CN109955234A - 一种柔性触手的形状检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种柔性触手的形状检测系统及方法，涉及形状检测技术领域。本发明为了能够对一段以及多段柔性触手进行实时形状检测。所述检测系统包括工控上位机、九个拉线式位移传感器、三个控制器、无线蓝牙通讯模块、直流稳压电源、两个降压芯片和控制器；对柔性触手进行充气；主、从控制器STM32对脉冲信号解码并计数；通过无线蓝牙模块，将九根气动肌肉的长度数据无线传送到工控上位机；在工控上位机中使用MATLAB软件中的GUIDE制作串口助手界面，完成一段柔性触手运动学模型的建立以及多段柔性触手运动学模型的建立，仿真出柔性触手的三维空间形状。本发明能满足实时检测柔性触手三维形状的要求。
Description
技术领域
本发明专利涉及形状检测技术领域，尤其是涉及了一种基于柔性触手的形状检测系统及方法。
背景技术
随着自动化技术的飞速发展，柔性触手已经渗透到人们日常生活的方方面面。传统的刚性柔性触手更是在制造中得到了广泛的应用，并且可以通过特定的程序设计，高效地执行单个任务。然而，由于它们刚性关节的结构特点，致使在狭窄、非结构化的环境中操作起来十分困难。因此，传统的刚性柔性触手已经无法满足人类日益增长的需求。
为了解决刚性柔性触手的结构弊端，研究者们在大自然中找到了答案。类似于章鱼，象鼻等体内存在一种“肌肉性静水骨骼”的软体组织，其高度灵活性与柔顺性完美得弥补了刚性柔性触手的不足。基于上述结构特征的启发，柔性触手逐渐崭露头角。
柔性触手是一种基于仿生学原理，由柔性材料构成的新型柔性触手。其无穷自由度的结构特征，大大增加了控制的灵活性与柔顺性，在工业生产、医疗手术、救灾探测等方面具有广阔应用前景，受到了国内外的广泛关注和研究。
然而，由于柔性触手在原则上具有无限多个自由度，使得其运动学模型的建立变得极其困难，在缺乏精确模型的状况下，柔性触手的控制精度与末端定位的效果大打折扣。从自动控制原理的角度来看，系统的控制精度取决于反馈环节的检测精度。因此，建立一套完善、高精度的形状检测系统以保证控制精度是目前亟待解决的重要问题。
目前柔性触手的形状检测系统主要有以下两种：
第一种是选择集中式的传感器如末端摄像头，仅能反馈局部的视觉信息，通过得到局部的反馈信息无法检测整条柔性触手的三维空间形状。此外，视觉检测对于环境要求较高，狭窄、光线较暗等环境均无法使用，而且该方法需要进行图像数据的采集与处理，存在大量的数值计算，这对于实时控制，也是不现实的。
第二种是选择内部传感器如光纤布拉格光栅(FBG)传感器，内部传感器无法对周围的环境进行实时灵敏的检测,导致柔性触手无法适应周围环境的动态变化,极大的影响了柔性触手的建模精度与控制策略，很大程度地降低了柔性触手自动化和智能化水平。此外，由于光纤的脆弱性，当柔性触手弯曲时，会发生FBG传感器的传播损耗。因此，当曲率上升到临界曲率时，应变测量无效。
发明内容
针对现有检测技术存在的不足，本发明专利选择气动柔性触手(三段)作为研究对象，其主要目的在于提出一种基于柔性触手的形状检测系统及方法，以能够对一段以及多段(三段)柔性触手进行实时形状检测。
本发明在常曲率的假设下，建立了运动学模型及开发形状检测算法，并通过MATLAB仿真验证。本发明专利通过以下技术方案来实现上述目的：
一种柔性触手的形状检测系统，所述柔性触手包括由底端至末端依次连接的第一段柔性触手、第二段柔性触手、第三段柔性触手(柔性触手为连续型柔性触手)；
每段柔性触手包括三根气动肌肉、底盘、三根气管；三根气动肌肉相隔120°放置并固定于底盘，其外侧通过弹性护套将三根气动肌肉束缚在一起；
第一段柔性触手的三根气动肌肉的底端与对应的底盘的固定，其末端与第二段柔性触手的底盘固定，以此类推；
除第一段柔性触手外其他段柔性触手的三根气管贯穿于三根气动肌肉围合形成的空间空隙内；
所述检测系统包括工控上位机、九个拉线式位移传感器、三个控制器STM32、无线蓝牙通讯模块、12V直流稳压电源、两个降压芯片；三个控制器STM32包括主控制器STM32和两个从控制器STM32；
12V直流稳压电源分别为九个拉线式位移传感器、无线蓝牙模块和主/从控制器供电；每段柔性触手对应设有三个拉线式位移传感器；每个拉线式位移传感器的输入端钢丝绳附着于其对应的一根气动肌肉的表面,并随着气动肌肉的长度变化而变化；每个拉线式位移传感器的A、B两相脉冲输出端连接到主/从控制器STM32的通用定时器引脚；
在工控上位机上对三个控制器STM32进行正交解码程序设计，对脉冲信号进行计数，以实现根据拉线式位移传感器自身精度将脉冲信号转换成气动肌肉的长度；通过SWD接口将上位机程序分别下载到三个控制器STM32，所述上位机程序包括正交解码程序和串口通信程序；
12V直流稳压电源通过3.3V降压芯片降压至3.3伏为三个控制器STM32供电，12V直流稳压电源通过5V降压芯片降压至5伏为无线蓝牙模块供电；
每段柔性触手对应设有一个主/从控制器STM32，连接三个拉线式位移传感器；两个从控制器STM32同时与主控制器STM32通过串口通信USART接口连接，将其检测到的气动肌肉的长度数据发送给主控制器STM32；主控制器STM32的串口通信USART接口连接无线蓝牙模块的发送端，而无线蓝牙模块接收端通过USB转TTL接口连接到工控上位机，从而实现由主控制器将九根气动肌肉的长度数据无线传送到工控上位机。
进一步地，所述主、从控制器STM32的型号均为STM32-F103C8，所述的无线蓝牙通讯模块的型号为HC-05，降压至5伏的降压芯片型号为LM1117T-5，降压至3.3伏的降压芯片型号为LM1117T-3.3；
每个控制器STM32具有48个引脚，内含4个16位的通用定时器，可满足同时对3个拉线式位移传感器进行脉冲计数的需求，以及具有3个USART接口，可用来连接无线蓝牙模块；
每个拉线式位移传感器共有4个输出引脚，分别是A相脉冲输出、B相脉冲输出、Vcc、GND；Vcc连接12V直流稳压电源，GND接地；第一段柔性触手中拉线式位移传感器1的AB两相输出分别连接主控制器STM32的通用定时器引脚PA0和PA1，拉线式位移传感器2的AB两相输出分别连接主控制器STM32的通用定时器引脚PA6和PA7，拉线式位移传感器3的AB两相输出分别连接主控制器STM32的通用定时器引脚PB6和PB7；第二、三段柔性触手中拉线式位移传感器的连接方法与此相同；
无线蓝牙发送端有4个输出引脚，分别是GND、VCC、TXD、RXD；Vcc连接5V直流电源，GND接地，RXD与TXD分别连接主控制器STM32的USART引脚：PA2与PA3；主控制器STM32的USART引脚PA10连接从控制器的USART引脚PB10；主控制器STM32的USART引脚PB11连接另一个从控制器的USART引脚PB10；STM32无线蓝牙接收端连接到工控上位机的USB接口,即可实现将九根气动肌肉的长度数据从主控制器STM32无线传送到上位机的功能。
进一步地，所述拉线式位移传感器采用WXY15M拉线式位移传感器，外型为微型硬币大小，电源电压为DC12V，拉线式位移传感器的精度为0.12mm/p(表示每个脉冲对应的位移为0.12毫米)，其最大量程600mm(即输入端钢丝绳的总绳长)，AB两相脉冲输出，输出脉冲数量与绳长位移成比例，进而将机械运动转换成可以计量、记录或传送的脉冲信号；所述拉线式位移传感器的钢丝绳可拉长，也可以收缩，具有双向性，满足柔性触手的实际物理形态。
一种利用上述系统的柔性触手的形状检测方法，实现过程如下：
步骤一：对柔性触手进行充气，随着气动肌肉的弯曲形变，附着于其表面的钢丝绳的绳长也会发生相应的伸缩，拉线式位移传感器输出AB两相脉冲信号；
步骤二：主、从控制器STM32对脉冲信号进行解码并计数，依据拉线式位移传感器自身精度(0.12mm/p)进而将脉冲数量转换成每根气动肌肉的长度数据；
步骤三：通过无线蓝牙模块，将九根气动肌肉的长度数据无线传送到工控上位机；
步骤四：在工控上位机中使用MATLAB软件中的GUIDE制作串口助手界面，实时接收并保存长度数据；
步骤五：一段柔性触手运动学模型的建立：针对每段柔性触手建立运动学模型，基于分段常曲率方法，通过微分几何推导，得到每段柔性触手的几何参数：曲率κi、弯曲平面角φi、弧长Li以及末端坐标i∈[1,3]；
所述一段柔性触手的运动学模型：
式中li1、li2、li3是每段柔性触手中三根气动肌肉的长度，Li、φi、κi分别是每段柔性触手中心线的空间几何参数，即弧长、弯曲平面角和曲率；是第i段柔性触手在其局部坐标系下的末端位置坐标；
由上式可知，柔性触手的三个空间几何参数只与li1、li2、li3有关；因此，只需要通过三个位移传感器测量三根气动肌肉的长度即可求得以上三个参数，进而确定一段柔性触手的空间形状；
步骤六：多段柔性触手运动学模型的建立：对柔性触手进行整体运动学模型的建立，
以第一段柔性触手底面的圆心作为原点，建立全局坐标系，以第二、三段柔性触手底面的圆心作为原点，建立局部坐标系，通过改进的D-H方法，使用D-H矩阵将每段柔性触手的位置问题转化为相邻坐标系间的转化问题，通过依次的坐标系转化，最终推导出每段柔性触手的末端在全局坐标系下的位置坐标；
所述多段柔性触手的运动学模型：
θi＝κiLi
表示从第i段到第i+1段柔性触手的旋转矩阵，Ti表示从第1段到第i+1段柔性触手的旋转矩阵，Pi表示第i段的末端在全局坐标系下的位置坐标；
步骤七：在MATLAB软件中自定义M函数，利用“三点确定空间圆弧”的方法，基于上述几何参数，实时仿真出柔性触手的三维空间形状。
本发明专利的有益效果：
整个检测系统软件、硬件、有机结合；使用拉线式位移传感器采集数据方便可靠，操作简单，分辨率高达0.01mm，很大程度减小了测量误差；目前柔性触手的形状检测系统的传感器主要有末端摄像头和光纤布拉格光栅(FBG)传感器两种；末端摄像头这种视觉检测的方法对于环境要求较高，狭窄、光线较暗等环境均无法使用；而光纤布拉格光栅(FBG)传感器属于内部传感器，无法对周围的环境进行实时灵敏的检测,导致柔性触手无法适应周围环境的动态变化,极大的影响了柔性触手的建模精度与控制策略，此外，由于光纤的脆弱性，当柔性触手弯曲时，会发生FBG传感器的传播损耗，当曲率上升到临界曲率时，应变测量无效，整套光纤布拉格光栅传感设备的成本较高，约为13000元；相比之下，拉线式位移传感器均不存在上述问题，且每个的成本价格为300元，性价比最高。
MATLAB-GUI界面直观简洁，便于后期扩展维护，实时显示九根气动肌肉的长度数据，为达到实时性的要求，我们通过程序设计使得9个长度数据为一组，每组按行实时保存到excel中，每次仅调用最后一行长度数据进行形状检测算法计算并进行三维形状仿真，以确保形状检测系统的实时性，三维仿真延时约为2秒钟，基本满足实时检测柔性触手三维形状的要求。
附图说明
图1是本发明中一段柔性触手的结构示意图，图中，(a)为一段柔性触手的俯视图(截面图)，(b)为一段柔性触手的主视图；
图2是本发明所述多段柔性触手的结构示意图；
图3是本发明所述形状检测系统的工作原理流程图；
图4是本发明所述形状检测系统的硬件电路连接图；
图5是本发明所述一段和多段柔性触手的MATLAB三维形状仿真图(界面截图)；
图6是本发明所述多段柔性触手的弯曲示意图；
图7是本发明所述多段柔性触手的原理样机照片。
具体实施方式
参见图1至图7，本实施方式所述检测系统包括工控上位机、九个拉线式位移传感器、三个控制器STM32、无线蓝牙通讯模块、12V直流稳压电源、两个降压芯片；三个控制器STM32包括主控制器STM32和两个从控制器STM32；
检测方法的具体步骤如下：
步骤一：对柔性触手进行充气，随着气动肌肉的弯曲形变，附着于其表面的钢丝绳的绳长也会发生相应的伸缩，拉线式位移传感器输出AB两相脉冲信号；
步骤二：主、从控制器STM32对脉冲信号解码并计数，依据拉线式位移传感器自身精度(0.12mm/p)进而将脉冲数量转换成每根气动肌肉的长度数据；
步骤三：通过无线蓝牙模块，将九根气动肌肉的长度数据无线传送到工控上位机；
步骤四：在工控上位机中使用MATLAB软件中的GUIDE制作串口助手界面，实时接收并保存长度数据；
步骤五：一段柔性触手运动学模型的建立：针对每段柔性触手建立运动学模型，基于分段常曲率方法，通过微分几何推导，得到每段柔性触手的几何参数：曲率κi、弯曲平面角φi、弧长Li以及末端坐标i∈[1,3]；
所述一段柔性触手的运动学模型：
式中li1、li2、li3是每段柔性触手中三根气动肌肉的长度，Li、φi、κi分别是每段柔性触手中心线的空间几何参数，即弧长、弯曲平面角和曲率；是第i段柔性触手在其局部坐标系下的末端位置坐标；
由上式可知，柔性触手的三个空间几何参数只与li1、li2、li3有关；因此，只需要通过三个位移传感器测量三根气动肌肉的长度即可求得以上三个参数，进而确定一段柔性触手的空间形状；
步骤六：多段柔性触手运动学模型的建立：对柔性触手进行整体运动学模型的建立，
以第一段柔性触手底面的圆心作为原点，建立全局坐标系，以第二、三段柔性触手底面的圆心作为原点，建立局部坐标系，通过改进的D-H方法，使用D-H矩阵将每段柔性触手的位置问题转化为相邻坐标系间的转化问题，通过依次的坐标系转化，最终推导出每段柔性触手的末端在全局坐标系下的位置坐标；
所述多段柔性触手的运动学模型：
θi＝κiLi
表示从第i段到第i+1段柔性触手的旋转矩阵，Ti表示从第1段到第i+1段柔性触手的旋转矩阵，Pi表示第i段的末端在全局坐标系下的位置坐标。
步骤七：在MATLAB软件中自定义M函数，利用“三点确定空间圆弧”的方法，基于上述几何参数，实时仿真出柔性触手的三维空间形状。
所述拉线式位移传感器采用WXY15M拉线式位移传感器，外型为微型硬币大小，电源电压为DC12V，拉线式位移传感器的精度为0.12mm/p(表示每个脉冲对应的位移为0.12毫米)，其最大量程600mm(即输入端钢丝绳的总绳长)，AB两相脉冲输出，输出脉冲数量与绳长位移成比例，进而将机械运动转换成可以计量、记录或传送的脉冲信号；所述拉线式位移传感器的钢丝绳可拉长，也可以收缩，具有双向性，满足柔性触手的实际物理形态；
所述主、从控制器STM32的型号均为STM32-F103C8，每个控制器STM32具有48个引脚，内含4个16位的通用定时器，可满足同时对3个拉线式位移传感器进行脉冲计数的需求，以及具有3个USART接口，可用来连接无线蓝牙模块。
所述蓝牙模块采用型号为HC-05的主从蓝牙模块，电源电压为DC5V，主蓝牙模块(发送端)连接至STM32的USART接口，从蓝牙模块(接收端)连接在上位机的USB接口，即可实现将长度数据从主控制器STM32传送到上位机的功能。
下面结合具体实施例附图对本发明专利作进一步说明：
在本发明专利的具体实施例中，所采用的拉线式位移传感器均为微型拉线式位移传感器，外型只有硬币大小，体积小、重量轻，安装方便，不占底盘空间。
请参阅图1所示，图1为一段柔性触手的结构示意图；a)与b)分别为俯视图和主视图；俯视图即传感网络的整体布局示意图，三个红色圆圈代表三个拉线式位移传感器，在空间相隔120°安装在柔性触手的底盘上；三个蓝色的圆圈代表三根气动肌肉，空间相隔120°固定在柔性触手的底盘上；与三个蓝色圆圈相切的圆圈为其外侧的弹性护套，用于将三根气动肌肉束缚在一起；中间黄色部分为三根气动肌肉围合形成的空间空隙，用于放置气管通道；与三个红色圆圈相切的圆圈为底盘；主视图中，A1、A2、A3表示第一段柔性触手的三个拉线式位移传感器所在位置，B1、B2、B3表示第二段柔性触手的三个拉线式位移传感器所在位置；以底盘圆心O1为原点，z1轴垂直于底盘平面，x1、y1轴位于底盘平面，且y1轴经过A1点，建立全局坐标系O1-x1y1z1；li1、li2、li3分别表示三根气动肌肉的长度；Li表示柔性触手中心线的弧长；φi表示弯曲平面角，即中心线所在的垂直于底盘的平面与x1轴的夹角；θ2表示中心线的圆心角。
请参阅图2所示，图2为多段柔性触手的结构示意图。以第二段柔性触手的底盘圆心O2和第二段柔性触手的底盘圆心O3为圆心，以相同的方法，建立局部坐标系O2-x2y2z2和O3-x3y3z3；第二段柔性触手的底端即为第一段柔性触手的末端，第三段柔性触手的底端即为第二段柔性触手的末端。θ2、θ3分别为第二段和第三段柔性触手中心线的圆心角。
请参阅图3所示，图3为形状检测系统的原理流程示意图。12V直流稳压电源分别为九个拉线式位移传感器、无线蓝牙模块和主/从控制器供电；拉线式位移传感器的钢丝绳附着于其对应的气动肌肉的表面，其两相脉冲输出端连接到主/从控制器STM32的通用定时器引脚；通过在工控上位机上对三个控制器STM32进行正交解码程序设计，对脉冲信号进行计数，以实现根据拉线式位移传感器自身精度将脉冲信号转换成气动肌肉的长度；通过SWD接口将上位机程序分别下载到三个控制器STM32；无线蓝牙模块的发送端连接到主控制器STM32的串口通信USART接口，而接收端通过USB转TTL接口连接到上位机，从而实现将九根气动肌肉的长度数据无线传送到上位机。
请参阅图4所示，图4为形状检测系统的硬件电路连接图。每个拉线式位移传感器共有4个输出引脚，分别是A相脉冲输出、B相脉冲输出、Vcc、GND；Vcc连接12V直流稳压电源，GND接地；第一段柔性触手中拉线式位移传感器1的AB两相输出分别连接主控制器STM32的通用定时器引脚PA0和PA1，拉线式位移传感器2的AB两相输出分别连接主控制器STM32的通用定时器引脚PA6和PA7，拉线式位移传感器3的AB两相输出分别连接主控制器STM32的通用定时器引脚PB6和PB7；第二、三段柔性触手中拉线式位移传感器的连接方法与此相同；无线蓝牙发送端有4个输出引脚，分别是GND、VCC、TXD、RXD；Vcc连接5V直流电源，GND接地，RXD与TXD分别连接主控制器STM32的USART引脚：PA2与PA3；主控制器STM32的USART引脚PA10连接从控制器的USART引脚PB10；主控制器STM32的USART引脚PB11连接另一个从控制器的USART引脚PB10；STM32无线蓝牙接收端连接到工控上位机的USB接口。
请参阅图5所示，图5为一段和多段柔性触手的MATLAB三维形状仿真图；图a)和图b)为一段柔性触手的三维形状仿真图，分别表示柔性触手在空间中的两种弯曲方向；图c)和图d)是三段柔性触手的三维形状仿真图，分别表示了柔性触手在三维空间中的两种空间形态。
请参阅图6所示，图6为多段柔性触手的弯曲示意图。柔性触手共有三段，在初始状态下，第1段长度为28cm，第2段长度为34cm，第3段长度为38cm。当气动肌肉充入气压时，第1节最大弯曲角度为360°，形成的圆形的直径为12cm；第2节最大弯曲角度为180o，第1、2节共同弯曲成圆形的直径为23cm；第3节最大弯曲角度为120o，第1、2、3节共同弯曲成圆形的直径为32cm。
请参阅图7所示，图7为多段柔性触手的原理样机图。气动肌肉由可伸缩软管和接头组成，两端设置端盖密封。可伸缩软管由硅橡胶膜片以及由聚方基酰胺线制成的纤维增强材料组成。外侧蓝色编织网包裹内层圆柱形橡胶管，并仅一端可充入气体；九根气动肌肉充入不同气压时，可以组成各种不同的三维空间形状。
本发明专利的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明专利的技术方案做出的技术变形，均落入本发明专利的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种柔性触手的形状检测系统，所述柔性触手包括由底端至末端依次连接的第一段柔性触手、第二段柔性触手、第三段柔性触手；
每段柔性触手包括三根气动肌肉、底盘、三根气管；三根气动肌肉相隔120°放置并固定于底盘，其外侧通过弹性护套将三根气动肌肉束缚在一起；
第一段柔性触手的三根气动肌肉的底端与对应的底盘的固定，其末端与第二段柔性触手的底盘固定，以此类推；
除第一段柔性触手外其他段柔性触手的三根气管贯穿于三根气动肌肉围合形成的空间空隙内；
其特征在于，所述检测系统包括工控上位机、九个拉线式位移传感器、三个控制器STM32、无线蓝牙通讯模块、12V直流稳压电源、两个降压芯片；三个控制器STM32包括主控制器STM32和两个从控制器STM32；
12V直流稳压电源分别为九个拉线式位移传感器、无线蓝牙模块和主/从控制器供电；每段柔性触手对应设有三个拉线式位移传感器；每个拉线式位移传感器的输入端钢丝绳附着于其对应的一根气动肌肉的表面,并随着气动肌肉的长度变化而变化；每个拉线式位移传感器的A、B两相脉冲输出端连接到主/从控制器STM32的通用定时器引脚；
在工控上位机上对三个控制器STM32进行正交解码程序设计，对脉冲信号进行计数，以实现根据拉线式位移传感器自身精度将脉冲信号转换成气动肌肉的长度；通过SWD接口将上位机程序分别下载到三个控制器STM32，所述上位机程序包括正交解码程序和串口通信程序；
12V直流稳压电源通过3.3V降压芯片降压至3.3伏为三个控制器STM32供电，12V直流稳压电源通过5V降压芯片降压至5伏为无线蓝牙模块供电；
每段柔性触手对应设有一个主/从控制器STM32，连接三个拉线式位移传感器；两个从控制器STM32同时与主控制器STM32通过串口通信USART接口连接，将其检测到的气动肌肉的长度数据发送给主控制器STM32；主控制器STM32的串口通信USART接口连接无线蓝牙模块的发送端，而无线蓝牙模块接收端通过USB转TTL接口连接到工控上位机，从而实现由主控制器将九根气动肌肉的长度数据无线传送到工控上位机。
2.根据权利要求1所述的一种柔性触手的形状检测系统，其特征在于：
所述主、从控制器STM32的型号均为STM32-F103C8，所述的无线蓝牙通讯模块的型号为HC-05，降压至5伏的降压芯片型号为LM1117T-5，降压至3.3伏的降压芯片型号为LM1117T-3.3；
每个控制器STM32具有48个引脚，内含4个16位的通用定时器，可满足同时对3个拉线式位移传感器进行脉冲计数的需求，以及具有3个USART接口，可用来连接无线蓝牙模块；
每个拉线式位移传感器共有4个输出引脚，分别是A相脉冲输出、B相脉冲输出、Vcc、GND；Vcc连接12V直流稳压电源，GND接地；第一段柔性触手中拉线式位移传感器1的AB两相输出分别连接主控制器STM32的通用定时器引脚PA0和PA1，拉线式位移传感器2的AB两相输出分别连接主控制器STM32的通用定时器引脚PA6和PA7，拉线式位移传感器3的AB两相输出分别连接主控制器STM32的通用定时器引脚PB6和PB7；第二、三段柔性触手中拉线式位移传感器的连接方法与此相同；
无线蓝牙发送端有4个输出引脚，分别是GND、VCC、TXD、RXD；Vcc连接5V直流电源，GND接地，RXD与TXD分别连接主控制器STM32的USART引脚：PA2与PA3；主控制器STM32的USART引脚PA10连接从控制器的USART引脚PB10；主控制器STM32的USART引脚PB11连接另一个从控制器的USART引脚PB10；STM32无线蓝牙接收端连接到工控上位机的USB接口,即可实现将九根气动肌肉的长度数据从主控制器STM32无线传送到上位机的功能。
3.根据权利要求2所述的柔性触手的形状检测系统，其特征在于，
所述拉线式位移传感器采用WXY15M拉线式位移传感器，外型为微型硬币大小，电源电压为DC12V，拉线式位移传感器的精度为0.12mm/p，其最大量程600mm，AB两相脉冲输出，输出脉冲数量与绳长位移成比例，进而将机械运动转换成可以计量、记录或传送的脉冲信号；所述拉线式位移传感器的钢丝绳可拉长或收缩，具有双向性。
4.一种利用权利要求1所述系统的柔性触手的形状检测方法，其特征在在于，实现过程如下：
步骤一：对柔性触手进行充气，随着气动肌肉的弯曲形变，附着于其表面的钢丝绳的绳长也会发生相应的伸缩，拉线式位移传感器输出AB两相脉冲信号；
步骤二：主、从控制器STM32对脉冲信号进行解码并计数，依据拉线式位移传感器自身精度进而将脉冲数量转换成每根气动肌肉的长度数据；
步骤三：通过无线蓝牙模块，将九根气动肌肉的长度数据无线传送到工控上位机；
步骤四：在工控上位机中使用MATLAB软件中的GUIDE制作串口助手界面，实时接收并保存长度数据；
步骤五：一段柔性触手运动学模型的建立：针对每段柔性触手建立运动学模型，基于分段常曲率方法，通过微分几何推导，得到每段柔性触手的几何参数：曲率κi、弯曲平面角φi、弧长Li以及末端坐标i∈[1,3]；
所述一段柔性触手的运动学模型：
式中li1、li2、li3是每段柔性触手中三根气动肌肉的长度，Li、φi、κi分别是每段柔性触手中心线的空间几何参数，即弧长、弯曲平面角和曲率；是第i段柔性触手在其局部坐标系下的末端位置坐标；
由上式可知，柔性触手的三个空间几何参数只与li1、li2、li3有关；因此，只需要通过三个位移传感器测量三根气动肌肉的长度即可求得以上三个参数，进而确定一段柔性触手的空间形状；
步骤六：多段柔性触手运动学模型的建立：对柔性触手进行整体运动学模型的建立，
以第一段柔性触手底面的圆心作为原点，建立全局坐标系，以第二、三段柔性触手底面的圆心作为原点，建立局部坐标系，通过改进的D-H方法，使用D-H矩阵将每段柔性触手的位置问题转化为相邻坐标系间的转化问题，通过依次的坐标系转化，最终推导出每段柔性触手的末端在全局坐标系下的位置坐标；
所述多段柔性触手的运动学模型：
θi＝κiLi
表示从第i段到第i+1段柔性触手的旋转矩阵，Ti表示从第1段到第i+1段柔性触手的旋转矩阵，Pi表示第i段的末端在全局坐标系下的位置坐标；
步骤七：在MATLAB软件中自定义M函数，利用“三点确定空间圆弧”的方法，基于上述几何参数，实时仿真出柔性触手的三维空间形状。
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