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測力傳感器在機器人方面的應用
由中國工程院、國家制造強國建設戰略咨詢委員會指導,國家產業基礎專家委員會編制的《產業基礎創新發展目錄(2021年版)》(以下簡稱《目錄》)正式發布。《目錄》是由60位院士,700余家行業協會/學會、高校與科研院所、重點企業,約1000余位專家參與,歷時6個月研究,召開120余次專題研討會,最終形成的1047條產品和技術清單。這份清單是科技發展的風向標,也是科技強國的風向標。
目前面世的高端機器人都離不開高端力傳感器。大名鼎鼎的達芬奇手術機器人有400多顆傳感器;波士頓機器公司研發的人形機器人Atlas使用了1300余顆傳感器。尤其是機械傳動、環境感知部分,力傳感器幾乎無處不在。
在實際應用中,由于機械臂關節往往置于空間當中,單向的壓力反饋對控制系統判斷機械臂的運動情況幾乎毫無作用,只有同時感知三維或者六維的力(即實現空間三維力Fx、Fy、Fz,和三維力矩Mx、My、Mz),才能為系統提供完整的受力數據。而感知三維或者六維的力,需要用到一種典型的觸覺傳感器:六維力/力矩傳感器。應用于高端機器人的六維力傳感器,需要的精度、靈敏度、耐久度等指標堪稱苛刻。
第一,力傳感器有高精度要求。更多關節意味著需要用到更多的力傳感器,同時也累積更大的誤差。因此,力傳感器有高精度的要求。
第二,力傳感器有高靈敏度要求。多軸的快速聯動,對機器人控制實時性的要求也相應提高。高靈敏度的力傳感器,配合協同控制算法,能夠有效提升控制系統的反應能力。
第三,力傳感器對柔性、耐用度的要求高。關節是受力最復雜和機械傳動最頻繁的區域,傳感器必須具備的一定的柔性和很高的耐用性。
第四,由于機器人自身安裝空間的原因,一般在滿足力傳感器高精度,高靈敏度的情況下還要求傳感器體積較小。
ATI NANO17 直徑17mm
在這些要求的限制下,美國ATI的NANO17六維力傳感器在機器人行業應用極為廣泛,而且NANO17六維力傳感器憑借精度高,體積小的特點還被應用于牙科研究 機器人外科手術 機械手研究 指端力研究等。