隨著人形機器人量產(chǎn)及商業(yè)化進程的推進，高工機器人產(chǎn)業(yè)研究所（GGII）預(yù)測，到2030年，全球人形機器人領(lǐng)域力傳感器市場規(guī)模將達328.06億元，其中人形機器人領(lǐng)域六維力傳感器市場規(guī)模將達138.40億元。

感知是人形機器人控制和執(zhí)行的前提。感知層的傳感器是軟件控制和硬件零部件的橋梁，是物理世界與數(shù)字世界的接口，是實現(xiàn)具身智能的關(guān)鍵。

力傳感器作為其中一類，負責(zé)將力的量值轉(zhuǎn)換為相關(guān)電信號，可以檢測張力、壓力、重量、扭矩、應(yīng)變和內(nèi)應(yīng)力等機械量。人形機器人常用的是維度最高的力矩傳感器——六維力傳感器（也稱：六維力矩傳感器）。

六維力傳感器能夠給出最為全面的力覺信息，同時，其在全方位機械過載保護、動態(tài)性能等領(lǐng)域技術(shù)壁壘也較高。

通過六維力傳感器來感知與工件之間的相互作用力，并將感知到的力信號反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)繼而根據(jù)感知到的力信號調(diào)整人形機器人的運動軌跡和力度，從而實現(xiàn)對力度的精確控制。

而事實上，究竟什么技術(shù)路線的六維力傳感器更適合人形機器人，業(yè)界仍在持續(xù)探索。

“誰”更合適？

技術(shù)路線探索

根據(jù)傳感元件的不同，六維力傳感器主要分為應(yīng)變片式、光學(xué)式、壓電、電容式、MEMS硅原理等各種原理。

市場中技術(shù)成熟且應(yīng)用較廣的是應(yīng)變片式。應(yīng)變片式通常采用的是硅應(yīng)變片或金屬箔，本質(zhì)是材料本身發(fā)生形變，進而轉(zhuǎn)化為阻值變化，具有精度高、測量范圍廣、成本低、高頻響特性好等特點。

那么，應(yīng)變片式是最適合人形機器人的六維力傳感器嗎？

“應(yīng)變片式六維力傳感器可以滿足人形機器人手腕的應(yīng)用需求，但對于腳踝而言，顯得有些力不勝任，并不是最合適的技術(shù)路線。”鑫精誠傳感器董事長吳浩在接受高工機器人調(diào)研時表示。

應(yīng)變片式所存在的問題主要表現(xiàn)為長期可靠性不足。由于應(yīng)變片式是膠水粘貼的工藝，采用該技術(shù)路線的六維力傳感器避免不了存在膠水氧化老化后的零點漂移，溫度漂移、蠕變等問題。吳浩表示，從原理上來看這基本上是無解的。但對于人形機器人的腳踝而言，六維力傳感器的長期可靠性是不能作讓步的核心性能。

除此之外，高剛性和抗過載能力也是考核六維力傳感器是否能夠滿足人形機器人的核心性能。

人類的踝關(guān)節(jié)為重要承重關(guān)節(jié)，數(shù)據(jù)顯示，步行時足部承重是體重的1.5倍。就像人的踝關(guān)節(jié)一樣，人形機器人的腳踝同樣需要承受超出其自身的重量。以特斯拉展示的第二代人形機器人Optimus為例，該人形機器人的身高為1.8米,重量為57KG，相對應(yīng)其腳踝所需要承受的重量或?qū)⒊^57KG。

如上文所言，同時需要兼具高剛性、強大的抗過載能力和溫度靈敏度漂移控制能力，以及長期可靠性，那么究竟什么技術(shù)路線的六維力傳感器會比應(yīng)變片式更適合人形機器人應(yīng)用呢？

圍繞這個問題，鑫精誠傳感器展開了多技術(shù)路線的研發(fā)探索，并已有收獲，于近期推出了兩大系列不同方向的六維力傳感器產(chǎn)品，分別是壓電六維力傳感器和MEMS原理關(guān)節(jié)力矩傳感器。

壓電六維力傳感器

更貼合人形機器人腳踝應(yīng)用要求

壓電式技術(shù)路線的特點是：高剛性、高靈敏度、無零點漂移、不受溫度變化影響，理論上無限次使用壽命。壓電式無需外加電源，也不需要膠水粘貼工藝，不存在應(yīng)變片式的膠水氧化老化等問題。

由于壓電式六維力傳感器技術(shù)難度高，目前市場應(yīng)用仍以瑞士Kistler等國外品牌為主。反觀國內(nèi)，多數(shù)企業(yè)尚未布局，或正處于研發(fā)、驗證等階段。如今，鑫精誠傳感器已攻破這項技術(shù)，實現(xiàn)了壓電式六維力傳感器的自研自產(chǎn)。

鑫精誠傳感器所研發(fā)的壓電六維力傳感器采用壓電石英晶體原理，是一款已預(yù)壓的六維力傳感器，可用于測量三個正交方向的力（Fx,Fy,Fz）和力矩（Mx,My,Mz），所有的方向的力和力矩信號由單獨的壓電晶體感應(yīng)并輸出。

鑫精誠傳感器推出的壓電六維力傳感器具備高剛性、高穩(wěn)定性、低溫漂、低零飄、長期可靠性好、抗過載能力強（≤120%）、工作溫度范圍廣、使用壽命長、固有頻率高、上下雙法蘭連接、極低的閾值、使用壽命過億次、IP等級高等優(yōu)勢，更加貼合人形機器人腳踝處的應(yīng)用需求。

具體來看，該產(chǎn)品的溫度靈敏度漂移（≤0.05%F.S/℃）較應(yīng)變片式表現(xiàn)更好，且工作溫度范圍較廣（-40-120℃），尤其能夠滿足通用型人形機器人應(yīng)用。此外在產(chǎn)品設(shè)計上，鑫精誠傳感器的壓電六維力傳感器結(jié)構(gòu)緊湊，即便在非常狹小的空間內(nèi)，也可以完成力/力矩的動態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)測量。

關(guān)于它的剛性和靈敏度，吳浩舉例表示：“壓電六維力傳感器可以非常好的兼顧剛性和靈敏度，它既能準(zhǔn)確測量卡車的重量，又同時能分辨出駕駛員吐出的口香糖的重量?！?/strong>