1．目的及意义

软体机器人是一种由软体材料制成的新型机器人，这种机器人结构柔度高、环境适应性好、功能类型多样，能克服传统刚性机器人环境适应能力低等缺点，在康复、探测、救援等领域都具有广阔的应用前景。

人们对于软体机器人的探究已经有了几十年的历史，在1989 年，日本冈山大学的软体实验室就成功制造出了小型柔性机械手^［16］，该机械手由硅胶制成，能够做简单的夹持动作。2011 年，Shepherd 等^［17］研制了一种四足气动仿生软体机器人，该机器人能够像毛毛虫一样爬行。2018年，德国马普智能系统研究所研制出了能够在水中游泳、穿越狭小空间的毫米级磁控式软体机器人^［18］。同年，清华大学的王鸿章教授团队研制出了一种可以用于制造软体机器人的液态合金复合材料^［8］，并制作出了无线加热驱动的软体机器人和抓手。随着人们的不断研究，软体材料和软体机器人的驱动方式越来越多样化。常用的软体材料有硅胶弹性体、记忆合金丝等。常用的软体机器人驱动方式有气动驱动、记忆合金丝驱动、 IPMC 驱动、 DE 驱动、化学反应驱动、热驱动等。

本次课题研究软体爬行机器人，而现有的机器人存在质量重、爬行能力低等缺陷，以至于不能很好的适应外界环境。因此设计新型轻量化、爬行能力强的软体机器人具有重要意义。

此次研究从软体材料、软体驱动方式和机器人结构入手，结合国内外的最新研究，主要目的是希望能够设计出一款新型复合材料作为为机器人主体，同时使用电阻丝加热作为软体机器人的驱动方法，结合使用硬度较高的硅胶作为机器人的刚性结构，既能提高机器人的承载能力，同时又有一定的形变和恢复的能力。复合材料应具有高弹性和抗拉性能，使机器人的躯体在加热冷却的循环过程中能够有较高的灵活性和变形能力；电阻丝需要快速提供热量，并将电阻丝分成几个单元，尽量缩短加热周期，提高机器人爬行速度，同时通过对各个电阻丝通、断电的控制实现多级变速；并且在小部分硅胶刚性结构的支持下，通过对新型复合材料的应用，机器人能够具有变摩擦的能力、实现在不同环境下如平面、斜面、圆管外部、圆管内部等爬行。此外，为实现轻量化的目标，设计应注意减小机器人体积和各种材料的用量。
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2. 研究的基本内容与方案

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一、研究的基本内容：机器人主体使用最新的液态金属复合材料，复合材料以硅胶高弹性体为基体，混合液态金属和液态酒精；材料内裹镍铬合金电阻丝，电阻丝通电后能够产生热量，使酒精汽化，达到驱动的目的。设计机器人结构，使机器人具有一定的承载能力、实现变摩擦和在多种环境下爬行的功能。

二、目标：设计一款新型爬行机器人：1）必须可靠地实现平面爬行；2）可爬行倾斜平面；3）可实现圆管内、外部爬行；4）可调爬行速度；5）遵循小型、轻量、坚固的原则，力求结构简单；6）设计并应用一种新型软体材料。

三、技术方案：

1、物理合成液态金属复合材料，通过实验实现最佳配比和最佳混合效果。

2、设计机器人主体