基于 Cosserat 杆的自控可变曲率软连续体机器人建模与验证

本文介绍了一种基于 Cosserat 杆的数学模型，用于对自控可变曲率软连续体机器人进行建模。该软连续体机器人具有中空内通道，并能够利用可生长脊柱实现可变曲率。可生长脊柱能够伸长和收缩，同时通过毫米级颗粒（玻璃微珠）颗粒阻塞改变其刚度。与以往曲率变化离散且依赖于锁定机构数量或手动配置的方法不同，该软连续体机器人能够实现连续曲率变化。由于可变刚度可生长脊柱的存在，该机器人带来了一个新兴的建模问题，本文对此进行了研究。我们探究了可生长脊柱的刚度特性，并通过采用组合刚度方法将其纳入 Cosserat 杆模型。我们针对不同配置下的软连续体机器人进行了实验，并将结果与我们开发的数学模型进行了比较。结果表明，基于改进 Cosserat 杆的数学模型与实验结果吻合良好，相对于软连续体机器人长度的误差仅为 3.3%。