六维力传感器介绍及其应用
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。
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。
六维力传感器工作原理：
宁波辰邦六维力传感器的每一个力对应一个矢量，它们既有大小又有方向，它的标定都是假设传感器系统是一个线性系统，即传感器静态数学模型满足 F=CV V是它的6路原始输出信息(列信息，单位是V)，F是经过计算的6路力信息(列信息，力的单位是KN，力矩的单位是KNm)。
利用施加在六维力传感器上的广义力矢量组F和通过数据采集上采样得到的传感器6个输出信号矢量组V求出标定矩阵C，传感器的输出信号是一个6路电压信号组成的矢量。 在不考虑传感器的非线性因素影响下，只要给传感器施加6个线性无关的力矢量，并测得对应6个力矢量的传感器的输出电压信号矢量V，就可以得到一个唯一解C。
宁波辰邦六维力传感器属于力觉传感器。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。
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。
要应用在力及力-位控制场合，如力控精密装配、力控精密打磨、机器人拖动示教、碰撞测试、康复机器人、人形机器人等。
六维力传感器介绍及其应用：
上世纪 60 年代，传感器开始应用于机器人，并逐渐成为了机器人的重要组成部分，传感器的应用可谓是机器人发展过程中一个重要的里程碑。其中，六维力传感器是工业机器人最为常用的传感器。
2013 年，德国提出了“工业 4.0”的概念，随后中国也于 2015 年制定了“中国制造 2025”计划，“智能制造”成为了热门词汇，工业制造开始向着自动化和智能化的方向发展。在此过程中，工业机器人的应用正在变得越来越广泛，因此人们对于机器人传感器也提出了越来越高的要求。六维力传感器正是这样一种主要用在机器人手臂上的传感器，它能够同时测量三个轴向力和三个轴向力矩，即(Fx，Fy，Fz，Mx，My，Mz)，六维力传感器是保证机器人能够快速而又高精度完成工作任务的重要构件之一。人们也常称之为多维力传感器、六轴力传感器或者六维力/力矩传感器等，以下为了方便将其称为六维力传感器，此处的“力”是指广义的力，它同时涵盖力和力矩的范畴。实际应用中，力传感器包括单维、二维、三维、四维、五维、六维，它们用途各有不同，但又有相通之处，我们可以将它们统称为多维力传感器，此处的“多”是指广义的多。其中六维力的测量，无疑是难度最大的，但六维力传感器功能最全面，应用也最为广泛，因此对六维力传感器的研制与应用在工程中有着重要的意义。
随着现代科技的高速发展，六维力传感器得到了非常广泛的应用。它最常见的用途是应用于工业机器人，实现精密打磨、精密装配、示教学习等功能，还适用于协作机器人、医疗机器人、空间机器人等。其应用场景包括拖动示教、力控打磨和抛光、力控码垛、力矩反馈控制、轮廓跟踪，还有风洞测试，以及航天领域中空间站的对接仿真模拟，火箭发动机的推力测验等。随着工业自动化水平的不断提高，工业机器人的应用越来越广泛，六维力传感器的市场需求量也必将水涨船高。
六维力传感器在使用过程中如何避免过载？
宁波辰邦传感器在使用时发生了过载。在售后沟通的过程中，我们发现：
大部分过载主要出现在以下几种情况:
传感器在调试过程中发生撞击；
机械臂与工件刚接触时；
传感器受到的瞬时载荷过大；
传感器规格与实际工况下的力矩不匹配；
综合分析后，我们发现传感器过载主要原因是传感器受到的弯矩超出传感器的量程范围。
所以，我们需要对传感器的受力情况根据实际进行评估。计算传感器在整体工况下受到的最大弯矩，从而来判断该传感器是否能够正常工作，符合工作要求。
我们就一起探讨宁波辰邦六轴力传感器在使用过程中如何避免过载。
那么，如何计算传感器实际受到的力矩值呢？
接下来，我们以宁波辰邦KWR75B六轴力传感器为例进行说明。
首先，宁波辰邦传感器的载荷参考平面，也就是安装面上加装示教杆，以此为例进行力矩分析，示教杆末端相对于传感器的载荷参考平面距离为100毫米，假设我们在示教杆末端侧向施加一个100N的力，此时传感器的载荷参考平面除了受到100N的力，也会受到力矩，其大小为100N X 100mm，也就是10Nm，10Nm已经超过了此型号传感器的设计量程8Nm，传感器会发生过载。在这种情况下，我们可以通过调整示教杆长度，减小传感器受力值，或者重新更换大量程传感器来避免过载。
另外，末端执行器或工装的自重也会引起弯矩，所以在核算弯矩时，要同时考虑外力和自重的影响。虽然宁波辰邦六轴力传感器有一定的过载能力，但还是需要防止传感器的过载，超量程使用传感器会影响传感器的使用精准度及寿命。如果超过了传感器的过载极限，甚至会对传感器造成不可逆的损伤。即便是短时间的超载，也会造成传感器的损坏。
