專利名稱：連續(xù)型機器人的光纖形狀估測反饋控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機器人控制方法類，更具體地說，它涉及一種連續(xù)型機器人的位置閉環(huán)控制方法。
背景技術(shù)：
連續(xù)型機器人由單段或多段彈性體聯(lián)接構(gòu)成，依靠彈性體連續(xù)彎曲變形產(chǎn)生運動，類似于象鼻、章魚觸角和哺乳類動物的舌頭等生物器官。該類機器人采用性能類似于肌肉性靜水骨骼的“無脊椎”柔性結(jié)構(gòu)，利用彈性變形使柔性本體彎曲成光滑連續(xù)曲線而產(chǎn)生運動。與采用離散的單自由度旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)或直線關(guān)節(jié)、剛性連桿構(gòu)成的傳統(tǒng)工業(yè)機器人不同，連續(xù)型機器人能柔順彎曲而靈活改變自身形狀，實現(xiàn)環(huán)境中多障礙物的避讓和形狀各異物體的柔順抓取，能夠?qū)崿F(xiàn)如核電站冷卻管道維修，地震現(xiàn)場人員搜救等空間狹窄和多障礙物環(huán)境下的作業(yè)，而傳統(tǒng)的工業(yè)機器人均難以完成這些任務(wù)?，F(xiàn)有的連續(xù)型機器人如文獻“線驅(qū)動連續(xù)型機器人的運動學分析與仿真”(胡海燕，鵬飛，孫立寧，趙勃，李滿天.《機械工程學報》，2010，46 (19)，pp.1 8.)報道的連續(xù)型機器人采用開環(huán)控制，位置控制精度有限。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述的不足，提供一種連續(xù)型機器人的一種形狀反饋控制方法。連續(xù)型機器人的一種形狀反饋控制方法，用于由η個連續(xù)型關(guān)節(jié)串聯(lián)構(gòu)成的連續(xù)型機器人的運動控制，η為正整數(shù)，η = I，2...，連續(xù)型機器人的運動控制器給關(guān)節(jié)執(zhí)行器發(fā)出動作指令，關(guān)節(jié)執(zhí)行器收到動作指令后，帶動關(guān)節(jié)產(chǎn)生彎曲，同時由安裝在關(guān)節(jié)上的形狀傳感器實時檢測所述關(guān)節(jié)的彎曲曲率值，并反饋給所述運動控制器。上述形狀反饋控制方法為運動位置閉環(huán)控制。上述運動控制器通過形狀重構(gòu)算法得到所述關(guān)節(jié)的實際彎曲值。上述運動控制器計算關(guān)節(jié)執(zhí)行器的給定彎曲值和所述關(guān)節(jié)的實際彎曲值的差值后，實時調(diào)整關(guān)節(jié)執(zhí)行器給定彎曲量，消除關(guān)節(jié)執(zhí)行器的執(zhí)行誤差，從而構(gòu)成運動位置閉環(huán)控制。上述的形狀傳感器安裝在連續(xù)型機器人的關(guān)節(jié)上的數(shù)量為η個，η為正整數(shù)，η =1，2...。上述形狀傳感器為分布式光纖曲率傳感器。本發(fā)明提出一種基于光纖形狀估測技術(shù)的連續(xù)型機器人運動控制方法，與現(xiàn)有連續(xù)型型機器人運動控制技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:1、本發(fā)明提出一種基于光纖形狀傳感器的連續(xù)型機器人運動閉環(huán)控制方法，有效提高了連續(xù)型機器人的運動精度；2、本發(fā)明提出的連續(xù)型機器人形狀估測方法中所使用的光纖曲率傳感器，具有體積小、重量輕、靈敏度高等特點，能有效滿足連續(xù)型機器人形狀估測需要。
圖1為本發(fā)明實施例的示意圖。圖2為2自由度連續(xù)型機器人的運動控制示意圖。圖3為分布式光纖曲率傳感器結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明作更詳盡的說明。圖2為一個單關(guān)節(jié)連續(xù)型機器人示例，圖中圓柱體為單關(guān)節(jié)連續(xù)型機器人，圓柱體上的矩形白框為粘貼的光纖曲率傳感器，該機器人的關(guān)節(jié)為一段圓柱形彈性體，該關(guān)節(jié)能夠作2自由度的彎曲運動。在關(guān)節(jié)表面沿軸線粘貼η個光纖曲率傳感器構(gòu)成分布式光纖曲率傳感器，能夠檢測整個關(guān)節(jié)多個粘貼點的曲率，運動控制器由關(guān)節(jié)多個粘貼點的曲率，根據(jù)形狀重構(gòu)算法可以重構(gòu)關(guān)節(jié)的彎曲形狀。圖3為由3個光纖曲率傳感器構(gòu)成的分布式光纖曲率傳感器，用于對關(guān)節(jié)彎曲形狀的估測。這里只是為了說明光纖曲率傳感器的處理，實際系統(tǒng)中，為確保形狀估測精度，可以采用多個光纖曲率傳感器。光源系統(tǒng)100的輸出光進入3個光纖曲率傳感器200，由光纖曲率傳感器200的返回光進入信號處理系統(tǒng)300，解調(diào)出彎曲曲率信號。圖1為對由多個連續(xù)型關(guān)節(jié)串聯(lián)構(gòu)成的連續(xù)型機器人進行運動控制的方法框圖，給定連續(xù)型機器人的運動目標位置，連續(xù)型機器人的運動控制器給各個關(guān)節(jié)執(zhí)行器發(fā)出動作指令，關(guān)節(jié)執(zhí)行器依據(jù)動作指令帶動關(guān)節(jié)產(chǎn)生彎曲，在各個關(guān)節(jié)彎曲過程中，由粘貼在各個關(guān)節(jié)上的光纖曲率傳感器實時檢測關(guān)節(jié)上的各粘貼點處的曲率，并反饋給運動控制器，運動控制器通過形狀重構(gòu)算法得到所述關(guān)節(jié)的實際彎曲值，運動控制器計算所述關(guān)節(jié)執(zhí)行器的給定彎曲值與所述關(guān)節(jié)的實際彎曲值的差值后，實時調(diào)整所述關(guān)節(jié)給定彎曲量，逐步消除所述關(guān)節(jié)的執(zhí)行誤差，從而構(gòu)成精確的運動位置閉環(huán)控制。顯然，本發(fā)明的上述具體實施方式
僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以容易的做出其它形式上的變化或者替代，而這些改變或者替代也將包含在本發(fā)明確定的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.連續(xù)型機器人的一種形狀反饋控制方法，用于由η個連續(xù)型關(guān)節(jié)串聯(lián)構(gòu)成的連續(xù)型機器人的運動控制，η為正整數(shù)，η = 1，2...，其特征在于:連續(xù)型機器人的運動控制器(I)給關(guān)節(jié)執(zhí)行器(2)發(fā)出動作指令，關(guān)節(jié)執(zhí)行器(2)收到動作指令后，帶動關(guān)節(jié)(3)產(chǎn)生彎曲，同時由安裝在關(guān)節(jié)(3)上的形狀傳感器(4)實時檢測所述關(guān)節(jié)(3)的彎曲曲率值，并反饋給運動控制器(I)。
2.如權(quán)利要求1所述的連續(xù)型機器人的形狀反饋控制方法，其特征在于:形狀反饋控制方法為運動位置閉環(huán)控制。
3.如權(quán)利要求1所述的連續(xù)型機器人的形狀反饋控制方法，其特征在于:所述運動控制器(I)通過形狀重構(gòu)算法得到所述關(guān)節(jié)(3)的實際彎曲值。
4.如權(quán)利要求1所述的連續(xù)型機器人的形狀反饋控制方法，其特征在于:所述運動控制器(I)計算關(guān)節(jié)執(zhí)行器(2)的給定彎曲值和所述關(guān)節(jié)(3)的實際彎曲值的差值后，實時調(diào)整關(guān)節(jié)執(zhí)行器(2)給定彎曲量，消除關(guān)節(jié)執(zhí)行器(2)的執(zhí)行誤差。
5.如權(quán)利要求1所述的連續(xù)型機器人的形狀反饋控制方法，其特征在于:所述的形狀傳感器⑷安裝在連續(xù)型機器人的關(guān)節(jié)⑶上，數(shù)量為η個，η為正整數(shù)，η = 1，2...。
6.如權(quán)利要求1所述的連續(xù)型機器人的形狀反饋控制方法，其特征在于:所述形狀傳感器(4)為分布式光纖曲率傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及連續(xù)型機器人的控制方法類，更具體地說，它涉及一種連續(xù)型機器人的一種形狀反饋控制方法，用于由n個連續(xù)型關(guān)節(jié)串聯(lián)構(gòu)成的連續(xù)型機器人的運動控制，n為正整數(shù)，n＝1，2…，連續(xù)型機器人的運動控制器給關(guān)節(jié)執(zhí)行器發(fā)出動作指令，關(guān)節(jié)執(zhí)行器收到動作指令后，帶動關(guān)節(jié)產(chǎn)生彎曲，同時由安裝在關(guān)節(jié)上的形狀傳感器實時檢測所述關(guān)節(jié)的彎曲曲率值，并反饋給運動控制器，有效提高了連續(xù)型機器人的運動精度和實用性。
文檔編號B25J13/08GK103170978SQ20111043106
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者趙江海, 宋小波, 葉曉東, 方穎, 黃 俊, 施翔 申請人:中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院