一、背景与需求

随着机器人技术不断向高精度、柔性化与智能化发展，机器人在工业制造、医疗手术、特种作业、服务交互等领域的应用日益广泛。为了实现更精准的力控、触觉感知和结构健康监测，机器人需要在关键部位实时感知应力和形变分布。然而，传统的点式应变计或电子传感器往往存在布设困难、抗干扰能力有限、无法实现长距离连续测量等问题，难以满足新一代高性能机器人的需求。

二、分布式光纤应力传感的优势

分布式光纤传感（Distributed Optical Fiber Sensing, DOFS）基于光纤本身的散射特性（如瑞利散射、布里渊散射、拉曼散射等），能够沿整条光纤实现连续的应力分布测量。

在机器人领域，这一技术有以下显著优势：

全覆盖监测

光纤可直接嵌入机器人关节、臂杆、夹爪、外骨骼等结构中，实现从毫米级到百米级的连续应力分布检测，无盲区。

高灵敏度与高空间分辨率

结合相干解调与空间差分干涉技术，空间分辨率可达毫米级，可精确感知微小的形变与受力变化，满足机器人微操作及高精度装配的需求。

轻量化与柔性化

光纤直径仅百微米级，重量极轻且可随意弯曲，不影响机器人结构重量分布与灵活度，尤其适用于柔性机器人和仿生机器人。

抗电磁干扰

光信号不受电磁场干扰，适合在高压、强磁、高温或辐射等极端环境下使用，例如核工业机器人、深海机器人、空间机械臂等。

结构健康监测与预测性维护

除了实时感知力和应力，还可监测机器人结构疲劳、裂纹、松动等隐患，实现预测性维护，减少停机时间。

三、典型应用场景

柔性抓取与触觉反馈

在服务机器人、医疗手术机器人中，将光纤嵌入柔性手爪或机械手指，可实时感知各接触点的应力分布，实现精确的抓取力度控制和触觉反馈，避免损坏易碎物品或组织。

外骨骼机器人与人机交互

在外骨骼或康复机器人中，光纤应力传感可用于检测人体关节受力情况，辅助自适应力控，提升佩戴舒适度与运动安全性。

重载工业机器人结构监测

在搬运、焊接、装配等重载工况下，分布式光纤应力传感可监测机械臂、关节轴承座等关键部位的应力变化，及时发现超载或疲劳迹象。

特种环境作业机器人

在核辐射、高压电、海底等环境中，传统电子传感器受干扰或失效的风险高，而光纤传感器可稳定运行，提供可靠的应力与形变信息。

四、技术实现方案

五、未来发展趋势

随着光纤传感与人工智能、机器人控制算法的深度融合，分布式光纤应力传感有望实现：

• 全息触觉机器人：通过光纤传感实现机器人全表面的力觉感知。
• 自修复结构监测：与智能材料结合，实现应力异常自动补偿或修复。
• 云端协同监测：机器人应力数据可实时上传云端，与大规模机器人群体的运行状态进行对比分析，优化整体运行效率。

六、结语

分布式光纤应力传感技术正成为新一代高性能机器人不可或缺的"神经网络"，它不仅为机器人赋予精准的力觉与形变感知能力，更为安全、高效、智能的机器人未来奠定了坚实基础。上海锟联科技将继续推动这一技术在机器人领域的落地与创新，助力行业迈向更加智能化与人性化的新时代。