全向弯曲柔性连续体机器人手臂研究

Due to its flexibility, compliant continuum manipulator has strong ability of obstacle avoidance, leading to better adaption to unstructured environment and stronger grasp of irregular objects, which shows great potential for application. Base on this background, the project will investigate the design philosophy and the optimization principle of the elephant-trunk continuum manipulator. Besides, the project intends to explore the application of continuum manipulator into robot hand and parallel robot. The research will focus on: (1) Design and manufacture of a novel elephant-trunk continuum manipulator; (2) Research on the control theory of the elephant-trunk continuum manipulator; (3) Study on the palm-finger self-adaption robot hand; (4) Investigation of macro- micro parallel robot. The achievement of the project will lay the foundation for the future study of the continuum manipulator.

柔性连续体机器人可在任意部位产生柔性变形，具有很强的避障能力，能够更好地适应非结构环境、更牢靠地抓取各种不规则形状的物体，有非常巨大的应用前景。本项目针对所提出的仿象鼻柔性连续体机器人进行深入研究，探索仿象鼻柔性连续体机器人设计理论与优化原则，同时探索采用连续体机器人构造新型的柔性连续体机器人手、宏微并联柔性机器人。本项目的主要研究内容包括：1）仿象鼻柔性连续体机械臂设计与制造研究；2）仿象鼻柔性连续体机械臂操控原理研究；3）掌指自适应机器人手研究；4）宏微并联柔性机器人研究。本项目成果将为柔性连续体机器人理论奠定基础。

本项目对柔性连续体机器人手臂系统进行深入研究，旨在研制出高灵巧度、高自适应性、高通用性的机器人手臂系统。研究目标为：对仿象鼻柔性连续体机器人进行研究、探索仿象鼻柔性连续体机器人在机器人手、并联机器人领域中的拓展应用，包括自适应欠驱动抓取装置、多自由度操作装置与特种移动装置等机器人系统，重点从机器人机构设计角度开展前沿研究。经过四年的项目开展，圆满完成预定研究任务。本项目研制了三代仿象鼻柔性连续体机械臂：一代样机：皮肤抗扭柔性杆机械臂，二代样机：钢丝绳驱动机械臂，三代样机：流体骨架机械臂。本项目研制了多种自适应欠驱动机器人手，包括：1）仿章鱼自适应连续体机器人手，2）腱绳驱动球形自适应机器人手，3）具有末端平行夹持与多指段自适应包络抓取的平夹自适应手，4）滑杆阵列自适应机器人手，5）直线平夹自适应机器人手。本项目研制了变几何桁架的管道机器人、仿蠕虫式爬壁机器人等。本项目发表学术论文69篇，SCI论文9篇，EI收录57篇；申请发明专利66项，其中已获授权51项；获得ASME学生机构与机器人设计大赛奖项8次（冠军2次，亚军2次，季军1次，殿军1次，决赛提名奖2次），国际会议最佳论文奖2次，清华大学优秀硕士学位论文1次，全国机器人专利创新创业大赛二等奖，全国大学生创新创业论坛优秀论文奖；成果参展北京科技博览会、中国科技馆“嗨！科技”酷品展、全国科普日北京主场等。