Что такое датчик силы?

Что такое датчик силы?

Датчик силы — это датчик, который измеряет величину силы или момента.

Он используется для воспроизведения человеческого осязания путем определения величины и направления физической силы. Его основное применение — в робототехнике.

Датчики силы — это в основном датчики силы 6-осевого типа, что означает, что они могут определять силы в трех измерениях (X, Y и Z) и моменты вокруг каждой из этих осей (X, Y и Z).

Применение датчиков силы

Датчики силы используются в промышленных роботах для автоматизации задач, которые ранее приходилось выполнять вручную.

1.Обнаружение внешних и реактивных сил

Датчики силы могут одновременно измерять силы и моменты. Установленные на рабочем конце робота, они могут работать с соответствующей силой, одновременно измеряя внешние и реактивные силы.

2. Автоматизация точной работы

Датчики силы могут измерять точные силы и моменты, чтобы роботы могли работать с соответствующими силами. Это позволяет автоматизировать точную работу роботов.

Конкретные задачи включают в себя вставку электронных компонентов и разъемов с мягкими клеммами, сопряжение с небольшим люфтом, прецизионную затяжку винтов, снятие заусенцев, полировку с небольшим усилием, сборку и независимое управление двуногим роботом.

3. Тактильная диагностика и дистанционное медицинское лечение

Терминал, оснащенный датчиком силы, можно расположить рядом с пациентом, что позволяет врачу получать доступ и интерпретировать силы и моменты, обнаруженные датчиком силы, что позволяет проводить дистанционную тактильную диагностику.

Принцип работы датчика силы

Датчики силы определяют величину деформации, вызванную силой, и преобразуют ее в силу или момент.

Тензометрические, пьезоэлектрические, оптические и емкостные датчики силы являются репрезентативными среди методов обнаружения датчиков силы.

1. Датчик силы тензодатчикового типа

Тензодатчиковый тип — это метод преобразования силы или крутящего момента путем использования свойства металлических резистивных материалов, электрическое сопротивление которых изменяется в зависимости от силы растяжения или сжатия, приложенной к части датчика. Этот метод широко используется для датчиков силы, поскольку он компактен, высокоточен и отзывчив.

2. Пьезоэлектрический датчик силы

Пьезоэлектрические датчики силы используют пьезоэлектрические материалы, такие как кварцевый кристалл или PZT (цирконат-титанат свинца) для сенсорной части для измерения силы. Они компактны, высокочувствительны и относительно недороги. Однако точность не такая высокая, как у тензодатчиков или емкостного типа.

3. Емкостный датчик силы

Структура датчика емкостного типа включает электроды, изготовленные из металлических материалов, расположенных друг напротив друга в конфигурации, подобной конденсатору. Этот метод обнаруживает изменения емкости из-за изменений расстояния, вызванных деформацией между проводниками из-за силы.

Емкостный тип характеризуется своей относительно простой конфигурацией и низкой стоимостью. Если электроды изготовлены из пленки, их можно сделать меньше и тоньше. Точность и отклик также превосходны.

4. Оптический датчик силы

В оптическом методе на измеряемом объекте через регулярные интервалы наносится рисунок. Изменение рисунка, которое происходит при приложении силы, обнаруживается оптическим датчиком, таким как камера или лазер, и вычисляется и получается величина силы.

Самым большим преимуществом оптического метода является то, что он позволяет проводить бесконтактные измерения. С другой стороны, точность, отзывчивость, миниатюризация и стоимость уступают другим методам. Он ограничен специальными приложениями, требующими бесконтактных измерений.

5. Датчик силы HDR

Существуют так называемые датчики силы HDR (High Dynamic Range), которые характеризуются широким динамическим диапазоном, например, от 10 г до 20 кг.

Объединяя технологию искусственного интеллекта и робототехники с датчиками силы HDR, можно выполнять точные сборочные операции, подстраиваясь под мельчайшие силы. Роботы все больше автоматизируют и модернизируют сборочные работы на производственных площадках.

6. Емкостный датчик силы

Емкостный датчик силы характеризуется своей способностью измерять 6-осевые компоненты путем обнаружения изменений расстояния между двумя параллельными пластинами. Может быть реализована простая структура и может поддерживаться низкая цена.

Также доступны датчики силы с механизмом остановки против перегрузки внутри датчика. В последнее время эти датчики широко используются в области промышленных роботов. Ожидается, что спрос будет расти все больше и больше из-за растущей автоматизации в обрабатывающей промышленности.

Другая информация о датчиках силы

Применение датчиков силы

Совместная работа между людьми и роботами может быть реализована путем управления людьми роботами, использующими датчики силы. Также может выполняться тонкая работа, требующая точной регулировки силы.

В частности, в области производства использование датчиков силы реализовало автоматизацию задач, которые могут быть выполнены только квалифицированными мастерами, тем самым повышая производительность. В медицинской сфере ожидается, что датчики силы будут использоваться при дистанционных медицинских осмотрах, где состояние пораженной области можно будет определить с помощью тактильной диагностики.