模块化缆绳驱动软体机器人手臂的设计与非线性建模

我们提出了一种受章鱼触手启发的新型多段缆绳驱动软体机器人手臂，以及一种新的建模方法。模块化机械臂的每一段由一个软管骨架、一个软硅胶手臂主体和两个刚性端盖组成，这些端盖连接相邻段并解耦不同段的驱动缆绳。软体机器人手臂是在3D打印刚性端盖后通过浇铸制成的，实现了低成本和便捷的制造。为了捕捉缆绳推入软硅胶手臂主体（由于缺乏中间刚性缆绳导向器以实现更高的柔顺性）的非线性效应，我们开发了一个解析静力学模型来捕捉弯曲曲率与缆绳长度之间的关系。所提出的模型在实验中显示出比基线模型更优越的预测性能，尤其是在大弯曲条件下。基于非线性静力学模型，进一步开发了多段手臂的运动学模型，并用于推导运动规划算法。实验表明，所提出的软体手臂具有高灵活性和大工作空间，基于所提出建模方法的算法下的跟踪误差比基于基线模型的算法小高达52%。所提出的建模方法有望适用于广泛的软体缆绳驱动执行器和机械臂。