摘要:中心杆构型的连续体机械臂,主干是一根连续介质杆,缺少传统机械臂的关节结构,因此形态反馈一直是难以解决的问 题。 目前,基于多 IMU 的形态测量方法大多依赖分段常曲率假设,但这种假设在机械臂受到外部负载作用时无法满足,从而影 响形态估计的准确性。 为了解决这一问题,提出了一种基于切向量拟合的连续体机械臂多 IMU 形态估计算法。 该算法基于 Cosserat 杆理论对连续体机械臂进行数学建模,能够更准确地描述其变形行为。 通过误差状态卡尔曼滤波对多个测量位置的形 态进行估计,并求解出每个位置的切向量。 接下来,采用 B 样条方法对各个位置离散的切向量进行拟合,获取以弧长为自变量 的切向量函数。 最后,通过对连续变化的切向量函数进行积分,完成形态估计。 实验表明,该算法在动态轨迹和静态负载下均 能实现高精度的形态估计,尤其在负载引起的形态变化较为显著时,算法表现出较强的鲁棒性和稳定性。 与传统的基于分段常 曲率假设的方法相比,所提算法在末端位置的定位精度和形态重构的准确性方面都有显著提升。 在负载较大的情况下,形态估 计误差相比现有方法降低了 50% 以上,证明了其在复杂应用场景中的优越性。