原理

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（Fx、Fy、Fz）和力矩（Mx、My、Mz），如图1所示。

六维力传感器是目前最完整的多维力传感器形式，它能为机器人提供了接触感应的功能，使得机器人能够感知和适应外部环境的变化，从而完成更加复杂和精细的任务，是机器人柔顺控制和操作的核心部件。

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六维力传感器基于应变效应进行运作，所谓应变效应，就是当弹性体受到力/力矩作用时，其形状的变化会导致应变片电阻值的变化。所以，六维力传感器通过弹性体上的应变片来对力/力矩引起的微小形变进行检测，其检测原理图见下：

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优势

1. 六维力传感器精度高，并且拥有强抗干扰能力，能够沿6个轴（3平移+3旋转）进行控制。每个力对应一个矢量，具有大小和方向，其标定传感器系统用于测量物体在六个方向上力的大小与方向，通过进行标定来确保测量结果的准确性和可靠性。

2. 六维力传感器具有很大的负载覆盖范围，能够适应复杂的应用场景。其可以检测任意空间力系中的三维正交力和三维正交力矩，主要用于力和力-位控制。此外，高精准度的军用六维力传感器可以在六维度联合承载的情况下，确保测量值偏差在量程的0.3%FS以内。

应用范围

● 人机协作 在人机交互操作中，六维力传感器可以感知操作人员与机器人之间的接触力和力矩，从而提供更加自然、流畅的交互体验，为现场操作提供多样化的选择。

● 碰撞检测 在机器人运行过程中，通过六维力传感器对机器人工具手上受到的力进行精确的检测，实现对周围环境的交互感知，进而判断是否发生了碰撞。

● 机加打磨 通过在加工过程中对机器人工具手的受力感知，来判断接下来加工时该以何种角度与切削力度来进行打磨操作，六维力传感器在机加打磨工艺中起到十分重要的作用。

六维力传感器在纳博特运控中的应用

● 纳博特运控中，六维力传感器主要应用于拖动示教方面。它可以辅助拖拽，从而让拖动示教更省力，操作更加顺滑流畅。（请注意：在拖动示教操作前，请先做动力学辨识！）

● 具体实现方法：拖拽时传感器会实时读取机器人工具端末梢的受力和力矩，系统据此计算出各轴的扭矩转换值。拖拽时，某个关节的扭矩转换值超出设置的关节摩擦力补偿阈值时，系统会给予该关节补偿（即给予一定推力），从而提高拖拽示教的灵活性与适应性。

纳博特运控中六维力传感器的优势

1. 精度高，据客户现场使用数据，相比于其他使用普通负载辨识的拖动示教机器，纳博特使用六维力传感器辅助拖拽，使得精度提高约30%。

2. 操作灵活，简单易懂。纳博特运控系统中针对六维力传感器开发相应软件操作界面，通讯与用户操作参数。客户不需要繁琐得操作，仅需点击按钮，让纳博特运控帮您一键搞定。

详细步骤说明

辨识

拖动示教之前需要进行辨识，辨识的注意事项和具体操作请看 人机协作操作手册。 人机协作界面如下图所示：

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安装传感器

辨识完成后，请安装传感器，需使传感器的X轴正方向与机器人的X轴正方向保持一致。

使能传感器和负载

进行六维力传感器参数设置之前，需使能传感器和负载。进入人机协作-负载使能界面，点击修改，打开负载使能和传感器使能开关。传感器的质量和质心，负载的各轴实际力矩转换比，传感器和所用工具（即负载）的产品说明书上会标明，根据说明书设置即可。负载使能界面如图所示：

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六维力传感器参数设置

● 进入六维力传感器参数设置界面 在人机协作-拖动示教界面中设置拖拽方式为“力矩”，再点击参数设置，则可在拖拽示教-力矩界面中看到“六轴力传感器”按钮。点击该按钮，即可进入六维力传感器参数设置界面。

● 传感器标零 标零之前需保证传感器使能是开启状态，否则点击标零会报错：未连接六维力传感器。点击标零按钮，会出现弹窗提示用户检查机器人周围有无障碍物，点击确定，开始标零。标零时请勿靠近机器人，以免发生事故。具体界面见下图。 注意：要在无工具手情况下进行标零，避免工具手的负载参数对计算带来干扰。

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传感器参数说明：

● 传感器原始数据：传感器读取到的原始数据，Fx、Fy、Fz是实时受力，Mx、My、Mz是实时力矩。

● 去皮数据：在原始数据基础上，去除传感器与负载的质量的影响后计算出来的实时受力和实时力矩。

● 扭矩转换值：拖拽模式下有效，是根据去皮数据计算出来的各轴的实时扭矩转换值。哪个轴的数值越大，说明哪个轴的受力越大。

负载计算，结果导入

● 标零完成后，请安装上负载，点击计算，计算出负载的质量和质心，并将计算结果写入工具手。 注意：安装负载时不要把螺丝拧得太紧，装好之后不会出现晃动就足够了，否则会因压迫传感器，导致读取到的数据出现偏差。

● 点击“写入结果”，会出现弹窗，此时可选择要写入的工具手，点击确定，则可将计算结果写入选定的工具手的负载参数中。

在界面检查之前写入负载参数值

● 在工具手标定界面中选择之前写入计算结果的工具手，进入其负载参数界面，可查看之前写入的质量和质心值。 注意：进入拖拽模式前必须选中该工具手，并完成使能负载。否则上电后，机器人末梢会因受力不平衡而下坠。

● 若工具手选择正确，也完成了使能负载，但在拖拽模式下上电，机器人末梢依然受力不平衡，则可能是负载参数计算有误。请根据机器人末梢的运动方向适当修改负载参数值。比如，机器人末梢下坠，应该是负载质量比实际值小，可适当调大。机器人末梢向X轴正方向偏移，应该是质心X值比实际值大，可适当调小。

设置摩擦力补偿阈值

摩擦力补偿阈值用于确定系统给予补偿所要满足的扭矩转换值的范围。比如将3轴的摩擦力补偿阈值设置为50，拖拽时，若3轴的扭矩转换值大于50或小于-50，系统会给予3轴补偿（即给予一定推力），使3轴的拖拽更顺滑。

综上所述，六维力传感器在智能制造领域发挥着举足轻重的作用，而在纳博特运控系统的加持下，人机协作将更加丝滑顺畅，这不仅能改善拖动示教模式的灵活性，也对工厂自动化程度的提升有一定的助力。