气动软体驱动器作为软体机器人的关键构成单元,在气压作用下可以实现弯曲运动,但目前缺乏合适的方法来研究驱动器的弯曲变形。针对该问题,在分析气动网格软体驱动器弯曲变形原理的基础上,建立了驱动器单个气囊弯曲角度的数学模型并对其弯曲特性进行了分析,进一步建立了单腔室驱动器和多腔室驱动器的弯曲变形预测模型,通过有限元仿真和实物实验验证了弯曲变形预测模型的有效性。

针对海上搜救和海上勘探的需求,设计一种气动变腔驱动器软体机器人模拟金枪鱼推进运动,可有效增加推进效率、减少能耗。本文研究金枪鱼尾部的推进机理,通过UG完成了软体仿金枪鱼机器人的尾部、前身及平衡鳍结构进行设计,对结构进行分析,简化尾部的力学模型,基于Yeoh本构模型在ANSYS中对尾部软体驱动器和软体仿金枪鱼机器人模型进行仿真分析。仿真结果验证了软体仿生金枪鱼机器人柔性驱动器满足弯曲变形需要,整体结构符合水动力特性。为后续软体仿生金枪鱼机器人的控制工作做好理论基础。

软体机器人具有机构重构性、适应性及灵活性.基于气动系统的软体机器人具有质轻、功率密度比高、人机交互安全性高等优点,设计了一种由伸长型及收缩型气动肌肉组成的新型变刚度软体机器人手臂.根据该软体手臂的运动特性建立了运动学模型,利用MATLAB软件分析了手臂的工作空间.搭建控制实验测试平台,完成了手臂的轨迹运动控制实验,实验结果表明跟踪阶跃信号上升时间小于2 s,稳态平均误差为0.002 8 rad(0.16°),正弦信号跟随响应曲线平均误差为0.015 9 rad(0.911°),手臂具有良好的可控性.

设计了一种新型环纵肌复合的气动仿蠕虫软体机器人,详细介绍了其结构设计与试验过程。基于蚯蚓运动模型,分析了软体机器人直线运动及转弯运动原理。设计了各气腔充放气时间,确定了机器人运动周期,进行了软体机器人直线运动、转弯运动、爬坡运动和越障运动等试验研究。结果表明:该机器人最大爬行速度为18mm/s,一个周期内能转过37.8°的角度,最大爬坡角度为17.8°,能够跨越高6mm的障碍物。

目前传统刚性设备容易对人体造成伤害,故提出一种从仿生学的角度设计了的气压驱动软体机器人执行器,通过控制执行器空腔内的压强的大小和时间实现该模块执行器的弯曲变形,并探究软体执行器的优点。采用Ogden模型研究执行器的弯曲变形能力,并对执行器的模型就行优化处理。最终通过气动控制实验平台证明该执行器可以实现多角度弯曲。

随着材料科学和机器人技术的发展,软体机器人已经成为了一个热门的研究领域。与刚性机器人不同,软体机器人具有多种自由度,因此它们可以通过一系列的连续变形扩展或缩小成任何配置。对一种气动软体机器人的动作控制方法的可行性进行了探究,该方法可通过在上位机软件上设置气压参数和发送控制指令,通过串口通讯发送的数据和指令输出PWM来控制电气比例阀的通断和输出气压,进而实现对气动软体机器人的步态和速度的控制。

软体机器人是由柔性材料制成的新型机器人,具有刚度小、柔顺性高等特点,其运动性能、应用环境范围主要取决于驱动方式。目前的驱动方式主要有流体驱动、线驱动、形状记忆合金驱动、电活性聚合物驱动、混合驱动等,其中流体驱动由于其形式的多样性、响应的快速性、高承载性而受到青睐。根据流体驱动介质的不同,将软体机器人流体驱动方式分为气压驱动、液压驱动、微流体驱动等,同时进一步根据气压驱动的结构类型将其分为纤维编织型、螺旋型、网格型、折纸型和特殊型等;介绍了目前流体驱动的软体机器人制造技术,分析了软体机器人流体驱动方式面临的一些问题,并提出了其未来发展方向。

针对软体机器人用流体驱动器存在性能不理想且制造工艺较为复杂的问题,提出一种利用电液动力学现象的高功率密度柔性泵及其工艺优化方法。该柔性泵由交叉指型电极构成,可根据外加电压的极性来控制流向。提出一个简单的电极配置模型来分析产生的电液动力学现象,并利用有限元分析来优化电极之间的距离,以最大化单位长度产生的压力和流速。通过在电极制作过程中引入切割绘图机,并采用粘接弹性体实现了可靠、高效的制造工艺。研究结果表明

软体机器人是一类新型仿生机器人,具有环境适应性强、运动灵活和本体柔软性等突出优点,在空间探索、灾害救援、医疗健康等诸多领域拥有广泛的应用前景。软体机器人主要由柔性本体材料和智能驱动/传感材料构成。聚焦软体机器人的驱动技术,首先介绍了以气/液流体弹性体材料为主体的流体驱动模式;然后,对气液相共同作用下的混合气液驱动技术进行介绍;接着,围绕现有研究较广泛的电驱动技术,重点分析了电动液压技术在软体机器人领域的最新进展

为研究基于蠕动原理的仿生爬行机器人运动，以气动弯曲驱动器和伸长驱动器为机器人主体，设计了一种软体爬行机器人。针对爬行机器人在平面及管道中的运动，根据爬行机器人的力学特性和运动过程中摩擦力与驱动力之间的关系，分析了爬行机器人实现爬行运动的条件，提出了爬行机器人驱动方式。通过实验，验证了所提出的驱动方式能够实现软体爬行机器人的移动，为今后软体爬行机器人的研究及应用提供了基础。