本技术介绍了一种动力学驱动的柔性连续机器人末端力觉检测方法,旨在提升绳驱连续机器人的智能感知能力。该方法包括构建组件单元列式和面向绳驱动力的动力学模型,通过分析末端外力对系统的影响,实现精确的力觉检测。
背景技术
柔性连续型机器人因其细长的本体结构、柔顺的连续变形以及卓越的环境适应能力,已逐渐在狭小受限的非结构化空间场景应用中展现出独特优势。在此类场景下,智能感知是连续型机器人实现障碍规避、精细操控、人机交互等目标的重要技术保障。本发明针对一种绳驱柔性连续型机器人的末端外力感知问题开展研究。
当前,直接测量法是一类常见的机器人外力感知方法。该方法通过将传感器直接布置在机器人表面来测量外力,无需复杂的建模过程,实现起来相对简单。例如,中国专利[CN 116276961 A]提供了一种空间灵巧机械臂多源融合感知系统及其感知方法,利用视觉等传感器件实现机械臂的自身与外部信息感知。然而,绳驱柔性连续型机器人由于自身细长的结构形态,其难以搭载力矩、视觉、惯导等传统感知设备。近年来,小型触觉传感器和柔性电子器件在连续型机器人的外力感知领域显示出巨大的应用潜力,但这些精密先进的传感器通常对温度、湿度及腐蚀性等环境条件有较高要求,且制备工艺复杂繁琐、成本较高。此外,这些传感器还面临着系统稳定性与可靠性的问题,目前尚难以实现与绳驱连续型机器人的有效集成。
为克服上述问题,有学者采用间接方式来估计绳驱连续型机器人的外部载荷。这种方式旨在利用外部设备或嵌入式设备来测量机器人的位形,继而通过计算推导来估计外部载荷。然而,这种间接测量方法在实际应用中也面临诸多问题。一方面对于外部位形测量设备,其通常需要布置在较大的空间,难以在受限且非结构化的空间内使用。另一方面,对于例如光纤布拉格光栅等嵌入式传感器件,其可能牺牲机器人的运动灵活性,且这类设备在多次使用后易损坏,导致精度下降。为解决上述两方面问题,中国专利[CN 115890673 A]提供了一种基于受力(或力矩)平衡方程模型的绳驱柔性机械臂外力感知方法,该方法有效地降低了绳驱柔性机械臂感知系统对传感器的依赖程度。然而,该方法所建立的感知模型尚未考虑机械臂各部件的弹性变形和驱动绳索的松弛问题,这将影响外力感知的精度;此外,该方法所采用的DH坐标系描述方式,适用于刚性关节串联的机械臂,但难以推广至例如本发明所设计的柔性关节连接的连续型机器人。
因此,亟需进一步研究一种对传感器件依赖少、精度高且适用范围广的绳驱柔性连续型机器人外力感知方法,以提升其智能化水平。
实现思路