浅谈多维力传感器技术原理和常见功能属性参数

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。

多维力传感器也被叫作应变式多维力传感器，多维力传感器是基于电阻应变式原理的测力装置。

多维力传感器一般由电阻应变计和弹性元件、惠斯通电桥电路三部分组成。多维力传感器运行原理是被称物体的作用力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，再通过惠斯通电桥电路将电阻变化转化为电压输出，通过显示仪表将测得此电压输出值即可完成测量计量任务。电阻应变计是多维力传感器的主要核心元件，电阻应变计是敏感型元件，一般用来测量许多物理量，另外粘贴在多维力传感器弹性元件上为应变电阻转化元件，它也是称重传感器的核心部件。

多维力传感器常见功能属性有量程、精度、三轴综合精度、输出灵敏度、供桥电压、绝缘电阻、使用温度等，以下罗列了一款多维力传感器产品的一些属性参数，希望对大家深入了解多维力传感器有所帮助。

量程：Fx:5kg 10kg 20kg 50kg 100kg 200kg、、、、、20t(可定制)

Fy:5kg 10kg 20kg 50kg 100kg 200kg、、、、、20t(可定制)

Fz:5kg 10kg 20kg 50kg 100kg 200kg、、、、、50t(可定制)

精度：Fx=Fy=Fz=0.3%F.S

三轴综合精度≤2%

输出灵敏度：1.0±0.5mV/V

供桥电压：12VDC

绝缘电阻≥5000MΩ

使用温度：-20~70℃

宁波辰邦多维力传感器的标定均在假设传感器系统为线性系统的情况下进行，即传感器静态数学模型满足F=CV其中，V是多维力传感器输出的6路原始信息，F是经过计算的6路力信息。

传感器静态标定的实质就是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。如果不考虑传感器的非线性因素的影响，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，就可以得到一个惟一解C。

多维力传感器产品概述：