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六維力傳感器 ati：【ATI】ATI 資深力控專家蘇哲 ｜ 六維力和力矩傳感器的技術與應用 「附PPT」

目前，六維力和力矩傳感器在機器人、航空航天、生物醫學等領域得到了廣泛應用，特別是在機器人領域，其在實現智能機器人“觸覺”、“力覺”和“聽覺”中起著關鍵的作用。
作為測量機器人末端操作器和外部環境相互接觸或抓取工件時所承受力和力矩的傳感器，六維力和力矩傳感器為機器人的力控制和運動控制提供了力感信息，對實現機器人智能化起著重要作用。
ATI資深力控專家、FT應用工程師蘇哲先生，分享了六維力和力矩傳感器的技術與應用的相關問題。
?
蘇哲先生碩士畢業于田納西大學生物醫療系，是ATI的資深力控專家，FT應用工程師。
本期分享要點如下
1.六維力和力矩傳感器
2.ATI的六維力和力矩傳感器
3.六維力和力矩傳感器的選型及測試
4.應用范例
以下內容根據蘇哲先生直播分享實錄整理
01、六維力和力矩傳感器
1、什么是六維力和力矩傳感器？
在介紹六維力和力矩傳感器之前，先了解一下什么是力傳感器？
力傳感器是將力的量值轉換為相關電信號的器件。根據所測力的維數不同，力傳感器可被分為單軸力傳感器和多軸力傳感器。
單軸力傳感器指測量單一維數方向上的力或力矩，同理多軸力傳感器就是可以檢測多個維數方向上的力或力矩。圖中，左邊兩個為單軸力傳感器，右邊兩個為多軸力傳感器。
圖一 力傳感器
六維力和力矩傳感器指的是一種能夠在笛卡爾坐標系中同時測量力和力矩并且可以各三個分量的轉換成為電信號的器件。
圖二 六維力和力矩傳感器定義圖
2、六維力和力矩傳感器工作原理
六維力和力矩傳感器的工作原理主要考慮感力原件和理論模型兩方面：
感力原件
根據感力原件的不同，傳感器主要分為三類：應變式力傳感器、光學式傳感器以及壓電式力傳感器。
應變式力傳感器，采用的是硅應變片或金屬箔，本質是材料本身發生形變進而轉化為阻值變化；
光學式傳感器則是通過光柵反映形變，再轉化成力；
壓電式傳感器是將被測物理量變化轉換成壓電材料因受機械力產生靜電電荷或電壓變化的傳感器，可分為電容和壓電兩種，電容是通過極距的變化導致電壓變化，壓電則是通過形變改變電荷。
3、不同原理六維力和力矩傳感器比較
經過穩定性、剛度、動態特性、成本與信噪比五個維度的比較可知，硅應變傳感器和金屬箔傳感器之間，硅應變片在穩定性、信噪比以及動態特性方面要更優，兩者剛度上相差不多，但成本上金屬箔要優于硅應變片；電容傳感器和壓電傳感器之間，電容傳感器成本最優，其他幾項弱于壓電傳感器；光學傳感器在動態特性方便明顯具有優勢。
圖三 六維力和力矩傳感器比較
4、應用領域
六維力和力矩傳感器的應用領域主要有以下方面：
圖四 六維力和力矩傳感器應用領域
02、ATI六維力和力矩傳感器
ATI是世界領先的機器人附屬產品和機械手臂末端工具的工程研發公司，其研發的六維力和力矩傳感器具有很大的負載覆蓋范圍、較多的通訊方式選擇、極高性能的低成本傳感器、較復雜的應用場景、更多人信賴的品牌等特點。
1、負載范圍
ATI六維力和力矩傳感器最大量程N和6000Nm，最小的達到12N和50Nmm，均勻的覆蓋了所有的負載范圍，此外還有各種類型，例如設置通孔便于安裝、采用鈦合金材質、機身可以防塵防水、自定制等等
圖五 ATI六維力和力矩傳感器種類
2、通訊方式
ATI六維力和力矩傳感器支持多種通訊方式例如：UDP（User Datagram Protocol）、TCP/IP，RS485等等，三種傳感器控制系統，三種類型傳感器適配多種品牌。
圖六 ATI六維力和力矩傳感器通訊
ATI六維力和力矩傳感器系統有NET、DAQ、CON三種，分別是基于以太網的傳感器控制系統、基于數據采集裝置的傳感器控制系統、基于CON總線的傳感器控制系統。
*? NET F/T 系統（F/T指力/力矩）
? ?1)包含傳感器本體和Net BOX，配到線纜及電源。
? ?2)對于Gamma及以上校準信息包含在傳感器中，其余型號在Net Box中。
? ?3)支持EtherNet/ IP，CAN BUS。
? 4)兼容DeviceNetTM，提供PROFINET作為選項。
? 5)單個傳感器可配備多個量程，同樣一個傳感器可以切換不同的量程，滿足不同的應用場合。
*? DAQ F/T系統
? 1)包含傳感器本體，供電盒（或加放大器），數據采集卡和數據電纜四大部分。
? 2)傳感器實時感知負載變化，并將變化的負載轉化成變化的電壓信號輸出
? 3)供電盒一方面將輸入傳感器的電壓調成標準的5V或10V恒流電壓，一方面將傳感器輸出的電壓信號進行濾波和信號放大。
? 4)數據采集卡提供PCI，PCMCIA，CPCI和USB等接口形式供用戶選擇，主要實現高速數據采集和A/D轉換功能。
*? CON F/T系統
? 1)具備單獨的數據采集控制器。
? 2)輸出接口RS232和模擬量接口。
圖七 ATI六維力和力矩傳感器控制系統
ATI六維力和力矩傳感器包含OEM傳感器、Ether CAT、無線傳感器三種類型傳感器。
*? OEM傳感器
? 1)對于小型傳感器放大及運算電路無法封裝在傳感器)本體中。
? 2)傳感器OEM(及部分Gamma傳感器)。系統包含傳感器本體，OEM電路板和電纜三大部分。
? 3)支持ECAT，CAN，RS485等信號。
*? Ether CAT傳感器
? 1)Ether CAT傳感器符合Beck hoff標準。
? 2)自帶IP64、IP65或IP68防護，取決于傳感器本體型號和定制需求。
? 3)可外接電源供電或支持PoE供電。
*? 無線傳感器
? 1)支持Nano，Mini系列傳感器。
? 2)包括傳感器本體，無線通訊，運放盒子。
? 3)同一機身支持最多六個傳感器同時工作。
? 4)每個傳感器可配兩個量程。
圖八 ATI三種類型傳感器
3、高性能和低成本
ATI Axia80是一款高性能、低成本的六軸力和力矩傳感器，擁有極高的分辨率、精度和剛度，可以提供觸覺感知。整個放大電路整合入傳感器內部，從而降低成本、節約空間并極大提高穩定性。可用于Ethernet、Ether CAT或串行通訊方式，并具有高信噪比和高過載保護功能。
4、應用場景
ATI六維力和力矩傳感器在電子行業、汽車工業、機器人、飛行器以及仿生等領域得到了廣泛的應用，深受蘋果、福特等公司的青睞。
圖九 ATI傳感器應用領域
03、六維力和力矩傳感器選型及測試
1、六維力和力矩傳感器選型
*? 傳感器選型難點
六維力和力矩傳感器是一個相對“脆弱”的傳感器，其選型與應用場景有很大的關聯性，所以不同選型的難點在于應用多樣性、復雜性。
?由于傳感器量程和精度成反比關系，怎樣選擇合適量程的傳感器才能使精度達到最大？
?在復雜應用場景下，傳感器本體除精度外是否能適應應 用場景？
?在精密機構當中的傳感器如何安裝在狹小空間內，如何與機構融為一體？
*? 選型要點
在千變萬化的應用環境中，選擇合適的傳感器至關重要，可被歸納為四個核心步驟：
1)確定量程需求
負載包括外部負載和加速度負載。P=Pa + Pe
?力的估算
力的負載包括法蘭、工具夾爪、外力（如打磨力，裝配力）再用直接投影法或者二次投影法
計算Fx Fy Fz。
?力矩估算
M=Ma + Me
Me=r ×Fe
2)確定使用環境
選擇傳感器時，不同的環境需要考慮不同的防護，例如在實驗環境下，主要考慮的是室溫、無粉塵、液體，選擇傳感器時選擇普通傳感器即可；
在工業現場環境下，這個時候會出現粉塵、磨削液、高溫等場景，需根據需求選擇不同IP防護；
在室外環境下，考慮的是風吹日曬雨淋；在水下應用中，是否是非純凈水以及水下作業時間長短；在航空航天，需要考慮超低溫、真空等環境影響因素。
3)確定機械出線需求
不同安裝環境需要考慮不同出線方式，ATI提供了多種出線方式選擇。
圖十 不同出線方式
4)確定通訊方式以及配套軟件
常見上位機包括PC，機器人，PLC等，力和力矩數據被用作數據采集源和運動控制。
圖十一 通訊方式
2、六維力和力矩傳感器啟動測試及數據采集
*? 傳感器安裝
其中過渡板設計以及安裝注意事項包括：所有負載必須只連接在傳感器測試面上；過渡板必須包含螺紋孔、定位銷、主定位銷、如是機器人應用最好與機器人六軸坐標系方向重合；過渡板需要有足夠厚度、強度、剛度，保證剛性連接；安裝螺栓需略短于安裝孔深度，避免影響內部結構；如機器人安裝孔與傳感器安裝孔重合，可設計雙法蘭；傳感器線纜應避免反復彎折，過度扭曲，以保證信號質量。
圖十二 傳感器安裝
*? 傳感器啟動測試及數據采集
ATI為各種通訊模式的傳感器提供開源的上位機采集與測試軟件，其核心功能為：用戶可對傳感器進行測試、可采集傳感器數據。同時ATI也對開發者提供不同版本的庫，也有協作機器人與免費的通訊軟件。例如：C Library，C++，Java等，在GitHub上有許多開源代碼供開發者使用。
04、應用范例
*? 示例一攪拌摩擦焊
圖十三 示例一
*? 示例二機器人整臂力控
圖十四 示例二
*? 示例三機器人打磨
圖十五 示例三
*? 示例四機器人裝配
圖十六 示例四
*? 示例五產品測試應用
圖十七 示例五
*? 示例六精密裝配應用
圖十八 示例六
ATI自動化公司
自1989年起，ATI開始致力于優質高效的機器人末端執行工具的研發制造，擁有150多名研發人員，近30年的經驗積累。產品包括機器人工具快換裝置，多軸力/力矩傳感器，機器人毛刺清理工具，機器人碰撞傳感器，順從介質連接器和遠程中心順從裝置。是FANUC、KUKA、ABB、安川等機器人的合作伙伴；是NAVECO、長城、長安、吉利、通用、福特、戴姆勒、本田、豐田、日產、雷諾等汽車廠的工具快換裝置的全球供應商。

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Axia80-M8
分類: 美國ATI
美國ATI六軸力/力矩傳感器Axia80-M8 高性能，低價格且能提供高分辨率、精度和剛度的傳感器，所有電路均內置傳感器中，降低成本且封裝更小，...

Omega331
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美國ATI六軸力/力矩傳感器 Omega331 強度特別高：采用高強度不銹鋼線切割加工，最高單軸過載為額度量程的5.3到21.8倍；高信噪比：硅...

Omega250
分類: 美國ATI
美國ATI六軸力/力矩傳感器 Omega250 強度特別高：采用高強度不銹鋼線切割加工，最高單軸過載為額度量程的10.1到40.8倍；高信噪比：...

Omega190
分類: 美國ATI
美國ATI六軸力/力矩傳感器 Omega190 強度特別高：采用高強度不銹鋼線切割加工，最高單軸過載為額度量程的4.8到19.9倍；可提供通孔版...

Omega160
分類: 美國ATI
美國ATI六軸力/力矩傳感器 Omega160 強度特別高：采用高強度不銹鋼線切割加工，最高單軸過載為額度量程的4.2到15.2倍；可提供通孔版...

Omega85
分類: 美國ATI
美國ATI六軸力/力矩傳感器 Omega85 強度特別高：采用高強度不銹鋼精密加工，最高單軸過載為額度量程的5.9到24.9倍；高信噪比：硅應變...

Theta
分類: 美國ATI
美國ATI六軸力/力矩傳感器 Theta 強度特別高：采用高強度不銹鋼精密加工，最高單軸過載為額度量程的4.8到17.6倍；高信噪比：硅應變片信...

Delta
分類: 美國ATI
美國ATI六軸力/力矩傳感器 Delta 強度特別高：采用高強度航空鋁精密加工，最高單軸過載為額度量程的4.1到18.8倍；高信噪比：硅應變片信...

Gamma
分類: 美國ATI
美國ATI六軸力/力矩傳感器 Gamma 強度特別高：采用高強度航空鋁精密加工，最高單軸過載為額度量程的6.9到31.6倍；高信噪比：硅應變片信...

Mini85
分類: 美國ATI
美國ATI六軸力/力矩傳感器 Mini85 強度特別高：采用高強度不銹鋼線切割加工，最高過載為額度量程的5.9到24.9倍；可定制通孔式傳感器；...

Mini58
分類: 美國ATI
美國ATI六軸力/力矩傳感器 Mini58 強度特別高：采用高強度不銹鋼線切割加工，最高過載為額度量程的4.9到21倍；傳感器有中通孔，可安裝連...

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美國ATI六軸力/力矩傳感器 Mini45 全球最小的六自由度傳感器之一，采用緊湊及低型面設計。傳感器有中通孔，可安裝連桿和線纜。強度特別高：采...

六維力傳感器 ati：六維力傳感器的介紹

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六維力傳感器 ati：美國ATI六維力力矩傳感器

美國ATI六維力力矩傳感器產品介紹
美國ATI六維力力矩傳感器由上海持承自動化設備有限公司銷售美國ATI六維力力矩傳感器。三菱伺服電機選型 *上海雄巖,保證**,大量庫存現貨.售后服務好.以銷售變頻器自動化產品為核心業務,三菱伺服電機選型. 三菱電機自動化（中國）有限公司 [1]  作為三菱電機集團成員之一，致力于為中國用戶創造更多價值，不僅提供*的產品和技術，同時不斷創新，快速、準確地把握市場動態，提供適合客戶需求的綜合解決方案。三菱電機自動化作為機電產品綜合供應商，其業務范圍覆蓋工業自動化（FA）產品和機電一體化（Mechatronics)產品。FA產品包括可編程控制器（PLC）、變頻調速器（INV）、人機界面（HMI）、運動控制及交流伺服系統（Motion Controller&Servo）、電動機（Motor）及減速機（Gear Motor）等。機電一體化產品包括數控系統（CNC）、放電加工機（EDM）、激光加工機（LP）等
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HC-MFS23BG2 別讓明天的你，討厭的自己，而每一個，都是你曾經幻想的明天，請為這個而努力。我們馬不停蹄的奔跑，也不過是想遇見一個更好的自己！一無有就是拼的理由！少點功夫矯情，多點實際付出才是人生應有的態度。做人，要努力得到的不是呼風喚雨的能力，而是淡看風云的胸懷。站得高才能看得遠，看得淡才能放得下。懷著一顆寬容的心去生活，再擁擠的世界也會變得無限寬廣，再平凡的人生也會變得充滿陽光！
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有的不甘，都是因為還心存夢想，在你放棄之前，好好拼一把，只怕心老，不怕路長。不是井里沒有水，而是挖的不夠深；不是*來得慢，而是放棄速度快.得到一件東西需要智我們馬不停蹄的奔跑，也不過是想遇見一個更好的自己！一無有就是拼的理由！少點功夫矯情，多點實際付出才是人生應有的態度！慧，放棄一樣東西則需要勇氣。
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HC-KFS23與其在風雨中逃避，不如在雷電中舞蹈，即便淋得透濕，也是領略生命的快意。一個人失敗的*原因，就是對于自己的能力永遠不敢充分信任，甚至認為自己必將失敗。.壓力，都是來自于自己不努力、不積極而又不甘于現狀的恐慌；努力和上進，不是為了做給別人看，是為了不辜負自己，不辜負此生。愚蠢的人是為昨天悔恨，為明天祈禱，可惜的是少了的努力。
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HC-RFS503
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HA-LFS15K2
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