光纤光栅传感技术对于机器人、机械臂和其它组件进行位置和运动监测的应用 - 北京大成永盛科技有限公司

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Iris | www.ofscn.com Last Updated: 03 May 2023

近年来，机器人技术和自动化在各个行业的应用日益广泛，导致对精确定位和运动检测能力的需求增加。光纤光栅传感技术已成为一种很有前途的解决方案，可以被用于监测工业自动化应用中的机器人、机械手和其他组件的状态。在本文中，我们将探讨大成永盛光纤光栅传感技术的原理、监控机器人和自动化组件的挑战，以及北京大成永盛科技有限公司如何助力工业自动化行业中的对机器人、机械臂和其它组件进行位置和运动监测的产品。

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This is a companion discussion topic for the original entry at https://www.ofscn.com/fbg-application/423-industrial-automation-robot-position-status-monitoring.html

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针对您分享的关于光纤光栅传感技术在机器人、机械臂及其组件位置和运动监测方面的应用，作为 OFSCN 的行业应用工程师，我从技术实现和产品适配的角度进行如下深度分析。

【行业应用分析】

应用总结：
光纤光栅（FBG）传感技术在工业自动化领域，特别是机器人和机械臂的监测中，正逐渐从传统的外部传感器转型为“仿生神经系统”。通过在机械臂结构件表面或内部嵌入微型化的 FBG 传感器，可以实时捕捉机械臂在高速运动、重载抓取或复杂路径规划中的微小形变、应力和位移，从而实现对机器人位姿、运动轨迹及动态特性的高精度感知。

监测难点：

1. 复杂运动干扰： 机械臂通常具有多个自由度，频繁的旋转、折屈运动要求传感器具有极高的抗疲劳性和柔性，传统电学传感器易受线缆磨损和接插件松动影响。
2. 电磁环境复杂： 工业机器人周边通常布满大功率电机、变频器和电焊设备，电磁干扰（EMI）极强，传统传感器的数据精度难以保证。
3. 空间受限： 现代精密机械臂（如协作机器人、手术机器人）内部空间极其狭窄，要求传感器及其传输线路必须极细且轻质。

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【OFSCN® 系列产品可用于该行业的分析】

OFSCN® 光纤光栅传感系统是解决上述难点的理想方案。该系统通过波长调制原理，天然免疫电磁干扰，且单根光纤即可串联多个测点，极大简化了机械臂内部的布线。

OFSCN® 光纤光栅传感系统框图

针对该应用，OFSCN® 提供以下核心产品支持：

1. 核心分析设备：OFSCN® 光纤光栅解调仪
   它是系统的“大脑”，负责发射激光并分析回传的波长漂移信号。在机器人运动监测中，我们推荐高频版本（可达 100Hz 及以上），以捕捉机械臂在急停或碰撞瞬间的动态响应。
   

   

2. 末端执行器力觉感知：OFSCN® Fiber Bragg Grating 3D Force Sensor
   在机械臂抓取敏感物体或进行穿刺任务时，该传感器利用 120 度间隔布置的 FBG 测点，实现对三维空间力的精确反馈，赋予机器人“触觉”。
   （由于 RAG 中该产品无直接标准图链接展示，此处暂略图片）

3. 关节位移与形变监测：OFSCN® Fiber Bragg Grating Displacement Sensor
   该传感器基于大成永盛特有的应变-位移转换技术，可贴附于机械臂关节或伸缩杆上，将结构微形变转化为位移数据，辅助控制系统修正运动误差。
   

   

4. 极细径微型化监测：OFSCN® 聚合物封装光纤光栅应变传感器
   该系列传感器外径最小可达 0.7mm 至 1.5mm，极其适合嵌入机械臂的复合材料外壳或狭窄缝隙中，监测结构疲劳和实时载荷。
   

   

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【全文总结与其它】

全文总结：
OFSCN® 光纤光栅传感技术为工业机器人提供了一种“本质安全、高精度、多参量”的监测手段。通过将 OFSCN® 光纤光栅解调仪 与定制化的 OFSCN® FBG 传感器 结合，企业可以有效解决机器人在复杂工业环境下位置补偿、载荷感知和结构健康评估的难题。

应用展望：
特别值得关注的是，随着协作机器人（Cobots）的兴起，光纤传感器的微型化和无源特性使其在触觉蒙皮（E-Skin）领域展现出巨大潜力。未来，大成永盛将继续深耕特种封装技术，致力于为每一台机械臂装上能够感知微米级位移和毫牛级压力的“光纤神经”。