3腔道仿生软体爬行机器人设计

霍前俊， 刘 胜， 张远飞， 陈国庆， 毛 蔚

(上海工程技术大学 机械与汽车工程学院， 上海 201620)

由柔性材料[1]制成的软体机器人，可在较大的范围内任意改变自身形状和尺寸。与传统刚性机器人相比，柔性材料赋予了软体机器人更加优越的特性[2]，如改进机械的鲁棒性、简化了机械的结构与控制[3],以及更加安全的人机互交功能。这些优异的特性使得软体机器人在医疗、加工制造、探测及救援等[4-6]众多领域都有广阔的应用前景。

近年来，软体机器人技术在国内外得到了巨大的发展，其中仿生型软体机器人因为其通用性和应用范围广的特点，得到众多学者的广泛关注。Rus研究团队设计了一款仿蛇形气动软机器人[7-8]，基于蛇形蜿蜒运动的数学关系，建立了软体机器人蛇形步态算法。Nemitz带领的团队基于声圈驱动研制了一款软体模块化机器人[9]，实现了机器人仿蠕虫运动。此外，Renda和SADATI等利用绳索驱动设计了一款软体操作臂机器人[10-11]，建立了多段式软体操作臂的力学控制模型。然而，前人研究多自由度软体机器人多基于复杂的多模块结构和繁琐的控制系统。如何基于单个驱动器、简单的控制系统设计出更灵活的且力学性能更加有效的仿生软体机器人的方法前人涉及相对较少。

课题组设计了一款3腔道外波纹式软体驱动器，基于Yeoh模型构建气压与驱动器弯曲步幅的非线性数学预测模型。结合有限元仿真和样机试验验证预测模型的有效性。同时将3腔道软体驱动器与卡脚相结合研制了一种结构简洁、灵活性高的仿生软体爬行机器人。……