A Snake-Inspired Layer-Driven Continuum Robot

机器人 欠驱动 反向动力学 控制理论(社会学) 绳子 计算机科学 机器人运动 扭矩 蛇臂机器人 机器人运动学 移动机器人 人工智能 运动学 模拟 工程类 机器人控制 物理 经典力学 机械工程 热力学 控制(管理)
作者
Guodong Qin,Aihong Ji,Yong Cheng,Wenlong Zhao,Hongtao Pan,Shanshuang Shi,Yuntao Song
出处
期刊:Soft robotics [Mary Ann Liebert, Inc.]
卷期号:9 (4): 788-797 被引量:54
标识
DOI:10.1089/soro.2020.0165
摘要

Continuum robots with redundant degrees of freedom and postactuated devices are suitable for application in aerospace, nuclear facilities, and other narrow and multiobstacle special environments. The development of a snake-inspired continuum robot is presented in this study. The morphological skeleton structure of the snake body is simulated using underactuated continuum joints, which include several rigid-body joints in series. Each rigid-body joint is driven by the traction of a wire rope. Based on the layered-drive principle, angular synchronous motion can be realized in space with multiple rigid-body joints in a single continuous joint, which can considerably reduce the complexity of the inverse kinematics solution, terminal drive box, and control system. The static and dynamic characteristics of the snake-inspired robot are obtained through torque balance and an equivalent transformation. Finally, we demonstrate trajectory planning and load capacity testing in two robot prototypes with arm lengths of 1500 and 2300 mm (including two and four continuous joints, respectively). The rationality of the structure and the correctness of the control of the layered-drive snake-inspired robot are verified.
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