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測力傳感器在機器人方面的應(yīng)用
由中國工程院、國家制造強國建設(shè)戰(zhàn)略咨詢委員會指導(dǎo),國家產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)專家委員會編制的《產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)創(chuàng)新發(fā)展目錄(2021年版)》(以下簡稱《目錄》)正式發(fā)布。《目錄》是由60位院士,700余家行業(yè)協(xié)會/學(xué)會、高校與科研院所、重點企業(yè),約1000余位專家參與,歷時6個月研究,召開120余次專題研討會,最終形成的1047條產(chǎn)品和技術(shù)清單。這份清單是科技發(fā)展的風(fēng)向標(biāo),也是科技強國的風(fēng)向標(biāo)。
目前面世的高端機器人都離不開高端力傳感器。大名鼎鼎的達(dá)芬奇手術(shù)機器人有400多顆傳感器;波士頓機器公司研發(fā)的人形機器人Atlas使用了1300余顆傳感器。尤其是機械傳動、環(huán)境感知部分,力傳感器幾乎無處不在。
在實際應(yīng)用中,由于機械臂關(guān)節(jié)往往置于空間當(dāng)中,單向的壓力反饋對控制系統(tǒng)判斷機械臂的運動情況幾乎毫無作用,只有同時感知三維或者六維的力(即實現(xiàn)空間三維力Fx、Fy、Fz,和三維力矩Mx、My、Mz),才能為系統(tǒng)提供完整的受力數(shù)據(jù)。而感知三維或者六維的力,需要用到一種典型的觸覺傳感器:六維力/力矩傳感器。應(yīng)用于高端機器人的六維力傳感器,需要的精度、靈敏度、耐久度等指標(biāo)堪稱苛刻。
第一,力傳感器有高精度要求。更多關(guān)節(jié)意味著需要用到更多的力傳感器,同時也累積更大的誤差。因此,力傳感器有高精度的要求。
第二,力傳感器有高靈敏度要求。多軸的快速聯(lián)動,對機器人控制實時性的要求也相應(yīng)提高。高靈敏度的力傳感器,配合協(xié)同控制算法,能夠有效提升控制系統(tǒng)的反應(yīng)能力。
第三,力傳感器對柔性、耐用度的要求高。關(guān)節(jié)是受力最復(fù)雜和機械傳動最頻繁的區(qū)域,傳感器必須具備的一定的柔性和很高的耐用性。
第四,由于機器人自身安裝空間的原因,一般在滿足力傳感器高精度,高靈敏度的情況下還要求傳感器體積較小。
ATI NANO17 直徑17mm
在這些要求的限制下,美國ATI的NANO17六維力傳感器在機器人行業(yè)應(yīng)用極為廣泛,而且NANO17六維力傳感器憑借精度高,體積小的特點還被應(yīng)用于牙科研究 機器人外科手術(shù) 機械手研究 指端力研究等。