[发明专利]一种用于连续体机器人的参数优化方法

权利要求书

1.一种用于连续体机器人的参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)、建立连续体机器人运动学模型，连续体机器人运动学模型如下：

一个由n节弯曲单元组成的连续体机器人的末端坐标系{n}在基坐标系{0}中的位置和姿态为：

其中：R_n为n节弯曲单元组成的连续体机器人的末端坐标系{n}相对于基坐标系{0}的旋转变换矩阵；p_n为n节弯曲单元组成的连续体机器人的末端坐标系{n}原点相对于基坐标系{0}的平移变换，为连续体机器人的第i个弯曲单元的末端坐标系{i}相对于初始坐标系{i-1}的变换矩阵；

步骤(2)、根据步骤(1)建立的连续体机器人运动学模型，构建连续体机器人的末端位置误差模型；

连续体机器人末端位置误差模型为：

其中：Δp_n＝[dp_x dp_y dp_z]^T为连续体机器人末端位置误差，上标T为转置，p_x为连续体机器人末端位置在基坐标系{0}中x轴上的分量，p_y为连续体机器人末端位置在基坐标系{0}中y轴上的分量，p_z为连续体机器人末端位置在基坐标系{0}中z轴上的分量；J＝[J_dθ J_dαJ_dl]为连续体机器人参数误差对应的雅克比矩阵，J_dθ为连续体机器人弯曲转角误差dθ对应的雅克比向量，J_dα为连续体机器人弯曲方向角误差dα对应的雅克比向量，J_dl为连续体机器人驱动绳长误差dl对应的雅克比向量；Δx＝[Δθ Δα Δl]^T为连续体机器人参数误差矩阵，Δθ为连续体机器人弯曲转角偏差，Δα为连续体机器人弯曲方向角偏差，Δl为连续体机器人驱动绳长偏差；

步骤(3)、将单位标定球体放置在连续体机器人操作空间中，使连续体机器人在弯曲变形过程中其末端触头能够接触到单位标定球体；

步骤(4)、控制连续体机器人接触球面并记录绳长变化量；

控制连续体机器人对放置在操作空间中的单位标定球体表面进行示教，并随机采集和记录接触球面时各驱动绳的长度，并通过理论运动学记录此时连续体机器人末端的理论位姿；

步骤(5)、建立基于单位球面的连续体机器人参数误差辨识模型；

将步骤(4)测量得到的连续体机器人末端的理论位姿带入到基于单位球面的连续体机器人参数误差辨识模型中，并通过最小二乘法对连续体机器人几何参数进行优化辨识和补偿；

根据步骤(2)建立的连续体机器人的末端位置误差模型，并在单位标定球面约束条件下建立连续体机器人参数误差辨识模型为：

其中

其中：D为连续体机器人末端接触点到单位标定球体中心的向量；向量[a b c]^T为单位标定球体球心在机器人基坐标系的位置向量；向量[p_x p_y p_z]^T为连续体机器人接触球体时末端理论位置向量，J_x为连续体机器人参数误差对应的雅克比矩阵的第一行向量，J_y为连续体机器人参数误差对应的雅克比矩阵的第二行向量，J_z为连续体机器人参数误差对应的雅克比矩阵的第三行向量，a为单位标定球体球心在机器人基坐标系的位置向量在x轴上分量，b为单位标定球体球心在机器人基坐标系的位置向量在y轴上分量，c为单位标定球体球心在机器人基坐标系的位置向量在z轴上分量；

步骤(6)、效果验证，利用步骤(5)得到的Δx对连续体机器人的参数进行优化，并重新对单位标定球体示教若干点，对比连续体机器人理论末端点是否在一个球体表面上，若否，则继续重复步骤(2)-(5)。