Q:六维力矩传感器的技术难点在哪里?

A:六维力矩传感器技术难度主要体现在其能够同时测量三个方向的力(三维力)以及围绕 XYZ 轴旋转的三个扭矩(三维扭矩)要实现这一目标，需要将三个一维力传感器与三个扭矩传感器结合设计，其中基础原理依赖于应变片和电桥两个核心元件。应变片会因为受力产生形变从而改变电阻值，而电桥则通过比较不同臂上的电压差来计算出应变片的形变程度，进而推算出所受力的大小和方向。

Q:六维力矩传感器是什么，为何在人形机器人中备受关注?

A:六维力矩传感器是一种用于测量力和扭矩的传感器，它是机器人中不可或缺的组成部分，相当于人形机器人的神经系统。在人形机器人中，六维力传感器用于脚踝和手腕处，用于感知和控制机器人行走、动作等动态过程。根据我们的测算，一台人形机器人中大约需要四个六维力传感器，总价值量在 4000 到 8000 元之间，这显示了其较高的附加价值和市场需求。

Q:六维力矩传感器的工作原理具体是怎样的?

A:六维力矩传感器的工作原理基于应变片和电桥技术。当传感器受力发生形变时，应变片的电阻值会发生相应变化，通过测量电压变化可计算出形变程度，进而得知所受力的大小和方向。电桥的作用是将多个应变片组成的网络与测量电压连接起来，通过比较各臂上的电压差来精确测量力的大小和扭矩的分布。在实际应用中，六维力传感器会根据具体需求采用单臂式或双臂式电桥结构，以实现对复杂动态力矩的有效检测与控制。

Q:为什么这个传感器可以测量六维力?

A:因为传感器设计为十字架结构，它不仅在 XYZ 三个轴上有感应，而且通过侧面放置的应变片可以感知扭转或扭曲等其他三个维度的力，因此能够全面反映物体在三维空间中的受力情况。

Q:六维传感器的基本工作原理是什么?

A:六维传感器基于十字架梁结构，其中在每个面片上贴有应变片。当上下拉伸该结构体时，由于面片与梁的紧密贴合，若梁因受力发生形变，则应变片会同步发生形变，从而导致电压变化，通过检测这些电压变化可以得知不同方向上的力大小，实现六维力的测量。

Q:六维传感器的应用场景有哪些?

A:这种传感器主要应用于柔顺控制领域，例如协作机器人中当与外界接触时能敏感感知并响应力的变化,实现被动柔顺控制。此外，由于其高灵敏度和精度，也广泛应用于航空、仿生医学核设备以及手术机器人等高端领域。

Q:六维力传感器制作难点在哪里?

A:六维力传感器难以制作的主要原因在于它的高度敏感性，需要能精确感知各个方向上的力。这种敏感性在实际应用中带来了解耦设计的挑战，即当在某一方向施加力时，其他方向也会产生相应形变(耦合现象)，而要准确反推出每个独立方向的压力(解耦)则变得极为困难，尤其是当需要处理多个轴向数据时。

Q:如何解决六维力矩传感器的解耦问题?

A:为了解耦问题，目前主要有两种方法。一种是通过结构解耦即通过精心设计传感器结构来降低集成度，理论上可以通过四十多个独立的一维传感器实现六维力矩的效果，但这种方法会导致体积增大。另一种方法则是寻求更高集成度的解决方案，虽然目前还没有明确说明具体实现方式，但暗示了未来可能通过更先进的技术来解决解耦难题。

Q:六维力矩传感器在设计上如何通过结构改进来降低生产难度?

A:我们可以通过设计非镜像的三梁结构来改善六维力传感器的布局，使其在中间状态时也能降低结构的复杂性，从而在一定程度上降低生产难度。

Q:算法结构对六维力矩传感器技术难度的影响是什么?

A:算法结构导致了额外的技术难度，因为解耦算法需要解决一个具有不确定解的非线性方程组。传感器的非线性问题以及标定过程中的一致性要求高，都是该领域内重要的技术挑战。

Q:为什么六维力矩传感器的生产加工要求如此之高?

A:六维传感器上贴有四十多个芯片，生产过程极其复杂，对一致性的要求极高。如果一致性低，解耦算法在不同产品批次间可能无法适用，这要求整个生产过程必须保证极高的加工精度和一致性。

Q:六维力矩传感器为何成本高昂?

A:主要原因在于其生产和标定过程中的低效与复杂性，传感器需要人工在显微镜下操作完成贴音面片等工序，且标定设备要求极高，这些因素共同推高了六维力传感器的成本。

Q:六维力矩传感器的应用领域有哪些?

A:六维力传感器主要应用于高端机器人领域，如协作机器人、人形机器人、汽车和航空领域，以及手术机器人等，这些领域对传感器精确度要求非常高。

Q:六维力矩传感器在中国市场的销售情况及未来前景如何?

A:尽管目前中国市场销量规模不大，但增长迅速，2022 年增长了 57%，预计随着技术进步、成本下降以及自动化设备的升级未来市场规模将会有较大发展空间。

Q:上市公司中哪些公司在涉足六维力矩传感器领域，并有哪些进展?

A:柯力传感投资了一家医美机器人公司，其产品将大量使用六维传感器，有望带动相关技术的量产，柯力传感的六维传感器已送至华为试用；中航电测、东华测试和安培龙等公司也在研发相关产品，各自取得了一定进展。该行业正因交叉应用而展现出巨大的发展空间和可能性。

Q:为什么人形机器人的手脚部分需要使用六维力传感器?

A:人形机器人在运动过程中需要精确感知来自各个方向的力以确保稳定性，六维力矩传感器能更好地模拟人类感知环境并实现精准调控，因此在手脚部分使用六维力矩传感器至关重要。

关键词:六维力矩传感器 人形机器人

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来 源：犇牛调研逻辑

编辑：清风

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