李 雪，房善想，陳 爽，張勤儉,

（1.北京交通大學(xué) 機械與電子控制工程學(xué)院，北京 100044；2.江西理工大學(xué)，贛州 341000）

0 引言

機械手自二十世紀六十年代初問世以來，經(jīng)過了50多年的發(fā)展，目前已經(jīng)成為制造生產(chǎn)自動化中重要的機電設(shè)備[1]。其具有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型[2]、托持型[3]和吸附型[4]等。它能夠模仿人類手部的部分動作，按照給定的程序或要求，自動地完成物件的傳送或操作作業(yè)機等動作，代替人手完成一些高危、繁重的勞動或者進行人機協(xié)作[5]。

衡量一個機械手設(shè)計水平的重要標志是抓取可靠，控制簡單，環(huán)境適應(yīng)性好，自適應(yīng)性強，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠快速精確的抓取[6]。然而，傳統(tǒng)的機械手通常由剛性部件和剛性接頭構(gòu)成[7]，有限的自由度，使其只能用來執(zhí)行單一任務(wù)，缺乏環(huán)境的適應(yīng)性。并且，傳統(tǒng)的機械手大多由金屬材料制作而成，與被抓持物體之間一般是剛性接觸，缺乏必要的柔順性，人機交互是不安全的，在很大程度上限制了其通用性和靈活性。缺乏通用性和靈活性的傳統(tǒng)機械手已經(jīng)無法適應(yīng)市場的要求，人們正在努力研究出具有多個自由度的，適應(yīng)性強的通用機械手。

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，3D打印技術(shù)[8]和新型智能材料[9]發(fā)展成熟，軟體機械手作為熱門領(lǐng)域迅猛發(fā)展。其概念區(qū)別于傳統(tǒng)的機械手，設(shè)計靈感往往來自于自然界的生物，如蚯蚓[10]、海星[11]和章魚[12]等，如圖1所示。軟體機械手運用橡膠[13]、形狀記憶合金（Shape Memory Alloys，SMA）[14]和智能材料[15,16]等柔性材料的天然柔順性，降低控制的復(fù)雜程度，實現(xiàn)其良好的靈活性以及與人、環(huán)境的安全交互性，有著十分廣闊的研究和應(yīng)用前景。

軟體機械手作為新興領(lǐng)域，必然會出現(xiàn)許多新型的結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的制造方式已經(jīng)不能滿足要求。新的設(shè)計，需要新的制造工藝。目前其驅(qū)動方式主要有物理驅(qū)動和化學(xué)驅(qū)動。物理驅(qū)動主要包括氣動驅(qū)動、液壓驅(qū)動、拉線驅(qū)動等?；瘜W(xué)驅(qū)動，指通過化學(xué)燃料等進行驅(qū)動[17]。其中，氣動驅(qū)動憑借其質(zhì)量輕、價格便宜、易于制造等優(yōu)點，深受研究學(xué)者們的喜愛。任何事物都有兩面性，軟體機械手天然的柔順性，也限制了其施加在環(huán)境上的力。開發(fā)剛度可變的機械手，成為了科學(xué)家們的研究重點，本文主要針對軟體機械手常用材料和制造技術(shù)、氣動軟體機械手、剛度可變軟體機械手的研究現(xiàn)狀進行了綜述。最后，對軟體機械手的應(yīng)用領(lǐng)域及未來可能的發(fā)展進行展望。

圖1 不同類型的軟體機器人

1 柔性材料與制造技術(shù)

1.1 柔性材料

軟體機械手顧名思義，通常是由硅橡膠[18,19]、凝膠[20]、軟聚合物[21]等易變形、高彈性的材料構(gòu)成。柔性材料的柔順性使軟體機械手在執(zhí)行抓取任務(wù)時，不會損壞物體或留下痕跡，為易碎品的抓取，與人的安全交互提供了很大便利。雖然，軟材料存在這些優(yōu)點，但是其非線性響應(yīng)、疲勞強度和制造方式等方面仍存在很大挑戰(zhàn)。為了推進軟體機械手領(lǐng)域的發(fā)展，應(yīng)著重開發(fā)集傳感、驅(qū)動和通信等與一體的智能軟材料或強度更高、質(zhì)量更輕的新型材料。

1.2 制造技術(shù)

利用柔性材料的柔順性和靈活性，可以制造出控制簡單、高度自適應(yīng)，并且能與人類和環(huán)境安全交互的軟體機械手[22]。同時，為了達到商業(yè)化，軟體機械手的制造必須是廉價的并且能夠大量的生產(chǎn)。與傳統(tǒng)機械手使用螺栓螺母等剛性部件連接不同，軟體機械手材料之間的結(jié)合更多的是通過鑄造、層壓或使用粘合劑等方式[23]。這就使得我們必須開發(fā)新的材料和新的制造技術(shù)。

1.2.1 失蠟鑄造

軟材料的失蠟鑄造是制造軟體機器人最簡單、最常用的方法之一[24]。使用這種方法可以加工復(fù)雜的腔室，并且由于可擴展層和不可擴展層是一個整體，避免了粘結(jié)不同材料、不同部分不可靠等問題，可以提高機器人的強度。同時，由于制造周期短，可以降低軟體機器人的制造成本。

1.2.2 軟光刻技術(shù)

軟光刻技術(shù)最早是1993年由美國哈佛大學(xué)的Whitesides研究小組發(fā)現(xiàn)的一種新的微圖形復(fù)制技術(shù)[25]，它具有方便有效、成本低廉等特點。軟光刻的關(guān)鍵技術(shù)主要有彈性模、微印刷技術(shù)和溶劑輔助成膜等[26]，廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、傳感器、MEMS、微電子以及生物技術(shù)領(lǐng)域。哈佛大學(xué)Shepherd等人[27]發(fā)明的以爆炸的方式驅(qū)動的軟體機器人，就是使用的這種軟光刻技術(shù)。

1.2.3 形狀沉積制造

形狀沉積制造起初是用于金屬材料的快速成型，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于軟體機器人的生產(chǎn)制造。它是一種結(jié)合材料沉積和機械加工的過程，是一種分層制造技術(shù)，因此在制造過程中可以嵌入傳感器和電路等各種部件[28]。這就使得許多不能夠單獨使用材料添加或材料去除工藝的復(fù)雜的新型結(jié)構(gòu)，可以使用形狀沉積制造來完成[29]。

1.2.4 3D打印

3D打印技術(shù)是基于離散/堆積原理的增材制造技術(shù)[30]。相比于傳統(tǒng)的加工技術(shù)，3D打印能夠快速成型、自定義設(shè)計以及實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)，使得制造過程更快、更便宜、更簡單[31]。3D打印技術(shù)還可以將所有執(zhí)行器組件結(jié)合到單一結(jié)構(gòu)中，且無需使用外部接頭、粘合劑和緊固件等[32]，大大減少后處理步驟和制造時間，使得軟體機器人的制造成本能夠與傳統(tǒng)機器人相競爭[33]。王輝等人借鑒軟體生物的靜水骨骼結(jié)構(gòu)，結(jié)合3D打印與多次鑄模成型技術(shù)，以氣體為壓力介質(zhì)，提出了一種完全采用柔性材料和結(jié)構(gòu)的軟體手指模型[34]。

2 氣動驅(qū)動軟體機械手

軟體機械手憑借其靈活性、安全性以及復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性等優(yōu)勢，受到了研究人員的關(guān)注，并且正在迅猛發(fā)展。目前其驅(qū)動方式主要分為物理驅(qū)動和化學(xué)驅(qū)動。物理驅(qū)動主要包括氣動驅(qū)動、液壓驅(qū)動、拉線驅(qū)動等。氣動驅(qū)動軟體機械手，具有質(zhì)量輕、價格便宜、易于制造等優(yōu)點，最重要的是，他們可以通過簡單的輸入，產(chǎn)生復(fù)雜的非線性運動。日本岡山大學(xué)軟體機器人實驗室早在1989年就提出了氣動驅(qū)動的軟體機械手[35]。目前，氣動驅(qū)動的軟體機械手主要分為兩大類，氣動網(wǎng)絡(luò)軟體機械手和纖維增強型軟體機械手。

2.1 氣動網(wǎng)絡(luò)軟體機械手

哈佛大學(xué)Whitesides研究小組通過將一系列重復(fù)的平行室和通道嵌入彈性體，研制出基于PneuNets（氣動網(wǎng)絡(luò)）的執(zhí)行器[36～39]。該執(zhí)行器由兩部分組成，可擴展層和不可擴展層。工作時，對內(nèi)部腔室加壓，腔室膨脹，但是應(yīng)變限制層不膨脹，由于這種差別應(yīng)變，導(dǎo)致執(zhí)行器彎曲。PneuNets氣動網(wǎng)絡(luò)又分為慢速氣動網(wǎng)絡(luò)（SPN）、快速氣動網(wǎng)絡(luò)（FPN）和蜂窩氣動網(wǎng)絡(luò)（HPN）。

2.1.1 慢速氣動網(wǎng)絡(luò)

氣動網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行器在加壓時，剛度最低部分優(yōu)先膨脹。在均質(zhì)彈性體中，壁厚最薄區(qū)域為剛度最低部位。慢速氣動網(wǎng)絡(luò)（SPN）[40]的兩個腔室之間由一個內(nèi)壁相連且內(nèi)壁厚于外壁，當向腔室內(nèi)加壓時，剛度最低的外壁優(yōu)先膨脹并且拉伸內(nèi)壁，導(dǎo)致整個致動器的彎曲，其原理如圖2(a)所示。

圖2 兩種氣動網(wǎng)絡(luò)基本原理[41]

2.1.2 快速氣動網(wǎng)絡(luò)

相比于慢速氣動網(wǎng)絡(luò)（SPN）[41]，快速氣動網(wǎng)絡(luò)可擴展層的每個腔室內(nèi)壁之間增加了間隙，并且其內(nèi)壁比外壁更薄。當向內(nèi)部充入氣體時，內(nèi)壁由于剛度低，優(yōu)先膨脹，減小了外壁上的壓力。另外，由于腔室之間相互緊鄰，內(nèi)壁膨脹，使其相互推壓，導(dǎo)致了可擴展層長度方向優(yōu)先變化，其原理如圖2(b)所示。

2.1.3 蜂窩氣動網(wǎng)絡(luò)

同校使用氣動網(wǎng)絡(luò)原理的還有中國科技大學(xué)的Hao Jiang等[42]人設(shè)計的蜂窩氣動網(wǎng)絡(luò)（HPN）軟體機械手。蜂窩氣動網(wǎng)絡(luò)（HPN）[43～45]是將壓縮蜂窩結(jié)構(gòu)和氣動網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起。蜂窩氣動網(wǎng)絡(luò)（HPN）結(jié)構(gòu)具有六角形腔室，一個平面內(nèi)有兩列蜂窩氣動網(wǎng)單元，每個單元有兩個安全氣囊，當一側(cè)的氣囊膨脹時，該側(cè)面伸長，而另一側(cè)由于結(jié)構(gòu)的彈性，表現(xiàn)出較小的變形，因此蜂窩氣動網(wǎng)絡(luò)（HPN）軟體機械手發(fā)生彎曲。其具備壓縮蜂窩結(jié)構(gòu)和氣動網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點，具有良好的靈活性和承載能力，如圖3所示。

圖3 蜂窩氣動網(wǎng)絡(luò)軟體機械手[42]

2.2 纖維增強軟體機械手

纖維增強軟體機械手[46～48]是由彈性體（硅膠等）和不可伸展材料（纖維等）構(gòu)成的，彈性體被不可伸展的纖維等纏繞。當彈性體被加壓時，由于周圍有不可延伸的纖維，限制其徑向膨脹，使其只能沿軸向擴張。彈性體中含有不可擴展層，導(dǎo)致軟執(zhí)行器一側(cè)發(fā)生軸向擴張，另一側(cè)不發(fā)生擴張，產(chǎn)生彎曲運動。德國的Raphael Deimel[49]提出了一種高度兼容的、欠驅(qū)動的靈巧擬人手。它是由纖維增強硅橡膠制成的，使用了高度兼容的氣動連續(xù)執(zhí)行器的設(shè)計，稱為PneuFlex[50]。哈佛大學(xué)的Panagiotis Polygerinos等人[51]通過實驗進行了纖維增強型軟體機械手在自由空間中彎曲的準靜態(tài)分析和有限元方法模型，并對其運行原理進行了全面的分析和描述。Joshua Bishop-Moser等人[52]通過纖維增強彈性體外殼構(gòu)建了蛇形軟體機械手，該彈性體由兩種纖維和一種附加纖維加強，然后通過改變?nèi)菁{在內(nèi)的流體的體積來驅(qū)動軟體機械手。

2.3 其他氣動驅(qū)動軟體機械手

康奈爾大學(xué)的有機機器人實驗室，開發(fā)出一種由開孔彈性體泡沫制作成的泡沫機械手[53]，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。對于泡沫機械手，流體通道以相互連接的孔網(wǎng)格的形式存在，避免了復(fù)雜的制造方式。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)鄭俊君等[54]在研究海參靜水骨骼基礎(chǔ)上，設(shè)計了氣動靜壓軟體機器人氣囊相變結(jié)構(gòu)。并且提出了單單元與雙單元的控制模式，實現(xiàn)了機器人在不同環(huán)境下的最優(yōu)控制。南京理工大學(xué)徐淼鑫等，通過對軟體生物結(jié)構(gòu)和功能的分析與借鑒，設(shè)計了一種新型的軟體機械手[55]，該軟體機械手通過氣囊的變形和手指的變形，共同完成對物體的抓取。

圖4 開孔彈性體泡沫軟體機械手[53]

3 剛度可變軟體機械手

軟體機械手的柔順性，限制了其施加在環(huán)境上的力。當軟體機械手在執(zhí)行抓取重物或按壓開關(guān)等動作時，由于其剛度不足，可能會導(dǎo)致動作失敗，從而限制了其抓取范圍。軟體機械手多以自然界中的生物為模型進行研究，肌纖維是獨特的生物組織，通過刺激可以對負載做出反應(yīng)，改變身體剛度，從低剛度（被動）狀態(tài)轉(zhuǎn)換為高剛度（主動）狀態(tài)[56]。研究人員希望其能夠像自然界中的生物一校，在低剛度是發(fā)生形變，以適應(yīng)不同的物體，在高剛度時操縱物體并承受較大載荷。目前，實現(xiàn)軟體機械手可變剛度的方法，可以分為兩大類：主動和半主動[57]。

3.1 主動變剛度軟體機械手

形狀記憶材料（Shape Memory Materials，SMM）[58,59]，通過誘導(dǎo)相變，在塑性變形后恢復(fù)預(yù)定的幾何形狀。香港大學(xué)的yangyang等人[60]通過為氣動軟體機械手增加由四個聚乳酸（Polylactic acid，PLA）鏈段與三個形狀記憶聚合物（Shape Memory Polymer，SMP）關(guān)節(jié)組成的基底，在每個SMP接頭中都有一個集中的加熱元件，當SMP接頭被加熱到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）以上時，它們顯示出非常小的剛度，此時上部的彈性部分充入氣體，則手指在SMP接頭處很容易地發(fā)生彎曲。當軟體機械手沒有力時，SMP中的形狀恢復(fù)應(yīng)力使手指恢復(fù)原狀，增加了軟體機械手剛度的可控性和彎曲位置的可控性，結(jié)構(gòu)如圖5所示。

電活性聚合物（EAP），在應(yīng)用電場時，聚合物承受變形。Jun Shintake等人設(shè)計了一種通過電粘附和介電彈性體驅(qū)動的通用軟體機械手[61]，該軟體機械手的柔順性幾乎允許自動適應(yīng)任何形狀。由于是通過靜電驅(qū)動，夾持力低，允許夾持非常脆弱的物體，同時電粘附力也可以拾取平坦且可變形的物體。

腱驅(qū)動執(zhí)行器，通過流體驅(qū)動的軟體機械手中的腱，通過改變腱的位置來調(diào)節(jié)剛度。北京航空航天大學(xué)文力等，設(shè)計出一個四指柔軟的機器人抓手，其通過選擇性的放置腱，機械的改變手指充氣和放氣的區(qū)域，使其能夠抓取不同的物體[62]。

圖5 剛度可變軟體機械手[60]

3.2 半主動變剛度軟體機械手

通過干擾獲得的可變剛度軟體機械手，響應(yīng)速度快，操作簡單，但由于需要輔助設(shè)備如泵和閥門來產(chǎn)生干擾效應(yīng)，使得干擾系統(tǒng)的設(shè)計變得復(fù)雜。香港大學(xué)的Yingtian Li[63]、倫敦國王學(xué)院的Allen Jiang[64]、德國柏林大學(xué)的Vincent Wall[65]等人，正在研究通過干擾，提高其剛度變化范圍，從而增大其抓取范圍，同時不增加控制的復(fù)雜性。

干擾是一種物理過程，顆粒或片材等較小的碎片組成的材料，由柔性狀態(tài)變?yōu)轭愃乒腆w的狀態(tài)的過程。根據(jù)其干擾材料不同又可以細分為顆粒干擾[66]和層干擾[67]，基本原理如圖6所示。并且，層干擾比顆粒干擾可以更有效地利用可用的體積，增大了剛度變化范圍，但是，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造起來更加麻煩，所以目前更多采用粒子干擾。

圖6 干擾基本原理

粒子干擾又分為真空粒子干擾、流變性干擾、外部壓力干擾和重力干擾，其基本原理如圖7所示。目前，應(yīng)用最多的是前三種，還沒有研究人員將重力粒子干擾應(yīng)用于軟體機械手的設(shè)計。

圖7 不同干擾方式原理[63]

3.2.1 真空粒子干擾型半主動變剛度軟體機械手

當粒子層處于真空狀態(tài)時，與外部環(huán)境形成壓力差，對顆粒產(chǎn)生擠壓作用，使粒子層內(nèi)顆粒堆積變硬，從而提高軟體機械手的剛度[68]。目前，美國的 Empire Robotic公司，已經(jīng)生產(chǎn)出基于顆粒材料真空阻塞相變的新型通用夾持器Versaball gripper。其可以適應(yīng)物體的大小和形狀，并且穩(wěn)定的抓取或者移動物體。但是其也有局限性，它是通過按壓在物體上，接觸部位發(fā)生形變，來適應(yīng)并抓取物體的，所有的幾何變化都要在抓取的目標物體上，并且也不能夠發(fā)生彎曲變形。

3.2.2 流變性粒子干擾型半主動變剛度軟體機械手

在密閉的空間內(nèi)均勻的分布對特定的感應(yīng)作出響應(yīng)的粒子，通過施加外部的電場或磁場，粒子按照感應(yīng)場的模式重新排列[69～71]。由電場或磁場引起的粒子之間的相互作用力迫使粒子發(fā)生相互擠壓，從而增加其整體的剛度。但是目前采用這種流變性粒子干擾原理的較少，因為它需很多的輔助設(shè)備，來為其提供電場或磁場，這就使得機器人的設(shè)計變得復(fù)雜，同時也帶來很多安全問題。

3.2.3 外力粒子干擾型半主動變剛度軟體機械手

粒子被包裹在特定的干擾層內(nèi)，當外部向其施加壓力時，干擾層內(nèi)的顆粒被動卡住。倫敦國王學(xué)院的Allen Jiang等人，通過將粒子干擾加入到McKibben執(zhí)行器中，使McKibben執(zhí)行器可以沿著長度方向獨立地驅(qū)動，軟化或者硬化關(guān)節(jié)，應(yīng)用于外科手術(shù)中。香港大學(xué)的Yingtian Li等人，將它與Pneuflex氣動彎曲執(zhí)行器結(jié)合，軟氣動執(zhí)行器膨脹，使手指彎曲，對粒子層施加壓力，使內(nèi)部顆粒堵塞，從而增加手指剛度，原理如圖8所示。但是其彎曲運動的范圍是有限的，并且由于顆粒的流動性會使夾具剛度的穩(wěn)定性受到影響。

圖8 基于外力粒子干擾軟氣動執(zhí)行器原理[63]

3.3 其他可變剛度軟體機械手

由于低熔點材料（LMPM）[72]熔融溫度低，可以快速獲得相變；電磁和流變材料（ERM/MRM）[73,74]嵌入磁性粒子或帶電粒子的材料，當受到外部磁場或電場的影響時，粒子間會產(chǎn)生相互作用，抗變形能力增強。日本學(xué)者Jun-ya Nagase等人開發(fā)出一種肌腱驅(qū)動剛度可變的軟體機械手，通過調(diào)節(jié)輸入壓力可以改變表面剛度，從而改變靜摩擦系數(shù)，以適應(yīng)抓取[75]。

4 軟體機械手的應(yīng)用

4.1 醫(yī)療領(lǐng)域

4.1.1 輔助康復(fù)

在我們的日常生活中，喪失手部功能，使我們的生活變得非常不方便。通常，進行手部康復(fù)治療的患者需要進行重復(fù)性練習(xí)，這種方法價格昂貴，且需要長時間的物理治療師的訓(xùn)練[76]。Panagiotis Polygerinos等人，為需要手部功能康復(fù)的患者，研發(fā)了一款基于氣動網(wǎng)絡(luò)（PneuNets）的可穿戴式氣動康復(fù)手套[77]。它由彈性體材料組成，可以安全地符合人手指彎曲運動，避免了昂貴的、需要長時間的物理治療。YAP等人通過柔性塑料片的熱粘合制造研制出了一款嵌入式氣動軟體手套[78]，來幫助中風患者握緊拳頭的康復(fù)訓(xùn)練。該軟體手套是采用柔性ESD塑料片制成的氣動柔性執(zhí)行器，充氣時產(chǎn)生沿手指的均勻分布的力量，輔助彎曲。軟體機械手，由于具有良好的人機交互性，正在醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域快速發(fā)展。

4.1.2 微創(chuàng)手術(shù)

近年來，機器人技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到醫(yī)療手術(shù)領(lǐng)域，為患者帶來許多好處，例如降低感染風險、恢復(fù)時間短、創(chuàng)口小等。但是由于手術(shù)機器人都是由剛性材料制成的，存在組織損傷等潛在危險。Rateni G等人[79]，提出了一種完全由彈性材料制成的新型軟體機械手，用于微創(chuàng)手術(shù)。由于是由軟材料制造而成的，不需要使用復(fù)雜的力反饋控制，最大程度的避免可能的損傷。A Diodato等人[80]通過將軟體機器人與傳統(tǒng)的剛性工具協(xié)同使用，提高了機器人系統(tǒng)的功能，并且不會影響機器人平臺的可用性。

4.1.3 仿生假手

隨著微型傳感器、電子皮膚等技術(shù)的發(fā)展，仿生軟體機械手的研究吸引了越來越多研究者的目光?？的螤柎髮W(xué)的Huichan Zhao等人[81]，發(fā)明了一種新型的仿生軟體機械手，它可以像人手一校觸摸易碎品，還能夠感知其形狀和質(zhì)地。該假手使用導(dǎo)光材料，內(nèi)部嵌有可彎曲波導(dǎo)和可攜帶光波的導(dǎo)管，通過3D打印和四步軟光刻技術(shù)制造，使其更接近人手，并且由于假手依靠光信號，可以使用更加便宜的材料制作，使假手的價格更加便宜。

4.2 操作抓取

抓取物體是機械手的關(guān)鍵任務(wù)，而開發(fā)出能夠抓取不同形狀和表面性質(zhì)的通用夾具是研究學(xué)者們近年來的研究課題。Robert F. Shepherd等人，研制出一種褶皺的波紋管狀軟體機械手[82]，該軟手通過褶皺進行布局，可以增加參與制動的體積并且可以允許大幅度運動。同時，當執(zhí)行器被鋒利的物體刺穿時，可以圍繞孔自發(fā)的形成軟密封，使執(zhí)行器可以繼續(xù)正常的工作。美國俄亥俄州立大學(xué) Hai-Jun Su 等人研制了一款嵌入式形狀記憶合金（SMA）驅(qū)動器和壓電換能器（Piezoelectric Transducer, PZT）撓曲傳感器的軟體機械手，該軟體機械手可以在復(fù)雜環(huán)境中應(yīng)用以及安全的和人進行交互[83]。

5 結(jié)束語

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，單一的機械作業(yè)或人工作業(yè)已經(jīng)不能滿足發(fā)展的需求，人機協(xié)同作業(yè)的發(fā)展成為必然趨勢，而由柔性材料制作的軟體機械手，憑借其靈活性和安全性，為人機協(xié)作的發(fā)展提供了有效助力。同時，軟體機械手是一個包含材料、機械、傳感器等多學(xué)科的新興領(lǐng)域，對它還需要進一步的探索。

氣動驅(qū)動方式憑借其便宜、清潔、易獲取等特點，成為了絕大多數(shù)軟體機械手的驅(qū)動方式。目前，以氣動驅(qū)動方式驅(qū)動的軟體機械手都是采用外部氣動元件進行供氣，所需空間大，有更多的限制。在今后的研究中，內(nèi)置氣源進行驅(qū)動將是研究的重點。

對于軟體機械手已有的研究，無論是氣動網(wǎng)絡(luò)軟體機械手，還是纖維增強型軟體機械手，都能通過簡單的氣動驅(qū)動實現(xiàn)多功能性，但同時也面臨著抓持較大物體和需要較大夾持力的挑戰(zhàn)。且軟體機械手越來越多的應(yīng)用由高度可變形材料制成的傳感器，與傳統(tǒng)的傳感器相比其響應(yīng)的遲滯性，嚴重影響了使用范圍。

軟體機械手的設(shè)計靈感，大多來自自然界的生物，未來軟體機械手的設(shè)計必將與生物材料更加緊密的聯(lián)系到一起，將驅(qū)動設(shè)備嵌入執(zhí)行器，使其小型化和集成化，可以簡化軟體機械手的設(shè)計。同時，應(yīng)更多的結(jié)合兩種或多種設(shè)計方法進行研究，例如吸盤與氣動軟體機械手，使抓取范圍更廣；軟傳感器應(yīng)更多的與深度學(xué)習(xí)等相結(jié)合，提高其使用性能與范圍。最后，軟體機械手想要實現(xiàn)商業(yè)化，必須對軟光刻、3D打印等制造技術(shù)進行創(chuàng)新，以降低軟體機械手的制造成本且能夠大量的生產(chǎn)以滿足市場需求的產(chǎn)品。