4、基于单波纹管特性的软折纸四波纹管机器人原型设计

基于单波纹管特性的软折纸四波纹管机器人原型设计

1. 软机器人研究背景与优势

在生物医学应用领域，软机器人的研发是一个重要的研究方向。相较于传统的硬体或刚体机器人，软机器人具有诸多优势，例如顺应性、生物相容性和仿生特性。硬体或刚体机器人虽然机械强度更高，但在执行需要组织 - 仪器刚度匹配的精细任务时往往不够安全。而软机器人的制造技术可以减少或消除进一步的组装过程，避免了传统硬机器人所需的关节、粘合剂或紧固件等易磨损部件，从而实现更连续的运动和更均匀的力分布。此外，软机器人常具有仿生特性，许多设计灵感来源于植物或动物的结构和机制，如圆柱形机器人中就有模仿尺蠖或蛇的设计。

2. 项目目标与探索方向

本项目旨在扩展现有尺蠖机器人原型的研究，通过对其设计进行表征并进一步开发其功能。具体探索内容包括原型的材料、几何设计和驱动方法。由于获取尸体或进行临床试验的资源有限，项目将研究制造机器人可穿行身体部位的合成版本。当前原型设计的一个优势是能够折叠成足够紧凑、便于操作的尺寸，本项目计划融入折纸元素，以提高软机器人设计的可操作性和运动能力。除了传统圆柱形软机器人的运动方式，如尺蠖和毛毛虫运动，项目还将探索具有更多自由度的蛇形运动。

3. 文献综述

3.1 软机器人与折纸

折纸是一种重要的设计方法，为折纸机器人学（折纸与机器人技术的结合）的发展做出了贡献。折纸机器人利用精确的折痕模式实现平面和折叠状态之间的驱动变化，因此在机器人设计中有许多潜在应用。不同的折纸图案可以产生不同类型的力，如圆柱压缩、横向平面压缩、圆锥压缩、圆柱旋转扭转压缩和平面扭转压缩等。

对于可操纵导管或内窥镜设备的软圆柱形机器人，方向控制