动作捕捉用于丝驱动连续体机器人运动学研究

刚性机械臂在工业中已经有大量应用，但是在狭窄和环境复杂的场景中有很大局限性，受到蛇、象鼻、章鱼臂等生物结构启发的仿生连续体机器人应运而生。连续体机器人由连续关节组成，比传统机器人有更好的柔顺性，能更好的适应复杂环境。近年来连续体机器人在医疗、检测等领域广泛应用。

与刚性机械臂一样，连续体机器人要实现精确的末端控制，也需要先进行运动学分析。四川大学和国网宁夏电力有限公司电力科学研究院的研究团队以丝驱动连续体机器人为对象，提出一种适用于单段及多段连续体机器人的完整运动学通用分析方法，解决了连续体机器人工作空间至驱动空间逆映射难以求解的问题。

研究人员提出了一种分段常曲率与粒子群算法相结合的完整正逆运动学研究方法。 以双段连续体机器人为例，利用提出的完整运动学方法，在已知工作空间目标点位置后，即可通过逆运动学得到驱动量变化量，进而控制双段连续体机器人末端到达目标点。

为了验证连续体机器人完整运动学模型，除了进行了仿真，研究人员还按照设计模型制作了样机。并搭建了实验环境。实验环境包括双段连续体机器人样机、电控系统和NOKOV度量光学动作捕捉系统。

实验中给定工作空间内任一目标点位置，利用基于粒子群算法求得连续体机器人的关节变量，根据映射关系驱动丝达到相应变化量进而带动机器人到达相应位置。实验中将7个反光标识点分别固定在机器人末端及各段首尾及中间位置，利用8台NOKOV度量动作捕捉相机进行定位跟踪，获取末端实际位置和实际臂型。

为探究双段连续体机器人运动学效果，通过NOKOV度量动作捕捉系统采集各连续段首尾及中间三个反光球位置，利用三点坐标进行曲线拟合得到各段臂形曲线；按上述方法采集六个点位置信息，即可得到双段连续体机器人的实际臂形。NOKOV度量动作捕捉系统的空间定位精度达到亚毫米级，可以准确采集连续体机器人臂型。从实验结果可以看出，研究人员所提的连续体机器人完整运动学方法具有一定的有效性和快速性。

参考文献：[1]陈元科,马飞越,向国菲,马丛俊,陈磊,倪辉,佃松宜.用于丝驱动连续体机器人的实用运动学研究[J].计算机应用研究,2021,38(10):3085-3088+3103.DOI:10.19734/j.issn.1001-3695.2021.03.0060.