柔性机械爪控制方案

问题背景

2020年，疫情来势迅猛，为保障医护人员人身安全，各医院开始投入使用医疗机器人进行消毒、测温等工作（如下图所示），然而当前医疗机器人为何没有大范围推广？

原因分析

随着机器人智能化程度的不断提高，应用领域逐渐扩宽，已经能够代替人们从事机械化、重复性的劳动（扫地、搬运以及红外测温），然而，部分工作需要人机协作共同来完成（医疗、救灾），不光需要机器人具有足够的强度和运动精确性，还需要机器人具有足够的顺应性，以确保任务的可靠性和人机交互的安全性。（例如：采用机器人代替医生进行手术时，尽管机器的定位精度极高，具有极高的安全系数，但是人们不会去考虑手术成功后有什么收益，第一反应会想失败后有什么后果）

人机交互场景

软体机器人相关成果

机器人核心要素：工业机器人以刚体运动学为基础，把驱动、传感和控制集成到一起形成的产品。

平常机器人用的驱动器主要包括：电动马达、液压泵等，在工作过程中，驱动器具有较大的惯性，因此，机械装备与到外界接触时候就会产生冲击现象。

附录一：如何控制柔性机器人的运动模式

1、什么是软体机器人，有什么特征？

2015年Nature一篇综述文章通过本体结构材料的弹性模量进行定义，如下图所示：

2、 软体机器人驱动方式？

答：软体机器人最常见的驱动方式为流体驱动，除此之外，也出现了大量新型的软体机器人驱动方式，如形状记忆合金驱动（SMA）、离子交换聚合物金属复合材料（IPMC）驱动、介电弹性体（DE）驱动、响应水凝胶驱动、内燃驱动等，其主要特点如下表所示：

3、机器人的分类？

调研可知（如下图所示），机器人可分为：刚体机器人、超冗余度机器人、刚性连续型机器人以及软体机器人。工业生产中最广泛使用的刚体机器人，在运动学上是非冗余的，机器人多个运动关节通过刚性连接，毎个关节给机器人提供了一个旋转或者直线运动的自由度。

4、 NSFC如何定义共融机器人？

“共融机器人基础理论与关键技术研究”重大研究计划面向智能制造、医疗康复、国防安全等领域对共融机器人的需求，开展共融机器人结构、感知与控制的基础理论与关键技术研究，为我国机器人技术和产业提供源头创新思路与科学支撑。拟重点研究的关键科学问题有：

1）刚-柔-软体机器人的运动特性与可控性，包括：刚-柔-软体机器人构型设计及力学行为解析，机器人-人-环境交互动力学与刚度调控机制；

2）人-机-环境多模态感知与自然交互；

3）机器人群体智能与操作系统架构。

5、实现机器顺应性的方法有哪些？

在目前的机器人研究领域中，有两种方法可以实现机器人的顺应性，其一是利用阻抗控制方法，通过主动控制实现机器人系统的顺应性；其二是通过柔性部件或材料被动地实现系统的顺应性。后一种策略是近年来软体机器人领域的研究焦点，科研人员利用柔性材料（如硅椽胶等）来制造机器人主要结构和执行器，实现机器人的顺应性。

6、当前流体驱动软体机器人不足之处？运动模式单一、复用性差

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