淺談多維力傳感器技術(shù)原理和常見功能屬性參數(shù)
多維力傳感器指的是一種能夠同時測量兩個方向以上力及力矩分量的力傳感器，在笛卡爾坐標系中力和力矩可以各自分解為三個分量，因此，多維力最完整的形式是六維力/力矩傳感器，即能夠同時測量三個力分量和三個力矩分量的傳感器，廣泛使用的多維力傳感器就是這種傳感器。
多維力傳感器的背景技術(shù)分析：
目前打磨工作多以人工為主，人工打磨存在加工成本高、危害工人身體健康、安全隱患大等問題。更為關(guān)鍵的問題是因為工件形狀復(fù)雜，比如玻璃模具，鑄件，玉石工藝品等，人工打磨浪費工時，加工效率低，造成打磨產(chǎn)量低。采用機器人打磨具有靈活性高、安全性高、穩(wěn)定性強等優(yōu)點，能實現(xiàn)對大批量復(fù)雜幾何外形工件的打磨工作。打破傳統(tǒng)的輪轂打磨加工模式，將機器人技術(shù)、控制技術(shù)、傳感器技術(shù)等多種技術(shù)相融合，采用全新的技術(shù)理念研究既滿足生產(chǎn)需要又符合經(jīng)濟效益的自動打磨技術(shù)，是我國制造業(yè)快速發(fā)展的需求，更是增強國內(nèi)輪轂打磨市場競爭力的需求。目前機器人打磨加工系統(tǒng)多為位置控制或速度控制，無法實現(xiàn)對恒定力的控制。實現(xiàn)對打磨加工工作中力的實時采集及處理，是機器人打磨加工系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。
寧波辰邦多維力傳感器能檢測力在空間作用的全部信息，即在空間坐標系所形成的三個分力和三個力矩Fx，F(xiàn)y，F(xiàn)z，Mx，My，Mz，因此廣泛的應(yīng)用在機器人接觸操作中，是機器人打磨任務(wù)中不可或缺的重要傳感單元。利用傳感測量原理，多維力傳感器主要由電容式、壓阻式、應(yīng)變式、壓電式等，早期傳感器結(jié)構(gòu)為壓阻式傳感器，各分力耦合程度高且很難解耦、靈敏度較低，電容式、壓電式傳感器存在量程小的缺點。采用雙層十字梁的方式實現(xiàn)解耦，公開了一種正交解耦多維力傳感器，存在z向尺寸大，z向承受載荷小及加工成本高的缺點，公開了一種結(jié)構(gòu)緊湊的多維力傳感器，僅適用于小量程的應(yīng)用場景。通過雙軸彈性鉸鏈實現(xiàn)了力解耦，存在非對偶正交，力易施加不均，測量不準確的缺點。采用一體加工的方式設(shè)計了十字梁，并采用銷軸，設(shè)置多個相配件的配合精度實現(xiàn)過載保護，存在各零件精度要求高，加工成本高的缺點。
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，急需開發(fā)出一種既能滿足工業(yè)生產(chǎn)要求，又能具備良好靈敏度、高線性度、成本低等優(yōu)點的多維力傳感器。
多維力傳感器也被叫作應(yīng)變式多維力傳感器，多維力傳感器是基于電阻應(yīng)變式原理的測力裝置。
多維力傳感器一般由電阻應(yīng)變計和彈性元件、惠斯通電橋電路三部分組成。多維力傳感器運行原理是被稱物體的作用力作用在彈性元件上使其變形而產(chǎn)生應(yīng)變量，粘貼在彈性元件上的電阻應(yīng)變計將于物體重量成正比的應(yīng)變量轉(zhuǎn)化為電阻變化，再通過惠斯通電橋電路將電阻變化轉(zhuǎn)化為電壓輸出，通過顯示儀表將測得此電壓輸出值即可完成測量計量任務(wù)。電阻應(yīng)變計是多維力傳感器的主要核心元件，電阻應(yīng)變計是敏感型元件，一般用來測量許多物理量，另外粘貼在多維力傳感器彈性元件上為應(yīng)變電阻轉(zhuǎn)化元件，它也是稱重傳感器的核心部件。
多維力傳感器常見功能屬性有量程、精度、三軸綜合精度、輸出靈敏度、供橋電壓、絕緣電阻、使用溫度等，以下羅列了一款多維力傳感器產(chǎn)品的一些屬性參數(shù)，希望對大家深入了解多維力傳感器有所幫助。
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
三軸綜合精度≤2%
輸出靈敏度：1.0±0.5mV/V
供橋電壓：12VDC
絕緣電阻≥5000MΩ
使用溫度：-20~70℃
寧波辰邦多維力傳感器的標定均在假設(shè)傳感器系統(tǒng)為線性系統(tǒng)的情況下進行，即傳感器靜態(tài)數(shù)學(xué)模型滿足F=CV其中，V是多維力傳感器輸出的6路原始信息，F(xiàn)是經(jīng)過計算的6路力信息。
傳感器靜態(tài)標定的實質(zhì)就是利用施加在六維力傳感器上的廣義力矢量組F和通過數(shù)據(jù)采集上采樣得到的傳感器6個輸出信號矢量組V求出標定矩陣C，傳感器的輸出信號是一個6路電壓信號組成的矢量。如果不考慮傳感器的非線性因素的影響，只要給傳感器施加6個線性無關(guān)的力矢量，并測得對應(yīng)6個力矢量的傳感器的輸出電壓信號矢量V，就可以得到一個惟一解C。
多維力傳感器產(chǎn)品概述：
全球的六自由度傳感器之一，采用緊湊及低型面設(shè)計。傳感器有中通孔，可安裝連桿和線纜。強度特別高，采用高強度不銹鋼線切割加工，單軸過載為額度量程的5.7到25.3倍。高信噪比，硅應(yīng)變片信號強于傳統(tǒng)應(yīng)變片75倍，信號放大后，可到達接近零的噪聲失真
多維力傳感器應(yīng)用領(lǐng)域：
寧波辰邦產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于遙控機器人，機器人手術(shù)，機械手臂研究，手指力研究，精密裝配，自動磨削、輪廓跟蹤、雙手協(xié)調(diào)、零力示教等作業(yè)中，在航空、航天及機械加工，汽車等行業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。
多維力傳感器特點：
1：傳感器彈性體采用結(jié)構(gòu)，靈敏度高、剛性好、維間耦合小、有機械過載保護功能。
2：綜合解耦橋路信號綜合為三維空間的六個分量，可直接用于力控制。
3：采用標準串口和并口輸入輸出。
4：產(chǎn)品既可與控制計算機組成兩級計算機系統(tǒng)，也可聯(lián)接終端，構(gòu)成獨立的測試裝置。
