力传感器的基础知识

什么是力传感器？

力传感器是一种测量力或力矩大小的传感器。

它用于检测物理力量的大小及其方向，并重现人类的触觉感官。 主要应用对象是机器人。

六轴力传感器是检测三个方向力的基础：X、Y、Z，以及X、Y、Z轴周围的力矩。

力传感器的应用

力传感器被用于工业机器人及其他应用中，自动化以前依赖人工操作的任务。

1. 外部和反作用力的探测

力传感器可以同时测量力和力矩。 它安装在机器人的工作端，能够在测量外部和反作用力时以适当的力工作。

2. 自动化精密操作

力传感器可以精确测量力和力矩，使机器人能够以合适的力进行工作。 机器人将实现自动化精密操作。

具体任务包括用软端子插入电子元件和连接器、减少松动的连接、精确旋紧、去毛刺、用微力抛光、挑拣操作以及双足机器人的自主控制。

3. 触觉诊断与远程医疗

远程触觉诊断可以通过在患者侧面安装带有力传感器的终端实现，医生读取力传感器读取的力和力矩。

力传感器原理

力传感器检测力引起的变形量，并将其转换为力或力矩。

力传感器的检测方法中，应变计型、压电型、光学型和电容型是典型的。

1. 应变计力传感器

应变计方法是一种利用金属电阻材料的特性，将力和扭矩转换为力和扭矩的方法，这些材料的电阻因传感器部件所受的拉伸和压缩力而发生变化。 由于体积小巧、高精度和响应能力强，它常被用作力传感器。

2. 压电力传感器

压电型是一种力传感器，在传感器部分使用具有压电效应的材料，如石英晶体或PZT（铅锌酸盐钛酸盐）来测量力。 它们体积小，响应迅速，且价格相对较高。 然而，其精度不如应变计或电容式应变计。

3. 电容力传感器

电容结构为电容形状的传感器，金属电极相对排列。 该方法检测导体间应变和距离变化引起的电容变化。

电容型的特点是配置相对简便且成本较低。 当电极制成薄膜时，可以减少其尺寸和厚度。 它也非常精准且响应迅速。

4. 光力传感器

光学类型是一种在待测物体上定期标记图案的方法，当施加力时图案的变化，通过光学传感器（如相机或激光）来计算和计算力的大小。

该光学系统的主要优点是可以非接触测量。 另一方面，其精度、响应速度、微型化和成本都低于其他方法。 仅限于需要非接触式测量的专业应用。

5. HDR力传感器

有一种叫HDR（高动态范围）力传感器的东西。 HDR力传感器的动态范围较宽，例如从10克到20公斤。

通过结合人工智能和机器人技术与HDR力传感器，可以在调整微小力的同时执行详细的组装任务。 在生产现场，机器人的组装工作变得越来越自动化和复杂。

6. 电容力传感器

电容力传感器的特点是能够通过检测两片平行板之间的距离变化来测量六轴分量。 实现简单的结构并保持低价是可能的。

传感器内部还安装了一个带有过载阻挡装置的力传感器。 近年来，它被广泛应用于工业机器人领域。 随着制造业自动化的不断推进，需求预计将进一步增长。