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机械工程文萃-4-2024年12月09日星期一
--正文--
在机械臂研发生产中，我们是如何选择合适的六维力传感器？以下是一些选择适合机械臂的六维力传感器的要点：![]()
要根据机械臂的实际工作任务和可能承受的力与力矩大小来确定合适的量程。比如，如果机械臂主要用于搬运轻型物品，像在电子元件装配线上，那么选择量程相对较小的六维力传感器即可，如 Fx、Fy、Fz 方向量程在 100N 以内，Mx、My、Mz 方向量程在 10Nm 以内;而若机械臂用于重工业领域，如汽车车身搬运、大型机械零件加工等，就需要更大的量程，Fx、Fy、Fz 方向可能要达到数 kN 甚至更高，Mx、My、Mz 方向也要达到数百 Nm。对于需要高精度力控的机械臂应用，如精密装配、微操作等，应选择精度较高的传感器。一般来说，精度至少要达到满量程的 0.1% 甚至更高。例如，在一些精密仪器制造的装配环节，要求六维力传感器的精度能精确到 0.05% F.S. ，以确保零部件的准确装配，避免损坏精密部件。分辨率决定了传感器能够分辨出的最小力或力矩变化量。在进行精细操作时，如微创手术机器人的操作，需要较高的分辨率，以便能敏锐地感知微小的力变化，从而实现精准的动作控制 。线性度良好的传感器能保证在其量程范围内，输出信号与实际受力呈较好的线性关系，这对于准确测量和控制非常重要。尽量选择线性度误差小的传感器，一般要求线性度优于 0.5% F.S.。需考虑机械臂的末端执行器或安装部位的空间和负载限制。如果空间狭小，就应选择尺寸小、结构紧凑的传感器，像一些小型协作机器人的机械臂，可选用直径在 50mm 以下、高度在 30mm 左右的六维力传感器;而对于大型工业机械臂，对尺寸和重量的限制相对较小。公众号《机械工程文萃》，工程师的加油站！常见的安装方式有法兰安装、螺纹安装等。要确保传感器的安装方式与机械臂的末端执行器或相关部位相匹配，方便安装和拆卸，且安装后要保证传感器的稳定性和可靠性。例如，机械臂末端是标准的法兰盘结构，那就选择带有相应法兰安装接口的六维力传感器。刚度合适的传感器能在测量力和力矩时，自身变形较小，从而保证测量的准确性和机械臂的控制精度。同时，也要考虑其与机械臂整体刚度的匹配性，避免因刚度差异过大而影响系统性能。根据机械臂的控制系统所支持的接口来选择，如模拟接口(如电压输出、电流输出)、数字接口(如 RS485、CANopen、EtherCAT 等)。例如，一些先进的工业机械臂控制系统通常支持 EtherCAT 接口的传感器，因其具有高速通信和实时性好的特点。了解传感器的供电电压和功耗，确保机械臂的电源系统能够满足传感器的供电需求，避免因供电不足或不稳定影响传感器的正常工作。如果机械臂在高温环境下工作，如熔炉附近的搬运机械臂，就需要选择耐高温的六维力传感器，其工作温度范围要能满足实际环境需求，一般有 - 20℃至 80℃、-40℃至 120℃等不同等级。在一些潮湿或有水分的环境中，如食品加工、水产养殖等领域的机械臂，要选用具有良好防潮性能的传感器，防护等级至少要达到 IP65 以上。对于在有振动或可能受到冲击的环境中工作的机械臂，如建筑工地的吊装机械臂，应选择抗振动和抗冲击性能好的传感器，以保证其在恶劣条件下仍能稳定、准确地测量。优先选择知名品牌、质量可靠的产品，这些产品通常经过严格的质量检测和市场验证，具有较高的可靠性和稳定性，售后服务也更有保障。传感器应具备一定的过载保护能力，以防止在机械臂工作过程中因意外受力过大而损坏。一般要求传感器的过载系数在 200% 以上，如某些传感器的单轴过载能力可达额定量程的 300% 甚至更高。
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