六维力矩传感器:人形机器人关键零部件,核心技术梳理

来源:http://www.bfyb.com.cn/news/305.html    发布时间:2024-05-27    点击:682

随着机器人应用场景的不断扩大,对于机器人柔顺控制的需求也越来越迫切。特别是对于人形机器人而言,柔顺控制对于其在复杂环境中的运动能力和与人类的互动能力至关重要。而六维力矩传感器作为一种新型传感器,已经被工信部列入了核心零部件的重点发展范畴。它的出现为人形机器人的高速发展带来了广阔的发展空间。本文将对六维力矩传感器的技术进行梳理,并介绍其在人形机器人中的应用与发展前景。

六维力矩传感器的概述

六维力矩传感器,也被称为扭矩传感器,是一种关键的力感知和测量部件。它能够检测旋转或非旋转机械部件上的扭转力矩,并将这些物理变化转化为电信号。六维力矩传感器具有精确度高、频率响应快、可靠性强和寿命长的优点。在人形机器人中,六维力矩传感器被广泛应用于机器人手腕,可以提供力的信息,同时也可以获得内部受力的姿态,极大地便利了抓取操作。相比于传统的三维力传感器,六维力传感器具有更高的测量准确性,能够消除弯矩对力测量的干扰,确保测量结果更加精确可靠。

六维力矩传感器的技术难点

六维力矩传感器的技术难度相对较大。除了需要解决对测量力分量的敏感性和一致性问题外,多维力矩传感器还必须克服由结构加工和工艺偏差引起的维间(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挑战。当前,大部分的六维力矩传感器都是基于应变片式进行测量,而基于电压电容和光学原理的传感器尚未得到广泛的下游应用。此外,六维力矩传感器的标定工作量也远大于一维传感器,这也是其成本相对较高的原因之一。

六维力矩传感器的应用领域

六维力矩传感器目前在人形机器人领域以及工控、医疗、航空航天等高精度力控场景中都发挥着重要作用。在人形机器人中,六维力矩传感器能够为机器人提供准确的力觉信息,提升机器人的运动精度和反应速度。在工控领域,六维力矩传感器可以应用于物料搬运、装配和焊接等工艺流程中,提高自动化生产的效率和质量。在医疗领域,六维力矩传感器可以用于康复机器人和手术机器人中,实现精准的操作和治疗。在航空航天领域,六维力矩传感器可以用于航天器的姿态控制和航空器的故障监测等。

六维力矩传感器的竞争格局

六维力矩传感器的制造技术相对较为复杂,成本主要由应变片和人工加工成本构成。国外在应变片的生产技术上较为领先,代表性的企业有美国的Vishay、德国的HBM和日本的NMB等。国内主要以金属应变片为主,供应商包括中航电测等。在全球市场格局中,海外的传感器制造商如ATI、Bota、Kistler等以及机器人末端工具制造商如OnRobot、Robotiq等在该领域已经具有深耕多年的经验和技术积累。ATI作为全球的行业龙头,在多年的发展中,已经实现了大量程、高精度和高准确性等性能优势。而国内的六维力矩传感器厂商规模普遍较小,龙头企业如宇立仪器与ABB、KUKA等合作紧密,并在国内市场占有一定份额。但整体上,国内六维力矩传感器的市场竞争力还较弱,需要进一步加强技术研发和市场开拓。

六维力矩传感器的发展前景

随着人形机器人和智能制造的快速发展,六维力矩传感器将在更广泛的领域中得到应用。特别是随着人工智能和大数据技术的不断进步,六维力矩传感器将能够与其他传感器融合,实现更智能和精准的力控制。未来,六维力矩传感器有望实现更高的测量精度和更广泛的应用范围。同时,也需要进一步解决标定和校准等技术问题、降低成本、提高可靠性,以满足不同领域对于高精度力控制的需求。

结论

六维力矩传感器是机器人柔顺控制的关键部件,在人形机器人以及工控、医疗、航空航天等领域中具有广泛的应用前景。目前,国内六维力矩传感器制造商仍然面临技术研发和市场开拓的挑战,需要加强与机器人制造商和系统集成商的合作,提升自身的竞争力。同时,随着人形机器人和智能制造的快速发展,六维力矩传感器有望实现更高的测量精度和更广泛的应用范围,成为人机交互和智能制造的重要支撑技术。


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