本发明专利技术提供一种用于绳驱柔性机器人末端三维力感知方法及系统，包括将机器人基部和末端设计成四根梁结构；将四根光纤固定于基部四根梁上，每根光纤有一个FBG传感器；将四根光纤装配于机器人的驱动腔道作为驱动丝，每根光纤有两个FBG传感器；将所有的FBG传感器分成Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ；利用Ⅰ组求机器人末端的力矩，求得末端x和y方向的力；Ⅱ组求驱动丝的拉力；Ⅲ组求机器人基部的力矩；通过末端x和y方向的力、驱动丝的拉力、基部的力矩和机器人末端的位姿解耦末端z方向的力。本发明专利技术的FBG传感器的配置方式保证了柔性机器人紧凑的结构和大的内腔；无需建立复杂数学模型，无需柔性机器人保持弹性特征，也可适用于关节铰链式连续体机器人。也可适用于关节铰链式连续体机器人。也可适用于关节铰链式连续体机器人。
【技术实现步骤摘要】
用于绳驱柔性机器人末端三维力感知方法及系统
[0001]本专利技术涉及柔性机器人的
，具体地，涉及用于绳驱柔性机器人末端三维力感知方法及系统，尤其涉及一种用于绳驱柔性机器人末端三维力感知方法。
技术介绍
[0002]自然界的很多生物都有自己的柔性和灵活性，柔性机器人其实就模仿了一些动物外形。柔性机器人可以做到像藤蔓一样延伸运动到各种角落；或者像章鱼一样，整个身体没有任何硬性的结构组织，就像《超能陆战队》里的大白；还有鱼类生物的水下机器人，柔软的“鱼鳍”如同真的鱼儿一样，在水中灵活运动。柔性机器人指的是由柔性材料构成，所以柔性机器人必然具备三种特性：高灵活性：能够使得机器人在复杂的空间环境下进行灵巧的运动；可变形性：能够使机器人完成多种任务，减少成本；能量吸收特性，在人机协同工作时，能够减轻碰撞所产生的作用力，提高安全性。
[0003]在公开号为CN114211503A的专利文献中公开了基于视觉反馈的绳驱柔性机器人轨迹控制方法及系统，方法包括：通过对驱动空间、绳索空间、关节空间以及末端笛卡尔空间进行运动学建模，包括驱动空间到绳索空间，绳索空间到关节空间，关节空间到末端笛卡尔空间的建模；构建绳驱柔性机器人的动力力学模型，利用绳索
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关节间的运动学关系，建立基于新的动力学轨迹控制模型；搭建由视觉测量模块、动力学求解模块以及轨迹跟踪控制模块组成的绳驱柔性机器人轨迹控制框架；当绳驱柔性机器人末端执行任务时，通过基于视觉反馈的轨迹控制框架对绳驱柔性机器人笛卡尔空间的轨迹进行控制。
[0004]针对上述中的相关技术，专利技术人认为赋予连续体机器人末端力感应能力并确保较大的内腔是重大挑战，因此，需要提出一种新的技术方案来改善上述技术问题。
技术实现思路
[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种用于绳驱柔性机器人末端三维力感知方法及系统。
[0006]根据本专利技术提供的一种用于绳驱柔性机器人末端三维力感知方法，所述方法包括如下步骤：
[0007]步骤S1：将机器人基部和末端分别设计成四根梁结构；
[0008]步骤S2：将四根光纤装配于机器人的基部，每根光纤的末端有一个光纤布拉格光栅FBG传感器，四根光纤的四个FBG传感器分别固定于基部四根梁上；
[0009]步骤S3：将四根光纤装配于机器人四个驱动腔道内作为驱动丝，每根驱动丝有两个FBG传感器，其中一个位于驱动丝的末端，四根驱动丝的四个末端FBG传感器分别固定于机器人末端的四根梁上，另外四个FBG随着驱动丝在驱动腔道内滑动；
[0010]步骤S4：将所有的FBG传感器分成Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三个组别，机器人末端四个FBG传感器为Ⅰ组，四个滑动的FBG传感器为Ⅱ组，机器人基部四个FBG传感器为Ⅲ组；
[0011]步骤S5：利用Ⅰ组波长的变化求机器人末端的力矩，求得末端x和y方向的力；
[0012]步骤S6：利用Ⅱ组波长的变化求驱动丝的拉力；
[0013]步骤S7：利用Ⅲ组波长的变化求机器人基部的力矩；
[0014]步骤S8：分别在机器人的末端和基部装配两个五自由度和一个六自由度电磁EM传感器，利用这三个EM传感器的位姿信息求得机器人末端的位姿；
[0015]步骤S9：通过末端x和y方向的力、驱动丝的拉力、基部的力矩和机器人末端的位姿解耦末端z方向的力。
[0016]优选地，所述步骤S2中的四根光纤为F5
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F8，且每根光纤的末端具有一个FBG传感器。
[0017]优选地，所述步骤S3中的四根光纤为F1
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F4，且每根光纤具有两个FBG传感器，一个位于光纤的末端，另一个与末端的距离为机器人的长度。
[0018]本专利技术还提供一种用于绳驱柔性机器人末端三维力感知系统，所述系统包括如下模块：
[0019]模块M1：将机器人基部和末端分别设计成四根梁结构；
[0020]模块M2：将四根光纤装配于机器人的基部，每根光纤的末端有一个光纤布拉格光栅FBG传感器，四根光纤的四个FBG传感器分别固定于基部四根梁上；
[0021]模块M3：将四根光纤装配于机器人四个驱动腔道内作为驱动丝，每根驱动丝有两个FBG传感器，其中一个位于驱动丝的末端，四根驱动丝的四个末端FBG传感器分别固定于机器人末端的四根梁上，另外四个FBG随着驱动丝在驱动腔道内滑动；
[0022]模块M4：将所有的FBG传感器分成Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三个组别，机器人末端四个FBG传感器为Ⅰ组，四个滑动的FBG传感器为Ⅱ组，机器人基部四个FBG传感器为Ⅲ组；
[0023]模块M5：利用Ⅰ组波长的变化求机器人末端的力矩，求得末端x和y方向的力；
[0024]模块M6：利用Ⅱ组波长的变化求驱动丝的拉力；
[0025]模块M7：利用Ⅲ组波长的变化求机器人基部的力矩；
[0026]模块M8：分别在机器人的末端和基部装配两个五自由度和一个六自由度电磁EM传感器，利用这三个EM传感器的位姿信息求得机器人末端的位姿；
[0027]模块M9：通过末端x和y方向的力、驱动丝的拉力、基部的力矩和机器人末端的位姿解耦末端z方向的力。
[0028]优选地，所述模块M2中的四根光纤为F5
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F8，且每根光纤的末端具有一个FBG传感器。
[0029]优选地，所述模块M3中的四根光纤为F1
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F4，且每根光纤具有两个FBG传感器，一个位于光纤的末端，另一个与末端的距离为机器人的长度。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0031]1、本专利技术的FBG传感器的配置方式使得机器人结构紧凑，保证了机器人在尺度尽可能小的情况下还拥有较大的内腔，克服了以往力感知和大内腔无法兼得的困难；
[0032]2、该方法的求解过程无需建立复杂的柔性机器人数学模型，计算过程简单，复杂度低，保证了力感知的实时性，实现了力感知与柔性机器人模型之间的解耦；
[0033]3、本专利技术所提出的传感方法不依赖于柔性机器人的弹性，不仅提高了力感知的精度，还使其能够适用于绳驱动的柔性机器人、关节式柔性机器人等广泛的场景。
附图说明
[0034]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0035]图1为本专利技术柔性机器人及驱动丝结构示意图；
[0036]图2为本专利技术柔性机器人末端三轴力感知流程图；
[0037]图3为本专利技术柔性机器人末端坐标系图；
[0038]图4为本专利技术柔性机器人基部坐标系图；
[0039]图5为本专利技术柔性机器人弯曲角度和末端位姿几何关系图；
[0040]图6为本专利技术柔性机器人力感知分辨率与机器人弯曲角度的关系图。
具体实施方式
[0041]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于绳驱柔性机器人末端三维力感知方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤S1：将机器人基部和末端分别设计成四根梁结构；步骤S2：将四根光纤装配于机器人的基部，每根光纤的末端有一个光纤布拉格光栅FBG传感器，四根光纤的四个FBG传感器分别固定于基部四根梁上；步骤S3：将四根光纤装配于机器人四个驱动腔道内作为驱动丝，每根驱动丝有两个FBG传感器，其中一个位于驱动丝的末端，四根驱动丝的四个末端FBG传感器分别固定于机器人末端的四根梁上，另外四个FBG随着驱动丝在驱动腔道内滑动；步骤S4：将所有的FBG传感器分成Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三个组别，机器人末端四个FBG传感器为Ⅰ组，四个滑动的FBG传感器为Ⅱ组，机器人基部四个FBG传感器为Ⅲ组；步骤S5：利用Ⅰ组波长的变化求机器人末端的力矩，求得末端x和y方向的力；步骤S6：利用Ⅱ组波长的变化求驱动丝的拉力；步骤S7：利用Ⅲ组波长的变化求机器人基部的力矩；步骤S8：分别在机器人的末端和基部装配两个五自由度和一个六自由度电磁EM传感器，利用这三个EM传感器的位姿信息求得机器人末端的位姿；步骤S9：通过末端x和y方向的力、驱动丝的拉力、基部的力矩和机器人末端的位姿解耦末端z方向的力。2.根据权利要求1所述的用于绳驱柔性机器人末端三维力感知方法，其特征在于，所述步骤S2中的四根光纤为F5
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F8，且每根光纤的末端具有一个FBG传感器。3.根据权利要求1所述的用于绳驱柔性机器人末端三维力感知方法，其特征在于，所述步骤S3中的四根光纤为F1
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F4，且每根光纤具有两个FBG传感器，一个位于光纤的末端，另一个与末端的距离为机器人的长度。4.一种用于绳...
【专利技术属性】
技术研发人员：高安柱，林泽才，杨广中，陈卫东，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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