一、六维力和力矩传感器

   1. 什么是六维力和力矩传感器

       在介绍六维力和力矩传感器前，我们先来了解一下什么是力传感器。

       力传感器是将力的量值转换为相关电信号的器件。根据所测力的维数不同，力传感器也分为单分力传感器和多维力传感器。

       单分力传感器（单轴力传感器）是指测量单一维数方向的力或力矩，同理多维力传感器就是可以检测多个维数方向的力或者力矩。图中左边两个单分力传感器，右边两个是多维力传感器。

        六维力和力矩传感器指的是一种能够在笛卡尔坐标系中同时测量力和力矩并且可以将三个分量的输出转换为电信号的器件。

   2. 六维力和力矩传感器工作原理

       六维力和力矩传感器的工作原理主要考虑感力原件和理论模型两方面。

       根据感力原件的不同，传感器主要分三类：应变式力传感器、光学式传感器以及压电式传感器。

       应变式力传感器：采用硅应变片或金属箔，本质是材料本身发生形变而转化为阻值变化。

       光学式传感器：通过光栅反映形变，再转换成力。

       压电式传感器：将被测物理量变化转换成压电材料因受机械力产生静电电荷或电压变化的传感器。可分为电容和压电两种，电容是通过极距的变化导致电压变化，压电则是通过形变改变电荷。

   3. 不同原理六维力和力矩传感器比较

       经过稳定性、刚度、动态特性、成本与信噪比五个维度的比较可知，硅应变传感器和金属箔传感器之间，硅应变片在稳定性、信噪比以及动态特性方面要更优，两者刚度上相差不多，但成本上金属箔要优于硅应变片；电容传感器和压电传感器之间，电容传感器成本最优，其他几项弱于压电传感器；光学传感器在动态特性方便明显具有优势。