一、基本定义
六维传感器，也称为六维力和力矩传感器或六轴力传感器，是一种能够同时测量三个力分量（Fx、Fy、Fz）和三个力矩分量（Mx、My、Mz）的先进传感器。
二、典型基本原理
参照图1所示，六维力矩传感器的核心结构通常由弹性体、应变片（或压电晶体等敏感元件）、电路部分及信号处理单元组成。
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图1 六维力传感器基本原理组成
三、力传感器选型
1．计算待测量的力与力矩
选择传感器时，力矩值是一个关键因素。传感器连接到端部执行器的方式以及执行的任务类型，将决定作用在传感器上的力。这些力（包括动态和静态的）乘以力臂（即力作用点到传感器中心的距离），就得到了在特定点上施加的力矩。此外，还必须考虑超出正常操作范围的过载条件，这些条件下传感器可能会承受超出常规操作力和力矩的负荷。
2．确认传感器量程
根据不同供应商产品对应选择相应型号。
3．确认分辨率
其次，应考虑所需的分辨率。分辨率可能与量程的选择不一致，量程越大分辨率越低。
4．确认其他参数
比较选择的传感器的详细参数，选择最适合您应用的型号。
示例：目标测得力是98N(10kg），末端工具25cm。那么扭矩值应是24.5 N·m。那么最适合的力矩≥25.5 N·m对应型号的产品。
四、主流品牌
截至2023年，六维力传感器市场约七成为外资品牌占领，其中ATI占约2成，剩余3成市场分别由宇立科技、蓝点触控、坤维科技以及其他国产品牌所占领。
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图2 六维力传感器市场占有率
1.ATI（进口）
TI工业自动化公司成立于1965年，是一家专注于工业自动化领域的企业。公司的主要产品包括六维力传感器、扭矩传感器和机器人手臂工具等，这些产品在提高生产线效率、精确度以及增强机器人手臂功能和性能方面发挥着重要作用。
主要产品系列与特点
Axia系列：
产品优势：
高性能，低成本的传感器。在高测量精度的基础上具有极高的刚度。所有电路板都集成在传感器本体内，降低成本的同时使传感器本体体积更小巧。和其他ATI传感器一样，Axia 具有卓越的品质和可靠性。自带IP64防护等级，应对粉尘和轻度泼溅。
典型应用：电子器件装配 抛光 实时力控 产品测试 半圆 协作机器人
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图3 Axia系列示例
Nano系列：
产品优势：
世界上最小的6轴传感器：nano系列适合狭小空间研究中的应用。极高的分辨率：Nano17可以测量小到0.318克力。
典型应用：牙科研究 机器人外科手术 机械手研究 指端力研究等
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图4 Nano系列示例
Mini系列：
产品优势：
Mini系列体积小，结构紧凑，部分型号有通孔设计，可以通过线缆。高信噪比：是传统金属应变计的75倍。放大后的信号接近零的噪声失真。
典型应用：遥操作机器人 机器人外科手术 机械手的研究 指端力研究等
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图5 Mini系列示例
Gamma系列：
产品优势：
质量轻，结构强度高：机身由高强度航空铝加工的精密加工。最大允许过载值是额定值的6.9至31.6倍。高信噪比：是传统金属应变计的75倍。放大后的信号接近零的噪声失真。提供IP60，IP65和IP68（10m）版本：IP60版本用于粉尘较大的环境。IP65传感器可以防尘防水溅 IP68版本传感器最多可以放入10m水深。
典型应用：实时力控制 机器人装配 触觉反馈 汽车零部件测试 假体装置测试等
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图6 Gamma系列示例
Delta系列：
产品优势：
量程高于Gamma系列，提供IP60，IP65和IP68（10m）版本：IP60用于粉尘较大的应用环境，的IP65版本是防尘防水泼溅。IP68的版本在清水可下潜到10米的水深。
典型应用：实时力控制 机器人装配 触觉反馈 康复测试等
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图7 Delta系列示例
Omega系列：
产品优势：
Omega85结构紧凑，量程范围广。高信噪比：是传统金属应变计的75倍。放大后的信号接近零的噪声失真。IP65和IP68（10m）版本：IP65版本是防尘防水泼溅。IP68的版本在清水到10米的水深。
典型应用：遥操作机器人 仿人机器人 康复机器人 修复类研究 机器人加工 机器人装配等
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图8 Omega系列示例
2.宇立仪器（国产）
RI宇立仪器是集研发、生产为一体的技术密集型企业，公司主营多轴力传感器、力控打磨设备和汽车测试设备，围绕力测量和力控制，为全球客户提供系列化的解决方案。多轴力传感器包括六维力传感器、三维力传感器、一维力传感器和关节扭矩传感器。力控打磨设备包括iGrinder智能浮动力控、力控打磨工具和成套的机器人智能打磨设备。汽车测试设备包括汽车耐久测试力传感器、汽车碰撞假人力传感器、碰撞力墙和辅助驾驶测试系统ADAS。M39XX系列产品优势：
M39XX系列是大量程、结构解耦型大量程 6 轴力传感器。外径从60mm至135mm，最大量程291600N。最大允许2倍过载，IP60防护等级，模型号末尾加字母 “ P ” 表示IP68防护等级(e.g. M3965P)。M39XX系列非线性、迟滞小于1%F.S，串扰小于5%F.S。
典型应用：大量程应用场景
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图9 M39XX系列示例
M33XX系列
产品优势：
M33XX系列是结构解耦型的工业级6轴力传感器，专为工业机器人而设计，具有10倍过载保护功能，IP65防护等级，内置低噪声信号放大器，非线性、迟滞小于1%F.S，串扰小于5%F.S。
典型应用：工业级六轴传感器
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图10 M33XX系列示例
M38XX系列
产品优势：
M38XX系列是低量程、高精度工业级6轴力传感器，是矩阵解耦型6轴力传感器。非常适合于精密装配、风洞测试等。该类传感器提供10倍（或6倍）过载保护功能。直径大于75mm的型号可以内置放大器或采集卡。IP60防护等级，模型号末尾加字母“P”表示IP65防护等级(e.g. M3815BP)。M38XX系列非线性、迟滞小于0.5%F.S，串扰小于2%F.S。
典型应用：低量程高精度6轴力传感器
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图11 M38XX系列示例
M35XX系列
产品优势：
M35XX系列为SRI超薄型6轴力传感器，是矩阵解耦型6轴力传感器。其技术受专利保护，其厚度薄至9.2mm，是全球商业化薄型六轴力传感器。最大允许3倍过载。IP60防护等级，M35XX系列非线性、迟滞小于1%F.S，串扰小于3%F.S。
典型应用：超薄型六轴力传感器
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图12 M35XX系列示例
M43XX系列
产品优势：
M43XX系列为工业级6轴力传感器，该类传感器提供3 - 10倍过载保护功能，IP65防护等级，内置低噪声放大器。M43XX系列非线性、迟滞小于0.5%F.S，串扰小于3%F.S。
典型应用：工业级六轴传感器
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图13 M43XX系列示例
M37XX&M47XX系列
产品优势：
M37XX系列直径15至135mm，50至6400N，0.5至320Nm，是矩阵解耦型6轴力传感器。M3701的直径15mm，厚度14mm，是全球商业化六轴力传感器。M37XX系列非线性、迟滞小于0.5%F.S，串扰小于2%F.S。3倍过载能力。传感器标定报告中会提供一个 6X6 的解耦矩阵。信号放大器M830X系列和数据采集卡M812X系列可用于信号调理和采集。放大器或采集卡也可内置于传感器中。
典型应用：机器人&通用测试
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图14 M37XX&M47XX系列示例
五、结语
国产六维传感器在技术、性能和应用领域正逐步追赶进口传感器，展现出与进口传感器相媲美的性能，并在某些特定应用中展现出优化设计和动态特性补偿算法的优势。随着技术创新、应用拓展、国际竞争力提升、智能化与集成化以及标准化与系列化的发展，预计国产六维传感器将在未来实现更广泛的应用和国际竞争力的提升。
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