电驱控软材料人工肌肉群理论与系统关键技术

The main trend of future robot is soft，however, the grand challenge for soft robot is to handle the complex environments and tasks with high performance. The fundamental shortcomings of soft robot are low power, low precision, low robustness and intelligence. Combining the advantages of mechanical modeling, soft active materials ,flexible electronics and intelligent control provides a new technology for developing the theory and technology of soft robot. Studies in the project include: The mechanical modeling and design of smart materials and structures with multi-field coupling behaviors, the synthesis of soft active material with high performance, design and fabrication of flexible electronic sensors, systematic design and integration of artificial muscle groups and soft robot. This project aims to establish the theory and to develop key technologies of the actuating, sensing and control of soft robot. Furthermore, a soft artificial muscle group system and a soft robot prototype will be developed with high performances in manipulation (maximum actuation strain reaches 100%, with accuracy of 1%, and response time <50ms) and intelligent collaboration (three or more groups). This project may provide effective solution in high-performance intelligent soft robot, developing the theory and technologies, and extend the practical applications of soft robot.

软体机器人是机器人未来发展的一大趋势，如何使其能高效应对复杂环境和任务，是现有软体机器人研究面临的严峻挑战。本项目针对软体机器人动力弱、精度差、可靠性与智能程度低的关键问题，以电响应软材料人工肌肉群及其软体机器人为对象，开展融合力学建模、材料合成、器件设计、软体机器人操控和系统智能化的理论与关键技术研究。研究内容包括软体智能材料与结构多场耦合建模与设计，高性能软体智能材料制备成型，柔性电子传感器设计与制造集成，软体机器人及人工肌肉群系统研发。旨在揭示软体机器人及软材料肌肉群驱动-传感-控制原理，研发具有关键技术突破的原型样机和控制技术，实现软体机器人及软材料人工肌肉群的高效操控（驱动最大变形大于100%，精度高于1%，响应时间<50ms）与智能协同(三个以上群组)。项目预期将为高性能智能化软体机器人技术提供有效解决方案，极大促进软体机器人理论与技术发展及其在多领域的实际应用。

项目以电响应软材料人工肌肉群及其软体机器人为对象，开展融合力学建模、材料合成、器件设计、软体机器人操控和系统智能化的理论与关键技术研究。研究内容包括软体智能材料与结构多场耦合建模与设计，高性能软体智能材料制备成型，软体机器人及人工肌肉群系统研发。设计制备了新型介电弹性体材料，研制了由介电弹性体驱动的原型样机。 通过设计控制(滑模控制)方法，实现软体机器人及软材料人工肌肉的高效操控。其中材料驱动变形达110%，精度高于1%。通过多组介电弹性体构成的人工肌肉群，设计了软体驱动机器手抓原型样机，完成与机械臂配合的操纵驱控。项目研究的材料、系统与控制设计方法将为人工肌肉与软体机器人的研究提供助力。