隨著機(jī)器人等新興應(yīng)用場(chǎng)景的涌現(xiàn)，力傳感器作為感知層的“神經(jīng)末梢”，其重要性日益凸顯。它能夠?qū)崟r(shí)捕捉并量化機(jī)器人與物體接觸時(shí)產(chǎn)生的壓力、拉力、扭矩等多維力學(xué)信息，從而將“觸覺(jué)”從抽象概念轉(zhuǎn)化為可解析的數(shù)據(jù)流。

AI時(shí)代對(duì)力控精度要求的不斷提高，推動(dòng)力傳感器需求顯著增長(zhǎng)。以人形機(jī)器人為例，其搭載的力傳感器的數(shù)量可達(dá)40個(gè)以上。其中，六維力傳感器作為當(dāng)前維度最高的力覺(jué)傳感器，提供最全面、最精準(zhǔn)的力覺(jué)信息。

什么是六維力傳感器

六維力傳感器是一種能夠同步測(cè)量物體在三維空間中三個(gè)方向力（Fx, Fy, Fz）與三個(gè)方向力矩（Mx, My, Mz）的高端傳感器。作為機(jī)器人的核心力覺(jué)感知單元，它通過(guò)實(shí)時(shí)反饋完整的空間力與力矩信息，為機(jī)器人實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、柔順與安全的作業(yè)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)輸入，其有著三大明顯優(yōu)勢(shì)：

精度更高：耦合誤差可控制在0.5%-5%以內(nèi)，而采用多個(gè)一維傳感器組合解耦，誤差通常超過(guò)20%；

結(jié)構(gòu)緊湊：體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，單一六維傳感器體積遠(yuǎn)小于六個(gè)一維傳感器組合；

協(xié)調(diào)同步：多個(gè)一維力傳感器易出現(xiàn)信號(hào)不同步問(wèn)題，而六維力傳感器可同時(shí)解算出三個(gè)方向的力和力矩，大幅提升系統(tǒng)響應(yīng)一致性。

以特斯拉人形機(jī)器人為例，其配置了14個(gè)一維力矩傳感器、14個(gè)一維壓力傳感器和4個(gè)六維力矩傳感器，僅這三類力傳感器總數(shù)就達(dá)32個(gè)，還尚未包括上肢手指部分的MEMS觸覺(jué)傳感器。

當(dāng)前，六維力傳感器主流技術(shù)是電阻式金屬應(yīng)變片，占據(jù)約80%市場(chǎng)份額。其成本主要由應(yīng)變片以及人工構(gòu)成，但存在兩大明顯短板：

器件成本高：?jiǎn)瘟S傳感器需24-96片應(yīng)變片，物料成本占比超40%；

人工依賴強(qiáng)：貼片、溫度補(bǔ)償、標(biāo)定等關(guān)鍵工序自動(dòng)化程度低，依賴人工操作。

敏芯MEMS六維力優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)六維力VS 敏芯六維力

隨著需求持續(xù)擴(kuò)大，MEMS技術(shù)有望從上述兩方面實(shí)現(xiàn)成本大幅優(yōu)化。首先，MEMS工藝適合大規(guī)模量產(chǎn)，單晶圓可產(chǎn)出上萬(wàn)片應(yīng)變片，大大推動(dòng)了產(chǎn)品小型化及降低成本。同時(shí)，單顆MEMS傳感器可同時(shí)測(cè)量三個(gè)軸上的力（Fx，F(xiàn)y，F(xiàn)z）與力矩(Mx，My，Mz)，特別適合集成于靈巧手手腕與指尖，賦予機(jī)器人更精細(xì)的力度調(diào)節(jié)與動(dòng)作控制能力。此外，MEMS技術(shù)的批量制造特性與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有助于實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的解耦效果與更高精度。

單芯片全維度力/力矩同步測(cè)量（Fx/Fy/Fz/Mx/My/Mz）為機(jī)器人帶來(lái)兩大核心增益：

空間適配性強(qiáng)：毫米級(jí)尺寸可嵌入指尖、腕部等微空間，實(shí)現(xiàn)精細(xì)力控（如0.1N級(jí)抓握調(diào)節(jié)）；

性能大幅躍遷：半導(dǎo)體工藝帶來(lái)更高信噪比與帶寬（>1kHz），結(jié)合批量制造特性，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)解耦精度與成本效益。

相較于傳統(tǒng)的六維力，MEMS六維力具備如下優(yōu)勢(shì)：

尺寸和重量：體積更小、重量更輕，可實(shí)現(xiàn)指尖級(jí)集成；

標(biāo)定工藝：校準(zhǔn)步驟減少約90%，極大簡(jiǎn)化安裝流程；

測(cè)量精度：與傳統(tǒng)方案處于同一數(shù)量級(jí)，性能表現(xiàn)相當(dāng)；

成本：傳感器總成本可降低約95%，為大規(guī)模應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1、產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

更少的校準(zhǔn)點(diǎn)：僅需極少數(shù)據(jù)點(diǎn)即可達(dá)到相當(dāng)精度（如：傳統(tǒng)系統(tǒng)需53,441個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，而MEMS僅需243個(gè)）

更簡(jiǎn)化的校準(zhǔn)配置：傳感器耦合程度降低與高度一致性，顯著減少了對(duì)復(fù)雜夾具或多軸加載設(shè)備的需求。

更快的校準(zhǔn)速度：簡(jiǎn)化的數(shù)據(jù)采集流程，縮短校準(zhǔn)時(shí)間，提高吞吐量并降低成本。

2、產(chǎn)品介紹

1)產(chǎn)品特點(diǎn)

實(shí)時(shí)測(cè)量三軸力+三軸力矩

MEMS+金屬結(jié)構(gòu)：兼具精密傳感與堅(jiān)固機(jī)械穩(wěn)定性

智能處理：內(nèi)置AFE并預(yù)載補(bǔ)償算法，輸出潔凈解耦信號(hào)

直接SPI輸出：高分辨率、低延遲數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)

超緊湊輕量化：適用于機(jī)器人夾爪與可穿戴設(shè)備等指尖級(jí)應(yīng)用

2）產(chǎn)品指標(biāo)

尺寸：Φ9.6(W)×9.0(H)mm

量程：50N，0.5N*m

耐負(fù)載：200N，1.8N*m

絕對(duì)精度：5%FS

自研技術(shù)奠定發(fā)展基石

發(fā)明專利《六軸力傳感器及其制造方法》專利號(hào)：ZL 202411375360.X, 其基于MEMS技術(shù)的六維力傳感器，可實(shí)現(xiàn)單芯片全維度力/力矩同步測(cè)量（Fx/Fy/Fz/Mx/My/Mz）。此專利技術(shù)在六軸力傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和組裝過(guò)程中得到了有效驗(yàn)證，為六軸力傳感器的小型化、批量制造和高精度，提供了基礎(chǔ)性的研究和可行性驗(yàn)證。

面對(duì)呼嘯而來(lái)的AI時(shí)代，敏芯股份將高舉“對(duì)標(biāo)國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)、深耕高端產(chǎn)品賽道”的發(fā)展戰(zhàn)略，持續(xù)強(qiáng)化自主研發(fā)，進(jìn)一步推動(dòng)高性能傳感器的技術(shù)迭代與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。目前，敏芯股份正在加快推進(jìn)六維力傳感器、機(jī)器人用IMU以及手套型壓力與溫度傳感器等項(xiàng)目研發(fā)，以先進(jìn)的MEMS技術(shù)為機(jī)器人行業(yè)提供卓越、可靠的解決方案，攜手客戶共創(chuàng)智能化未來(lái)。