面向狭小环境检测的柔性机器人运动建模与控制研究

来源：机床与液压杂志2022年第23期北京时间：

作者：张恒，齐飞，窦小明，姜加伟，白东明，裴海珊，朱靖

单位：常州大学机械与轨道交通学院；常州大学机械与轨道交通学院，快克智能装备股份有限公司；快克智能装备股份有限公司；快克智能装备股份有限公司；金华职业技术学院机电工程学院；常州大学机械与轨道交通学院；常州大学机械与轨道交通学院

摘要：针对传统刚性检测手段因其体积大、自由度低、灵活性差等缺陷，难以适应复杂狭小非结构化环境中的检测需求，且传统组装式连续体机器人存在结构复杂、运动变形差、控制精度低等问题，提出一种面向狭小环境检测应用的柔性一体化连续体机器人，并对其进行运动建模和控制方法研究。在常曲率假设下基于几何分析方法建立机器人的正逆运动学模型，构建其驱动空间、关节空间及操作空间的映射关系，并对其运动特性进行仿真分析。基于蛇形运动机制提出一种柔性连续体机器人运动控制方法，以蛇行运动模型和逆运动学为基础来控制连续体机器人的推送运动。搭建相应的物理样机平台对所建运动模型和所提控制方法进行实验验证，结果表明：所建运动模型能够较为准确地描述柔性检测机器人的弯曲运动特性，所提控制方法实现了机器人的运动控制，且控制效果和控制精度在合理范围内。

关键词：柔性机器人;连续体;常曲率模型;正逆运动学;空间映射

基金资助：国家自然科学基金青年科学基金项目52105103；常州大学科技计划项目ZMF20020319；常州市科技计划应用基础研究〖BF〗）项目(CJ20210116；江苏省教育厅自然科学基金面上项目21KJB460029； 中国博士后科学基金项目2022M711436