在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，從機(jī)械臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)到末端執(zhí)行器操作，從精密裝配到重型搬運(yùn)，扭矩控制貫穿機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的全流程，直接決定動(dòng)作精度、負(fù)載能力與運(yùn)行安全性。扭矩傳感器作為機(jī)器人動(dòng)力系統(tǒng)的重要組件，與壓力傳感器形成功能互補(bǔ)，共同構(gòu)建工業(yè)機(jī)器人的智能控制體系。

一、扭矩控制 工業(yè)機(jī)器人的精度與負(fù)載重要支撐

在工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行中，扭矩控制直接影響關(guān)鍵性能指標(biāo)。例如，機(jī)械臂關(guān)節(jié)扭矩波動(dòng)超過(guò) ±3% 會(huì)導(dǎo)致定位精度下降，使精密裝配的誤差擴(kuò)大；協(xié)作機(jī)器人的扭矩不均會(huì)造成力反饋偏差，導(dǎo)致人機(jī)交互時(shí)的安全響應(yīng)延遲。傳統(tǒng)機(jī)械扭矩控制依賴齒輪箱 backlash 補(bǔ)償或經(jīng)驗(yàn)參數(shù)調(diào)節(jié)，而現(xiàn)代智能機(jī)器人通過(guò)扭矩傳感器構(gòu)建的閉環(huán)系統(tǒng)，可將扭矩波動(dòng)精細(xì)控制在較低水平，使定位精度與負(fù)載能力得到有效提升。

壓力控制在機(jī)器人液壓系統(tǒng)與氣動(dòng)夾爪中同樣關(guān)鍵。液壓伺服系統(tǒng)的壓力波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致重型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)平滑度下降，氣動(dòng)夾爪的壓力不穩(wěn)會(huì)造成工件抓取可靠性降低。壓力傳感器通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)壓力，確保液壓機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性與氣動(dòng)夾爪的抓取可靠性得到提升。

扭矩與壓力控制的協(xié)同價(jià)值體現(xiàn)在三個(gè)**場(chǎng)景：

關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)：扭矩傳感器監(jiān)測(cè)電機(jī)輸出扭矩，壓力傳感器反饋液壓油缸壓力，共同保障多軸運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性；

力控操作：扭矩傳感器實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器的力矩反饋，壓力傳感器控制氣動(dòng)壓力，確保精密裝配的力位協(xié)同；

安全保護(hù)：扭矩傳感器檢測(cè)異常扭矩突變，壓力傳感器監(jiān)測(cè)制動(dòng)系統(tǒng)壓力，構(gòu)建雙重安全冗余機(jī)制。

二、扭矩傳感器與壓力傳感器的技術(shù)差異及協(xié)同應(yīng)用

（一）技術(shù)原理與測(cè)量對(duì)象

扭矩傳感器：基于應(yīng)變片、磁致伸縮或光纖布拉格光柵原理，通過(guò)彈性體形變感應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸的扭矩變化。例如應(yīng)變片式傳感器，在扭矩作用下彈性體產(chǎn)生微形變，應(yīng)變片電阻值變化經(jīng)電橋轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，精度可達(dá) ±0.05% FS，適用于 0.1N?m 至 10kN?m 的寬扭矩范圍。

壓力傳感器：基于壓阻效應(yīng)或壓電效應(yīng)，測(cè)量氣體或液體的壓強(qiáng)。壓阻式傳感器在壓力作用下硅膜片形變導(dǎo)致電阻變化，經(jīng)信號(hào)調(diào)理輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，精度 ±0.2% FS，適用于 0.1MPa 至 200MPa 的寬壓力范圍。

（二）應(yīng)用場(chǎng)景協(xié)同

扭矩傳感器是機(jī)器人旋轉(zhuǎn)動(dòng)力的重要測(cè)量工具，直接決定關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的力矩輸出；壓力傳感器是流體動(dòng)力的關(guān)鍵監(jiān)測(cè)部件，保障液壓 / 氣動(dòng)系統(tǒng)的壓力均衡。二者在重型搬運(yùn)機(jī)器人中形成高效協(xié)同：扭矩傳感器監(jiān)測(cè)減速機(jī)輸入扭矩以調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，壓力傳感器檢測(cè)液壓泵輸出壓力以控制油缸推力，共同實(shí)現(xiàn) “扭矩 - 壓力” 的雙重精細(xì)控制，確保工件的平穩(wěn)搬運(yùn)與定位。

三、適配工業(yè)機(jī)器人的扭矩傳感器技術(shù)類型

1. 應(yīng)變片式扭矩傳感器：通用場(chǎng)景的實(shí)用選擇

基于電阻應(yīng)變?cè)?，采用鋁合金或鈦合金彈性體，表面粘貼高精度應(yīng)變片，通過(guò)全橋電路實(shí)現(xiàn)扭矩信號(hào)轉(zhuǎn)換。其優(yōu)勢(shì)在于成本與性能平衡、響應(yīng)速度快，適用于搬運(yùn)機(jī)器人、碼垛機(jī)器人等中負(fù)載場(chǎng)景。在汽車生產(chǎn)線的搬運(yùn)機(jī)器人中，該傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)關(guān)節(jié)扭矩，通過(guò)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)整伺服電機(jī)電流，使機(jī)械臂的重復(fù)定位精度得到提升，滿足精密搬運(yùn)需求。

2. 磁彈性式扭矩傳感器：惡劣環(huán)境的可靠選擇

利用鐵基合金的磁致伸縮效應(yīng)，扭矩作用下內(nèi)部磁路變化通過(guò)感應(yīng)線圈輸出信號(hào)。其抗振動(dòng)、耐粉塵、耐高溫的特性，使其成為鑄造、焊接等惡劣環(huán)境的理想選擇。在重工企業(yè)的焊接機(jī)器人中，磁彈性式傳感器監(jiān)測(cè)焊槍旋轉(zhuǎn)扭矩，配合抗電磁干擾設(shè)計(jì)，***提升焊接過(guò)程的穩(wěn)定性與焊縫質(zhì)量。

3. 光纖式扭矩傳感器：精密場(chǎng)景的高精度方案

基于光纖布拉格光柵技術(shù)，扭矩導(dǎo)致光纖光柵軸向應(yīng)變，反射光波長(zhǎng)漂移經(jīng)解調(diào)儀實(shí)現(xiàn)測(cè)量。其抗電磁干擾、體積小、精度高的優(yōu)勢(shì)，特別適合精密裝配、微電子操作等場(chǎng)景。在半導(dǎo)體晶圓搬運(yùn)機(jī)器人中，分布式光纖傳感器以高頻采樣監(jiān)測(cè)末端執(zhí)行器扭矩，通過(guò)邊緣計(jì)算實(shí)時(shí)調(diào)整夾爪力度，滿足晶圓的無(wú)損傷搬運(yùn)要求。

四、典型工業(yè)機(jī)器人場(chǎng)景深度解析

1. 精密裝配的扭矩 - 力位協(xié)同控制

在 3C 產(chǎn)品裝配機(jī)器人的腕部關(guān)節(jié)，扭矩傳感器與六維力傳感器協(xié)同工作，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝配過(guò)程的扭矩與力信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到螺紋緊固扭矩超過(guò)設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止旋轉(zhuǎn)并反饋補(bǔ)償角度，有效提升螺紋裝配的良品率，同時(shí)避免因過(guò)扭矩導(dǎo)致的工件損壞。

2. 協(xié)作機(jī)器人的安全扭矩監(jiān)測(cè)

在人機(jī)協(xié)作機(jī)器人的關(guān)節(jié)處，扭矩傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)異常力矩突變。當(dāng)外部沖擊力導(dǎo)致扭矩超過(guò)安全閾值時(shí)，系統(tǒng)快速觸發(fā)安全停機(jī)，降低人機(jī)碰撞的沖擊力，滿足協(xié)作安全標(biāo)準(zhǔn)，***提升人機(jī)共融場(chǎng)景的安全性。

3. 重型機(jī)器人的負(fù)載扭矩優(yōu)化

在汽車主機(jī)廠的焊裝機(jī)器人中，扭矩傳感器與壓力傳感器聯(lián)動(dòng)控制。傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)械臂負(fù)載扭矩，當(dāng)檢測(cè)到工件重心偏移導(dǎo)致扭矩不均時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整液壓平衡缸的壓力分布，提升負(fù)載引起的關(guān)節(jié)角度控制精度，使汽車白車身的焊接精度得到有效提升。

五、技術(shù)挑戰(zhàn)與創(chuàng)新方向

1. 高精度與微型化平衡

隨著機(jī)器人向輕量化、模塊化發(fā)展，需在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度扭矩測(cè)量。未來(lái)將聚焦：

芯片級(jí)集成技術(shù)：開發(fā)微型扭矩傳感器，適配協(xié)作機(jī)器人的緊湊關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)，同時(shí)保持高精度測(cè)量性能；

無(wú)軸式測(cè)量方案：采用非接觸式原理，消除傳統(tǒng)軸式傳感器的安裝同軸度要求，提升裝配便利性與測(cè)量穩(wěn)定性。

2. 惡劣環(huán)境適應(yīng)性突破

針對(duì)焊接飛濺、鑄造高溫、粉塵污染等場(chǎng)景，需提升傳感器的環(huán)境耐受性：

表面防護(hù)技術(shù)：應(yīng)用耐磨涂層，增強(qiáng)傳感器抗焊渣粘附與耐磨損能力；

密封工藝優(yōu)化：采用高防護(hù)等級(jí)灌封技術(shù)，適應(yīng)高壓水洗與強(qiáng)粉塵環(huán)境，延長(zhǎng)傳感器使用壽命。

3. 智能化與邊緣計(jì)算融合

隨著機(jī)器人向自主決策升級(jí)，扭矩傳感器正從 “數(shù)據(jù)采集” 向 “智能分析” 進(jìn)化：

嵌入式算法應(yīng)用：在傳感器端集成異常扭矩識(shí)別模型，實(shí)時(shí)分析信號(hào)特征，提前預(yù)警齒輪磨損、軸承失效等故障，減少非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間；

數(shù)字孿生技術(shù)：通過(guò)傳感器數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂虛擬模型，實(shí)時(shí)模擬不同扭矩參數(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的影響，輔助工程師快速完成控制參數(shù)優(yōu)化。

六、行業(yè)趨勢(shì)與市場(chǎng)洞察

全球工業(yè)機(jī)器人扭矩傳感器市場(chǎng)呈現(xiàn)三大發(fā)展特征：

**制造需求增長(zhǎng)：新能源汽車、半導(dǎo)體、精密電子等領(lǐng)域的自動(dòng)化需求提升，推動(dòng)高精度扭矩傳感器市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大；

本地化技術(shù)發(fā)展：行業(yè)內(nèi)企業(yè)在中低端市場(chǎng)的自主研發(fā)能力不斷增強(qiáng)，**產(chǎn)品的技術(shù)水平逐步提升；

綠色制造需求升級(jí)：低功耗傳感器與節(jié)能伺服系統(tǒng)的協(xié)同，幫助企業(yè)降低控制能耗，成為行業(yè)發(fā)展的重要方向。