[发明专利]一种柔性体大变形空间位姿的感知方法

权利要求书

1.一种柔性体大变形空间位姿的感知方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a：在柔性载体的外周面沿螺旋线布置三根第一光纤光栅及一根第二光纤光栅，第二光纤光栅的旋向与第一光纤光栅旋向相反，将柔性载体的两端分别与待检测柔性体的运动端和固定端固定连接，柔性载体同一截面上，三根第一光纤光栅沿截面圆周均匀分布，将柔性载体划分为多节，第一光纤光栅在柔性载体的每节均设置栅点，其中与第二光纤光栅交叉的第一光纤光栅的栅点设置在交叉点处，第二光纤光栅的栅点设置在与第一光纤光栅的交叉点处；

步骤b：计算柔性载体每节的拉伸应变、偏转角、曲率、弯曲角和扭转角；

步骤c：将步骤b中得到的偏转角、曲率、弯曲角和扭转角代入旋转变换矩阵和平移变换矩阵，根据旋转变换矩阵和平移变换矩阵得到柔性载体固定端坐标系和运动端坐标系之间的变换矩阵，根据得到的变换矩阵得到柔性载体运动端中心的空间坐标和运动端端面的欧拉角；

所述步骤b中，柔性载体第i节扭转角的计算方法为：

ε_i1FBG、ε_i4FBG分别为交叉的第一光纤光栅和第二光纤光栅栅点测量得到的总应变值，ε_i1为与第二光纤光栅交叉的第一光纤光栅栅点所在柔性载体母线的总应变，ε_i4为第二光栅栅点所在柔性载体母线总应变，ε_i1＝ε_i4，为扭转角，α为第一光纤光栅或第二光纤光栅所在螺旋线的螺旋角，μ为柔性载体的泊松比。

2.如权利要求1所述的一种柔性体大变形空间位姿的感知方法，其特征在于，所述步骤b中，柔性载体第i节的拉伸应变ε_i总计算方法为：

ε_i1FBG、ε_i2FBG、ε_i3FBG分别为第i节处的三个第一光纤光栅的栅点分别测量得到的总应变值，为柔性载体第i节的扭转角，α为第一光纤光栅或第二光纤光栅所在螺旋线的螺旋角，μ为柔性载体的泊松比，ε_i1、ε_i2、ε_i3分别为柔性载体第i节中，三条第一光纤光栅的栅点所在的柔性载体的母线总应变；

其中，ε_i1、ε_i2、ε_i3分别为柔性载体第i节中，三条第一光纤光栅的栅点所在的柔性载体的母线总应变。

3.如权利要求1所述的一种柔性体大变形空间位姿的感知方法，其特征在于，所述步骤c中，变化矩阵T的计算方法为：

其中，

φ_i为柔性载体第i节的偏转角，θ_i为柔性载体第i节的弯曲角，为柔性载体第i节的扭转角，k_i为柔性载体第i节的曲率，d_x、d_y、d_z为柔性载体运动端中心点在固定端坐标系中的坐标值，n为柔性载体划分的节数，为柔性载体第i-1节到第i节坐标系的旋转变换矩阵，P_i^i-1为柔性载体第i-1节到第i节坐标系平移变换矩阵；

柔性载体运动端端面的欧拉角α、β、γ的计算方法为：

其中，a_x、b_x、c_x、d_x、a_y、b_y、c_y、d_y、a_z、b_z、c_z、d_z为变换矩阵计算后对应位置处的数值。