连续体机器人形状检测方法综述.pdf

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1、连续体机器人形状检测方法综述谢世鹏，倪风雷，王海荣，金明河(哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙江哈尔滨150001)AnOverviewofResearchonConfigurationDetectionofContinuumRobotsXIEShipeng，NIFenglei，WANGHairong，JINMinghe(StateKeyLaboratoryofRoboticsandSystem，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China)摘要：综述了连续体机器人形状检测的不同方于连续体机器人不存在关节，对其形状的检测无法

2、法，并对各种研究方法进行了分析比较，最后指出采用编码器、电位计等传统传感器[2]。介绍了五基于视觉、智能材料或者光纤光栅的单一检测方法类连续体机器人形状检测的方法，然后对各种方法和结合多种传感器的复合方法是未来的发展方向。进行分析比较，最后提出基于视觉、智能材料或者关键词：连续体机器人；视觉；智能材料；光纤光纤光栅的单一检测方法和结合多种传感器的复光栅合方法将是未来的发展方向。中图分类号：TP241．31连续体机器人形状检测研究现状文献标识码：A文章编号：1001—2257(2015)08—0068—04目前检测连续体机器人形状主要采用视觉、智Abstract：Thispaperpres

3、entsdifferentmeth—能材料、光纤材料、惯性传感器、压阻材料、缆绳等odsofdetectionforcontinuumrobotconfigura—方法。tion．Itanalyzesandcomparestheseresearch视觉检测方法也就是在连续体机器人上做若methodsandconcludesthatasinglemethodbased干标记或不做标记，采用相机获取机器人的图像，onvision，smartmaterialsorfibergratingcom—对图像进行处理，根据标记点(没有标记点可用聚binedwithatleastonesensorwil

4、lbethedirection类方法)和重构算法解算出连续体机器人的形状。offuturedevelopment．智能材料检测方法有两种，一种是基于聚偏氟Keywords：continuumrobot；vision；smart乙稀(PVDF)材料方法，另一种则为基于离子交换material；fibergrating聚合金属材料(IPMC)方法，后者被称为人工肌肉。利用它们弯曲变形产生电势差的特性来检测连续体机器人的形状。0引言光纤材料主要采用光纤光栅材料，光纤光栅的连续体机器人是一种新型仿生机器人，它模仿曲率与波长的变化成正比，利用此特性检测连续体机器人的形状。自然界中象鼻、章鱼臂等动物

5、器官的运动机理，自1，1基于视觉的检测方法身不存在运动关节，但能依靠连续柔性变形来实现目前比较普遍的方法为基于视觉的检测方法。运动和抓取操作。由于连续体机器人可在任意部2004年美国HannanMW和walkerID提出一种位产生柔性变形，所以具有很强的避障能力，能够基于视觉的形状检测方法]。该方法通过高速相机更好地适应非结构环境、更牢靠地抓取各种不规则获取机器人图像，然后采用图像处理技术得到机器形状的物体。因此它是对传统关节式机器人的补人形状。如图1a所示，连续体机器人上均匀布置若充，具有潜在的应用价值[]。连续体机器人的形状干标记，然后在连续体的远端通过直线导轨安装高信息是实现实时、

6、精确、有效控制的必要条件。由速CCD相机。相机捕捉到的灰度图通过二值化处收稿日期：2O15～05—06理得到图1b，再通过相应的算法把机器人的构型量基金项目：国家973计划资助项目(973—2013CB733103)；新世纪优秀人才支持计划资助(NCET一10—0058)。化，并把形状反映出来，该方法只能检测机器人的·68·《机械与电子》2O15(8)—■—●_连续体机器人形状检测方法综述系统。IPMC和一悬臂梁整合在一起，通过伺服电的工作，国内外的检测方法各有其特点。机拖动随梁弯曲。IPMC输出的模拟信号经过A／在医疗机器人方面，检测连续体的形状一般采D转换为数字信号，再给LabVIE

7、w进行采集、滤用基于视觉的传感检测方法。主要有以下几方面波，最后上位机解算出梁的弯曲变化情况。该实验的原因。首先，医疗机器人，特别是用于外科手术通过IPMC测出悬臂梁弯曲的挠度。的机器人很多都具有视觉系统，让医生方便地实时1．3基于光纤光栅的检测方法观察操作情况。其次，嵌入到连续体机器人上的形光纤光栅FBG(fiberbragggrating)材料弯曲状检测传感器开发难度大，且嵌入的方法会加大机的曲率与通过光纤波长的变化成正比。19