工业机器人“力”挽狂澜：六维力传感器在精密装配与打磨中的应用

应用篇：六维力传感器在精密装配与打磨中的应用

引言：打破“盲操”的困境

传统工业机器人凭借超高重复定位精度，在点焊、搬运等领域表现出色。然而，一旦面对需要适应环境变化的精密装配与表面处理任务，其“盲操”的局限性便暴露无遗——微米级的零件公差、刀具磨损或机器人绝对定位误差都可能导致装配卡死、零件损坏或表面处理不均。六维力传感器的引入，为工业机器人赋予了“触觉”，使其能从“蛮力”操作升级为“巧力”交互，真正在精密装配与打磨应用中“力”挽狂澜。

第一模块：轴孔装配：从“硬碰硬”到“柔顺导引”

在过盈或紧配合的轴孔装配中，纯位置控制极易因微小偏差而卡死。

• 应用原理： 机器人不再执着于死磕理论上的装配路径，而是在六维力传感器的引导下，执行柔顺装配。
• 实现过程：
  1. 接触探测： 机器人沿轴向接近，传感器检测到Z向接触力（Fz）后，标志装配开始。
  2. 力搜索： 一旦侧向力（Fx/Fy）或力矩（Mz）超过阈值，表明轴与孔边缘发生碰撞。机器人立即触发一个微小的、与力方向相反的补偿运动，如同人手在摸索着将线穿过针眼。
  3. 滑入与就位： 在力的引导下，轴自动找正孔心，顺利滑入。当轴到达孔底时，Z向力（Fz）会急剧上升，传感器检测到这一信号，标志着装配完成。

第二模块：恒力打磨：从“过犹不及”到“均匀一致”

打磨抛光的质量核心在于工具与工件间恒定且合适的接触力。纯位置控制无法适应工件的形位公差或机器人自身的绝对误差。

• 应用原理： 机器人采用力/位混合控制。在法向（垂直于表面），进行恒力控制；在切向（沿表面），进行位置控制。
• 实现过程：
  1. 法向恒力： 设定一个理想的目标接触力（如-15N）。六维力传感器实时反馈实际接触力（Fz）。控制器通过比较目标值与实际值，动态调整机器人的法向位置：力大了就微微后退，力小了就微微跟进，从而始终保持恒压。
  2. 切向轨迹： 机器人同时严格沿预设的打磨路径运动，确保覆盖整个表面。
  3. 姿态补偿： 对于复杂曲面，力矩反馈（Mx, My）能帮助机器人自动调整末端的姿态，使磨具始终与曲面保持最佳接触角度。

第三模块：去毛刺与倒角：感知“虚实”的边界

去毛刺作业中，毛刺本身的位置和大小具有不确定性。

• 应用原理： 利用六维力传感器实现自适应边缘跟踪。
• 实现过程： 机器人沿大致路径运动。当刀具接触到工件时，力传感器会感知到接触力的建立。当刀具走过边缘（毛刺被去除）时，接触力会突然消失或骤减。这个“力消失”的信号告知机器人已到达边缘，从而立即触发转向或抬刀指令，避免空跑或过切，实现对不确定轮廓的精准、自适应加工。

第四模块：螺钉拧紧：精准的“最后一扭”

螺钉拧紧是典型的力矩控制应用。

• 应用原理： 直接对绕Z轴的力矩（Mz）进行监控与控制。
• 实现过程： 机器人首先在位置控制下寻找并插入螺丝。随后切换为力矩控制，持续旋转并实时读取Mz值。当Mz达到预设的紧固力矩时，机器人立即停止，确保每一个螺钉的紧固程度都完全一致，既不过松导致脱落，也不过紧导致滑牙或零件损坏。

总结： 在精密装配与打磨领域，六维力传感器的作用远非简单的“测量”，而是作为机器人与环境交互的“智能中枢”。它将力的反馈转化为行动的指南，使机器人从僵硬的执行者，蜕变为能感知、判断并自适应环境的“巧匠”，极大地提升了生产质量、效率与自动化水平的适用范围。