨加工系统中的关键技术之一。
宁波辰邦多维力传感器能检测力在空间作用的全部信息，即在空间坐标系所形成的三个分力和三个力矩Fx，Fy，Fz，Mx，My，Mz，因此广泛的应用在机器人接触操作中，是机器人打磨任务中不可或缺的重要传感单元。利用传感测量原理，多维力传感器主要由电容式、压阻式、应变式、压电式等，早期传感器结构为压阻式传感器，各分力耦合程度高且很难解耦、灵敏度较低，电容式、压电式传感器存在量程小的缺点。采用双层十字梁的方式实现解耦，公开了一种正交解耦多维力传感器，存在z向尺寸大，z向承受载荷小及加工成本高的缺点，公开了一种结构紧凑的多维力传感器，仅适用于小量程的应用场景。通过双轴弹性铰链实现了力解耦，存在非对偶正交，力易施加不均，测量不准确的缺点。采用一体加工的方式设计了十字梁，并采用销轴，设置多个相配件的配合精度实现过载保护，存在各零件精度要求高，加工成本高的缺点。
本发明的多维力传感器，结构简单紧凑，测量准确，实现了力的正交解耦，同时加工成本低，在工业自动打磨领域具有很大的应用前景。
近几年，机器换人成为热潮，工业机器人市场火爆。为了使机器人提高适应能力，及时检测到作业环境，在机器人上应用了大量的传感设备，这些六维力传感器改善了机器人工作状况，使其能够更充分地完成复杂的工作。
在一台机器人身上，集成了触觉传感器、视觉传感器、力觉传感器压力传感器、接近觉传感器、超声波传感器和听觉传感器等，它们各自分工明确，确保机器人能与人类一样正常工作。很多协作机器人集成了力矩传感器和摄像机，以确保在操作中拥有更好的视角，同时保证工作区域的安全；视觉传感器是一个可以执行多种任务的摄像头。从检测运动物体到传输带上的零件定位，使机器人可以根据接收到的信息适当调整自己的动作；如果说视觉传感器给了机器人眼睛，那么六维力传感器则赋予机器人触觉，利用力矩传感器感知末端执行器的力度；除了考虑机器人自身的正常运作，为了保障作业人员的安全，机器人还应安装上安全传感器，当机器人感知到异常的力度时，触发紧急停止，从而确保作业人员的安全。
“由于机器人也趋于小型化，传感器的安装空间更是有限，所以在机器人的应用中，更需要微小型传感器，堡盟发挥其善做微小型产品的优势，重点关注产品在机器人领域的应用，使其高速、高精度的特点在机器手臂中发挥得淋漓尽致。”
针对现有技术的不足，急需开发出一种既能满足工业生产要求，又能具备良好灵敏度、高线性度、成本低等优点的多维力传感器。
宁波辰邦多维力传感器是基于应变式传感器基础上采用电阻应变式的测量原理。也叫做应变式三维力传感器，组成部分有弹性体，电阻应变计和惠斯通电桥组成。被测物体的重量或力值作用在弹性元件上使其变形而产生形变量，使粘贴在弹性梁体的电阻应变计阻值发生改变，再通过惠斯通桥路产生电压信号输出，通过二次显示仪表或模拟量变送器使其转化成可采集的电压或电流信号，这样即可完成测量力值任务。三维力应用具有以下特点：三维力传感器可同时测量三个轴方向的力值变化，分别为X轴，Y轴和Z轴（垂直力）,其中X轴Y轴可分为正向和反向测量，信号输出为正信号和负信号。
宁波辰邦传感器安装：维力传感器外形采用圆柱式法兰机构,安装时将传感器水平直,一端法兰通过螺纹固定住,另一端直接与被测物件连接,即可测量。
多维力传感器是一种能够同时测量两个方向以上力及力矩分量的力传感器，在笛卡尔坐标系中力和力矩可以各自分解为三个分量。因此，多维力最完整的形式是六维力/力矩传感器，即能够同时测量三个力分量和三个力矩分量的传感器，多维力传感器被广泛使用于多种场合。在某些场合，不需要测量完整的六个力和力矩分量而只需要测量其中某几个分量，因此，就有了二、三、四、五维的多维力传感器。多维力传感器广泛应用于机器人手指、手爪研究；指力研究；牙齿研究；力反馈；刹车检测；精密装配、切削；复原研究；整形外科研究；产品测试；触觉反馈；示教学习等方面。覆盖了机器人、汽车制造、自动化流水线装配、生物力学、航空航天、轻纺工业等领域。
多维力传感器原理：多维力传感器基于应变式测力传感器的基础上采用电阻应变式原理,也称应变式多维力传感器。有弹性元件、电阻应变计和惠斯通电桥电路组成。被称物体的重量作用在弹性元件上使其变形而产生应变量,粘贴在弹性元件上的电阻应变计将于物体重量成正比的应变量转化为电阻变化,再通过恵斯通电桥电路将电阻变化转化为电压翰出,通过显示仪表将测得此电压翰出值即可完成测量计量任务。
多维力传感器结构类别：
三维力传感器能同时检测三维空间的三个力信息（Fx、Fy、Fz），通过它控制系统不但能检测和控制机器人手抓取物体的握力，而且还可以检测抓物体的重量，以及在抓取操作过程中是否有滑动、振动等。三维指力传感器有侧装和顶装式两种，侧装式三维力指力传感器一般用于二指的机器人夹持器，顶装式三维指力传感器一般用于机器人多指灵巧手。
六维力传感器是智能机器人重要的传感器，它能同时检测三维空间（笛卡尔坐标系）的三维力信息，即三个力分量和三个力矩分量。
本产品广泛应用于精密装配，自动磨削、轮廓跟踪、双手协调、零力示教等作业中，在航空、航天及机械加工，汽车等行业中有广泛的应用。
传感器弹性体采用专利结构，灵敏度高、刚性好、三维间耦合小、有机械过载保护功能。综合解耦桥路信号综合为三维空间的六个分量，可直接用于力控制。采用标准串口和并口输入输出。产品既可与控制计算机组成两级计算机系统，也可联接终端，构成独立的测试装置。
