摘要: 连续体机器人由于其独特的柔顺性、安全性等特性，适用于如飞机油箱检修、核管道检测及微创手术等复杂非结构化领域。但同时连续体机器人自身的大变形、超冗余自由度的结构特点，也导致其运动建模和规划控制相对复杂和困难，严重影响机器人的进给效率... 展开 连续体机器人由于其独特的柔顺性、安全性等特性，适用于如飞机油箱检修、核管道检测及微创手术等复杂非结构化领域。但同时连续体机器人自身的大变形、超冗余自由度的结构特点，也导致其运动建模和规划控制相对复杂和困难，严重影响机器人的进给效率和控制精度。为此，本文提出一种卯榫连接结构的柔性检测连续体机器人，重点围绕机器人的运动学模型、运动规划等相关问题开展了研究，以实现对机器人的安全快速介入和精准控制。 首先，根据环境结构特点和操作任务需求，提出了柔性检测机器人的基本设计要求和性能指标，从安全性、高精度、可控性等方面对机器人的驱动方式进行选择。同时研究了结构参数对机器人弯曲曲率的影响，从而确定机器人的构型方案和几何参数。 然后，基于几何分析法构建柔性检测机器人的运动学模型，建立弯曲单元关节参数与其弯曲变形间的映射关系。在此基础上，基于改进后的蒙特卡洛法对机器人的工作空间进行分析，利用正态分布对工作空间中的点云分布不均匀问题进行改进，改进后的工作空间图更接近实际工作空间，边界曲线更加准确。 接着，提出了一种基于导航路径约束的连续体机器人运动规划方法，以机器人各弯曲单元前后端点与理想轨迹间的最小距离为目标函数，通过关节逆向递推法来逐节求解各弯曲单元关节参数，进而控制机器人沿着预设的导航路径进行进给运动，同时通过包络法分别对障碍物和机械臂建模并提出基于RRT*算法的柔性检测机器人避障控制策略。最后通过MATLAB软件分别在二维、三维空间对机器人的运动规划算法和避障策略进行仿真实验。 最后，以QT平台为基础，结合OpenGL和C++语言设计了柔性检测机器人运动规划虚拟仿真软件，并对机器人的通过性进行分析。以一条空间曲线为导航路径，在仿真软件中控制机器人沿着导航路径进行介入运动，仿真结果表明:机器人能够以较小的偏差沿着预设的导航路径进行介入运动。最后搭建了柔性检测连续体机器人的原理样机平台，并对其进行弯曲控制和运动规划实验，结果表明:所设计的机器人能够安全、快速地穿过多个等间距圆环并到达目标点，验证了所建模型和所提运动规划方法的正确性和可行性。 收起