1. 研究目的与意义（文献综述）

采集海洋生物样本是海洋科考的重要任务之一，但由于目前用于捕获怕海底生物的机械手仍是传统的硬质机械手，这使保证海洋生物的生物活性成了一个巨大的问题。对此，本毕业设计要求完成一种气动软体机械手的设计。

软体机械手作为软体机器人的一种。软体机器人是一种新型的机器人，不同于刚性机器人，软体机器人由于其高度的灵活性和对环境的适应和顺应能力，在医疗、工业、军事、探测等领域具有广阔的应用前景，而软体机械手作为软体机器人重要的分支，逐渐成为领域内的研究热点。在驱动形式上，现有软体机器人与软体机械手的驱动方式常采用气动、形状记忆合金、介电质聚合物、离子交换聚合物金属复合材料（ipmc）、介电高弹体（de）、相应水凝胶、化学燃烧驱动等类型等驱动方式，驱动形式多样灵活，软体机器人是一个多学科交叉的研究方向，涉及材料科学、化学、微机电、液压、控制等多学科，研究软体机器人可为机器人在非结构化环境的应用提供新的思路。^[1]下面从软体机器人与软体机械手两个方面介绍国内外的研究现状。

在软体机器人方面，tufts university研制了一种化学机器人chembots^[2],该化学机器人结合材料化学和机器人学，采用软材料，甚至呈现可变形的液态状，能穿越狭窄孔缝，实现机器与环境的共融。barry a.trimmer研究组研发了一种以弯曲爬行虫为原型的goqbot^[3]机器人，以sma作为驱动，能够实现多种运动模式。哈佛大学gorge m.whitesides研究组研发了一系列气动、内燃驱动软体机器人^[4-13]，可实现爬行、跳跃、抓取等运动模式。麻省理工xuanhezhao课题组研发了一种基于水凝胶液动驱动器的软体抓手^[14]，具有一定的声光隐身功能。哈佛大学生物工程研究所利用微流控的方法，设计出出全软体的软体章鱼与软体蜘蛛^[15]，使使软体机器人成功摆脱硬质的控制系统与供能系统的限制。国内对软体机器人系统性研究不强，起步较晚。中国科学技术大学研制的基于sma驱动器的软体机器人^[16]具有滚动、爬行和蠕动三种运动形式且可以进行形式切换。浙江大学设计了一种仿生蚯蚓、哈尔滨工业大学设计了一种柔性鳍单元^[17]，此外同济大学设计了一种仿生章鱼臂柔性体机器人。

2. 研究的基本内容与方案

2.1设计的基本内容

确定软体机械手的材料，驱动方式、结构及加工工艺，使用有限元软件对驱动器进行仿真，并完成软体机械手虚拟样机的制作，并尝试完成实物制作。搭建多路气路对软体爬行机器人的驱动器进行同步控制，以完成抓取的实际动作，并对软体机械手的实际性能参数进行试验。

2.2方案设计

2.2.1总体技术方案

由于气动驱动器响应速度快，驱动介质易于获取和控制，适应性强等优点，本软体机械手整体采用气动方案，抓取方式为仿人手的抓取方式。软体机械手主要采用软材料，以提高机器人对环境的顺应能力。

2.2.2驱动器结构方案

驱动器结构上采用现有的气动驱动方案，根据驱动器所需的执行动作设计特定的空腔结构，并通过abaqus有限元软件进行仿真分析，通过改变空腔内的气压来完成动作。

3. 研究计划与安排

第1—2周：收集查阅与设计题目相关的资料，选定需要翻译的外文资料；

第3—4周：完成开题报告，进行外文资料的翻译；

第5—6周：完成总体方案设计；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]rus d , tolley mt . design, fabrication and control of soft robots[j]. nature, 2015,521(7553):467-475.

[2] technovelgy l l c. chembot squishy bot robotsdesired by darpa[j]. 2010-03-09)[2013-03-05]

[3] lin h t, leisk g g, trimmer b. goqbot: acaterpillar-inspired soft-bodied rolling robot[j]. bioinspiration amp;biomimetics, 2011, 6(2): 026007.