摘要：由活性生物体和软材料骨架构成的生物混合机器人能够响应外部激励并且智能地应对复杂环境,受到越来越多的关注,已成为机器人领域的研究热点和学术前沿.本文构建了一种骨骼肌驱动的类弹簧生物混合游泳机器人,它在电刺激作用下可以实现单向游动.该生物混合游泳机器人由类弹簧软骨架、环状骨骼肌生物软体驱动器和薄膜鳍结构组成.系统的实验研究表明,所培养的环状骨骼肌生物软体驱动器在电刺激下可产生较大的收缩变形和主动收缩力,所组装制备的类弹簧生物混合游泳机器人在电刺激下可在液体环境中实现单向游动前进.这些结果将为设计复杂的生物混合机器人提供科学依据,未来在药物输送、原位活检等医疗健康领域具有重要应用前景.

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：为了解决传统软体机械手对不同形状被抓物的抓取局限性,设计了一种三指水压驱动软体手。该软体手可根据物体形状,通过形状记忆合金驱动实现手掌形态变化,从而能够实现对不同形状物体良好的贴合。利用建模工具设计三指水压驱动软体手的结构,并用Abaqus仿真软件对软体手指进行结构优化,选择出合适的结构尺寸。软体手手掌和软体手指制作模具都通过3D打印制作,并采用失蜡法制作软体手指。最后将软体手安装到机械臂上进行抓取实验。实验结果表明,该三指软体手能够利用变结构手掌的多构态抓取能力,对不同形状的物体实现有效、稳定、无损的多构态抓取。

摘要：仿照蠕虫运动机理,利用自主研发的径向膨胀和轴向伸缩软体驱动器,研制了一种蠕动式气动软体管道机器人。研究了两种驱动器的结构设计和工艺流程;并进行了静力学实验,获得了驱动器静力学特性;依据轴向伸缩软体驱动器的形变原理,建立了机器人的运动学模型,获得了在不同气压、频率和负载情况下机器人的运动性能。结果表明,管道机器人具有较好的灵活性和适应性,可在一定直径范围的管道内自由爬行,爬行最大运动速度可达4.64 mm/s,负载能力为1000 g。

摘要：为了解决刚性机械手安全性低、适应性差的问题,设计了一款具有抓取功能的软体机器人。该软体机器人由三个呈圆周120°分布的软体驱动器和一个夹具组成,夹具可以实现自动化改变直径以适应不同大小物体的抓取,经测算软体机器人可以抓取直径范围为45~97 mm的物体。夹具和软体驱动器都采用3D打印制造,具有成本低、制造简单、易于大规模生产的优点。软体机器人采用气压驱动,当给驱动器充气时,三手指同时弯曲抓取物体,具有很好的稳定性。对于软体驱动器建立了相应的力学模型,得到了弯曲角度与输入气压的关系,并利用ABAQUS有限元仿真软件对驱动器弯曲特性进行仿真。对比发现,理论建模和仿真分析在驱动器弯曲角度具有很高的吻合性。

摘要：随着软体抓取器的研究不断深入,提高其承载能力一直是亟待解决的问题。为此提出一种简单实用的方案,即在软体驱动器的指尖处嵌入磁铁片,通过抓取器指尖之间的磁力增加抓取力。介绍了软体抓取器的结构设计及其制作方法;进行了抓取的力学建模,尤其对指尖贴合时的拉力建模进行了详细分析,得到了理论承载力的大小;对抓取器模型进行了有限元仿真,分析了气压大小与承载力的关系;对理论建模和有限元仿真分析的结果进行对比,二者承载力较无磁铁片嵌入的抓取器分别增加了20.72 N与16.34 N,表明该方案是可行的。该方案为开发出高载荷的软体抓取器提供了新的设计思路。

摘要：基于硅橡胶材料的超弹性特征,参考蠕虫类生物结构和运动特点,以六棱柱型驱动器和圆柱型驱动器为机器人主体,设计了一种蠕动式软体管道机器人,并分析该机器人在管道中的两种运动模式。结果表明,所设计的蠕动式软体管道机器人结构和运动模式是可行的。

摘要：采用自制的变腔室气动驱动器设计了一种柔性三指机械手,通过依次改变驱动器的腔室结构提高柔性手爪的变形和刚度。建立变腔室气动软体驱动器形变模型,分析腔体鼓包变形与腔内气压关系,并进行仿真分析和静力学实验,获得不同气压下的变形特性和不同触点的正压力。进行了不同形状和尺寸物品的抓取实验,结果表明:该三指机械手具有较好的柔性和灵活性,变腔体结构的驱动器可以提高软体手爪的变形和夹持力。

摘要：软体驱动器是构建智能软体机器人的基石;然而,由于软体驱动器具有非线性、耦合和不确定性等复杂的特性,如何对其进行有效建模与控制是目前极需解决的难题;以一种由三支单腔双向弯曲软驱动器构成的软体微手为研究对象,对其进行了鲁棒非线性控制设计研究;首先,进行了鲁棒非线性控制系统的总体结构设计分析;其次,对如何设计算子控制器、跟踪控制器、算子观测器实现其对软体微手的弯曲角度和力进行控制进行了分析和讨论;接着,分析和研究了鲁棒稳定和跟踪条件;最后,通过基于实验数据的仿真验证了所提方案的可行性和有效性。

摘要：为了提高脑卒中患者的康复效果并降低对患者的二次伤害,设计了一种手部软体康复装置,介绍了该装置结构、控制系统和工作原理。采用一体化多腔体手指的设计,从而实现不同手指不同关节的弯曲,其结构简单、便于控制,易于实现整体结构的小型化,具有良好的被动柔性。软体康复手不同关节的连续主动、被动控制使其比传统康复手更符合人手的自然运动规律和动作习惯,更能体现仿生康复的概念。