20、连续体机器人形状重建与 3D 视觉目标识别算法研究

连续体机器人形状重建与 3D 视觉目标识别算法研究

连续体机器人形状重建实验

在连续体机器人的研究中，形状重建是一个关键问题。为了进一步验证高阶贝塞尔曲线的形状重建性能，研究人员在第三个原型上进行了开环实验。该单节机械臂是一个具有单自由度的平面机器人。

在实验中，主要控制的是连续体机械臂的尖端方向，也就是其偏转角。对于电缆驱动的机器人来说，电缆长度与机械臂的形状密切相关。实验通过控制驱动电缆，使机械臂的远端达到期望的偏转角。

实验结果表明，不同阶数的贝塞尔曲线具有不同的重建形状，相应的电缆长度也不同，使用这些电缆长度数据能得到不同的形状控制精度。要使用贝塞尔曲线重建连续体机械臂的形状，需要知道其位置和方向信息。在本次实验中，这些信息首先通过电磁传感器在前一次运动中获取，在这次运动中，连续体机械臂从 0° 偏转到 230°。然后通过不同的重建方法获得形状和相应的长度，最后用这些长度来控制机械臂。

从实验结果图可以看出，当偏转角较小时，不同阶数贝塞尔曲线的电缆长度所得到的控制角度非常接近，但随着偏转角的增加，差异逐渐增大，尤其是基于三阶贝塞尔曲线的方法。实验还展示了轨迹跟踪实验的四个形状结果，分别是偏转角为 0°、90°、180° 和 230° 时的真实形状以及通过控制驱动电缆得到的形状。结果显示，三阶贝塞尔曲线得到的电缆长度在控制机械臂达到期望偏转角时无效；四阶贝塞尔曲线在期望偏转角小于 180° 时控制效果良好；五阶贝塞尔曲线在几乎所有偏转角下都有最佳的控制效果。这表明所提出的方法在超大偏转角下具有良好的形状重建性能。

贝塞尔曲线阶数	有效偏转角范围