[发明专利]一种连续型机器人运动学等效方法及应用

说明书

本发明提供一种连续型机器人运动学等效方法及应用，方法包括：采用二连杆‑四关节等效模型的运动学等效方法使用刚性臂对基于分段常曲率假设的连续型机器人运动学进行等效。通过使用二连杆‑四关节等效模型等效连续机器人的运动，该等效模型可以有效简化已有模型，降低连续型机器人环境感知、规划、控制难度。

技术领域

本发明涉及连续型机器人技术领域，尤其涉及一种连续型机器人运动学等效方法及应用。

背景技术

在灾害救援、核与辐射设备检修、有毒废料采样、管道监测等方面，由于空间狭小且面临较大危险，不适合人或大型装备进入以开展工作，因此，体型纤细、运动灵活的连续型机器人(Continuum Robots)成为一个重要选择。连续型机器人具有很好的弯曲特性和避障能力，能够改变自身的形状姿态等适应环境，克服各类障碍物的限制，广泛应用于非结构化环境下的自主作业的特殊场合中，如医疗、军事、灾害救援、海洋探索等领域。然而，目前对连续型机器人的研究主要集中在机器人结构创新设计方面，对于此类机器人的感知规划控制技术远不及传统机械臂成熟，严重限制了其在非结构化环境如狭小空间中灵活工作的能力。

连续型机器人环境感知(臂型位姿估计及环境地图构建)是实现其在复杂未知环境下有效规划控制从而避障完成任务的基础；而实现连续型机器人环境感知首先需要对连续型机器人的运动学关系进行建模描述。

在常见的连续型机器人感知规划控制技术中，常基于分段常曲率假设(PiecewiseConstant Curvature,PCC)；分段常曲率假设连续型机器人由多段曲率各自为某一可随时间变化值的圆弧拼接而成，可以有效降低连续型机器人应用难度。

现有技术中，连续型机器人运动学形状编码描述方法，可以不基于任意假设描述连续型机器人的臂型(机械臂构型，即空间形状)。这类描述方法的最大缺点是模型复杂，不利于工程实现；并且忽视了现有连续型机器人设计时的先验知识，仅将连续型机器人看作任意空间曲线。

现有的基于常曲率假设的连续型机器人运动学模型，通过假设连续型机器人由多段曲率各自为某一可随时间变化值的圆弧拼接而成；其考虑了连续型机器人设计及工程实现中的先验信息，将连续型机器人运动学模型有效简化。现有基于分段常曲率假设下的连续型机器人运动学模型中存在奇异点易出现数值不稳定情况，并且具有较强的非线性，不利于连续型机器人环境感知、规划、控制等应用。

因此，需要一种对该运动学模型的改进方案，使其更有利于连续型机器人环境感知、规划、控制，有效避免数值不稳定及非线性对连续型机器人环境感知、规划、控制的限制。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明为了解决现有的问题，提供一种连续型机器人运动学等效方法及应用。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下所述：

一种连续型机器人运动学等效方法，其特征在于，采用二连杆-四关节等效模型的运动学等效方法使用刚性臂对基于分段常曲率假设的连续型机器人运动学进行等效。

优选地，运动学进行等效包括如下步骤：S1：将基于分段常曲率假设的连续型机器人分为多个常曲率段，获取每个所述常曲率段的长度并区分每个所述常曲率段；S2：对每个所述常曲率段，根据各个所述常曲率段的长度使用刚性臂进行等效；S3：整合各个所述常曲率段的等效参数，列写所述基于分段常曲率假设的连续型机器人的等效D-H参数，得到等效模型的运动学等效方法。

优选地，各个所述常曲率段的长度为定值。

优选地，每个所述常曲率段等效为由四个转动关节连接的两个刚性连杆，并通过参数约束在误差范围内进行等效。