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咱们平时看影视里的机器人能灵活做各种动作,其实机器人早就走进了真实生活。现在不仅能精准抓取物品,在高精密的医疗手术里,机器人手臂也大显身手,能做出和人类手一样精细的操作。这背后离不开一种关键的感知设备 —— 多维力传感器,它就像机器人的 "触觉",帮机器人精准控制动作

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机器人在抓取物体时,得先感知手指对物体各个方向的作用力,才能调整力度。要是没做好,比如抓葡萄的时候劲用大了,直接就捏碎了。

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传统的三维力传感器只能测三个方向的力,但实际应用中,受力点往往和传感器不重合,这会产生力矩,导致测量结果失准。要知道,两个大小方向都一样的力,作用点不同,产生的效果天差地别,传统三维力传感器会因力矩误差,连葡萄都可能捏碎。而多维力传感器就能解决这个问题,它能同时测量多个方向的力和力矩,感知更全面的受力信息,让机器人动作更精准。

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当下主流的多维力传感器是六维力传感器,它依靠弹性体结构,当受到外力时弹性体发生形变,通过测量形变的大小和方向,就能算出三维空间里 3 个力和 3 个力矩的全部分量。

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我国在多维力传感器领域的研究起步不算早,上世纪八十年代以前,全球只有美国、日本等少数国家能生产这类传感器,不仅价格昂贵,还被西方列为对我国和东欧各国的禁运产品。

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上世纪九十年代以来,以中科院合肥智能锁机器人传感器实验室为代表的多家研究机构,在多维力传感器的结构设计、信息处理、应用等方面展开深入研究,进展迅速,取得多项突破。我国自主研制了一型膜片六维力传感器、框架式指力传感器、一体化六维力测试平台等多款产品,我国自研六维传感器打破国外技术垄断。

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随着机器人技术不断进步,多维力传感器的作用会越来越重要。未来,更高精度、更小型化、智能化的传感器会不断被研发出来,我们能看到更多拥有更精细 "触觉" 的机器人,在工作和生活里发挥更大的作用。