基于六维力传感器的机械臂自动装配应用

导读：六维力传感器在工业领域的主要应用包括装配和打磨。如何充分利用六维力传感器以及其他感知系统来完成各种环境下更多、更复杂的机器人作业，以提高工作精确度、生产效率并降低成本，已成为目前行业的研究热点。

在推动传统制造业实现产业转型升级的过程中，从纯人工组装到半自动组装，再到现在的无人工厂自动化组装，机器替人一直是重要项目之一。

在仪器仪表、汽车、手表、电焊机、电子元件等生产批量大、装配精度要求高的产品装配中，人工组装虽然因为人口红利而具有低成本、快速规模化、生产灵活度高的优势，但也存在产品一致性难以保证、用工荒、工人熟练度参差不齐等问题。

随着人口红利优势的消退，人工劳动力成本上升，对我国各行业的发展产生了重要影响。机器自动化组装对人工劳动力的替代作用将愈发显著。比起普通的自动装配机，机械臂的性能和精度对于提升生产效率和保证产品质量至关重要。搭配视觉机构进行辅助装配，可实现较高水平的生产良率。

六维力传感器是一种特殊的力觉传感器，可以测量物体在笛卡尔坐标系下三个轴向的力和力矩，其内部采用高度敏感的材料和精密机械构造，可以为机械臂提供更高的测量精度，满足不同场景下的测量需求。作为机械臂感知外部环境的关键装置，六维力传感器通常安装于机器臂末端执行器与机械臂之间，用于检测作业中的机器人与环境之间的多维交互力/力矩，并将交互力/力矩反馈给机器人力控制系统，可极大加强机械臂组装优势。

壹丨基于六维力传感器的自动装配应用

<1> 机械臂自动装配行星齿轮应用

在行星齿轮的装配过程中，六维力传感器能够准确感知每个齿轮的受力情况，确保每个齿轮安装到位，并且不会因为过度用力而损坏齿轮或其他部件。这种精度和敏感度的提升，使得机械臂在装配过程中能够自动调整力度和位置，保证了装配的精确性和一致性。

<2> 机械臂插拔USB口测试

六维力传感器能够感知USB接口插拔过程中的微小力变化，确保插拔动作的顺畅和精确。通过实时监控和调整力反馈，机械臂能够自动完成USB接口的装配和测试，极大地提高了生产效率和产品合格率。

<3> 机械臂自动装配PCB应用

PCB板的装配过程同样需要高精度的操作。六维力传感器可以感知PCB板在装配过程中的力变化，确保每个元件都能准确地安装在指定位置。通过精确的力控反馈系统，机械臂可以实现快速而准确的PCB板装配，保证产品的一致性和高质量。

贰丨海伯森六维力传感器HPS-FT系列

<1> 产品优势

• 超低温漂移：HPS-FT系列六维力传感器内置高精度解耦、滤波和温度补偿算法，大大降低了传感器由于温度变化带来的温度漂移。
• lP65工业级防护：采用防脱落航空级插头，具备超强的抗过载能力，常态下可承受350%的过载，稳定、可靠。
• 超高速测量频率：HPS-FT系列六维力传感器拥有超高速度的采样频率，2000Hz输出频率，24Bit高速ADC采样，支持Ethernet/EtherCAT/RS-485/和模拟接口输出。
• 实时数据、显示：配合HPS客户端软件，可实时读取并显示数据，便于用户调试分析。
• 高线性度低轴间串扰：内置高性能嵌入式微处理器，先进的嵌入式数据处理、滤波和解耦算法，保证测量结果的高线性度和极低的轴间串扰。
• IO急停输出：海伯森六维力传感器可配合EtherCAT和Ethernet-适配器使用，适配器的IO可与机器人的急停lO连接，设定好报警阀值后，当某个方向的受力超过设定阈值时，适配器可在0.5ms内通过IO信号对机器人进行急停控制，防止对传感器和工件造成损坏。

<2> 行业应用

应用于工业机器人、协作机器人、外骨骼机器人、医疗康复机器人、柔性夹爪和机器人关节、自动化测量、控制及风洞测试等场景。

叁丨六维力传感器在行业中的发展与未来

随着智能制造和工业4.0的推进，六维力传感器在工业机器人中的应用愈加广泛。它不仅提高了自动化装配的精度和效率，还极大地降低了生产成本。

<1> 在汽车制造中的应用

在汽车制造中，六维力传感器可以用于引擎、变速箱、悬挂系统等关键部件的装配。通过精确的力控反馈系统，机械臂能够在装配过程中实时调整力的大小，确保每个部件都能以最合适的力装配到位，避免了因过大或过小的装配力导致的零件损坏或装配不良的问题。

<2> 在电子产品制造中的应用

在电子产品制造中，六维力传感器同样发挥着重要作用。智能手机、平板电脑、智能手表等产品的内部装配需要极高的精度，稍有不慎就可能导致零部件损坏。通过六维力传感器，机械臂能够精确控制每一个装配动作，确保每个零部件都能以最合适的力安装到位，从而保证了产品的质量和一致性。

肆丨未来发展趋势

随着技术的不断进步，六维力传感器的应用场景将更加广泛。未来，随着人工智能和机器学习技术的发展，六维力传感器将与智能算法相结合，进一步提升机械臂的自主性和智能化水平。

<1> 智能化发展

未来的六维力传感器将集成更多的智能算法，使机械臂能够自主学习和适应不同的装配任务，提高生产的灵活性和效率。

<2> 多场景应用

除了传统的工业装配，六维力传感器还将在医疗、服务机器人、家庭机器人等领域发挥重要作用。例如，在医疗机器人中，六维力传感器可以帮助医生进行更加精细的手术操作，提高手术的安全性和成功率。

<3> 小型化和集成化

随着技术的不断进步，六维力传感器将向小型化和集成化方向发展，使其能够更好地适应各种复杂的应用场景。

总结：六维力传感器作为工业自动化和智能制造中的关键技术，其重要性不言而喻。通过不断的技术创新和应用拓展，六维力传感器将在更多领域发挥更大的作用，推动各行各业的智能化升级和发展。海伯森HPS-FT系列六维力传感器凭借其卓越的性能和广泛的应用前景，必将在未来的智能制造领域中占据重要地位。

（下一期，我们将分享六维力传感器在人形机器人方面的应用，敬请期待）

作为中国领先的高端智能传感器企业，海伯森技术（深圳）有限公司专注于高性能工业传感器的技术创新和探索，具备光、机、电、算技术综合应用于传感器产品的研发能力和规模化生产能力，主营产品包括3D闪测传感器、3D线光谱共焦传感器、点光谱共焦传感器、六维力传感器、激光对刀仪、超高速工业相机、激光对针传感器等。