万向节腱驱动连续体机器人：设计、运动学建模及在狭窄管道中的运动

腱驱动连续体机器人因其独特的形状、柔顺性和微型化能力，成为受限空间应用的有力候选者。TDCR 的非平行腱布线已展现出明显优势，包括具有更高自由度的关节段、更大的工作空间和更高的灵巧性。然而，大多数工作聚焦于平行腱以实现常曲率形状，这产生了分析上简单的运动学，但过度限制了设计可能性。我们认为，一般腱布线的这种未充分利用可归因于缺乏仅根据腱几何形状与位移即可估计形状的一般运动学模型。基于 Cosserat 杆的模型能够对一般腱布线进行建模，但它们需要精确的腱张力测量和大量的系统辨识，阻碍了其用于设计目的。近期在开发运动学模型方面的尝试仅限于单腱驱动或位于垂直平面上的腱等简单场景。此外，模型公式往往与硬件脱节，使得在制造约束下难以构建设计。我们的第一个贡献是基于滑膜万向节模块的 TDCR 新颖设计，提供了机械离散且可行的设计空间。基于该设计，我们的第二个贡献是提出并评估了一个基于优化的运动学模型，能够处理多个一般布线腱的驱动。最后，我们展示了一个为步态运动设计的 TDCR 的应用示例，展示了我们方法在统一基于模型的设计流程中的潜力。