力覺傳感器是一種能“感知”并“測(cè)量”力大小的設(shè)備。它可以把外界施加的力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而讓機(jī)器或人知道力有多大、來自哪個(gè)方向。
根據(jù)它能同時(shí)測(cè)量幾個(gè)方向上的力，力覺傳感器分為一維到六維。能測(cè)幾個(gè)方向，就叫幾維傳感器。最常見的是一維、三維和六維，二維和五維由于性價(jià)比不高、應(yīng)用場(chǎng)景特殊，所以很少見。

什么是力覺傳感器？
力覺傳感器是一種能“感知”并“測(cè)量”力大小的設(shè)備。它可以把外界施加的力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而讓機(jī)器或人知道力有多大、來自哪個(gè)方向。根據(jù)它能同時(shí)測(cè)量幾個(gè)方向上的力，力覺傳感器分為一維到六維。能測(cè)幾個(gè)方向，就叫幾維傳感器。最常見的是一維、三維和六維，二維和五維由于性價(jià)比不高、應(yīng)用場(chǎng)景特殊，所以很少見。
1. 一維力傳感器
適用情況：力的方向和力的作用點(diǎn)都固定不變。
工作原理：安裝時(shí)，讓被測(cè)力的方向正好對(duì)準(zhǔn)傳感器的唯一敏感軸（比如Z軸）。這樣傳感器只響應(yīng)這一個(gè)方向的力，其他方向的力會(huì)被結(jié)構(gòu)抑制。
典型例子：
電子秤、廚房秤（測(cè)豎直壓力）、工業(yè)壓力傳感器（測(cè)管道內(nèi)液體壓力）、拉力計(jì)（測(cè)繩索拉力）
注意：如果力的方向與測(cè)量軸平行但不在同一直線上（比如偏心加載），會(huì)產(chǎn)生額外的彎矩，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果明顯偏大或偏小。所以一維力傳感器對(duì)安裝對(duì)中要求很高。
2. 三維力傳感器
適用情況：力的作用點(diǎn)始終與傳感器的校準(zhǔn)中心重合（即力直接作用在傳感器中心點(diǎn)上），但力的方向可以在三維空間里任意變化。
工作原理：傳感器內(nèi)部有三個(gè)相互垂直的測(cè)量單元，分別對(duì)應(yīng)Fx、Fy、Fz三個(gè)正交分量。無論合力方向如何，都能分解成這三個(gè)分量分別測(cè)量。
典型應(yīng)用：機(jī)器人手指尖的抓取力測(cè)量（力作用點(diǎn)基本在指尖中心）、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中模型表面的氣動(dòng)力測(cè)量（力作用點(diǎn)可控制在中心）
關(guān)鍵限制：如果力的作用點(diǎn)遠(yuǎn)離傳感器中心（比如用一根長(zhǎng)桿施加力），那么力平移回中心后，不僅會(huì)產(chǎn)生Fx、Fy、Fz，還會(huì)產(chǎn)生繞三個(gè)軸的彎矩Mx、My、Mz。三維力傳感器無法測(cè)量這些彎矩，而且彎矩會(huì)干擾力分量的測(cè)量結(jié)果，造成較大誤差。因此，三維力傳感器要求力的作用點(diǎn)必須精確對(duì)準(zhǔn)其幾何中心。
3. 六維力傳感器
適用情況：力的方向和力的作用點(diǎn)都可以在三維空間里任意變化，而且作用點(diǎn)可能離傳感器較遠(yuǎn)。
工作原理：六維力傳感器內(nèi)部有多個(gè)彈性體（通常采用十字梁、圓盤或 Stewart 平臺(tái)結(jié)構(gòu)）和應(yīng)變片，可以同時(shí)測(cè)量三個(gè)方向的力（Fx、Fy、Fz）和三個(gè)方向的力矩（Mx、My、Mz）。通過復(fù)雜的解耦算法，可以消除各個(gè)分量之間的串?dāng)_，輸出六個(gè)獨(dú)立的物理量。
典型應(yīng)用：
①工業(yè)機(jī)器人裝配（如精密軸孔裝配、打磨拋光）—— 力和力矩都需控制②醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人（感知手術(shù)器械與組織的交互力）
③汽車碰撞測(cè)試（測(cè)量假人各部位的力和彎矩）④人形機(jī)器人足底（感知地面反力和力矩，保持平衡）
為什么更精確：因?yàn)閷?shí)際使用中，力很少正好作用在傳感器中心。六維力傳感器不要求作用點(diǎn)固定或居中，它可以利用測(cè)得的力矩反推出力的實(shí)際作用點(diǎn)位置。這對(duì)于遠(yuǎn)離傳感器的受力場(chǎng)景（如機(jī)器人手腕上裝的工具末端）尤其重要。
六維力傳感器的特點(diǎn)
六維力傳感器是維度最高的力覺傳感器，能提供最完整、最精準(zhǔn)的力信息。它還有多個(gè)別名：六維力/力矩傳感器，六軸力傳感器，F(xiàn)/T 傳感器（Force/Torque Sensor）
結(jié)構(gòu)：一般分為兩個(gè)端------固定端：連接機(jī)器人手臂或固定基座--------加載端：連接工具、夾爪或被測(cè)物體
核心算法：
傳感器內(nèi)部有應(yīng)變片組成的多個(gè)電橋，每個(gè)電橋理論上對(duì)某個(gè)特定力/力矩敏感，但實(shí)際會(huì)有相互干擾（比如施加Fx也會(huì)在測(cè)量Fy的電橋上產(chǎn)生微小信號(hào)）。通過標(biāo)定矩陣和解耦算法，可以將原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成純凈的六個(gè)分量。現(xiàn)代六維力傳感器還會(huì)集成溫度補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，進(jìn)一步提高精度。
選購(gòu)建議：只測(cè)一個(gè)方向的穩(wěn)定力 → 一維（便宜、簡(jiǎn)單）
力作用點(diǎn)能對(duì)準(zhǔn)中心，但方向多變 → 三維
力作用點(diǎn)隨機(jī)、較遠(yuǎn)，或需要同時(shí)知道力和力矩 → 六維（精度高，但價(jià)格也高）

國(guó)內(nèi)有哪些玩家？誰在領(lǐng)跑？
雖然國(guó)際巨頭起步早，技術(shù)積累深厚，但目前國(guó)內(nèi)也涌現(xiàn)出一批實(shí)力強(qiáng)勁的企業(yè)，正在高端市場(chǎng)奮力追趕。

藍(lán)點(diǎn)觸控：成立于2019年的北京公司，專攻機(jī)器人力控技術(shù)。它的拳頭產(chǎn)品就是人形機(jī)器人用的六維力傳感器，所有核心部件都是自己研發(fā)的，實(shí)現(xiàn)了100%國(guó)產(chǎn)化。據(jù)業(yè)內(nèi)報(bào)告，它在人形機(jī)器人這個(gè)細(xì)分賽道的市場(chǎng)份額高達(dá)70%，關(guān)節(jié)扭矩傳感器更是超過95%，是智元、小米、優(yōu)必選等國(guó)內(nèi)知名機(jī)器人公司的核心供應(yīng)商。它的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于精度高（能達(dá)到0.1%）、反應(yīng)快（每秒上萬次）、抗沖擊能力強(qiáng)，非常適合機(jī)器人的手腕、腳踝等關(guān)鍵部位。

坤維科技：2018年成立，核心團(tuán)隊(duì)來自中國(guó)航天科研機(jī)構(gòu)，有著近20年的傳感器研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。它在協(xié)作機(jī)器人（即和人一起工作的機(jī)器人）領(lǐng)域表現(xiàn)搶眼，國(guó)產(chǎn)六維力傳感器的市場(chǎng)占有率超過80%。它的技術(shù)特點(diǎn)是采用了航天級(jí)的標(biāo)定技術(shù)，能有效抑制信號(hào)干擾，傳感器本身剛性足、靈敏度高、抗過載能力強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人精細(xì)操作等場(chǎng)景。

力晟傳感：（諾盛測(cè)控控股）專注多維力/扭矩傳感器研發(fā)生產(chǎn)，作為《人形機(jī)器人多維力傳感器檢測(cè)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)主要起草單位，以"精準(zhǔn)感知，賦能智能"為使命，為工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人、醫(yī)療及航空航天領(lǐng)域提供高可靠性力控解決方案。高性能彈性體的迭代設(shè)計(jì)，高精度解耦，低串?dāng)_，具備過載能力的性能，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化，機(jī)器人，醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域。

審核編輯 黃宇