作者 | 阳诚投研团队
一、引言
今年11月，特斯拉机器人官号发布视频显示，Optimus机器人已实现稳定接住抛来的网球并流畅放下的动作，手部协调性几乎媲美人类。今年12月，华为全球具身智能产业创新中心宣布启动运营，同时与多家机器人企业签署战略合作备忘录。这些行业大事件不仅彰显了人形机器人领域的技术突破和广阔的市场潜力，也为多维力传感器的快速发展铺平了道路，作为机器人感知的核心器件，多维力传感器正迎来市场规模扩张的黄金时期。
二、 技术介绍
（一）力传感器的原理和实现
力学传感器作为力的测量仪器，其核心原理是将力作用下的形变转换成电信号，进而检测张力、拉力、压力、重量、扭矩、内应力和应变等力学量。本文将力或力矩、力觉传感器统称为力传感器。
力传感器主要包括本体单元和应变/形变检测系统两大部分，由力敏元件、转换元件和信号处理单元等具体元件组成。当有力作用时，力施加于传感器本体单元上，并引起本体单元的应变或形变，检测系统可感知本体的应变或形变，通过电路将其转化为相应电压，继而通过测量电压值来表征力的大小，并转换成可用输出信号，最终实现力的测量。
资料来源：《于人共融机器人的关节力矩测量技术》，阳诚整理
图1：力传感器基本工作原理
（二）力传感器的分类
根据所测力的维数不同，常见的力传感器包括一维力传感器、三维力传感器和六维力传感器。
资料来源：坤维科技官方公众号，阳诚整理
图2：常见的力传感器类型
由于六维力传感器能够同时测量物体在三个空间方向和三个旋转方向上的力与力矩，适用于力作用点随机并对测量精度要求较高的场景。这一特性对于机器人产业链和其他智能装配来说非常重要，因此工信部将六维力传感器纳入重点发展的核心零部件范畴。
（三）六维力传感器的优势和技术难点
1 、优势
（1）高精度和全面感知
相较于其他维度传感器，六维力传感器能测量作用点随机的力，并提供更全面且更多维度的力/力矩数据。同时，六维力传感器能通过高精度的联合加载标定，获得强大的非线性拟合能力，其内部算法会解耦各方向力和力矩间的干扰，进而增加测量的准确性。高精度的六维力传感器耦合误差可以实现不超过0.5%的标准，哪怕常规产品也可以将误差控制在2%-5%的范围内；然而，如果使用多个一维力传感器组合解耦，则会造成一般的耦合误差达到20%以上，将严重影响测量精度。
（2）结构紧凑，适应狭窄空间
由于六维力传感器体积小、结构紧凑，因此一个六维力传感器所需的空间会小于六个一维力传感器。小体积的六维力传感器可适配机器人关节等狭小空间，从而降低机器人结构设计难度。
（3）协调同步
使用多个一维力传感器可能会出现传感器间信号不同步的问题，而六维力传感器可同时计算出三个方向的力和力矩的特点能够很好的解决这一问题，因此有效提高了同步性。
2、技术难点
（1）解耦算法的复杂性
建立电信号与待测力、力矩间的正确映射对解耦算法的要求很高。不仅如此，不同维度的力传感器的解耦算法由于受到维间相互作用的影响也有着本质的不同。
（2）结构设计与材料使用
