一种应用于连续体机械臂的分布式接近传感器模块设计

摘要

为解决连续体机械臂在复杂作业场景中的精确定位难题与动态避障需求，保障其运动控制的稳定性与可靠性，针对其柔性弯曲、空间受限的特定物理结构，设计了一种低成本分布式接近传感器模块并详述其实现方法。在电源供给层面，模块采用线性稳压器TLV767构建稳压电路，可输出稳定的2.8 V工作电压。核心控制单元选用超低功耗微控制器STM32L431,通过硬件IIC与软件模拟IIC双重接口实现与4个TOF距离传感器VL6180X的高效通信，可在0～200 mm之间实现1 mm分辨率的距离测量，能精准捕捉周边环境信息。通信与供电一体化设计方面，STM32L431通过CAN总线接口搭配增强型CAN通信芯片TCAN1044,构建与相邻传感器模块及上位机的双向通信链路，同时借助CAN通信插座为稳压电路补充供电，适配分布式系统的模块化需求。存储模块采用工业级I²CEEPROM芯片M24C64,确保参数持久可靠。结构设计上，采用圆形半开口造型，大幅优化连续体机械臂曲面安装的空间适配性。针对环境噪声、目标表面反射差异及强光干扰导致的测量误差问题，引入SG平滑滤波算法进行数据预处理，实测可显著降低环境噪声、目标表面特性、环境光照等因素对测量结果的影响，提升了数据稳定性，为机械臂的运动决策提供了精准感知依据。

关键词

连续体机械臂 / 分布式 / 距离传感器 / Savitzky-Golay平滑滤波 / 去噪 / CAN总线