【《软体机械抓手的研究现状的文献综述》2700字】

软体机械抓手的研究现状的文献综述1.1国外研究现状哈佛大学Whitesides研究小组早前开发了某种利用气动网络的执行器[18-21]。相关论文有说明其设计的装置分为两部分，分别是膨胀层和不可膨胀层。该执行装置的工作原理主要是，不断施加压力到内层腔体中，外层形态保存不变，内层压力增大会使整体内层表面膨胀，内外层的形变不同，使得执行器产生运动行为。Whitesides小组的研究的四足软体机器人如下图1-4所示。图1-4四足软体机器人[19]Fig.1-4Four-leggedsoftrobot[19]AdamA.Stokes课题组研发了综合传统机械手和现有软体材料的混合型机械手[22]。这种软体材料结合传统机械手的软体机械手工作原理主要是，由传统机械手带动软体机械部门。利用数个控制开关和压缩机来操作控制，工作时外界气体会被冲进软体机械抓手的腔室中。这种软材料结合传统机械抓手的软硬结合的机械手如下图1-5所示。图1-5软硬混合的机器人[22]Fig.1-5Softandhardhybridrobot[22]KoichiSuzumori课题组发明了游泳机器人。这种机器人的腹部有特制的气动控制的结构，气动结构分别对应不同的运动机构，通过气动开关的控制来实现机器人的运动。通过实验验证发现，这种游泳机器人在水中运动可靠，类似于现有的海洋生物。。图1-6游泳机器人[23]Fig.1-6Swimmingrobot[23]RobertF.Shepherd发明了带有褶皱的机械抓手[24]。这个执行器可增加制动材料的体积，并允许通过褶皱的布局来进行大的运动，同时，当电机穿透锐利的物体，软密封可以在孔的周围自动形成，这样执行器就可以正常运行。PanagiotisPolygerinos课题组设计了一种适用于手部或胳膊患病的医疗机械抓手，这种应用新型网状材料制成的耐磨橡胶手套，使其能产生安全的适合手指卷曲运动，从而避免患者花费很长时间来进行物理治疗[26]。这种应用于医学上的软体机械抓手的工作原理和前述的某些软体机械抓手有相似之处，都是应用可形变应变层和不可形变应变层，可形变部分的应变层能够带动手指部分的运动，使机械手的执行部分发生一定程度的弯曲，帮助手疾患者进行正常的生活。美国俄亥俄州立大学Hai-JunSu等人研发了一种具有记忆合金传感器的软体机械手。它具有高自由度和高适应性的优点，而且它还具有可以人机交互的优点。这种软体机械抓手能够运用于条件恶劣的工作条件。国外的MichaelWehner课题组研发了通过3D打印技术制作的软体机械抓手，如下图所示1-7。“Octobot”主要通过燃料燃烧产生的气体来使它膨胀。从而达到制动的效果。“Octobot”是一个最小的系统，可以作为完全柔软的机器人的基础。图1-7“Octobot”软体机器人[27]Fig.1-7“Octobot”Softwarerobot[27]新加坡YAP等人也是研发了一种柔性较好的手套，它可以为患者提供手指延伸的功能，因为它内部装有带热黏合性的驱动器。类似于前面所示的软体机械抓手，本设计同样是运用于医疗器械领域，辅助有手部或手臂疾病的医学患者。就像我们知道那样，软体机械抓手的最大的功用是抓取物体，因此对于软体机械抓手来说设计的最大难点和关键点就是手指部分和运动部件。国外某大学的EricBrown课题组发明了针对软体机械抓手的手指运动部分[28]。。本机械抓手的运动部件腔体是通过抽真空的方式实现运动方式，其接触到被抓取物体时能够包裹性的抓取物体。国外某大学的HuichuanZhao等人[29]，研制出了某种软体机械抓手，它能触摸到像手一样易碎的材料，也能感觉到柔软的机械手所使用的光波导材料的形状和纹理，内部有光波导和光波导。采用三维光刻和四步软光刻技术制造的便携式弯曲件，使其更接近于人工操作，这种软体机械抓手因为制作材料的成本更低，更为廉价的传感器因此其整体制造成本更低。Rateni等人[30]之前提出过一类由柔软性材料制成的机械手，由于是由软材料制造而成的，所以不需要较难的控制系统，也因为是柔软材料，所以可以不用担心一些碰撞产生的损伤。ADiodato等人[31]经过实践后，他们将一些常用的柔软性机器人和传统的机械机器人相结合，提高了他们的实用性。1.2国内研究现状北京航空航天大学的学者文力等人发明了软体机械抓手，其设计的带有四抓的机械抓手能够调节抓手的伸出距离，并且可以根据被抓取物体的外观形状自动调节抓手的形状。该装置的另一特点是能够实现无限自由度，多种自由度的选择让其能够适应各种工作条件，因此当其被设计出来时候就得到世界各国学者的青睐。本装置的具体结构如下图1-8所示。图1-8四指柔软的机器人抓手[32]Fig.1-8Four-fingersoftroboticgripper[32]王辉等人借鉴软体生物的静水骨骼结构，开发了新型抓手。本新型机械抓手类似于人手的结构，同样由五个手指关节，通过手指关节腔室的气体的膨胀和压缩实现手指的各种运动，实验验证发现这种手指结构的运动距离能有100mm[32]。南京理工大学的学者徐淼鑫课题组利用仿生学原理，参照某种海洋生物，研究了三触手型软体机械抓手。其工作原理也是通过手指关节腔室的充气和排气实现手指关节的弯曲。其图示结构如下图1-9.。图1-9三触手柔性夹爪[34]Fig.1-9Threetentaclesflexiblegripper[34]中国科技大学的HaoJiang等[35]人设计的蜂窝气动网络(HPN)软体机械手。这种机械手装置内设有六角形的腔室，同时在腔室内有蜂窝型气动网。然后每个单元里有两个气囊，其中一个气囊膨胀时，另一面会伸长，并且因为是软体结构，所以具有一定的弹性，所以这个软体机械手会发生相对弯曲。香港大学的学者YangY同样利用仿生学知识和生物学理论，设计了某种类骨骼装置的基底，其主要是由巨乳酸和记忆聚合物组成[36]。同样这所大学的学者YingtianLi利用了粒子干扰和某种执行器结合，通过执行器的体积变化，让机械手的关节部分发生变形。另外我们知道，通过增强压力水平，会让粒子中的物质堵塞，使得运动关节得刚度提高[37]。参考文献[1]刘少丽.浅谈工业机械手设计[J].机电工程技术,2011,000(007):45-46,149.[2]冯毅.摆动式机械手机构运动与PLC控制的研究[D].沈阳工业大学,2011.[3]骆敏舟,杨秀清,梅涛.机器人手爪的研究现状与进展[J].机器人技术与应用,2008,000(002):24-35.[4]刘继展,李萍萍,李智国.番茄采摘机器人末端执行器的硬件设计[J].农业机械学报,2008,39(003):109-112.[5]刘畅.浅谈移载机械手提升手臂装置的运动学原理[J].中国科技博览,2013(20):517-518.[6]司震鹏,曹西京,姜小放.真空吸附式机械手系统设计[J].包装与食品机械,2009,027(006):26-30.[7]肖宇.气动软体机械手设计及实验研究[D].东南大学,2016.[8]徐淼鑫.气压驱动软体夹持装置研究[D].南京理工大学,2015.[9]张楠,何玉成,王南.操作机器人机械手爪的设计研究及应用[J].机械设计,2013,30(003):17-20.[10]王田苗,郝雨飞,杨兴帮,等.软体机器人:结构,驱动,传感与控制[J].机械工程学报,2017,53(013):1-13.[11]ChanV,ParkK,CollensMB,etal.DevelopmentofMiniaturizedWalkingBiologicalMachines[J].ScientificReports,2012,2.[12]Seok,S,Onal,etal.Meshworm:APeristalticSoftRobotWithAntagonisticNickelTitaniumCoilActuators[J].IEEE/ASMETransactionsonMechatronics,2013,18(5):1485-1497.[13]IlievskiF,MazzeoAD,ShepherdRF,etal.SoftRoboticsforChemists[J].AngewandteChemieInternationalEdition,2011.[14]MargheriL,LaschiC,MazzolaiB.Softroboticarminspiredbytheoctopus:I.Frombiologicalfunctionstoartificialrequirements[J].Bioinspiration&Biomimetics,2012,7(2):025004..[15]李铁风,李国瑞,梁艺鸣,等.软体机器人结构机理与驱动材料研究综述[J].力学学报,2016,48(4):756-766.[16]KimS,LaschiC,TrimmerB.Softrobotics:abioinspiredevolutioninrobotics[J].TrendsinBiotechnology,2013,31(5):287-294.[17]朱晔.新型机械手指的研究[D].河北大学,2016.[18]BETHANY,HALFORD.SOFTROBOTSGETAGRIP[J].Chemical&EngineeringNewsArchive,2011,89(7).[19]Multigaitsoftrobot[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica,2011,108(51):20400-20403.[20]RoboticTentacleswithThree‐DimensionalMobilityBasedonFlexibleElastomers[J].AdvancedMaterials,2013,25(2).[21]MartinezRV,FishCR,XinC,etal.ElastomericOrigami:ProgrammablePaper‐ElastomerCompositesasPneumaticActuators[J].AdvancedFunctionalMaterials,2012,22(7):1376-1384.[22]StokesAA,ShepherdRF,MorinSA,etal.AHybridCombiningHardandSoftRobots[J].softrobotics,2014,1(1):70-74.[23]SuzumoriK,EndoS,KandaT,etal.ABendingPneumaticRubberActuatorRealizingSoft-bodiedMantaSwimmingRobot[C]//Proceedings2007IEEEInternationalConferenceonRoboticsandAutomation.IEEE,2007.[24]Robert,F,Shepherd,etal.SoftMachinesThatareResistanttoPunctureandThatSelfSeal[J].AdvancedMaterials,2013,25(46):6709-6713.[25]PolygerinosP,LyneS,Zheng