1、机器人柔顺机构设计：从理论到实践

机器人柔顺机构设计：从理论到实践

1. 机器人技术与柔顺机构概述

在21世纪第三个十年的开端，机器人技术正迈向更高的成熟阶段，并且不断受益于其支撑技术的进步与创新。如今，机器人在从工业制造到医疗保健、交通运输以及深空和深海探索等众多实际应用领域中展现出巨大的潜力，未来，它们将更加普及并深入影响现代生活的方方面面。

柔顺机构作为一种新兴技术，已广泛应用于研究和许多工程领域，如远程中心设备、微纳操作器、连续体操作器等。柔顺机构通过柔性元件的变形来产生运动，因此，要成功设计柔顺机构，需要深入理解柔性元件的变形以及它们的组合方式。柔性元件的变形评估属于固体力学范畴，而柔性元件的组装则与传统机构设计更为相关，特别是后者为利用机构等效原理进行柔顺机构设计提供了可能。

2. 柔性元件建模

2.1 柔性元件的自由度

常见的柔性元件包括梁式挠性件、叶片式挠性件和缺口铰链挠性件等，它们具有不同的自由度。例如，梁式挠性件可能具有弯曲、扭转等多种自由度，而缺口铰链挠性件通常为单自由度。
| 柔性元件类型 | 主要自由度 |
| ---- | ---- |
| 梁式挠性件 | 弯曲、扭转等 |
| 叶片式挠性件 | 特定方向的弯曲等 |
| 缺口铰链挠性件 | 单自由度转动 |

2.2 柔性元件的大变形

梁式挠性件和单自由度柔性元件在承受较大载荷时会发生大变形。对于梁式挠性件，有多种大变形模型可用于描述其变形特性。单自由度柔性元件如缺口铰链挠性件和折痕式挠性件在大变形时也有独特的表现。

3. 柔性元件的集成

3.1 基于