导读：六维力传感器可同时丈量3个力份量和3个力矩份量，是最完全的多维力传感器情势；而人形机械人首要由扭转关节、线性关节、节制与感知系统、工致手和其他构成，是以将六维力传感器安装在人形机械人的手段、脚踝和工致手等部位，是今朝的六维力传感器在人形机械人上的利用趋向。

6月14日召开的特斯拉2024股东年夜会上，特斯拉CEO马斯克暗示，人形机械人将成为工业主力，特斯拉工场估计在来岁摆设跨越一千个，乃至数千小我形机械人。

（△图源收集）

就在不久之前，特斯拉展现的第二代人形机械人Optimus已采取六维力传感器用在手段和脚踝的力控。经由过程六维力传感器，Optimus可以或许切确感知和调剂与情况的交互力，从而实现复杂使命的自立操作，如搬运物品、装配零件等。六维力传感器的高精度和快速响应使Optimus在工场和办事情况中表示超卓，显著提高了使命的完成质量和效力。

人形机械人的设计制造目标是为了与人工东西和情况进行交互，从而辅助乃至替换人类的出产糊口。在工业范畴，人形机械人可以在装配线、仓储治理、邃密操作等方面替换人类，提高出产效力，下降人力本钱；在家庭办事、医疗康复和公共办事等范畴，人形机械人可以帮忙人类完成平常使命，提高糊口质量；而实现/晋升和婉节制，对人形机械人对复杂地形的经由过程能力、人机和婉交互能力的晋升很是主要。

而基在力反馈的和婉节制就是从力传感器获得节制旌旗灯号，用此旌旗灯号去节制机械人，使之响应这个转变而动作。

六维力传感器是一种非凡的力觉传感器，可以丈量物体在笛卡尔坐标系下三个轴向的力和力矩，是今朝最完全的多维力传感器情势；其为机械人供给了近似在人类触觉的功能，使得机械人可以或许感知和顺应外部情况的转变，从而完成加倍复杂和邃密的使命，是机械人和婉节制和操作的焦点部件。

六维力传感器凡是基在应变效应工作，即经由过程弹性体上的应变片来检测力或力矩引发的细小形变，其运作道理可触及以下方面：

1、应变效应：当弹性体遭到力或力矩感化时，其外形转变会致使应变片电阻值的转变。

2、旌旗灯号转换与放年夜：应变片检测到的细小电阻转变经由过程电荷放年夜器放年夜，并转化为电旌旗灯号，这些电旌旗灯号随后被转换成数字旌旗灯号。

3、数据处置与解耦：经由过程数据收集系统进行收集，并进行模数转换（A/D转换）。随后，节制系统中的软件算法对数据进行处置，包罗解耦算法，以分手各个标的目的上的力和力矩，确保丈量成果的正确性。

4、标定和校准：为了确保丈量的正确性，六维力传感器需要进行切确的标定和校准。这触及到复杂的六维结合加载手艺，确保传感器在所有六个自由度上都能正确丈量力和力矩。

今朝，业内对实现/晋升人形机械人和婉节制的共鸣，是将六维力传感器安装在人形机械人的手段、脚踝和工致手等部位，让其延续检测人形机械人与情况之间的多维交互力和力矩，并终究在运控计划、姿态调剂、力度感知等功能中起到主要感化。

经由过程装配六维力传感器，人形机械人将实现更高级此外自立操作，可以或许直接响应指令，履行复杂使命。

作为人形机械人中的要害零部件，六维力传感器的要害机能参数直接影响人形机械人的运作结果。

1、活络度：活络度决议了传感器对力和力矩转变的响应水平。高活络度的传感器可以更正确地检测到细小的力转变，这对需要邃密操作的使命很是主要。

2、精度：精度反应了传感器丈量成果的正确性。它包罗了丈量成果的反复性和与理论值的接近水平。高精度的传感器可以供给更靠得住的数据，从而提高机械人操作的正确性。

3、串扰：串扰指标用来权衡多维力传感器各丈量标的目的间的耦合影响。低串扰可以削减分歧丈量标的目的之间的彼此干扰，提高丈量的正确性。

4、非线性：力传感器的非线性指的是力传感器输出旌旗灯号与输入的现实力之间不是线性关系的一种特征。抱负环境下，力传感器的输出旌旗灯号与输入力成正比，即输出旌旗灯号与输入力之间的关系可以用一条直线暗示。但在现实利用中，因为各类缘由(如材料的非线性、布局变形、电气特征转变等)，力传感器的输出旌旗灯号常常不是严酷的线性关系，这就构成了非线性误差。

5、迟滞：迟滞是指传感器在加载和卸载进程中输出旌旗灯号的差别，它影响丈量成果的一致性。

6、零点：零点不变性是指在没有外力感化时传感器输出旌旗灯号的不变性，它影响传感器在长时候运行中的靠得住性。

7、分辩率：分辩率是传感器可以或许辨别的最小力或力矩转变，高分辩率对履行邃密操作尤其主要。

8、过载能力：过载能力指传感器可以或许承受的最鼎力跨越其额定量程的能力，而不会对传感器造成破坏。

9、温漂：温度漂移是指因为温度转变引发的传感器输出旌旗灯号的转变。低温漂可以包管传感器在分歧温度情况下的不变性。

10、动态响应：动态响应能力决议了传感器对快速转变的力和力矩的跟踪能力，这对需要快速反映的利用场景很是主要。

这些参数配合决议了六维力传感器的机能，进而影响了人形机械人在履行使命时的矫捷性、不变性和正确性；是以，为人形机械人特定部位功能，进行六维力传感器的机能匹配选型，是机械人厂商在设计和制造进程中不成或缺的要害步调。

【海伯森HPS-FT系列六维力传感器】

自2016年发布第一款六维力传感器产物以来，海伯森延续投入研发，经由过程新材料利用、手艺立异、软件进级等体例实现产物的不竭迭代优化，连系市场年夜规模拓展带来的年夜量产物利用经验，本年成功推出新一代六维力传感器产物HPS-FT080，广受市场好评。

【要害手艺难点和解决方案】

01高精度力矩丈量

挑战：六维力传感器需要在多个自由度上同时丈量力和力矩，其精度要求极高。

解决方案：海伯森选择高活络度和高线性度的应变片材料，并采取优化的安插体例，有用分手各个标的目的上的力和力矩，削减耦合效应。经由过程进步前辈的制造工艺，确保应变片与弹性体之间的安稳连系，提高丈量精度。

02低温漂和零点不变性

挑战：温度转变对传感器输出旌旗灯号的影响显著，必需在普遍的温度规模内连结不变的输出。

解决方案：海伯森在传感器内部集成高精度的温度抵偿算法，利用具有热不变性的材料，确保传感器在分歧温度下输出不变。经由过程严酷的温度测试和优化，削减温度漂移对丈量精度的影响。

03高动态响应和抗冲击能力

挑战：传感器需要可以或许及时响应快速转变的力和力矩，同时具有杰出的抗冲击能力。

解决方案：海伯森在布局设计上采取高刚性材料，并引入减振手艺，晋升传感器的抗冲击能力。经由过程优化旌旗灯号处置电路，确保传感用具备高动态响应能力，可以或许敏捷跟踪快速转变的力和力矩。

04低串扰和高线性度

挑战：多维力传感器各丈量标的目的间的耦合影响（串扰）会下降丈量精度。

解决方案：海伯森采取进步前辈的布局解耦设计和高机能的嵌入式微处置器，连系复杂的抵偿算法，削减各丈量标的目的间的耦合，确保高线性度和低串扰。

05高分辩率和活络度

挑战：高分辩率和活络度是六维力传感器的焦点机能指标，决议了传感器可否检测到细小的力和力矩转变。

解决方案：海伯森利用高增益、低噪声的旌旗灯号处置电路，并不断改进地设计应变片材料和布局，确保传感用具备高分辩率和高活络度。

06过载庇护和长命命设计

挑战：传感器在利用进程中不免会碰到跨越额定量程的力，这就要求传感用具有壮大的过载庇护能力。

解决方案：海伯森经由过程优化弹性体布局和采取进步前辈的力传递路径设计，提高传感器的过载庇护能力。选择高耐用性的材料和改良制造工艺，确保传感器的持久靠得住性和利用寿命。

【行业利用】

海伯森HPS-FT系列六维力传感器在多个行业范畴中揭示了其出色机能和普遍利用：

工业机械人：在工业出产线上，六维力传感器帮忙工业机械人实现高精度的装配、焊接和搬运使命。传感器供给的及时力反馈数据，使机械人可以或许切确节制力和位置，提高出产效力和产物质量。

协作机械人：协作机械人需要与人类慎密协作，六维力传感器确保机械人在履行使命时可以或许感知并响应外界的力转变，包管平安性和操作矫捷性。

外骨骼机械人：在医疗康复和辅助范畴，六维力传感器用在外骨骼机械人的关节部位，供给力反馈数据，帮忙患者进行精准的康复练习，加强活动能力。

医疗康复机械人：在康复医治中，六维力传感器用在监测和节制康复机械人的操作力，确保医治进程的平安和有用性，为患者供给个性化的康复方案。

柔性夹爪和机械人关节：在主动化出产中，六维力传感器利用在柔性夹爪和机械人关节，实现对工件的邃密抓取和搬运，顺应各类复杂工况。

主动化丈量与节制：在丈量和节制系统中，六维力传感器用在切确丈量多维力和力矩，供给高精度的数据撑持，利用在风洞测试、尝试室研究等范畴。

六维力传感器是人形机械人手艺前进的焦点，其经由过程切确丈量力和力矩，付与机械人更高的操作精度和矫捷性。这些传感器的动态响应能力，为机械人履行复杂使命供给了强有力的手艺撑持，是实现机械人智能化和主动化不成或缺的组件。

结语：瞻望将来，跟着研发的延续投入和手艺的不竭冲破，海伯森HPS-FT系列六维力传感器将继续以其微型化、智能化和高性价比进一步鞭策其在各个范畴的利用，并在人形机械人的多场景利用中揭示出加倍出色的机能，不但晋升机械人的顺应性和靠得住性，也将为人形机械人的进一步成长和智能制造的立异进献要害气力。

作为中国领先的高端智能传感器企业，海伯森手艺（深圳）有限公司专注在高机能工业传感器的手艺立异和摸索，具有光、机、电、算手艺综合利用在传感器产物的研发能力和范围化出产能力，主营产物包罗3D闪测传感器、3D线光谱共焦传感器、点光谱共焦传感器、六维力传感器、激光对美金仪、超高速工业相机、激光对针传感器等。