[发明专利]一种柔性体大变形空间位姿的感知方法

说明书

本发明涉及一种柔性体大变形空间位姿的感知方法，包括以下步骤：步骤1：在柔性载体的外周面沿螺旋线布置三根第一光纤光栅，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，第一光纤光栅在每节均设置栅点；步骤2：计算柔性载体每节的拉伸应变、偏转角、曲率和弯曲角；步骤3：将步骤2中得到的偏转角、曲率、弯曲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，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，本发明的感知方法精确高效，反应灵敏。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种柔性体大变形空间位姿的感知方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

柔性体具有多自由度、大变形等特点，可实现弯曲、扭转、延伸、接触等操作。对柔性体进行运动控制和操作规划的前提是已知柔性体空间位姿与力学特性，进而进行闭环控制柔性体各种运动操作。由于缺乏合适的柔性体传感设备，大多数柔性体机器人采用开环控制，或基于PID方法进行控制，发明人发现，采用传统传感器对柔性体的测量方法会影响柔性体变形和运动，仅基于视觉反馈的路径跟踪控制也无法检测柔性体内部的变形规律，无法达到高精度检测，而在视觉受限时，视觉反馈跟踪更是无法完成检测任务。光纤光栅具有体小质轻、抗电磁干扰、灵敏度高的优点，然而光纤光栅本身测量范围小，无法直接用于柔性体大变形的检测，因此研制一种柔性体大变形的空间位姿的测量方法至关重要。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种柔性体大变形空间位姿感知方法，能够对柔性体大变形空间位姿进行精确高效的测量，节省人力物力。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供了一种柔性体大变形空间位姿的感知方法，包括以下步骤：

步骤1：在柔性载体的外周面沿螺旋线布置三根第一光纤光栅，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，第一光纤光栅在每节均设置栅点。

步骤2：计算柔性载体每节的拉伸应变、偏转角、曲率和弯曲角。

步骤3：将步骤2中得到的偏转角、曲率和弯曲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。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，所述步骤2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分别为柔性载体第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；α为第一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。

第二方面，本发明实施例提供了一种柔性体大变形空间位姿的感知方法，包括以下步骤：