软体机器人：结构、驱动、传感与控制.pdf

软体机器人是指主要由软材料构成、具备连续变形能力的机器人。其与传统的刚性机器人相比，在安全性和适应性方面具有显著优势，能够更好地适应人类环境和复杂工作场景，如人机交互、精密抓取易碎物品、在狭窄空间内执行任务等。软体机器人按照驱动方式、材料类型和智能性程度，可以大致分为三类：传统绳索驱动或气动肌肉驱动的软体机器人、使用超弹性材料的软体机器人以及利用智能材料实现功能的软体机器人。 在结构和仿生运动方面，软体机器人的研究着重于模拟自然界生物体的形态和运动方式，以实现更加自然的、符合生物力学的运动。例如，通过模拟章鱼的运动或人类手指的抓握功能，来设计相应的软体结构和运动模式。由于材料的柔软性，这种机器人在与环境互动时能够自然地适应环境形态变化，从而降低对操作对象的损伤风险。 驱动与加工技术是软体机器人另一个研究热点。软体机器人的驱动方式不像传统机器人那样单一依赖电机和齿轮组，而是通过多种不同的方式实现，比如使用液压、气压、形状记忆合金或其他智能材料产生动力。在加工方面，由于软体材料的特殊性，传统的机械加工方法往往不适用，需要采用特殊工艺，如3D打印、软体铸造等技术。 传感与控制技术对于软体机器人的性能至关重要。由于软体材料的变形特性，传统的刚性传感器很难应用于软体机器人。因此，研究者们致力于开发新的柔性传感器，这些传感器需要能够随着材料的形变而变形，并持续提供准确的环境感知。同时，有效的控制策略也是保障软体机器人稳定运行和完成复杂任务的关键，这就需要采用先进的算法来协调各个软体组件的运动，以及对环境变化做出快速响应。 软体机器人的应用价值极为广泛，尤其是在医疗康复、穿戴设备等领域展现了巨大的潜力。例如，软体抓持器可以设计成用于辅助残疾人士抓取物品，而穿戴式的软体机器人则能够提供辅助行走或增强人体力量。在医疗领域，软体机器人可以用于微创手术、药物递送，甚至是作为体内传感器。 目前，软体机器人领域面临的科学难点包括但不限于提高结构的稳定性和控制精度、开发高效且精确的驱动方式、设计与软体材料相容的传感器、以及实现机器人的自主智能决策和控制。未来，研究方向可能会集中在刚柔耦合、可变刚度和驱动传感控制一体化等关键领域，以突破现有技术限制，推进软体机器人技术的发展。 文章通过综述软体机器人发展历程和现状，明确了当前该领域面临的关键科学难点和未来可能的研究方向，为我们理解软体机器人技术提供了宝贵的参考。