摘要：软体机械臂是一个新的机器人分支,不同于刚性机械臂,它完全由柔软的材料打造,可以完成刚性机械臂无法完成的任务,比如非结构环境下探测,易碎物品的抓取,更安全的人机协作等等.目前许多国家正在投入到软体机械臂的研究当中,研究者设计出形状与功能都不尽相同的软体机械臂,从制作材料的多样性到驱动方式的多样性,再从建模方式的多样性到控制方式的多样性,无不展示出软体机械臂的独特性.由于任务目的的不同,软体机械臂的驱动方式有所不同,本文首先研究三种主流的软体机械臂驱动方式——绳索驱动(Tendon驱动)、形状记忆合金驱动(SMA驱动)、气动驱动(Pneumatic驱动),然后由此展开,分别研究软体机械臂在不同驱动方式下的建模方式和控制方法.最后从驱动方式,建模方法和控制方法三个方面对软体机械臂的发展趋势进行总结展望.

摘要：软体机械臂由柔性材料制作,具有高柔顺性、复杂环境适应性及安全人机交互性等特点,研究涉及材料学、仿生、机械设计和制造、传感器技术等多学科交叉融合,其发展为柔性材料应用、仿生机器人研究等提供参考和技术支持,在工业生产、医疗手术、救灾探测、生活护理等方面具有广阔应用前景,受到国内外学者及机构的广泛关注和研究.文章从仿生原理、驱动方式、变刚度方式、建模及控制等方面对软体机械臂研究进行综述,介绍章鱼臂及象鼻等生物结构仿生机理;按驱动类型将软体机械臂分为流体驱动、线驱动、气动人工肌肉、形状记忆合金、电活性聚合物、混合驱动等;介绍拮抗机构、阻塞、材料相变三种变刚度方式;以及目前常用于软体机械臂上的建模方法及控制策略.从中归纳和分析,得到软体机械臂的关键问题包括可重复性、精度、低输出力和建模控制等,其关键技术及未来发展方向包括新柔性材料制备和成型技术、刚柔结合/可变刚度机器人、柔性传感器技术等.

摘要：针对气动软体机械臂运动形状检测问题,设计了一种基于拉线编码器的三组测量绳结构的运动学参数检测装置。依据分段常曲率法,构建了气动模块化软体机械臂的运动检测模型,基于机械臂柔性材料的特点,在建模过程中引入刚度法,使检测模型能准确反映从机械臂驱动气压到形状变化以及运动学参数的映射关系。提出了一种可模块化组装的气动软体机械臂,用于验证检测装置与模型的精度,所提出的机械臂在构型上由硅胶基体、运动气囊和连接板组成,能实现机械臂的模块化组装。通过对所构建的运动检测模型进行推导与仿真,得到了模型的相对误差。最后,通过试验验证了运动检测建模的精度和机械臂驱动、构型以及运动的特征。研究结果表明:相比于传统的视觉追踪方法,所设计的基于三组测量绳结构的检测装置能实现对软体机械臂运动形状的高精度检测。

摘要：根据现有的气动软体机械臂的特征,为解决软体机械臂存在的结构刚度不足的问题,提出了一种软体机械臂模块。该模块采用耦合变刚度原理,由上下两端连接板、位于两连接板之间的外部弯曲硅胶气囊和中部变刚度硅胶气囊组成,可实现连续软体机械臂的模块化和变刚度,提升软体机械臂的负载能力。基于硅胶的超弹性材料特征,建立了新型软体机械臂模块的非线性力学模型并通过该模型完成了变刚度性能分析。在充分考虑各硅胶气囊的驱动力矩和模块的弯曲运动的基础上,设计了静态拉伸试验,对模块的变刚度气囊通过施加冗余驱动力矩来实现变刚度的效果进行了分析。通过试验与论证,总结出了模块充气压强与模块结构的刚度之间的变化规律,为气动软体机械臂刚度的计算和这种模块的实际应用提供了理论支持。

摘要：建立了基于低熔点合金相变的变刚度软体机械臂稳态传热模型,通过理论方法计算了机械臂稳态传热过程中各子模块的温度、传热功率和螺旋盘管中水的对流换热情况,并利用COMSOL Multiphysics仿真软件直观表达其稳态传热过程。仿真结果与理论计算结果差异在4.5%以内。理论分析和仿真结果可用于指导软体机械臂变刚度模块的设计。

摘要：空间智能软体机械臂因其结构轻巧、灵活可变、可折叠收缩等特性,在航天器在轨服务任务中,将具有广阔的应用前景。首先提出了一种全向驱动的模块化软体机械臂设计方案,利用刚柔耦合动力学理论建立了气控驱动的软体机械臂动力学模型,基于深度回归卷积神经网络理论建立了空间非合作目标检测与识别算法,为空间软体机械臂智能控制奠定了技术基础。进一步地,设计并研制了软体机械臂地面原理样机及其试验系统,通过地面试验,对软体机械臂的自主运动控制和识别算法进行了初步验证。

摘要：针对软体机械臂具有质量轻、自由度多、适应复杂非结构环境、大范围变形等独特优势,提出一种气压驱动式软体机械臂。利用3节中空的波纹管并联形成软体驱动器,进而3节软体驱动器串联形成软体机械臂,通过控制不同波纹管内的气压输入实现机械臂复杂空间运动。基于局部弹性变形假设建立了机械臂运动学模型,根据气囊输入压力和机械臂物性参数,可以计算得到机械臂运动轨迹,并仿真分析了软体机械臂末端运动包络的尺寸和形状特征。建立的气囊型软体机械臂运动学模型及分析结果为机械臂设计和运动控制提供了理论基础。

摘要：文章针对软体机械臂硅胶基体的非线性力学特征,提出了一种基于Neo-Hookean超弹性体模型的变曲率运动学建模方法。结合材料力学等相关知识对软体机械臂进行静力学分析,并在全局坐标系下通过D-H建模方法得到了软体机械臂的位姿。设计制作了软体机械臂样机并且搭建了相应的实验台,通过图像处理的方法得到运动学位姿。仿真和实验结果表明,相较于传统的线弹性模型,该变曲率运动学模型精度提高了6.5%,能够更准确地描述软体机械臂的运动特征。

摘要：提出了一种基于绳驱动的波纹状软体仿生机械臂,机械臂本体由软体硅胶制成,具有高灵活性、较好的环境适应性及人机交互安全性等特点。该机构通过利用柔顺机构学原理将软体机械臂设计为波纹状,既优化了机械臂受到绳驱动时的弯曲特性,又兼具圆柱型软体机械臂的承载性能。相比传统的刚性机械臂,软体机械臂没有任何刚性关节,因此引入了分段恒曲率假设对其定义,结合软体机械臂特点利用有限元分析软件进行仿真分析,验证了其在驱动绳不同长度变化量下的弯曲特性及受力情况。

摘要：为解决软体机械臂形状检测问题,设计了一种基于光纤布拉格光栅传感器的软体机械臂三维形状检测传感网络和方法。该方法基于分段常曲率-挠率假设,将光纤光栅传感网络的测量值转换为节点的空间位置,从而绘制出软体机械臂的三维形状。仿真实验结果表明:该方法对于复杂的三维形状有较高的检测精度。