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六维力传感器:机器人智能触感

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六维力传感器:机器人智能触感

随着技术的迭代和创新,机器人在人类的生活中扮演着愈发重要的角色,无论是在医疗器械还是工业制造领域,都能看到智能化机器人的影子。赋予机器人感知世界并反馈信息能力的关键在于视觉和力觉的技术创新。目前,在高分辨成像和成熟的算法支持下,机器视觉相对完成度较高。而在更考验机器人精细操作能力的力觉方面,竞争未充分体现,市场还是一片蓝海。

六维力传感器

一、六维力传感器简介
 
六维力传感器,是利用力敏感元件和转换元件及处理单元把一个或多个力学量(张力、拉力、压力、重量、扭矩、内应力和应变等)转化为电信号输出(电压、电流、总线等)的器件;而六维传感器则能够同时测量三个力分量和三个力矩分量的传感器,也是多维力传感器最完整的形态,目前主要应用工业机器人、协作机器人、医疗机器人等领域。
力传感器的研制涉及到力学、机械、材料、计量等多学科交叉融合,壁垒较高。决定传感器主要技术包括以下:

1、灵敏度
灵敏度高时,与被测量变化对应的输出信号的值才比较大,有利于信号处理。传感器的灵敏度高,与被测量无关的外界噪声也容易混入,也会被放大系统放大,影响测量精度。
传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量,而且对其方向性要求较高,则应选择其它方向灵敏度小的传感器;如果被测量是多维向量,则要求传感器交叉灵敏度越小越好。
 
2、频率响应
传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围,必须在允许频率范围内保持不失真。实际上传感器的响应总有—定延迟,希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应越高,可测的信号频率范围就越宽。
 
3、线性范围
传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。传感器的线性范围越宽,则其量程越大,并且能保证一定的测量精度。当所要求测量精度比较低时,在一定的范围内,可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的,这会给测量带来极大的方便。
 
 
4、稳定性
影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外,主要是传感器的使用环境,传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前,应对其使用环境进行调查,并根据具体的使用环境选择合适的传感器,或采取适当的措施,减小环境的影响。
 
5、精度
传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以,不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器阿特拉斯空压机配件。
如果测量目的是定性分析的,选用重复精度高的传感器即可,不宜选用绝对量值精度高的;如果是为了定量分析,必须获得精确的测量值,就需选用精度等级能满足要求的传感器。
 

二、主要应用场景
 
①工业机器人碰撞检测
为了防止由于操作过程中的过度交互而损坏机器人或物体,必须进行柔性化控制以完成这些任务,因此碰撞强度是主动柔性化控制的重要部分;另一方面,现在许多任务还需要人工的介入,在安全方面,需要检测出机器人和人之间是否有碰撞,要尽可能保证人的安全,让机器人识别到人的存在,以便在必要时停止正在进行的工作,避免意外伤害人。
 
②工业机器人精密打磨
目前国内大多数制造企业对发动机壳体、车身等工件的去毛刺、打磨、抛光大多采用手工或手持气动电动工具进行打磨、研磨、锉削等工艺,容易导致产品错误不良率上升,而且效率很低,并会出现加工产品表面粗糙度不均匀等问题;同时磨削产生的火花、粉尘和噪声对工人的身心健康影响很大;手工磨削的质量需要从工人的经验来粗略判断,使得打磨质量得不到保证;缺乏熟练劳动力,劳动效率低,招工难,劳动力成本持续上升,恶劣的工作环境等问题促使机器人取代人工的趋势加快发展。
 
③工业机器人拖动示教
拖动示教技术通过直接手持牵引机器人到达指定位姿或沿特定轨迹移动,同时记录示教过程的位姿数据,以直观方式对机器人应用任务进行示教,可大幅缩短工业机器人在应用部署阶段的编程效率,降低对操作人员的要求,达到降本增效的目的。
 
④医疗康复
六维力传感器精度可达微米级,突破了医疗机器人触觉反馈(力反馈)缺少或不足,从而影响到手术操作的精确性、安全性和灵活度的弊端,增加机器人的触觉功能和对触、压、拉的感应,同时还能同步检测医疗过程中受力的大小和触觉的强弱。解决目前医疗机器人因没有触觉功能和对触、拉、压没有感应导致的医疗机器人手术后遗症的问题,促进医疗机器人的应用和发展。

三、国内外市场情况

六维力控传感器目前在工业精细打磨和医疗康复领域应用较广。国外著名的企业包括美国的ATI、匈牙利的Optofoce、以及日本的Wacoh。国内虽然起步较晚,但也有很多优秀的企业在深耕这个细分行业。与国外品牌相比,国内的产品很多都已经达到甚至超过国外产品的相关性能指标,在价格和服务上也更加有优势,因此,在将来有很大机会实现国产替代。
四、结语

力传感器赋予了机器人触觉,让机器人更好的感知这个世界,随着智能化机器人的应用场景不断丰富,六维力传感器将成为未来人机交互的重要桥梁。