浅析多维力传感器的原理和优点
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、宁波辰邦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。
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。
多维力传感器和扭矩传感器是一种提供三轴力和三轴力矩反馈的设备,「泛应用于机器人控制、机械实验和科学研究等不同场。与其他常见的力測星仪器不同,多维力和担矩传感器可以测星完整的六自由度环境力数据。以适应更多的应用。各行各业都在思考如何提高效率和降低成本。中国共产党第十九届全国代表大会的报告指出,中国经济已经从快速增长阶段转向高质量发展阶段。工业作为新中国成立以来经済建设的首要任务,在新时代的背景下率先走上了创新促进发展的道路。以机器人为代表的先进自动化设备具有高效、可靠、经済先进的特点,已被证明是科学产业最有效的方向。多维力和扭矩传感器以其独特的优势扩展了新技术的应用领域,也为研究人员分析和测量提供了新的工具。
多维力传感器原理：宁波辰邦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。
多维力传感器应用特点：多维力传感器可以同时检测三个方向的力值变化情况,X轴、Y轴、Z轴(垂直力输出三组电压信号,该传感器有三种测量载荷可选(每通道)以通过多通道显示仪表显示数据值。
多维力传感器的优点：
宁波辰邦多维力传感器与单轴力传感器比较，除了要解决对所测力分量敏感的单调性和一致性问题外，还要解决因结构加工和工艺误差引起的维间（轴间）干扰问题、动静态标定问题以及矢量运算中的解耦算法和电路实现等。我们已经彻底解决了多维力传感器研究中的科学问题，如弹性体的结构设计、力学性能评估、矢量解耦算法等，也掌握了核心制造技术，具有从宏观机械到微机械的设计加工能力。产品覆盖了二维到六维的全系列多维传感器，量程范围从几百克力到几十吨，并获得弹性体结构和矢量解耦电路等方面多项专利技术。
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。
宁波辰邦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。
