软体机器人：结构、驱动、传感与控制.pdf

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1、第53卷第13期2O17年7月机械工程学报JOI瓜NALOFMECHANICALENGINEERINGVbl．53No．13Jul．2017DoI：10．3901／JME．2017．13．001软体机器人：结构、驱动、传感与控制水王田苗1郝雨飞1杨兴帮1，2文力1(1．北京航空航天大学机械工程与自动化学院北京100191；2．北京航空航天大学生物与医学工程学院北京100191)摘要：软体机器人由软材料加工而成，自身可连续变形，与刚性机器人相比具有更高的柔顺性、安全性和适应性，在人机交互、复杂易碎品抓持和狭

2、小空间作业等方面具有不可比拟的优势。综述软体机器人的发展历程，将软体机器人归为传统绳索驱动，气动肌肉机器人、超弹性材料软体机器人和智能材料软体机器人三大类。从仿生结构和仿生运动、驱动与加工、传感与控制三个方面对软体机器人的相关科学问题以及存在的技术难点进行总结与分析。分析了软体机器人在仿生结构、抓持作业和医疗康复等领域潜在的应用价值。对软体机器人目前的发展现状和存在的关键科学难点进行了系统的总结，并得出刚柔耦合、可变刚度和驱动传感控制一体化等研究方向可能是未来软体机器人研究新的突破点。关键词：软体仿生机器

3、人；软体抓持器；可变刚度：驱动传感控制一体化中图分类号：TP24SoftRobotics：Structure，Actuation，SensingandControlWANGTia埘[Ilia01HAOYufeilYANGXingban91，2WENLil(1．SchoolofMechanicalEn昏ne“ngandAutomation，BeihangUniVers咄Beijing100191；2．Sch001ofBiologicalScienceandMedicalEngineering，Beihang

4、uniVersi劬Beijing100191)Abstract：Softrobotsprim撕lyconsistofsoftmaterialswhichcangeneratecontl肌ousdefbrnlation．SoRrobotsareconslderedtobesafer，moreadaptableandcompliantmantherigidrobots．Theseadvantagesleadmemtohavepotential印plicationsinthehuman-robotinterac

5、tion，gfaspingcomplexalldflragileobjects，alldnaVigatethroughnarrowspaceforoperationtasks．In廿lereViewpaper，mesoftrobotshavebeendividedintomreecategories：mecable—drivenand仃aditionalpneumaticsoftrobots，thebyperelasticmaterialsoftrobots，andt11esmartmat碰alsoRro

6、bots．While丘omthescientificperspectiVe，theprincipalchallengesofmesoftroboticsaresumm耐zed矗omthefollowingthreeaspects：thes仇lctureandlocomotion，theactuationa11dfabrication，aswellasmesensingandcontml．Thepotential印plicationsoftllesoRrobotsinareasincludingmanipu

7、lation，medicalandwe锄bledeViceswerealsoreviewed．Intheend，也ev撕ablesti曲ess，meinte掣丑tionofactuationsensingalldcon仃olofsoRmbotsareproposedasmepromisingpotentialresearchdirections．Keywords：soRrobotics；gripper；variablesti蜘ess；integrationofactuationsensingandcon仃

8、DlO前言传统机器人的研究以刚性结构为主，在工业、医疗和特种等诸多领域已经有了广泛的积累和应用。但其结构复杂、灵活度有限、安全性和适应性较差uJ，在一些特殊的应用中，如复杂易碎物体抓持、人机交互和狭窄空问作业等具有极大的挑战。近期，随着3D打印技术和新型智能材料的发展，对机器人系统的研究有了突破性的进展并衍生出一门新的学科一软体机器人。软体机器人本体采用软材料或柔性材料加工而成，可连续变形，从原理·国家自然科学基金重点(616