六维力传感器：探索未来感知技术的新里程碑

2025-11-29

在现代的工业生产中，六维力传感器是一种重要的装置，被广泛用于汽车工业、航空航天以及医疗设备等工业和民用领域中。尤其是在机器人领域，技术难度和使用难度较大，对于机器人产业链和其他智能装配方面非常重要。因此，信部将六维力传感器纳入了重点发展的核心零部件范畴。

力传感器，是一种感知和测量力量的传感器，可以测量物体的重力。根据测量维度的不同，力觉传感器可以分为一至六维力传感器。

称重传感器就是一维力传感器，因为它只能测量垂直于地面的重力。如果传感器只能测量三个维度的力或力矩，那么它就是三维力传感器。而六维力传感器，又称为六自由度力传感器是一种可以测量物体在三个方向上的受力和三个方向上的力矩的传感。传感器通常由负载细节、弹性元件、应变片和信号处理路组成,其主要原理是利用应变测量技术，通过测量物体内部弹性元件受力引起的应变化，使用压阻、应变计、电容、磁力等不同的原理来测量力的大小和方向，然后将测量结果转化为可读的数据输出。通过精准的测量和准确的分析，六维力传感器能够实时监测物体受力情况，并提供及时的反馈。

六维力传感器是维度最高的力觉传感器，能够提供最全面的力觉信息。六维力传感器有许多独特的特点，这也是它成为爆款产品的关键因素之一，具有高精度和高灵敏度的特点，可以轻松地检测到微小的力的变化，从而满足各种应用的需求。另外，六维力传感器具有快速响应的特点，能够实时记录和传输数据，使得用户可以及时获得反馈和调整。此外，六维力传感器还具有耐用性和可靠性，适用于各种恶劣环境下的工作需求。

六维力传感器的发展历史

六维力测量的需求最早来自航空航天飞行器研究领域（图1），安装在飞行器内部的六维力传感器用来测量飞行器的空气动力学特性，包括飞行器的升力、阻力、侧向力、俯仰力矩、偏航力矩和滚转力矩（图2）。正交三方向力和三方向力矩同时测量，所以需要用六维力传感器。

图1 飞行器空气动力学测量试验

图2 升力/阻力/侧向力及俯仰/偏航/滚转力矩的六分量同时测量

最早的六维力测量并不是采用传感器，而是采用原理和制造都非常复杂的大型机械装置（图3）。

图3 早期的机械式六维力测量装置

随着敏感元器件技术的发展，六维力传感器也应运而生，后来逐渐应用到汽车测试、生物力学和机器人等众多科技领域，当然在不同的应用领域，六维力传感器的产品形态和技术特点也有较大区别。

在需要精准测量的情况下，使用六维力传感器，不仅是可以精确测力，在获得力矩信息后，还可以利用力矩信息来推算获取受力部件的姿态；同时监测力矩是否在安全范围内，有效避免传感器的过载损坏。

六维力测量技术是一个多样化的平台技术，可以根据不同的应用场景和需求进行定制。六维力传感器在各个行业中具有不同的产品形态，取决于环境、载荷、安装、通讯、算力以及动力学特性等因素。研发这样的传感器非常困难，因为它不仅仅是简单地叠加三个一维力传感器和三个扭矩传感器的结构。它具有明显的非线性力学特征，需要考虑多通道信号的温漂、蠕变、交叉干扰以及实时数据处理等问题。此外，由于六维联合加载标定的复杂性，六维力传感器的技术难度是一维力传感器难度的六次方。