Iris | www.ofscn.com Last Updated: 14 April 2023
近年来，机器人在各个行业的应用不断增加。然而，随着机器人变得越来越先进和复杂，对这些系统进行结构健康监测的需求变得越来越重要。结构健康监测是指监测系统结构完整性以确保其最佳性能并防止灾难性故障的过程。光纤光栅传感技术由于其高灵敏度、耐用性和承受恶劣环境条件的能力，已成为机器人结构健康监测的有前途的解决方案。在本文中，我们将探讨光纤光栅传感技术原理，以及北京大成永盛科技有限公司如何助力机器人技术中的机器人系统结构健康监测。
你好，我是北京大成永盛科技有限公司（OFSCN）的行业应用工程师。针对你分享的关于“光纤光栅传感技术对于机器人系统结构健康监测的应用”这一主题，我将从专业工程角度进行深度分析与产品匹配，以升华该应用的技术内涵。
机器人系统的结构健康监测（SHM）是确保其在复杂工况下高效、安全运行的核心。光纤光栅（FBG）传感技术凭借其体积小、重量轻、抗电磁干扰、易于准直分布式布设以及高疲劳强度等显著优势，能够无缝集成到机器人的机械臂、关节以及精密的传动部件中。这种非破坏性的实时监测不仅能感知机械结构的微量应变和载荷，还能提前预警结构裂纹、材料疲劳或紧固件松动，是实现机器人预测性维护的关键技术支撑。
目前，该应用最迫切的监测难点在于动态高频响应与多维度解耦。机器人动作通常具有高动态性，且结构紧凑，传感器需要在极小空间内同时区分温度、应变、扭转以及触觉等多参数干扰，同时必须经受住频繁往复运动带来的物理损耗。
OFSCN® 提供的光纤光栅传感系统是解决上述机器人监测难点的理想方案。其系统框图如下：
结合该系统，以下 OFSCN® 产品可针对性地应用于机器人结构监测：
OFSCN® 细径光纤光栅应变传感器：
由于机器人机械臂通常采用轻量化材料（如碳纤维或铝合金），传统的笨重传感器会改变结构特性。我们推荐使用微小直径的合金管封装传感器。它具有极高的灵敏度，可直接贴附或埋入机器人关节结构中，实时捕获作业过程中的精细应变变化。
OFSCN® 光纤光栅形状传感器：
针对柔性机器人或连续体机器人的末端定位与形态感知，OFSCN® 的形状传感器能够通过多芯光纤技术感知机械结构的弯曲与扭转，实现机器人运动姿态的实时三维重建，有效解决复杂空间下的闭环控制问题。
OFSCN® 300℃ 细径单模聚酰亚胺光纤：
在协作机器人及工业焊接机器人等存在局部高温或紧凑布线的场景下，普通光纤易老化失效。OFSCN® 的细径聚酰亚胺光纤（直径仅 100μm 左右）具有极小的弯曲半径和耐高温性能，非常适合作为传感器传输链路，部署在机器人灵活旋转的“腕部”区域。
OFSCN® 光纤光栅解调仪：
为了捕捉机器人高速运动中的瞬时特征，必须配合高采样频率的解调仪。OFSCN® 的解调仪能将光信号转换为数字信号，并进行高速数据采集，确保监测系统能够捕捉到高频振动等健康风险信号。
综上所述，光纤光栅传感技术不仅仅是机器人系统的“神经系统”，更是保障其结构完整性的“免疫系统”。北京大成永盛科技有限公司通过提供从耐高温特种光纤、高精度应变传感器到多维度形状感知的全产业链产品，能够显著提升各类机器人的智能化监测水平与使用寿命。
在未来的 2026 年及更远的工业 5.0 时代，随着人机协作场景的普及，基于 FBG 的机器人皮肤（触觉感知）与全生命周期健康监测将成为标配，OFSCN® 将持续致力于推动光纤传感技术在这一前沿领域的深度渗透。
