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申请/专利权人：江苏科技大学

摘要：本发明公开一种柔性体整体空间位姿检测方法及系统，包括：S1：沿柔性体表面分别布置旋向相反的光纤光栅传感器串，组成光纤光栅位姿感知网络；S2：根据柔性体变曲率特性实时获取其变形数据；S3：通过FBG波长数据获取柔性体各栅点的施加力；S4：基于能量守恒方法建立变曲率柔性体空间位姿检测模型；S5：根据施加力获取柔性体末端位姿。通过设计双螺旋FBG传感网络可解耦各节点处的拉弯扭耦合应变，为柔性体各节点曲率变化的变形重构及反馈控制的调节策略提供了参考值；能够单独分析拉伸、弯曲和扭转对应的应变能，为变曲率柔性体各节点内部的变形规律提供理论支撑，并且考虑了交互过程中的外力和接触力作用，使运动学模型更接近柔性体的实际变形。

主权项：1.一种柔性体整体空间位姿检测方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：沿柔性体表面分别布置旋向相反的光纤光栅传感器串，组成光纤光栅位姿感知网络；S2：根据柔性体变曲率特性实时获取其变形数据：驱动柔性体运动，根据光纤光栅传感器串采集到的数据得出柔性体实时变形数据；S3：通过S2中光纤光栅传感器串的波长数据获取柔性体各栅点的施加力；S301：根据实时变形数据，利用准牛顿法和优化法构建多项式矩阵拟合模型，解耦各栅点处的多维耦合力；S302：对相邻栅点间的节点施加力利用插值法进行分配，获取第i节的施加力Fi；S4：基于能量守恒方法构建变曲率柔性体空间位姿检测模型，建立施加力与末端位姿参数的映射关系；S401：计算柔性体每节的拉伸应变能、弯曲应变能和扭转应变能；S402：根据能量守恒定律构建变曲率柔性体空间位姿检测模型，建立施加力与末端位姿参数的映射关系；S5：根据S3求得的施加力获取柔性体末端位姿；S501：采用人工蜂群优化法求解柔性体动态平衡时四元参数的最优解；S5011：蜜源初始化设置，即四元数解初始化设置：蜜源i初始位置为xid＝Ld+rand0,1Ud-Ld,i＝1,2…N,xid∈Ld,Ud式中，xid表示第i组四元数解中第dd＝1,2,3,4个四元数系数的值；Ld,Ud表示xid的上下限；采蜜蜂、观察蜂和蜜源的个数均为N，且采蜜蜂与蜜源一一对应；S5012：蜜源更新，即四元数解更新：根据新旧蜜源的适应度fit对比确定是否更新采蜜蜂搜索的蜜源，计算每个蜜源被观察蜂选择的概率，根据概率大小确定是否更新蜜源；x’id＝xid+rand-1,1xid-xkd,k≠i 式中，xi'd表示采蜜蜂在蜜源i初始位置的空间邻域内搜索新的蜜源，若采集蜂对应的旧蜜源适应度fit小于新密源适应fit，被新密源替代；rand-1,1表示[-1,1]之间的随机数；pi表示轮盘赌模式下第i个蜜源被观察蜂选择的概率；S5013：记录当前最好蜜源，即最好四元数解：当前蜜源记为最优蜜源，若当前蜜源的迭代次数大于阈值且其适应度并无增加，则舍去，用新的蜜源Xid替代作为初始值重新初始化，且相应的采集蜂转化为侦察蜂； 式中，k表示采集蜂和观察蜂对当前最好蜜源的搜索次数；limit表示搜索阈值；和表示第d个四元数系数的上限和下限；S5014：判断终止条件当k≥max时，输出最优蜜源，即四元数的解；否则，重复步骤S5011；S502：利用空间轴角的四元数表示法，根据各节欧拉角求解各节点的位置矢量，从而得到末端位置坐标和姿态角； 式中，αi,βi,γi表示第i个节末端的欧拉角，r0表示基坐标原点与软体机械臂固定端的位置矢量，α0表示r0与基坐标XOY平面的夹角，ux,uy,uz表示基坐标沿坐标轴方向的单位向量。

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