随着第一台工业机器人于20世纪50年代末诞生,机器人的应用快速遍及军事、医疗、航空航天、国防、冶金能源等各个领域。计算机的高速发展,使人们对机器人的智能化要求进一步提高,为此提出了智能传感器,让机器人可以像人一样拥有五官功能,自主感知外界环境信息,实现更加智能、灵活的机器人操作方式。

自20世纪70年代以来,六维力传感器快速走进机器人生产制造领域。当机器人在三维空间工作时,其执行末端实际上包含空间三维力/力矩,通过六维力传感器与机器人执行末端的结合,可以实时检测外界环境对其产生的全力信息,保证机器人运动轨迹的精准性。在曲面跟踪、轴孔装配等复杂操作场合,能够实现较好的控制效果。

国内外各研究机构纷纷展开六维力传感器应用方面的研究[88～94]。目前六维力传感器在医疗、工业机器人等高新技术领域已有了成功的应用实例。它可以帮助机器人完成复杂高精的工作。

Seibold等[95]研制了一种应用于微创机械手末端的微型六维力传感器,如图1-21所示,该传感器是基于Stewart平台结构研制的,利用力觉反馈可实现微创手术的远程操作。Jacqa等[96]设计了结构简单的六维力传感器,如图1-22所示。该传感器的敏感元件处于同一平面内,使用高发射厚膜系统,拥有很高的精度。Almeida和Lopes[97]提出采用CRID(小型六自由度自动阻抗控制装置)和使用位置控制的工业机器人联控的方法。这种控制策略主要应用于受不定空间接触力的各种任务中,如轴孔装配与曲面跟踪等,如图1-23所示。

图1-21　微创机械手传感器(www.daowen.com)

图1-22　手腕康复六维力传感器

图1-23　阻抗控制典型任务

(a)曲面跟踪;(b)轴孔装配

　　近年来国内学者也对智能力传感器在智能控制系统中的实际应用进行了相关研究。王晓东和王全玉[98]在2004年研制出配有被动柔顺装置的柔性腕力传感器,采用非接触式光电检测装置实现测量系统对位置/姿态变换的检测,在机器人作业中能够提供主动与被动柔顺,具有位置灵敏度及精度高的特点。2008年上海交通大学的李彦明等[99]设计出一种带有并联结构六维力传感器的机械手结构。该机械手六维力传感器用于测量夹持机械手在工件夹持中的作用力信息,并可根据受力信息的反馈实现机械手姿态的调整。