应变技术怎么提升工业协作机器人的力控性能
协作机器人（cobots）的操作理念建立在机器人与操作员之间的互动上。这类系统通常由一个装备了特定工具的电动机械臂和一个人机交互界面组成，后者允许操作员控制机械臂的位置和运动。整个系统由软件和电子系统进行控制，将人机界面与电动机械结构相连接，并执行用户的指令。
为了确保安全性、功能性、控制精度和数据收集，协作机器人系统必须配备多种传感器。这些传感器负责收集环境数据，而控制程序则决定机器人在何时以及如何响应。执行器随后执行相应的动作，传感器继续收集交互数据，并向控制系统提供反馈，这一过程实时且连续不断地重复。力、扭矩、负载、质量、压力和多轴力的测量，每个传感器都必须提供准确无误的信号。
这类OEM定制传感器应被视为一个完整的系统，包括应变片、传感器弹性体、电缆和电子电路的整合，并将应变测量作为可靠性关键因素之一。
构建协作机器人传感器的路线图涉及一系列步骤，这些步骤可能因传感器类型和应用而异，但通常包括以下环节：
1. 确定传感器类型和要测量的物理量，这将取决于协作机器人将执行的具体任务。例如，执行拾取和放置任务的机器人可能需要负载传感器来检测和定位物体。
2. 选择适当的材料和组件，传感器组件必须根据具体的应用和环境进行选择。
3. 设计优化，通过有限元分析（FEA）来优化传感器设计。这种方法可以模拟传感器在各种机械载荷下的性能，从而在制造和部署之前识别潜在问题，减少昂贵的错误风险，并提高整体设计水平。FEA还可用于确定应变片的理想位置，以确保精确测量。
4. 原型制作，在产品开发周期中扮演着至关重要的角色。通过创建原型，可以将应变片安装在传感器组件上，并将它们接入惠斯通电桥以评估性能。这一步骤有助于确认终产品将具有优越的质量并满足所需的规格，大程度地减少发生昂贵错误的可能性，并简化了产品推向市场的路径。
5. 传感器设计，工程师在设计阶段考虑到应用中存在的特定环境因素，并选择合适的涂覆材料和传感器结构，以确保达到佳的保护效果。可以利用各种涂层来保护传感器免受环境挑战的影响，例如高温、高压和腐蚀性液体的存在。
6. 重新测试并终确定传感器，涂覆的传感器随后会在发货前进行测试。所有的需求都已终确定。在设计和制造过程之后，它现在已经准备好集成到协作机器人系统中。
应变片通常用于测量非常小而精确的机械应变。由于电阻的变化非常微小，因此不能直接用欧姆表测量。所以应变片必须包含在一个能够精确确定电阻变化的测量系统中。为此，必须创建一个惠斯通电桥电路。惠斯通电桥电路由应变片组成，它将机械应变转换为电阻的变化。
实际上，基于应变片的力传感器可以测量轻微的变形，从而产生高度精确的力测量结果。这对于需要高精度的应用非常关键，例如处理精细物体或调整运动的力度。
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