[发明专利]软体机器人的建模方法和建模系统、电子设备及存储介质

说明书

本申请公开了一种软体机器人的建模方法和建模系统、电子设备及存储介质。所述建模方法包括将柔性驱动部的简化模型微分化为多个微分段；任取一微分段，建立微分段的运动模型，将微分段的运动模型进行积分得到软体机器人的运动模型，以及建立充气气压与柔性驱动部弯曲形变的模型。本申请的建模方法适用大弯曲形变的软体机器人，能够快速建立软体机器人的模型，方便实时准确地控制软体机器人的运动，提高工作效率。

技术领域

本发明一般涉及机器人技术领域，具体涉及一种软体机器人的建模方法和建模系统、电子设备及存储介质。

背景技术

自第一台工业机器人问世以来，已经历了大半个世纪，机器人的技术与科研方向也在不断的更新。目前对机器人的发展也提出了很多新的问题，如在特殊环境下的特种机器人，发现做出来的机器人并不完全适用现实情况。例如辅助型机器人和助力机器人，可以发现这一类机器人结构过于庞大、缺乏柔性且刚度过大，显然会在运用方面存在较大的局限性。

与刚性机器人相比，软体机器人在面对抓取柔性物体、狭小空间作业、人机交互频繁的场景具有明显的优势。在触碰人员时，软体机器人需要保持较小的刚度，以保证其自适应性，确保人员的安全性。而在抓取操作物体时，软体机器人需要保持更高的刚度，以保证软体机器人的抓取力和控制性能。正是由于软体机器人的大柔性与弯曲的特点，软体机器人的运动学与动力学建模，目前在国际上也是一个尚待解决的问题。但是，传统的基于定曲率假设的运动学模型在小弯曲形变下有一定的适应性，但在大弯曲形变下不具有适应性。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种软体机器人的建模方法和建模系统、电子设备及存储介质，分别建立了柔性驱动部的运动轨迹模型和充气气压与柔性弯曲形变之间的数学模型。

第一方面，本发明提供一种软体机器人的建模方法，软体机器人包括柔性驱动部，柔性驱动部通过气体驱动，柔性驱动部为至少两根气动肌肉、每根气动肌肉分别包括伸缩管和波纹编织网，波纹编织网包裹在伸缩管的外壁上，通过缝合线将相邻两个气动肌肉连接，包括：

将柔性驱动部的简化模型微分化为多个微分段；

任取一微分段，建立微分段的运动模型，将微分段的运动模型进行积分得到软体机器人的运动模型，以及建立充气气压与柔性驱动部弯曲形变的模型。

第二方面，本发明提供一种软体机器人的建模系统，包括：

微分化单元，用于将预先简化为弯曲圆柱形的软体机器人的柔性驱动部微分化为多个微分段；

建立单元，用于任取一微分段，建立微分段的运动模型，将微分段的运动模型进行积分得到软体机器人的运动模型，以及用于建立充气气压与柔性驱动部弯曲形变的模型。

第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如第一方面所述的一种软体机器人的建模方法。

第四方面，本发明提供的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的一种软体机器人的建模方法。

本发明在建立软体机器人柔性驱动部运动模型时，通过基于弧长的微分曲线定义运动学模型，在基于该运动模型通过能量守恒原理建立软体关节的动力学模型。且在硅胶管弹性势能计算通过Yeoh模型来拟合硅胶材料在形变过程中的弹性势能的变化。这种方法更加真实的描述了软体臂在弯曲过程中的能量转换。本发明通过弗莱纳公式可以描述出软体机器人运动曲线的曲率与挠率之间的变化。在建立运动模型时，运用Yeoh模型来建立硅胶材料的应变能密度，利用能量守恒原理和Hagen-Poiseuille公式，建立充气气压与软体机器人的弯曲形变之间的关系，能够快速建立软体机器人的模型，方便精确控制软体机器人的运动，提高工作效率。

附图说明