[发明专利]一种基于分段常曲率的连续体机械臂逆运动学建模方法

权利要求书

1.一种基于分段常曲率的连续体机械臂逆运动学建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)基于分段常曲率假设，建立机械臂关节的几何模型，得出机械臂弯曲方向和弯曲角度到驱动丝长度的映射关系；

连续体机械臂通过两组驱动丝控制其弯曲运动，两组驱动丝的长度表示为：

其中，Φ∈[0,2π)

d表示驱动丝所在圆周直径，N表示机械臂关节个数，P₁、P₃与P₂、P₄分别表示两组驱动丝位置，Θ表示机械臂弯曲角度，h表示关节无偏转时两个单元之间的驱动丝长度，C为常数；

步骤(2)提取机械臂骨干曲线模型，建立机械臂末端位置到机械臂弯曲方向和弯曲角度的映射关系；

步骤(3)基于四元数得出机械臂末端位姿的约束条件，建立包含机械臂末端位置和姿态的逆运动学模型，并得出解析解。

2.根据权利要求1所述的一种基于分段常曲率的连续体机械臂逆运动学建模方法，其特征在于，C＝NH₀+H_B+H_E其中，H_B表示机械臂基座高度，H_E表示机械臂末端单元高度，H₀表示单元内驱动丝长度。

3.根据权利要求2所述的一种基于分段常曲率的连续体机械臂逆运动学建模方法，其特征在于，其中，H_b和d_b表示单元的倒角尺寸，H表示中间单元的高度，D表示单元的最大直径。

4.根据权利要求1所述的一种基于分段常曲率的连续体机械臂逆运动学建模方法，其特征在于，机械臂末端位姿Q＝(x,y,z,α,β,γ)^T，其中x、y、z表示末端位置的笛卡尔坐标系三维坐标，α、β、γ表示末端姿态的欧拉角。

5.根据权利要求4所述的一种基于分段常曲率的连续体机械臂逆运动学建模方法，其特征在于，其中，C₀＝H_E-H_B-H,其中H表示中间单元的高度，H_B表示机械臂基座高度，H_E表示机械臂末端单元高度。

6.根据权利要求1所述的一种基于分段常曲率的连续体机械臂逆运动学建模方法，其特征在于，根据四元数性质得到约束条件：

其中，α、β、γ是表征末端姿态的RPY即旋转次序X-Y-Z欧拉角，x、y、z是表征末端位置的笛卡尔坐标系三维坐标，C₀＝H_E-H_B-H,其中H表示中间单元的高度，H_B表示机械臂基座高度，H_E表示机械臂末端单元高度。

7.根据权利要求6所述的一种基于分段常曲率的连续体机械臂逆运动学建模方法，其特征在于，给定满足约束条件的末端位姿Q可得到驱动丝长度。