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软体机器人采用柔性材料制作,形态结构简单,高功率重量比,能够通过主被动变形适应复杂的环境,抵御较强冲击,操作对象友好,在一定程度上弥补了刚性机器人的不足,在医疗、工业机械手、康复、仿生、探测等领域具有广阔的应用前景,逐渐成为机器人研究的热门方向。目前软体机器人研究仍处于起步阶段,在材料选择、结构设计与制造、运动学和动力学建模、驱动控制等方面仍有诸多难题亟待解决,开展相关研究具有重要意义。当前,软体弯曲致动器得到了广泛的研究和关注,而作为机器人复杂运动重要组成扭转运动研究甚少。在受限的空间内,扭转机器人能够通过扭转运动快速灵活的实现特定位姿,增加操作的灵活性。本文提出一种新型充气式螺旋纯扭转模块,并针对其模块的设计、制备、运动学建模、驱动控制以及样机实验展开了研究。首先,基于模块化思想和螺旋式纯扭转驱动原理,设计了一种螺旋式软体致动器模块,易于控制,能够提供大角度的纯扭转运动;利用应变能量密度函数描述超弹性材料的应力应变关系,并基于Abaqus有限元分析技术,分析了软体模块的几何参数对扭转性能的影响规律,在此基础上完成了软体扭转模块的制备。其次,针对柔性材料的非线性导致软体扭转模块运动学建模困难的问题,基于虚功原理和弹性应变能相结合的方法,并利用类似Rivlin方法,通过柱坐标系变换,计算出弹性应变能,建立了驱动气压和扭转角度之间的运动学映射关系;并结合数值仿真与实验进行修正,得到了较高精度的软体纯扭转模块运动学模型。再次,采用模块化设计思想设计了可调速的步进电机充/放气驱动机构,搭建软体模块控制系统;基于气压反馈,采用PID控制方法,实现了气压、充气速度和流量的连续调节。基于VoxCAD软件和QT+VS开发了人机交互和驱动控制系统,可用于软体机器人的运动控制和轨迹规划。通过Ethernet通信和CAN级联方式实现了多路驱动控制的易扩展性。最后,搭建了多路软体机器人驱动控制平台,进行软体扭转模块的样机实验研究。设计并搭建了软体扭转模块测量平台,测量了软体扭转模块扭角、扭矩、滞回特性以及弯曲刚度等静态特性;建立了扭转模块和仿人手轨迹规划实验系统,实现了软体模块的轨迹规划与控制,验证了轨迹规划与运动控制方法的有效性;最后,通过扭转、弯曲以及伸缩多种软体变形模块的组装,搭建了具有不同变形功能的软体机器人实验系统,完成了异型孔装配、胃部模拟移物、仿人手扭转抓取实验,验证了模块的大角度、纯扭转变形能力,以及控制系统与轨迹规划控制方法的有效性。