相比傳統剛性桿件機器人，柔性體機器人(柔性體機器人包括下文所述的連續體機器人和柔體機器人)具有多項明顯的優勢，例如可以與環境實現安全交互、在受限空間內實現靈巧操作以及抓取非結構化物體等，因而在最近十余年成為了研究熱點。相關研究的主要集中于如何高效地實現可控和(/或)適應性的變形以滿足機器人的運動功能，其中涵蓋了從材料到力學以及構型綜合、傳感、驅動、控制等各個方面的大量相關研究。

從柔性鉸鏈機器人到連續體機器人再到柔體機器人，柔性體機器人是通過逐步引入更多的彈性元件及其變形模態而不斷發展的。兩篇里程碑式的綜述論文對“連續體機器人”和“柔體機器人”這兩個術語提出了相對嚴格的定義。一般來說，連續體機器人不具有可分辨的旋轉關節，其形狀由連續的平面或空間曲線表征。而根據第一屆RoBoSoft會議和最近的綜述論文，柔體機器人則由低彈性模量的材料所構成，在機器人的運動過程中可承受大變形。

在與領域內的共識保持一致的情況下從力學的角度進行分析，我們可以進一步對離散桿件機器人、連續體機器人和柔體機器人加以區分。連續體機器人的形狀通常可以用串聯或并聯的曲線來表征，其彎轉結構的截面一般假設為剛性。而柔體機器人通常承受體變形，其形狀用連續應變場來描述。盡管柔性鉸鏈機器人的運動通過關節處的變形來實現，但柔性鉸鏈往往用旋轉關節來近似建模(例如借助偽剛體模型)，因此柔性鉸鏈機器人通常仍被認為是離散桿件機器人。又諸如著名的氣動象鼻機器人，雖然其結構整體變形，但其形狀通常由串聯的空間曲線來表示，所以它一般被歸類為連續體機器人。

不管是連續體機器人還是柔體機器人，都通過其結構形變來實現機器人功能。因此，眾多研究集中著眼于探索新型材料以激發形變、嘗試新型結構以實現形變、建立計算模型以描述形變、以及集成驅動傳感以控制形變。

彎曲變形是所有變形之中最基本和常見的形式。上海交通大學的徐凱等主要介紹的多桿連續體機構，其最初設計目的也是為了實現機器人遠端的彎曲變形。

連續體機器人中實現各種運動功能的連續體機構，是連續體機器人的重要研究對象。連續體機構的機構學研究主要在結構分析和構型綜合兩個方面開展。結構分析主要研究其形變產生機理、彈性體動力學建模、變形標定、驅動補償等；而構型綜合以彈性體動力學和形變模型為基礎，設計滿足特定力、位、功能需求的連續體機構，研究范疇主要包括機構綜合、運動學-動力學建模、剛度建模、參數優化等。

文章從一種多桿連續體機構的基礎構型著眼，通過運動學分析，提出了這種多桿連續體機構的廣義構型；通過廣義構型的組合和連接，構造出了多個具有迥異輸入、輸出運動特性的多桿連續體機構。如圖所示，以不同構型的多桿連續體機構作為核心元件，設計出了內窺鏡和腹腔鏡手術機器人，工業深腔機械臂，單側和雙側康復外骨骼，以及基于欠驅動和運動合成的假肢手。

期望文章中所述范例可啟發連續體機構在手術治療、康復服務和工業生產等領域更多的創新設計和應用，從而進一步拓展機器人機構學的研究范疇和理論體系。

多桿連續體機構在多種機器人系統中的應用

徐凱等在文中展示了多桿連續體機構的多種構型及其應用。在充分理解連續體結構與驅動特點的基礎上，多桿連續體機構實現了超預期的結構功能性。

單個多桿連續體構節通過反向作用，可以用作連續體差分機構，能將一路輸入分解為兩路或三路輸出。將兩個多桿連續體構節通過不同形式相連，可以得到合成連續體機構、對偶連續體機構和同向對偶連續體機構，已于手術機器人、深腔機械臂、外骨骼和假肢手等多種機器人系統上成功應用。上述應用建立在多桿連續體機構的兩條基本性質之上：① 彈性桿件的結構平等性：所有桿件對連續體形成彎曲變形的貢獻是相等的；② 反向可驅動性：通過彎曲連續體構節而使桿件產生位移輸出，這些輸出繼而可以用于驅動其他連續體構節。

從本文所述示例可見，多桿連續體機構具有許多獨特優勢，已可應用于多種實際的場合。增加構節中彈性桿件的數量可以在不降低構節彎曲能力的情況下，顯著提高多桿連續體機構的剛度、負載能力和可靠性。且冗余桿件的植入使得構節彎曲形狀在一定負載下仍接近圓弧，從而使得常曲率變形假設的應用范圍更加廣泛，這也使得多桿連續體機構的運動學模型簡潔，更易于控制實現。運動中，無須為桿件提供張緊力；構節受外力后，在桿件上產生的額外壓縮/拉伸力會被動的分布在所有桿件上，這提高了構節的負載能力。多桿連續體機構不再需要中心主桿，因此構節內部總可以留出通道，以供額外的工具或末端執行器通過。

來源：機械工程學報