一种用于连续体机器人的参数优化方法技术

本发明专利技术公开了一种用于连续体机器人的参数优化方法，具体包括以下步骤：基于几何分析法建立连续体机器人的运动学模型；基于微分变换原理建立连续体机器人末端位置误差模型；将标定单位球体放置在连续体机器人操作空间中；控制连续体机器人接触标定单位球体表面并记录绳长变化量；根据记录采集的数据并基于单位球面的连续体机器人参数辨识模型对几何参数进行准确辨识；参数优化结果是否满足精度要求，如不满足，将几何参数进行更新并重新标定。本发明专利技术的方法具有简单、实用、成本低等特点，适用于多种连续体机器人结构形式，能够通过对连续体机器人的结构参数进行优化，达到了提高连续体机器人弯曲变形精度的目的。续体机器人弯曲变形精度的目的。续体机器人弯曲变形精度的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种用于连续体机器人的参数优化方法


[0001]本专利技术涉及连续体机器人标定
，特别是一种用于连续体机器人的参数优化方法。

技术介绍

[0002]相比于传统刚性关节式机器人来说，连续体机器人由于其独特的灵活性、柔顺性及安全性等特点，广泛应用于医疗介入手术、核工业检测及震后救援等领域。连续体机器人是一种能够模仿自然界中蛇、章鱼触角、大象鼻子等动物或者其部分器官动作的仿生型机器人，能够通过改变自身的形态来适应复杂狭小非结构化的约束工作环境。这种主动弯曲的结构特点使其得到了广泛的应用和持续研究，不仅能够代替人类进入一些狭窄危险的管道环境进行探测，还能够替代医生进行高强度、高辐射的介入手术操作任务，减少人们劳动强度，提高检测效率和质量。
[0003]由于目前所研究的连续体机器人结构类型大多数为组装式结构，其本身存在较大的安装误差，且由于加工精度的限制，连续体机器人理论参数与实际参数间存在误差，最终造成连续体机器人末端定位精度较低，将严重影响其实际应用和发展，严重时有可能造成不可挽回的伤害和经济损失。
[0004]目前，基于运动学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于连续体机器人的参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)、建立连续体机器人运动学模型，连续体机器人运动学模型如下：一个由n节弯曲单元组成的连续体机器人的末端坐标系{n}在基坐标系{0}中的位置和姿态为：其中：R
n
为n节弯曲单元组成的连续体机器人的末端坐标系{n}相对于基坐标系{0}的旋转变换矩阵；p
n
为n节弯曲单元组成的连续体机器人的末端坐标系{n}原点相对于基坐标系{0}的平移变换，为连续体机器人的第i个弯曲单元的末端坐标系{i}相对于初始坐标系{i
‑
1}的变换矩阵；步骤(2)、根据步骤(1)建立的连续体机器人运动学模型，构建连续体机器人的末端位置误差模型；连续体机器人末端位置误差模型为：其中：Δp
n
＝[dp
x dp
y dp
z
]
T
为连续体机器人末端位置误差，上标T为转置，p
x
为连续体机器人末端位置在基坐标系{0}中x轴上的分量，p
y
为连续体机器人末端位置在基坐标系{0}中y轴上的分量，p
z
为连续体机器人末端位置在基坐标系{0}中z轴上的分量；J＝[J
dθ J
dα J
dl
]为连续体机器人参数误差对应的雅克比矩阵，J
dθ
为连续体机器人弯曲转角误差dθ对应的雅克比向量，J
dα
为连续体机器人弯曲方向角误差dα对应的雅克比向量，J
dl
为连续体机器人驱动绳长误差dl对应的雅克比向量；Δx＝[Δθ Δα Δl]
T
为连续体机器人参数误差矩阵，Δθ为连续体机器人弯曲转角偏差，Δα为连续体机器人弯曲方向角偏差，Δl为连续体机器人驱动绳长偏差；步骤(3)、将单位标定球体放置在连续体机器人操作空间中，使连续体机器人在弯曲变形过程中其末端触头能够接触到单位标定球体；步骤(4)、控制连续体机器人接触球面并记录绳长变化量；控制连续体机器人对放置在操作空间中的单位标定球体表面进行示教，并随机采集和记录接触球面时各驱动绳的长度，并通过理论运动学记录此时连续体机器人末端的理论位姿；步骤(5)、基于单位球面的连续体机器人参数辨识模型；将步骤(4)测量得到的连续体机器人末端的理论位姿带入到基于单位球面的连续体机器人参数误差辨识模型中，并通过最小二乘法对连续体机器人几何参数进行优化辨识和补偿；根据步骤(2)建立的连续体机器人的末端位置误差模型，并在单位标定球面约束条件下建立连续体机器人参数误差辨识模型为：
其中其中：D为连续体机器人末端接触点到单位标定球体中心的向量；向量[a b c]
T
为单位标定球体球心在机器人基坐标系的位置向量；向量[p
x p
y p
z
]
T
为连续体机器人接触球体时末端理论位置向量，J
x
为连续体机器人参数误差对应的雅克比矩阵的第一行向量，J
y
为连续体机器人参数误差对应的雅克比矩阵的第二行向量，J
z
为连续体机器人参数误差对应的雅克比矩阵的第三行向量，a为单位标定球体球心在机器人基坐标系的位置向量在x轴上分量，b为单位标定球体球心在机器人基坐标系的位置向量在y轴上分量，c为单位标定球体球心在机器人基坐标系的位置向量在z轴上分量；步骤(6)、效果验证，利用步骤(5)得到的Δx对连续体机器人的参数进行优化，并重新对单位标定球体示教若干点，对比连续体机器人理论末端点是否在一个球体表面上，若否，则继续重复步骤(2)
‑
(5)。2.根据权利要求1所述的一种用于连续体机器人的参数优化方法，其特征在于，步骤(1)具体如下：在常曲率圆弧假设条件下基于几何分析法建立连续体机器人运动学模型，则连续体机器人的第i个弯曲单元的末端坐标系{i}相对于初始坐标系{i
‑
1}的变换矩阵为：其中：i为弯曲单元的序号，1≤i≤n，n为弯曲单元的总数，l为单节弯曲单元骨架长度，θ
i
为第i节弯曲单元的弯曲角度，α
i
为...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐飞，裴海珊，朱靖，佘世刚，高书苑，关旭东，李一芒，周子云，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：