软体机器人建筑图纸 软体机器人工作原理

软体机器人建筑图纸设计

软体机器人的建筑图纸设计通常基于仿生学原理，借鉴自然界中软体生物的结构特点。以下是几种典型的软体机器人结构设计：

1. 线驱软体机械臂设计：受到"肌肉性静水骨骼"结构的启发，采用驱动线模拟"纵向肌肉"，实现类似象鼻的复杂功能。这种设计在图纸上会明确标注驱动线的布局路径和固定点位置。

2. 缆线-气动混合驱动锥形软体机械手(TSM)：哈工大联合团队设计的这种机械手图纸包含鲍登管与缆线肌腱(BTCT)的复合结构，以及气动锥形波纹管(PATB)的集成方案，图纸会详细标注这些组件的连接方式和空间布局。

3. 水下仿生喷射软体机器人：北京大学的这种设计图纸会展示导电绳结人工肌肉、仿折纸软壳和机载控制模块的三维布局，特别是软壳的折叠结构和触发机制。

4. 对数螺旋线结构软体机器人：中国科大的这种设计图纸会突出对数螺旋线的几何特征，以及如何通过这种结构实现高效运动。

软体机器人工作原理

软体机器人的工作原理主要依赖于其特殊的驱动方式和材料特性：

驱动原理

1. 介电弹性体驱动：由聚合物弹性体薄膜芯层和上下柔顺电极组成，在电场驱动下发生变形。驱动力来自麦克斯韦应力(由电极间不同电荷引起的静电力)和电致伸缩效应(电场导致分子链构象变化)。这种驱动方式可实现高自由度的三维运动。

2. 气动驱动：如斯坦福大学设计的软体机器人通过塑料袋子充气膨胀来实现钻洞运动，通过控制气压变化实现长短硬软的变化。麻省理工的PneuAct则利用气压变化来感知和响应外界触碰。

3. 混合驱动：如TSM软体机械手结合了缆线和气动驱动，通过鲍登管传递拉力，同时利用气动波纹管实现弯曲，形成拮抗驱动机制。

控制原理

1. 运动学建模：基于分段常曲率假设建立驱动拉线与机器人运动的关系，通过几何关系进行运动学建模。

2. 动力学建模：采用凯恩方法，考虑惯性力、重力、弹性内力和线驱动力等因素建立动力学模型。

3. 智能控制算法：如TSM采用学习神经网络(NN)建模和闭环迭代反馈控制器(IFC)，结合传感器实时反馈实现高精度控制。

4. 形状估计与控制：通过内嵌分布式光纤光栅传感器网络检测反射光波长变化来判断弯曲位置，实现形状感知和控制。

材料工作原理

软体机器人采用杨氏模量低于人类肌肉的柔软材料制作，主要包括：

这些材料使软体机器人能够适应各种非结构化环境，与人类交互也更安全。