摘要：在软体机器人的发展过程中,软体驱动器结构简单化、轻量化设计一直是研究热点。受到象鼻结构与驱动原理的启发,设计了一种基于介电弹性体和多孔PDMS材料的仿生软体驱动器。首先对介电弹性体人工肌肉驱动机理进行了分析,并通过驱动变形实验确定了最大形变参数;然后设计了基于多孔PDMS材料的支撑脊柱结构,并通过压缩实验测试了力学性能;最后,通过将介电弹性体包覆在支撑脊柱外层,形成了具有圆柱结构的仿生软体驱动器。驱动实验结果表明,软体驱动器在电压激励下能够获得大角度(最大42°)连续稳定弯曲变形以及较快的响应速度。

摘要：设计了一种用于软体机器人的气动软体驱动器,并详细阐述了驱动器的制作流程,基于Yeoh模型与虚功原理,推导了驱动器驱动气压与弯曲形变的非线性关系,利用Abaqus软件建立了软体驱动器的有限元模型,制作了软体驱动器的样机并进行了实验验证。结果表明:理论计算与有限元分析结果的均方根误差为2.91%,理论计算与样机试验结果的均方根误差为4.48%,该理论模型可以很好地推导驱动气压与驱动器弯曲角度的非线性关系。

摘要：近年来,软体机器人因其显著的特点而广受科研人员的青睐。软体机器人的运动主要来自于软体驱动器,因此研究适用的软体驱动器对其应用比较关键。基于波纹管设计了一种具有伸长运动的软体驱动器,通过有限元分析软件探讨了其主要结构参数对软体驱动器运动性能的影响,并采用一种改进的失蜡铸造法来制作软体驱动器;然后搭建试验平台对软体驱动器的性能进行测试。试验结果表明,驱动器的伸长量能达到83 mm,伸长率为79.8%,证明所设计的软体驱动器运动性能较好,制作成本低,为软体机器人更广泛的应用提供了可能性。

摘要：设计了一种软体仿生吞咽装置,其具备仿人的结构尺寸、材料性能及收缩扩张的波状蠕动运动特性,可作为食道运动机理及微型机器人在食道内驱动研究的实验平台,也为改善吞咽障碍患者吞咽安全性的研究提供了新的思路。首先,提出了环形多腔软体驱动食道的结构,并通过仿真对结构参数进行了优化,提高了结构的响应性能;其次,利用3D打印技术制备带有环形腔体的软体驱动器的浇注模具,注入混合好的液态硅胶,获得硅胶材料的软体驱动器;最后,设计研究软体驱动器气压与响应特性的试验系统,并对制备的软体驱动器进行通气实验,实验数据和仿真数据高度吻合,验证了软体仿生驱动器优化设计方法的有效性。

摘要：介绍了一种基于余弦型圆弧内凹负泊松比胞元的具备软行为、低复杂性的软体驱动器,由具有负泊松比(NPR)胞元与正泊松比(PPR)胞元的三维嵌入式管状结构及气动橡胶管组成。通过ABAQUS有限元仿真,实现气动橡胶管在充气膨胀时管状结构的弯曲功能。通过控制变量,将驱动器的纵向胞元数目、超材料结构厚度、气动橡胶管厚度等结构参数在不同内壁压强下对最大弯曲角度的影响差异进行了对比分析,总结了上述结构参数对最大弯曲角度影响的趋势,为新型软体驱动器的结构设计及应用提供了替代方案。

摘要：相对于传统的刚性机器人,由硅胶等柔性材料制造的软体机器人在结构上具有自由度高且能够进行连续形变的特点。目前,多数软体驱动器的气腔形状为等截面形态,而对于变截面软体驱动器的研究却少有涉及。为了解决这一问题,从鳐鱼的运动受到启发,设计了一款气腔截面纵向变换仿鳐式软体驱动器。驱动器限制层设计为不可压缩的薄层,结合应变能密度等理论,提出一种预测驱动器的弯曲变形角度的方法。通过3D打印技术制作模具,浇注模型,制作出仿鳐式软体驱动器。通过理论分析、有限元仿真、实验对比验证其数学模型,绘制仿鳐式软体驱动器在0.02~0.07 MPa气压下的中心线轨迹,分析输入气压与末端输出力的关系,验证了驱动器的理论分析、有限元仿真与实验结果在一定的误差下基本一致。其预测方法表现良好,为进一步研究仿鳐式软体驱动器在空间形变提供理论方法。

摘要：针对软体驱动运动学建模的问题,对软体驱动器两气压驱腔耦合驱动、内嵌约束弹簧和施加气压状态下的弯曲运动等方面进行了研究,提出了一种新型的仿生软体驱动器结构,实现在单个方向内前后大角度的弯曲。利用驱动器变形后的几何分析以及力矩平衡方程,建立了软体驱动器的静态模型和主动弯曲数学模型,建立了驱动器输入气压与弯曲角度和弯曲半径二者之间的映射关系;提出了一种电、气联合控制,且基于SMC气压比例阀的实验系统,对软体驱动器进行了输入气压发生弯曲的实验。研究结果表明:在0. 18 MPa的气压范围内,实验结果数据与理论数据基本一致,验证了理论模型的正确性。

摘要：由弹性材料制成的气动多腔室型软体驱动器可以通过简单的控制产生复杂的运动。提出并设计了0°PN和60°PN两种多腔室仿生章鱼爪软体驱动器。0°PN软体驱动器能够进行二维弯曲运动,60°PN软体驱动器在0°PN的结构基础上更改腔室角度,能够实现三维空间的弯曲和扭转,形成螺旋结构。使用Abaqus软件对软体驱动器进行有限元分析,得到两种软体驱动器的气压-位移变化曲线、气压-末端输出力变化曲线。利用模具浇铸法制作0°PN和60°PN软体驱动器,并开展两种软体驱动器在不同气压下的弯曲试验和末端输出力的测量试验,实验与仿真结果一致,结果表明60°PN软体驱动器的气压承载能力提高1.5倍,末端输出力提高1.8倍。

摘要：为揭示工作压力与负载的作用对多腔体软体驱动器变形的影响规律,建立了多腔体软体驱动器变形评价指标,包括末端轨迹、末端接触力、曲率半径和腔体拟合圆直径4个指标。基于不同负载和工作压力下的试验结果,采用拟合的方法建立了多腔体软体驱动器曲率半径与工作压力、负载的关系模型,并采用该模型对不同负载下的驱动器曲率半径变化曲线进行预测。分析结果表明,曲率半径拟合数学模型试算结果与试验结果吻合度较高。负载的增大使多腔体软体驱动器的末端轨迹变化范围明显减小、线性度增加;曲率半径随工作压力的增加呈指数下降的趋势,曲率半径和末端轨迹受负载作用的非线性都较强;工作压力和负载对腔体拟合圆直径的影响呈相反的趋势。该研究能为不同用途下多腔体软体驱动器的设计与精确控制提供参考。

摘要：软体机器人主要通过软体驱动器实现运动。因此,软体驱动器的研究对软体机器人的发展起到了至关重要的作用。基于波纹管结构,采用3D打印的方式制造了一种具有良好运动性能的软体驱动器,并通过有限元分析软件,分析其主要结构参数对软体驱动器运动性能的影响。最后通过实验平台对软体驱动器的运动性能进行测试。实验结果表明:软体驱动器伸长量能达到60 mm,弯曲角度可达75°,从而证明所设计的软体驱动器拥有良好的运动性能。