6月14日召开的特斯拉2024股东大会上，特斯拉CEO马斯克表示，人形机器人将成为工业主力，特斯拉工厂预计在明年部署超过一千个，甚至数千个人形机器人。

（△图源网络）

就在不久之前，特斯拉展示的第二代人形机器人Optimus已经采用六维力传感器用于手腕和脚踝的力控。通过六维力传感器，Optimus能够精确感知和调整与环境的交互力，从而实现复杂任务的自主操作，如搬运物品、装配零件等。六维力传感器的高精度和快速响应使Optimus在工厂和服务环境中表现出色，显著提高了任务的完成质量和效率。

人形机器人的设计制造目的是为了与人工工具和环境进行交互，从而辅助甚至替代人类的生产生活。在工业领域，人形机器人可以在装配线、仓储管理、精细操作等方面替代人类，提高生产效率，降低人力成本；在家庭服务、医疗康复和公共服务等领域，人形机器人可以帮助人类完成日常任务，提高生活质量；而实现/提升柔顺控制，对人形机器人对于复杂地形的通过能力、人机柔顺交互能力的提升非常重要。

而基于力反馈的柔顺控制就是从力传感器取得控制信号，用此信号去控制机器人，使之响应这个变化而动作。

六维力传感器是一种特殊的力觉传感器，可以测量物体在笛卡尔坐标系下三个轴向的力和力矩，是目前最完整的多维力传感器形式；其为机器人提供了类似于人类触觉的功能，使得机器人能够感知和适应外部环境的变化，从而完成更加复杂和精细的任务，是机器人柔顺控制和操作的核心部件。

六维力传感器通常基于应变效应工作，即通过弹性体上的应变片来检测力或力矩引起的微小形变，其运作原理可涉及以下方面：

1、应变效应：当弹性体受到力或力矩作用时，其形状变化会导致应变片电阻值的变化。

2、信号转换与放大：应变片检测到的微小电阻变化通过电荷放大器放大，并转化为电信号，这些电信号随后被转换成数字信号。

3、数据处理与解耦：通过数据采集系统进行采集，并进行模数转换（A/D转换）。随后，控制系统中的软件算法对数据进行处理，包括解耦算法，以分离各个方向上的力和力矩，确保测量结果的准确性。

4、标定和校准：为了确保测量的准确性，六维力传感器需要进行精确的标定和校准。这涉及到复杂的六维联合加载技术，确保传感器在所有六个自由度上都能准确测量力和力矩。

目前，业内对实现/提升人形机器人柔顺控制的共识，是将六维力传感器安装在人形机器人的手腕、脚踝和灵巧手等部位，让其持续检测人形机器人与环境之间的多维交互力和力矩，并最终在运控规划、姿态调整、力度感知等功能中起到重要作用。

通过装配六维力传感器，人形机器人将实现更高级别的自主操作，能够直接响应指令，执行复杂任务。

作为人形机器人中的关键零部件，六维力传感器的关键性能参数直接影响人形机器人的运作效果。

01、灵敏度：灵敏度决定了传感器对力和力矩变化的响应程度。高灵敏度的传感器可以更准确地检测到微小的力变化，这对于需要精细操作的任务非常重要。

02、精度：精度反映了传感器测量结果的准确性。它包括了测量结果的重复性和与理论值的接近程度。高精度的传感器可以提供更可靠的数据，从而提高机器人操作的准确性。

03、串扰：串扰指标用来衡量多维力传感器各测量方向间的耦合影响。低串扰可以减少不同测量方向之间的相互干扰，提高测量的准确性。

04、非线性：力传感器的非线性指的是力传感器输出信号与输入的实际力之间不是线性关系的一种特性。理想情况下，力传感器的输出信号与输入力成正比，即输出信号与输入力之间的关系可以用一条直线表示。但在实际应用中，由于各种原因(如材料的非线性、结构变形、电气特性变化等)，力传感器的输出信号往往不是严格的线性关系，这就形成了非线性误差。

05、迟滞：迟滞是指传感器在加载和卸载过程中输出信号的差异，它影响测量结果的一致性。

06、零点：零点稳定性是指在没有外力作用时传感器输出信号的稳定性，它影响传感器在长时间运行中的可靠性。

07、分辨率：分辨率是传感器能够区分的最小力或力矩变化，高分辨率对于执行精细操作尤为重要。

08、过载能力：过载能力指传感器能够承受的最大力超过其额定量程的能力，而不会对传感器造成损坏。

09、温漂：温度漂移是指由于温度变化引起的传感器输出信号的变化。低温漂可以保证传感器在不同温度环境下的稳定性。

10、动态响应：动态响应能力决定了传感器对快速变化的力和力矩的跟踪能力，这对于需要快速反应的应用场景非常重要。

这些参数共同决定了六维力传感器的性能，进而影响了人形机器人在执行任务时的灵活性、稳定性和准确性；因此，为人形机器人特定部位功能，进行六维力传感器的性能匹配选型，是机器人厂商在设计和制造过程中不可或缺的关键步骤。

【海伯森HPS-FT系列六维力传感器】

自2016年发布第一款六维力传感器产品以来，海伯森持续投入研发，通过新材料应用、技术创新、软件升级等方式实现产品的不断迭代优化，结合市场大范围拓展带来的大量产品应用经验，今年成功推出新一代六维力传感器产品HPS-FT080，广受市场好评。

【关键技术难点及解决方案】

01高精度力矩测量

挑战：六维力传感器需要在多个自由度上同时测量力和力矩，其精度要求极高。解决方案：海伯森选择高灵敏度和高线性度的应变片材料，并采用优化的布置方式，有效分离各个方向上的力和力矩，减少耦合效应。通过先进的制造工艺，确保应变片与弹性体之间的牢固结合，提高测量精度。

02低温漂和零点稳定性

挑战：温度变化对传感器输出信号的影响显著，必须在广泛的温度范围内保持稳定的输出。

解决方案：海伯森在传感器内部集成高精度的温度补偿算法，使用具有热稳定性的材料，确保传感器在不同温度下输出稳定。通过严格的温度测试和优化，减少温度漂移对测量精度的影响。

03高动态响应和抗冲击能力

挑战：传感器需要能够实时响应快速变化的力和力矩，同时具备良好的抗冲击能力。

解决方案：海伯森在结构设计上采用高刚性材料，并引入减振技术，提升传感器的抗冲击能力。通过优化信号处理电路，确保传感器具备高动态响应能力，能够迅速跟踪快速变化的力和力矩。

04低串扰和高线性度

挑战：多维力传感器各测量方向间的耦合影响（串扰）会降低测量精度。

解决方案：海伯森采用先进的结构解耦设计和高性能的嵌入式微处理器，结合复杂的补偿算法，减少各测量方向间的耦合，确保高线性度和低串扰。

05高分辨率和灵敏度

挑战：高分辨率和灵敏度是六维力传感器的核心性能指标，决定了传感器能否检测到微小的力和力矩变化。

解决方案：海伯森使用高增益、低噪声的信号处理电路，并精益求精地设计应变片材料和结构，确保传感器具备高分辨率和高灵敏度。

06过载保护和长寿命设计

挑战：传感器在使用过程中难免会遇到超过额定量程的力，这就要求传感器具有强大的过载保护能力。

解决方案：海伯森通过优化弹性体结构和采用先进的力传递路径设计，提高传感器的过载保护能力。选择高耐用性的材料和改进制造工艺，确保传感器的长期可靠性和使用寿命。

【行业应用】

海伯森HPS-FT系列六维力传感器在多个行业领域中展现了其卓越性能和广泛应用：

工业机器人：在工业生产线上，六维力传感器帮助工业机器人实现高精度的装配、焊接和搬运任务。传感器提供的实时力反馈数据，使机器人能够精确控制力和位置，提高生产效率和产品质量。

协作机器人：协作机器人需要与人类紧密协作，六维力传感器确保机器人在执行任务时能够感知并响应外界的力变化，保证安全性和操作灵活性。

外骨骼机器人：在医疗康复和辅助领域，六维力传感器用于外骨骼机器人的关节部位，提供力反馈数据，帮助患者进行精准的康复训练，增强运动能力。

医疗康复机器人：在康复治疗中，六维力传感器用于监测和控制康复机器人的操作力，确保治疗过程的安全和有效性，为患者提供个性化的康复方案。

柔性夹爪和机器人关节：在自动化生产中，六维力传感器应用于柔性夹爪和机器人关节，实现对工件的精细抓取和搬运，适应各种复杂工况。

自动化测量与控制：在测量和控制系统中，六维力传感器用于精确测量多维力和力矩，提供高精度的数据支持，应用于风洞测试、实验室研究等领域。

六维力传感器是人形机器人技术进步的核心，其通过精确测量力和力矩，赋予机器人更高的操作精度和灵活性。这些传感器的动态响应能力，为机器人执行复杂任务提供了强有力的技术支持，是实现机器人智能化和自动化不可或缺的组件。

结语：展望未来，随着研发的持续投入及技术的不断突破，海伯森HPS-FT系列六维力传感器将继续以其微型化、智能化和高性价比进一步推动其在各个领域的应用，并在人形机器人的多场景应用中展现出更加卓越的性能，不仅提升机器人的适应性和可靠性，也将为人形机器人的进一步发展和智能制造的创新贡献关键力量。

作为中国领先的高端智能传感器企业，海伯森技术（深圳）有限公司专注于高性能工业传感器的技术创新和探索，具备光、机、电、算技术综合应用于传感器产品的研发能力和规模化生产能力，主营产品包括3D闪测传感器、3D线光谱共焦传感器、点光谱共焦传感器、六维力传感器、激光对刀仪、超高速工业相机、激光对针传感器等。

随着手术技术的不断发展，出现了微创手术及机器人辅助外科手术。这些新的手术方式，对医生来说，通过3D视觉技术，能够让医生对于患者的病区观察得更加细致，帮助医生术前制订手术方案和手术中对病变区域进行精准操作，同时这种方法给患者造成的创口更小，能够减少围手术期后遗症以及并发症的发生，让患者恢复得更快。

但同时，我们也发现，目前的微创手术机器人无法提供力反馈，导致医生手术中的触觉完全丧失。虽然医生可以通过不断的练习，来适应这种缺少力反馈的手术方式，但是万一机械臂出现了故障，缺少了力反馈的机械臂，不能立即停止并复位，极有可能导致患者受伤，甚至威胁到生命安全——相关手术机器人因术中故障导致的医疗事故偶有发生，且从技术的角度讲，机器人发生故障的概率始终存在，我们需要的是应对故障的解决方案。

如果要让微创机器人具备力反馈功能，就要求在手术机械臂的末端，加装六维力传感器，且对传感器的尺寸、重量、精度的要求极高，目前国内在这个方向尚处于研究阶段。海伯森作为六维力传感器的国产领军品牌，致力于生产一流传感器产品，将持续保持对这个前沿领域的关注，探索技术的边界与更多的可能性。

而就目前的市场情况来看，对于打磨精度要求较高的行业主要是3C行业，而且3C行业劳动密集度高，迫切需要实现自动化改造。再加上3C行业的柔性化需求，需要更高智能的打磨机器人才能更好的满足市场需求。

海伯森技术自主要发的六维力传感器实际上就是一种能够同时检测3个力分量和3个力矩分量的力传感器。它不仅可以力觉拖动示教，降低示教工作量，；还可以保证对打磨面的法向打磨，甚至是实现对复杂未知曲面的跟踪打磨。在机器人自由度上可以达到六个维度的自由度，大大提升机器人的智能水平。

人们将小型测力传感器应用到容易发生人为错误的领域，例如：用于给药的输液泵。以往，人们将液体、药物或营养液装到输液袋中，悬挂起来，使液体通过软管依靠重力输入病人体内。为了尽可能精确地调节流速，人们使用了各种钳夹方法。另外，护士还要频繁地监测输液，确保输液正确，输液袋内液体尚未流尽，而且未发生回血。将测力传感器和监测系统引入简易输液设备中，省却了主观判断的过程。测力传感器可准确测量输液袋的重量，当液体重量于预先设定值不同时，传感器会立即向连接的设备发出警告信息。通常，小型弯梁测力传感器(量程100g至1lb)?安装在软管下的储液器上。传感器可检测输液期间的导管重量变化，并与电子控制器进行数据通信。这样便极大地减少了人工的成本和提高了工作的效率。

将测力传感器与以往单纯的机械技术结合，可以将信息反馈给其他设备。将自动化引入许多医疗领域中，可以减少操作中的人为错误。测力传感器提供的数据被永久记录下来，这样也可大大改进医疗过程的跟踪记录，便于责任确认和大数据分析。

汽车安全碰撞试验的模拟人身上会装有测力传感器。

在汽车安全实验室里，通常汽车厂家会进行安全性能的实验。让模拟人坐在汽车里，当发生碰撞时，之后检测模拟人各个部位的加速度、载荷和变形，从而评定出汽车的安全等级。

模拟人大多采用金属与塑料制作，不仅具有和真人一样的外形，还有复杂的脊柱、肋骨和合成肌肉。最重要的是，模拟人身体上遍布着各种各样的多轴测力传感器，为技术人员分析汽车在碰撞瞬间的各项技术数据。一般来说，多轴测力传感器就通过安装在汽车碰撞模拟人的颈部、手部、腿部等不同部位上。颈部受一定程度的力就会断，大腿受猛烈撞击会骨折等。对测力传感器采集到的各种受力数据以及假人的‘伤情’进行分析，汽车厂家就能据此评定出安全性能等级。

它能独自编制操作计划，依据实际情况确定动作程序，然后把动作变为操作机构的运动。从技术上来看，主要涉及医学、生物力学、机械学、材料学、计算机视觉、数学分析等诸多学科。在医疗应用中，主要用于特殊场景的人工替代或辅助，比如伤病员的手术、救援、转运和康复，或者是实验室试管的全自动移液和区域巡检等。在军用、民用领域尚未普及。

医用机器人有着广泛的应用前景，近两年出现的自动注射的机器人，就到市场热捧。

而当前新冠疫情仍然存在，国务相关部门强调在大城市建立步行15分钟核酸“采样圈”，社会面核酸全检也成为了常态化。

一方面核酸检测现场需要专业人员（大白）驻点，消耗了大量医疗资源；另一方面风险地区或部分重点检测人员的现场检测仍存在交替感染的风险，除此之外，检测还受场合、时间、天气等客观因素的影响，难以做到完美及时的检测。人工检测的局限催生出新技术的检测辅助：核酸检测机器人。

核酸检测机器人是在核酸采样车内部署采用机器视觉定位和精密力控制系统的机器人，将从咽拭子抓取、到采集点引导、接触点采集，再到样品置入保存液这一套流程通过自动化的形式实现，保证采样稳定、效率、安全。如果现场配合其他全自动分析仪器，还可以完成核酸PCR检测，可用于临时紧急情况处理或海关入境排查等。目前已有落地使用的案例，相信在未来，随着机器人和视觉检测技术的发展，将会出现更多高性能的医疗机器人，解决更多医疗服务上的难题。

无论是核酸检测机器人或者医疗手术机器人，力控系统都是核心的部件，在机械臂末端安装力控传感器可实现精密力检测。

海伯森技术自主研发的六维力传感器精度可达0.05N，突破了医疗机器人触觉反馈（力反馈）缺少或不足，从而影响到手术操作的精确性、安全性和灵活度的弊端，增加机器人的触觉功能和对触、压、拉的感应，同时还能同步检测医疗过程中受力的大小和触觉的强弱。解决目前医疗机器人因没有触觉功能和对触、拉、压没有感应导致的医疗机器人手术后遗症的问题，促进医疗机器人的应用和发展。

根据相对运动原理，可以用风洞里的风速来模拟运动速度，风洞为运动员开展专项训练提供了一个很好的模拟环境。并且，为了减小风的不利影响，合理利用风，还需要利用风洞对运动员的姿态、队列进行优化、研发低风阻高性能运动装备、服装、器材，评估比赛场地赛时风环境，这不仅需要一个风洞的平台，还需要这个平台里有各种测量设备和仪器。因此，我们首先要进行核心硬件的研发，将运动员所承受的风阻力精确测量出来。

然而，对于运动员风阻力测量和团队以前测量的建筑风荷载不同。运动员加上装备在竖向有一个很大的重量，而风阻力是水平向，并且对精度的要求特别高，比如，有些装备减阻率可能只有1%，如果精度不高，系统误差就将这个差别给掩盖住了。并且，运动员加上装备，底面积很大，传统测量仪器是单点支撑，在调整过程中附加荷载很容易超量程，测试效率就会低。

通过部署定制的六维力测试台可以测量运动员在不同风速中受到的空气动力学参数，运动员就可以在风洞中进行模拟滑行，通过控制身体、调整姿势，可以实时观察风速、升力、阻力等相关数据，探索并掌握最优滑行姿势，为以后的科学训练奠定良好基础。

海伯森六维力传感器HPS-FT120重力载荷达4000N，力的测量精度1.5N，可有效反馈运动阻力信息，为更高效的运动训练方案提高测力数据支撑。

风洞是一种产生人造气流的管道，用来研究物体在气流中所产生的气动效应以及进行耐热抗压实验等。世界上公认的第一个风洞是英国人韦纳姆在1871年建成的，其目的是为了测量物体与空气相对运动所受到的阻力。1901年，莱特兄弟为了得到正确的飞行资料，也利用风洞进行了200多个机翼模型的测试。根据模型测试的结果，他们不仅建成了当时最大的双翼滑翔机，而且在1903年发明了世界上第一架带动力的飞机。

1.在风洞中利用荧光毛线显示机翼上气流的变化

2.风洞能根据需要产生各种人造气流

3.科研人员在风洞中安装实验模型

与试飞时飞机在空气中运动正好相反，风洞试验把飞机、机翼或模型固定在管道中，用风扇、高压存贮气体释放等手段产生人造气流，通过准确地控制气流的速度、压力、温度等实验条件，可以高效地模拟飞机在各种复杂飞行状态下的空气动力学特征。风洞试验几乎是飞行器研发中不可或缺的环节。

风洞种类多种多样，按气流速度可分为亚声速、跨声速、超声速、高超声速等类型；在直径尺寸上，小到几厘米，大到可容纳整架飞机。

但风洞试验并不是完美的，它毕竟只是一种模拟实验，有其局限性，如气流会受到边界、模型支架的干扰，风洞中的气体参数不能完全替代真实情况等。因此，通过风洞试验的飞机还必须到真实环境中进行反复测试和验证。

海伯森六维力传感器在飞机的风洞测试中，可实时检测飞机模型在风洞测试中所受到的力和力矩。

良品率不高、产能跟不上、招工难、用工贵…..种种因素不断催化企业智能化转型的需求，值此背景下，智能打磨机器人应用迅速拓展。

打磨抛光机器人配合六维力传感器的精密力数据实时传输，可以有效控制XYZ轴的力和力矩，出色完成活塞环槽孔内外、止口内边缘处、狭窄的活塞内侧销孔等7个复杂点位的高精度打磨，包括大到直径450mm的气门，小到仅有4mm的油孔等；此外要保证工作连续稳定和安全，对力控系统也提出了更高的要求，海伯森六维力传感器HPS-FT系列经过2000万次满载测试验证了产品的稳定可靠。