13、软机器人相关技术及平面旋转提取方法解析

软机器人相关技术及平面旋转提取方法解析

1. 软机器人光学曲率传感器

在实际应用中，当无法保证恒定曲率时，传感器的性能也备受关注。为评估传感器在非恒定曲率下的性能，将角度 $\alpha_1$ 和 $\alpha_2$ 以不同的周期时间进行变化，$\alpha_1$ 的周期时间 $T_1 = 7.1$ s，$\alpha_2$ 的周期时间 $T_2 = 97.7$ s，且两个角度都在 $0^{\circ}$ 到 $30^{\circ}$ 之间变化，总测量时间为 30 分钟。由于无法根据测量电流 $i_{pt}$ 确定两个角度，因此接下来考虑两个角度的总和。

通过对不同角度组合的相对光电晶体管电流进行多项式回归（使用 5 次多项式），将光电晶体管电流映射到总角度 $\alpha$。训练集中包含所有曲率近乎恒定（$|\alpha_1 - \alpha_2| \leq 1^{\circ}$）的测量点。结果表明，该多项式在非恒定曲率的广泛点范围内也是一个很好的近似。误差图显示，对于角度差高达 $\pm 10^{\circ}$ 的情况，总角度 $\alpha$ 的误差大多低于 $2^{\circ}$，这对于大多数软机器人应用来说是足够的。只有当角度差超过 $20^{\circ}$ 时，才会出现超过 $10^{\circ}$ 的大误差。因此，只要角度差不是太大，该传感器也适用于非恒定曲率应用中确定总角度。

在应用于简单软机器人段时，开发了一个由伺服通过肌腱驱动的软机器人段，该肌腱允许以恒定曲率弯曲。对于大多数实际应用，应选择 3 到 15 根塑料光纤（POF）。POF 数量过少会增加软机器人的刚性，可能导致更高的最小弯曲半径；数量过多会增加传感器沿线的光损耗。传感器应安装在软机器人的中性轴附