工業(yè)機(jī)器人“力”挽狂瀾：六維力傳感器在精密裝配與打磨中的應(yīng)用

應(yīng)用篇：六維力傳感器在精密裝配與打磨中的應(yīng)用

引言：打破“盲操”的困境

傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人憑借超高重復(fù)定位精度，在點(diǎn)焊、搬運(yùn)等領(lǐng)域表現(xiàn)出色。然而，一旦面對需要適應(yīng)環(huán)境變化的精密裝配與表面處理任務(wù)，其“盲操”的局限性便暴露無遺——微米級的零件公差、刀具磨損或機(jī)器人絕對定位誤差都可能導(dǎo)致裝配卡死、零件損壞或表面處理不均。六維力傳感器的引入，為工業(yè)機(jī)器人賦予了“觸覺”，使其能從“蠻力”操作升級為“巧力”交互，真正在精密裝配與打磨應(yīng)用中“力”挽狂瀾。

第一模塊：軸孔裝配：從“硬碰硬”到“柔順導(dǎo)引”

在過盈或緊配合的軸孔裝配中，純位置控制極易因微小偏差而卡死。

• 應(yīng)用原理： 機(jī)器人不再執(zhí)著于死磕理論上的裝配路徑，而是在六維力傳感器的引導(dǎo)下，執(zhí)行柔順裝配。
• 實(shí)現(xiàn)過程：
  1. 接觸探測： 機(jī)器人沿軸向接近，傳感器檢測到Z向接觸力（Fz）后，標(biāo)志裝配開始。
  2. 力搜索： 一旦側(cè)向力（Fx/Fy）或力矩（Mz）超過閾值，表明軸與孔邊緣發(fā)生碰撞。機(jī)器人立即觸發(fā)一個微小的、與力方向相反的補(bǔ)償運(yùn)動，如同人手在摸索著將線穿過針眼。
  3. 滑入與就位： 在力的引導(dǎo)下，軸自動找正孔心，順利滑入。當(dāng)軸到達(dá)孔底時，Z向力（Fz）會急劇上升，傳感器檢測到這一信號，標(biāo)志著裝配完成。

第二模塊：恒力打磨：從“過猶不及”到“均勻一致”

打磨拋光的質(zhì)量核心在于工具與工件間恒定且合適的接觸力。純位置控制無法適應(yīng)工件的形位公差或機(jī)器人自身的絕對誤差。

• 應(yīng)用原理： 機(jī)器人采用力/位混合控制。在法向（垂直于表面），進(jìn)行恒力控制；在切向（沿表面），進(jìn)行位置控制。
• 實(shí)現(xiàn)過程：
  1. 法向恒力： 設(shè)定一個理想的目標(biāo)接觸力（如-15N）。六維力傳感器實(shí)時反饋實(shí)際接觸力（Fz）?？刂破魍ㄟ^比較目標(biāo)值與實(shí)際值，動態(tài)調(diào)整機(jī)器人的法向位置：力大了就微微后退，力小了就微微跟進(jìn)，從而始終保持恒壓。
  2. 切向軌跡： 機(jī)器人同時嚴(yán)格沿預(yù)設(shè)的打磨路徑運(yùn)動，確保覆蓋整個表面。
  3. 姿態(tài)補(bǔ)償： 對于復(fù)雜曲面，力矩反饋（Mx, My）能幫助機(jī)器人自動調(diào)整末端的姿態(tài)，使磨具始終與曲面保持最佳接觸角度。

第三模塊：去毛刺與倒角：感知“虛實(shí)”的邊界

去毛刺作業(yè)中，毛刺本身的位置和大小具有不確定性。

• 應(yīng)用原理： 利用六維力傳感器實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)邊緣跟蹤。
• 實(shí)現(xiàn)過程： 機(jī)器人沿大致路徑運(yùn)動。當(dāng)?shù)毒呓佑|到工件時，力傳感器會感知到接觸力的建立。當(dāng)?shù)毒咦哌^邊緣（毛刺被去除）時，接觸力會突然消失或驟減。這個“力消失”的信號告知機(jī)器人已到達(dá)邊緣，從而立即觸發(fā)轉(zhuǎn)向或抬刀指令，避免空跑或過切，實(shí)現(xiàn)對不確定輪廓的精準(zhǔn)、自適應(yīng)加工。

第四模塊：螺釘擰緊：精準(zhǔn)的“最后一扭”

螺釘擰緊是典型的力矩控制應(yīng)用。

• 應(yīng)用原理： 直接對繞Z軸的力矩（Mz）進(jìn)行監(jiān)控與控制。
• 實(shí)現(xiàn)過程： 機(jī)器人首先在位置控制下尋找并插入螺絲。隨后切換為力矩控制，持續(xù)旋轉(zhuǎn)并實(shí)時讀取Mz值。當(dāng)Mz達(dá)到預(yù)設(shè)的緊固力矩時，機(jī)器人立即停止，確保每一個螺釘?shù)木o固程度都完全一致，既不過松導(dǎo)致脫落，也不過緊導(dǎo)致滑牙或零件損壞。

總結(jié)： 在精密裝配與打磨領(lǐng)域，六維力傳感器的作用遠(yuǎn)非簡單的“測量”，而是作為機(jī)器人與環(huán)境交互的“智能中樞”。它將力的反饋轉(zhuǎn)化為行動的指南，使機(jī)器人從僵硬的執(zhí)行者，蛻變?yōu)槟芨兄⑴袛嗖⒆赃m應(yīng)環(huán)境的“巧匠”，極大地提升了生產(chǎn)質(zhì)量、效率與自動化水平的適用范圍。