摘要：与传统的"刚性"机器人相比,基于仿生学启发的软体机器人由于其与生俱来的柔顺性和安全性受到广泛关注。然而,此类软体机器人驱动器的设计与控制目前仍缺少理论指导。针对这些问题,设计了一种由气压驱动的可实现弯曲运动的新型软体驱动器,在系统分析其结构和弯曲原理的基础上,利用几何方法和虚功原理建立了其数学模型,并且通过有限元模型和原理样机实验验证了数学模型的有效性,为软体机器人驱动器的优化设计和控制提供了依据。

摘要：为提高软体机器人的承载能力,利用颗粒物质兼具流体和阻塞刚化的特性,设计了一种变刚度弯曲软体驱动器。以颗粒物质力学为指导,设计并制造了变刚度弯曲软体驱动器样机。通过试验获得了分别描述颗粒物质和变形腔材料的联合弹塑性模型、Ogden超弹本构模型,提出了软体驱动器运动过程的有限元仿真方法,搭建了变刚度软体驱动器实验平台。实验与仿真获得的弯角误差约为15.6%,利用颗粒阻塞原理可使承载能力提高约1.75倍。

摘要：软体驱动器具有优异的柔顺性,能适应不同形状的目标物体,且不易损伤被抓持物。为了在工业流水线上快速安全可靠地抓持诸如水果、精密元器件等不同质量、不同尺寸物体,该文介绍了一种新型关节式内骨骼气动软体驱动器,将驱动与承力功能分解,在保持柔顺性的同时,显著提高了抓持能力。推导了气压驱动下,驱动器的弯曲角度数学模型。以理论模型为基础,分析了驱动器的各项设计参数对弯曲角度的影响。以确定气压下自由端位姿作为输入条件,以驱动器整体质量最小为优化目标,优化了各参数值,并以得到的参数完成了软体驱动器的实物制造与装配,且试验获得了其弯曲角度与弯曲刚度。试验表明在最大工作压力为150 kPa时,总体误差控制在9%以内,证实了所建立驱动器理论模型的正确与有效性。驱动器的弯曲刚度在最大工作压力时达到4.50 N/rad,弯曲刚度得到大幅提高。该软体驱动器具有良好的开发和应用前景。

摘要：介绍一种多自由度,可以在空间内任意运动的三维软材料仿生驱动器。利用有限元分析软件对三维软体驱动器进行了设计优化,针对驱动器制作材料以及气腔截面形状、腔道壁厚进行了有限元仿真分析。通过软体驱动器结构仿真分析,结果表明半圆形腔道软体驱动器能提供更高的变形气压和刚度,而环形腔道则能给软体驱动器带来较低的变形气压和柔性。三维软体驱动器使用较高硬度材料、半圆形腔道能够在给定气压下获得更大的刚性及输出力;低硬度材料、较小壁厚的环形腔道能够在给定气压下获取更好的柔性和灵活性。根据仿真优化结论,制造出在低气压下灵活运动并具有一定载荷能力的软体驱动器模块。为测试软体驱动器模块的性能,设计一系列运动学以及力学试验,包括软体驱动器在气压下的弯曲试验、气压与软体驱动器输出力与刚度的测量试验。最后,通过试验展示了软体臂三维运动以及抓持不同物体的性能。

摘要：颗粒物质具有流动传压和阻塞刚化的双相特性,是变刚度软体机器人的理想驱动介质.由于颗粒物质复杂的力学特性,颗粒驱动软体机器人运动预测极具挑战性.综合考虑颗粒物质的离散性和超弹软体型腔的连续性,本文提出了一种基于FEM-DEM耦合计算的软体驱动器运动分析方法.为降低颗粒充入软体型腔时的局部径向膨胀,设计了具有径向增强约束的弯曲驱动器软体型腔结构.利用FEM-DEM耦合计算方法对此驱动器的运动变形规律进行了分析,同时采用基于颗粒物质Mohr⁃Coulomb连续介质模型的FEM开展了对比计算.利用3D打印和硅胶浇注技术制造驱动器样机,测试了软体驱动器的运动特性及变刚度能力.研究结果表明:与基于Mohr-Coulomb模型的FEM相比,利用FEM-DEM耦合计算方法,可使驱动器弯曲角度的预测精度提高约14.3%;使用较小直径的颗粒介质可以提高机器人的变形能力;与前期研究中的原始方案相比,本文提出的径向增强约束驱动器在不削弱刚度调节能力的前提下,最大弯曲角度从48.9°提升至了72.7°.

摘要：针对手指康复训练中软体驱动器贴合度低、灵活性差、运动传递不准确等问题,基于仿生原理设计分段式气动软体驱动器.通过3个具有锯齿结构半波纹管气囊实现软体驱动器的分段弯曲,嵌入柔性应变传感器实现软体驱动器本体感知.建立半波纹管气囊弯曲变形数学模型,借助有限元分析对半波纹管气囊进行分析,研究壁厚、波纹宽度、波距和波纹数目对该气囊弯曲性能和末端输出力的影响,选取软体驱动器尺寸参数.采用3D打印技术及失蜡铸造工艺,制作分段独立驱动的软体驱动器.特性测试结果表明:分段式软体驱动器最大弯曲角度为302°,末端输出力为3.33 N,能够带动手指进行分关节康复训练,内嵌的柔性应变传感器可以实时监测软体驱动器弯曲状态.

摘要：软体驱动器具有多变灵活、自适应性强等特点,近几年成为了国内外学者的研究热点。围绕近年来软体驱动器的研究进展及成果,重点分析了软体驱动器各类驱动方式的工作原理与特点。阐述了各类软体驱动器在软体机械手与软体机器人中的研究现状及在实际应用上存在的不足。综述了软体驱动器主要关键技术的研究进展及目前存在的问题,最后探讨了软体驱动器的发展趋势。

摘要：针对传统的刚性机器人在辅助人体康复训练时存在康复效率低、易造成人体二次损伤等问题,依据人体手指结构及其关节的运动范围,提出了一种由硅胶材料制成的三关节式软体驱动器。首先,根据Yeoh超弹性材料本构模型和虚功原理,在理想条件下建立了软体驱动器气囊的弯曲角度与输入气压之间的非线性数学关系,进而研究在一定气压下驱动器不同结构参数对其弯曲性能的影响;接着,通过有限元模型仿真得出了驱动器壁厚、底层厚度和腔室外直径对驱动器弯曲性能影响的显著性排序;最后,通过3D打印及模塑成型工艺,制作了三关节式软体驱动器,搭建了软体驱动器弯曲性能测试平台以测试其弯曲性能。结果表明:随着输入气压的增大,软体驱动器弯曲角度的理论计算结果与实验结果的相对误差逐渐减小,当气压高于20 kPa时,其最小相对误差为1.48%;当腔室内部气压为50 kPa时,软体驱动器输出力为0.45 N。可将软体驱动器应用于人机交互的辅助康复领域,后期有望应用于农业和生物医学领域。

摘要：为了实现气动软体驱动器的大变形,利用折纸结构的折展变形设计一种新型的软体驱动器。建立了该驱动器气压与其弯曲角度之间的关系,建立了驱动器的运动学模型,分析了结构参数对驱动器弯曲性能的影响,分析表明可通过调节气压实现弯曲形态的变化。制作样机,搭建实验平台进行运动和力学性能测试。实验结果表明所设计的驱动器具有两段不同的弯曲特性,可以展现出不同运动形态,可操纵诸如豆腐、水果等表面光滑、易损坏、易变形的物体。当气压为100 kPa时,末端力可达11 N。说明所设计的驱动器具有较好的形状适应性和高负载能力,为软体驱动器设计提供新思路。

摘要：现有软体机器人的驱动器结构大多为纤维增强型和多腔体型,针对此类软体驱动器存在的问题,开展新型软体驱动器的研究。首先介绍了新型软体驱动器结构的设计思路,为进一步研究结构的合理性,进行了基于Yeoh模型的软体驱动器弯曲特性理论的分析,得到曲率半径与充气压强之间的数学模型,并通过软体驱动器的制作和实验平台的搭建对理论模型进行验证,证明了结构模型的正确性。