在工業(yè)中，應用力傳感器最多的首屬機械制造行業(yè)，國際主流品牌的高端機械制造產(chǎn)業(yè)已全部采用了基于多維力傳感器的力反饋控制系統。多維力傳感器一般有壓扭傳感器、二維力傳感器、三維力傳感器和四維力傳感器較多。目前，該技術(shù)已廣泛應用在了打磨、銑削、焊接及裝配的自動(dòng)化機械臂中。

1）打磨

人工打磨有柔性但效率低，用機械臂打磨可有效提高效率。為了提高機械臂的打磨質(zhì)量，需要建立力與機械臂末端軌跡的關(guān)系。基于示教過(guò)程中的多維力傳感器數據，結合人工智能和機器學(xué)習的算法，可得到一個(gè)學(xué)習模型，最后將這個(gè)學(xué)習模型與機械臂的具體控制算法結合，就能在機械臂上快速實(shí)現高質(zhì)量打磨的功能。打磨設備常采用變阻抗方式實(shí)現精確力控，其中多選用三維力傳感器。

2）銑削

采用力反饋控制的銑削設備已被應用于大型碳纖維增強型塑料（CFRP）飛行器艙段的去材加工領(lǐng)域。由于飛行器艙段的體積較大且碳纖維艙體成型費用高昂，一旦后續工序加工質(zhì)量不合格，將造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，對窗孔銑削等工序的加工質(zhì)量及成功率有嚴格要求。然而，眾所周知的是，在碳纖維復合材料加工過(guò)程中易出現工件開(kāi)裂和刀具劇烈磨損的現象，再加之大范圍移動(dòng)時(shí)刀具定位精度難以保證，要實(shí)現高質(zhì)量高成品率的目標是一項難度極高的挑戰。幸運的是，采用末端力反饋的銑削設備可以勝任此項任務(wù)。

將多維力傳感器融入到用于銑削的機械臂中，可以保持高精度的移動(dòng)來(lái)處理大型組件的操作，其對位置精度的保證能夠使得末端刀具操作路徑準確。通過(guò)自適應處理過(guò)程可確保機械臂能夠面對不同的組件和位置需求，定位精度可達到0.01mm的量級。

通過(guò)力反饋控制更改機械臂的軌跡速度，可實(shí)現在加工過(guò)程中對材料的恒定速度切削。加工過(guò)程一旦出現過(guò)高的加工阻力，軟件就會(huì )自動(dòng)降低機械臂的進(jìn)給速度并使加工力保持恒定，從而防止了碳基復合材料艙體因銑削載荷過(guò)大出現開(kāi)裂現象，同時(shí)也減緩了刀具的磨損速度。

3）焊接

攪拌摩擦焊是大量應用的焊接技術(shù)。我國運載火箭的殼段就是由金屬板材通過(guò)攪拌摩擦焊工藝加工而成。在焊接過(guò)程中工件要剛性固定在背墊上，焊頭一邊高速旋轉，一邊沿工件的接縫相對移動(dòng)。焊頭的突出段（焊針）伸進(jìn)材料內部進(jìn)行摩擦和攪拌，局部產(chǎn)生大量熱量融化材料完成焊接。焊頭的肩部與工件表面摩擦生熱，用于防止塑性狀態(tài)材料的溢出，同時(shí)可以起到清除表面氧化膜的作用。

在焊接機械臂末端與焊機之間加入多維力傳感器，可以在焊接過(guò)程中實(shí)時(shí)監測縱向力、摩擦力和扭矩，即使是在型面焊接中，自適應系統也可以根據多維力傳感器的反饋信息實(shí)時(shí)調整焊頭的運動(dòng)參數，使縱向力、摩擦力和扭矩保持良好的一致性，以確保焊接質(zhì)量。

4）裝配

3C行業(yè)的零部件大多為易碎的電子產(chǎn)品，裝配力過(guò)大時(shí)容易損壞；除此之外，汽車(chē)制造過(guò)程中存在較多的硬摩擦裝配（如軸孔過(guò)盈裝配等），但摩擦力過(guò)大容易造成零部件間的卡死現象并損傷表面質(zhì)量。因此，即使3C及汽車(chē)行業(yè)的裝配過(guò)程中存在大量的重復性因素，目前常規的自動(dòng)化系統也很難實(shí)現裝配功能。其原因在于，這些裝配環(huán)節中需要不斷的人工力覺(jué)感測并進(jìn)行實(shí)時(shí)微調，而常規的自動(dòng)化系統采用的是位置控制，其裝配操作無(wú)法感知裝配力并實(shí)時(shí)調整裝配策略以避免零件的損傷破壞。

執行末端配有多維力傳感器的機械臂可以完成上述裝配任務(wù)。通過(guò)多維力傳感器的低閾值保護確保組裝過(guò)程中零部件的安全，并通過(guò)力與力矩反饋來(lái)進(jìn)行編程，可以實(shí)現位置控制與力控制的疊加，從而提高機械臂執行或調整的柔性，即像人工操作一樣，可以邊感知邊調整裝配力度和用力方向。

可見(jiàn)，伴隨著(zhù)多維力傳感器的引入，打磨、銑削、焊接及裝配等機械加工技術(shù)的效率和質(zhì)量，都得到了明顯的提升。力反饋控制系統已被視為工業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)之一，是各大廠(chǎng)商技術(shù)實(shí)力和品牌競爭力的核心體現。

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