[发明专利]连续体机器人及其运动学模型的修改方法和其控制方法

说明书

本发明提供连续体机器人及其运动学模型的修改方法和其控制方法。所述连续体机器人，包括:可弯曲的第一可弯曲部分、设置为与第一可弯曲部分相邻的可弯曲的第二可弯曲部分、连接到第一可弯曲部分的第一线和连接到第二可弯曲部分的第二线，以及通过控制第一线和第二线的驱动来控制第一可弯曲部分和第二可弯曲部分的弯曲的控制单元。基于考虑到伴随第一线的驱动的第二可弯曲部分的弯曲以及伴随第二线的驱动的第一可弯曲部分的弯曲的运动学模型，控制单元控制第一线和第二线的驱动。可替代地，控制单元控制第一线和第二线的驱动，使得第一可弯曲部分的弯曲目标值通过第一可弯曲部分和第二可弯曲部分的弯曲量的总和来实现。

技术领域

本公开涉及连续体机器人、连续体机器人的运动学模型的修改方法、以及连续体机器人的控制方法。

背景技术

连续体机器人由柔性结构的多个可弯曲区段(可弯曲部分)组成，并且其整个形状通过变换或移动可弯曲区段来控制。这种机器人在两个方面优于由刚性连杆构成的机器人。首先，连续体机器人可以在狭窄空间中或在具有分散物体的环境中沿着曲线移动，在这种地方，具有刚性连杆的机器人可能被卡住。其次，由于连续体机器人基本上是柔性的，因此可以在不损坏脆弱的目标对象的情况下操作机器人。因此，在使用具有刚性连杆的机器人的情况下所需的外力检测可能变得不必要。根据这个特征，预期将连续体机器人应用于医疗领域，诸如用于内窥镜或导管的护套，以及应用于危险环境，诸如救援机器人。但是，由于连续体机器人由于其柔性结构而具有无限的自由度，因此难以推导其运动学模型。即，当提供可弯曲区段中的目标位置的数据时，导出适当地计算致动器的驱动量并且呈现要驱动可弯曲区段以实现目标位置的方式的过程是不容易的。

NPL 1描述了运动学模型的推导，其中假设可弯曲区段的曲率是分段常数。这个方法适用于许多连续体机器人。还有可能通过使用这个运动学模型来计算用于形状控制的致动器的驱动量。另外，在PTL 1中公开的技术中，为了导出运动学模型并修改其误差，通过使用在可弯曲区段的端部处的位移和角度传感器在可弯曲区段中执行反馈控制来提高定位控制的精度。

引用列表

专利文献

PTL 1

美国专利申请公开No.2013/0300537

非专利文献

NPL 1

Design and Kinematic Modeling of Constant Curvature Continuum Robots:A Review，Robert J.Webster III和Bryan A.Jones，The international Journal ofRobotics Research 29(13)1661-1683

发明内容

技术问题

但是，使用NPL 1中描述的运动学模型的方法不考虑建模误差，诸如机器人的摩擦和扭曲，或者用作致动器的线的伸展和收缩，并且形状控制的精度会由于误差而降低。在PTL 1中，通过使用磁传感器来补偿三个可弯曲区段的位置，但是，存在在窄直径连续体机器人中难以安装磁传感器的问题。另外，对于磁传感器，检测系统有必要安装在连续体机器人的外部，这会限制连续体机器人的使用。

解决问题的方法