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三維力傳感器 or 六維力傳感器
就客觀事實而言六維力傳感器的制造難度相比三維力傳感器要高得多,我們公司可以提供多種量程的六維力傳感器和三維力傳感器,但三維力傳感器在使用上還是有很多限制。我們的建議是,如果力的作用點遠離傳感器,并且力的方向隨機,這時一定要用六維力傳感器,哪怕是此時你僅需要三個方向的力的信息,不需要知道彎矩的大小。
為了更清楚的解釋這個問題,我門先來看一維力傳感器的適用場景。
我們知道,力是矢量,它既有大小又有方向。只有當力的方向和一維力傳感器的測量軸線完全重合時,一維力傳感器才能進行準確測量。測量軸線一般是傳感器的幾何中心線。
當力的方向與傳感器的測量軸線平行但不重合,此時傳感器的測量結果將會出現較大的誤差。因為,根據理論力學中的力的平移等效原理,此時相當于有一個力和彎矩同時作用在傳感器上。平移等效之后,對傳感器而言,受力的大小和方向與之前是一致的,但多了個附加彎矩FL的作用。這個彎矩對傳感器會產生一定的彎曲變形作用,這種變形模式是偏離傳感器的標定狀態的,所以導致了傳感器的較大誤差。當然,有些一維力傳感器的結構有一定的抗偏心能力,但在偏心距離較大、彎矩較大時,也會有明顯的測量誤差。
我們再來討論三維力傳感器。三維力傳感器的校準中心一般都在傳感器上或者離傳感器非常近,所以同樣的道理,只要力的作用點遠離傳感器,這個力在經過正交分解并平移至三維力傳感器的校準中心后,傳感器即要承受力Fx/Fy/Fz三分量的作用,同時又要承受Mx/My/Mz三個彎矩的作用。Mx/My/Mz三個彎矩就必然會干擾Fx/Fy/Fz三個力的測量準度,彎矩越大,三維力的測量越不準確。造成這個現象的底層原因就是,在對三維力傳感器進行加載標定時,是沒辦法考慮彎矩這個變量的,此時標定出來的數學模型和參數無法將彎矩對力的干擾進行修正消除。
但是基于六維聯合加載的六維力傳感器解耦算法可以非常精準的修正三方向力和三方向彎矩之間的耦合誤差,這就很大程度上消除了彎矩對力測量的干擾,從而使力的測量準度遠遠高于三維力傳感器。用六維力傳感器,不僅力能測的更準,還可以實時監測彎矩以防傳感器彎矩超載導致不可逆的損壞,還可以通過彎矩數據做末端執行器姿態的反饋控制。當末端接觸力非常小時,這些力對應產生的彎矩會相對更敏感,可以用彎矩來間接監測接觸力,因為力臂就是力的放大器。當然在某些情況下,三維力傳感器也是可以用的,比如力的作用點很靠近傳感器校準中心并且測量精準度要求不高的時候,或者多臺三維力傳感器同時使用時,三維力傳感器是一個不錯的選擇。