[发明专利]一种同心管机器人逆运动学求解方法

说明书

本发明提供了一种同心管机器人逆运动学求解方法，包括以下步骤：S1、DDA表的生成；S2、DDA表的使用；步骤S2包括以下子步骤；S21、根据目标点的坐标信息确定DDA表中相应列；S22、确定外管的长度l₁和内管的长度l₂；S23、确定内管相对世界坐标系的旋转角Φ₂；S24、将同心管机器人的逆运动学求解结果应用于一个直管和一个弯管组成的同心管机器人的运动控制中，其中，直管为外管，弯管为内管。本发明的有益效果是：可以提高同心管机器人运动控制的精度。

技术领域

本发明涉及同心管机器人，尤其涉及一种同心管机器人逆运动学求解方法。

背景技术

近几年来，同心管机器人作为一种新型的连续性机器人在医疗领域发挥着越来越重要的作用。由于它们尺寸小，弯曲灵活的特点，同心管机器人在复杂多障碍的狭小空间更能体现出其优势。但是，相对于有明确的刚性关节的机器人，同心管机器人的逆运动学求解是一个比较困难的事情。到目前为止，当同心管机器人是由变曲率同心管组成或者同心管的个数超过2个时，求解其逆运动学是极其困难甚至是不可能的。

现在有一些普遍接受的解决同心管机器人正逆运动学的方法。首先，假设同心管是分段常曲率的，管与管相互作用时只有弯曲作用力。基于此假设建立同心管机器人的运动学模型，利用欧拉-伯努利梁原理求解正运动学。反向逐步分析正运动学求解同心管机器人的逆运动学。另外一个就是指数乘积(the product-of-exponential)的方法，它利用李群李代数和旋转理论的相关知识求解正逆运动学。

尽管现在同心管机器人运动学的建模和运动学方程的求解方面都有一些可行的方法，但是在这些方法中还存在一些问题。这些问题都会降低同心管机器人运动控制的精度。现将相关的问题表述如下：

1、在运动学模型建立时，将同心管理想化为分段常曲率的，这在现实管的加工中是很难实现的。

2、现在最常见的同心管材料是超弹性的镍钛合金管，但是随着时间的推移，管会发生不可逆的塑性变形，间接导致运动学求解的精度越来越差。

3、现在几乎所有的模型并没有考虑管与管之间的剪切和轴向形变等问题。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种同心管机器人逆运动学求解方法，可以提高同心管机器人运动控制的精度。

本发明提供了一种同心管机器人逆运动学求解方法，包括以下步骤：

S1、DDA表的生成；

S2、DDA表的使用；

步骤S2包括以下子步骤；

S21、根据目标点的坐标信息确定DDA表中相应列；

S22、确定外管的长度l₁和内管的长度l₂；

S23、确定内管相对世界坐标系的旋转角Φ₂；

S24、将同心管机器人的逆运动学求解结果应用于一个直管和一个弯管组成的同心管机器人的运动控制中，其中，直管为外管，弯管为内管。

作为本发明的进一步改进，步骤S1包括：首先，同心管机器人的外管长度保持最大值，即l₁＝l_1max，内管坐标系相对世界坐标系的旋转角Φ₂保持为0；然后内管相对于外管进行轴向移动，使内管长度l₂从l_1max运动变化到l_2max，得到一个6行n列的DDA表，其中，DDA表的前三行分别是外管的长度l₁，内管的长度l₂和内管的旋转角Φ₂，表的后三行是同列输入量下同心管机器人末端位置在x，y，z轴的分量。