·1064· 智能系统学报 第15卷 分别设置初始状态弯曲角度为⊙，={0,0,901， 真图波峰波谷相隔120°，对应于连续型机器人结 ⊙2={0,90,01,93={90,0,01，旋转角度为Φ={0,0,01， 构中单关节驱动绳相隔120°。 然后使相应的弯曲关节从0°旋转到360°，进行关 3.3单关节弯曲实验 节旋转对绳长变化的仿真实验；设置初始状态弯 通过控制手柄，进行连续型机器人单关节弯曲 曲角度为⊙4={90,90,901,3个关节同时从0°旋转到 实验和三关节的末端跟随实验。进行程序 360°，进行关节旋转对绳长变化仿真实验，仿真结 初始化，连续型机器人初始状态为：弯曲角度日= 果如图9(e)~(h)所示，纵坐标为220、440、 {0,0,01,旋转角度为④={0,0,01，设置关节角度每次 660mm附近的红、绿、蓝三线分别代表3个关节 改变为0.05rad,遥控手柄设置连续型机器人第三 的3根绳长变化。 关节的弯曲角度分别为⊙1={0,0,31.52，⊙2={0,0， 根据仿真结果可以验证连续型机器人关节驱 57.301,93={0,0,83.08,则可得到仿真姿态和实际姿 动之间的耦合性，低层关节姿态改变时，高层关 态，如图10所示。并记录连续型机器人第三关节 节穿过该层的驱动线绳长也会改变，由关节旋转 从0°弯曲到90°的过程中理论弯曲角度和姿态传感 仿真图9（©）(h)可知每个关节的每根绳长变化仿 器采集到的角度，进行误差仿真，如图11所示。 (a)初始状态 (b)91平台图 (c)⊙平台图 (d)⊙平台图 700 700 700 700 600 600 600 600 500 500 500 500 400 400 400 号300 200 200 200 200 100 100 100 100 0 0 0 0 -1000100200 -1000100200 -1000100200 -1000100200 x/mm x/mm x/mm x/mm (e)初始状态 ()⊙，仿真图 (g)日2仿真图 h)O仿真图 图10单关节姿态改变实验图 Fig.10 Experimental diagrams of attitude changes of single joint 根据实验结果可知姿态传感器角度变化结 机平台操控的理论弯曲角度存在偏差，且误差 果、连续型的仿真结果以及连续型机器人的实际 积累主要发生在弯曲角度较小时，是由于连续 结果具有一致性，验证了姿态传感器解算连续型 型机器人初始状态下钢丝绳不能处于绝对紧绷 机器人姿态的合理性以及连续型机器人手柄控制 状态所致，在第五个采样点之后，误差趋于稳 方式的可行性。 定，此时连续型机器人样机平台姿态控制趋于 姿态传感器的角度测量与连续型机器人样 正常。Θ1 = {0,0,90} Θ2 = {0,90,0} Θ3 = {90,0,0} Φ = {0,0,0} Θ4 = {90,90,90} 分别设置初始状态弯曲角度为 ， ， ，旋转角度为 ， 然后使相应的弯曲关节从 0°旋转到 360°，进行关 节旋转对绳长变化的仿真实验；设置初始状态弯 曲角度为 ，3 个关节同时从 0°旋转到 360°，进行关节旋转对绳长变化仿真实验，仿真结 果 如 图 9(e) ~ ( h ) 所示，纵坐标 为 220 、 440 、 660 mm 附近的红、绿、蓝三线分别代表 3 个关节 的 3 根绳长变化。 根据仿真结果可以验证连续型机器人关节驱 动之间的耦合性，低层关节姿态改变时，高层关 节穿过该层的驱动线绳长也会改变，由关节旋转 仿真图 9(e)~(h) 可知每个关节的每根绳长变化仿 真图波峰波谷相隔 120°，对应于连续型机器人结 构中单关节驱动绳相隔 120°。 3.3 单关节弯曲实验 Θ = {0,0,0} Φ = {0,0,0} Θ1 = {0,0,31.52} Θ2 = {0,0, 57.30} Θ3 = {0,0,83.08} 通过控制手柄，进行连续型机器人单关节弯曲 实验和三关节的末端跟随实验。进行程序 初始化，连续型机器人初始状态为：弯曲角度 ，旋转角度为 ，设置关节角度每次 改变为 0.05 rad，遥控手柄设置连续型机器人第三 关节的弯曲角度分别为 ， ， ，则可得到仿真姿态和实际姿 态，如图 10 所示。并记录连续型机器人第三关节 从 0°弯曲到 90°的过程中理论弯曲角度和姿态传感 器采集到的角度，进行误差仿真，如图 11 所示。 (a) 初始状态 (b) Θ1 平台图 (c) Θ2 平台图 (d) Θ3 平台图 (e) 初始状态 (f) Θ1 仿真图 (g) Θ2 仿真图 (h) Θ3 仿真图 700 600 500 400 300 200 100 −100 0 100 200 0 z/mm x/mm 700 600 500 400 300 200 100 −100 0 100 200 0 z/mm x/mm 700 600 500 400 300 200 100 −100 0 100 200 0 z/mm x/mm 700 600 500 400 300 200 100 −100 0 100 200 0 z/mm x/mm 图 10 单关节姿态改变实验图 Fig. 10 Experimental diagrams of attitude changes of single joint 根据实验结果可知姿态传感器角度变化结 果、连续型的仿真结果以及连续型机器人的实际 结果具有一致性，验证了姿态传感器解算连续型 机器人姿态的合理性以及连续型机器人手柄控制 方式的可行性。 姿态传感器的角度测量与连续型机器人样 机平台操控的理论弯曲角度存在偏差，且误差 积累主要发生在弯曲角度较小时，是由于连续 型机器人初始状态下钢丝绳不能处于绝对紧绷 状态所致，在第五个采样点之后，误差趋于稳 定，此时连续型机器人样机平台姿态控制趋于 正常。 ·1064· 智 能 系 统 学 报 第 15 卷