近年來，隨著新材料與快速成型技術的發展，在世界范圍內掀起了軟體機器人的研究熱潮。軟體機器人的設計靈感主要來源于模仿自然界軟體生物，其中，模仿象鼻、章魚觸手等結構的機械臂式軟體機器人，因其能夠適應復雜狹窄的環境，并且進行柔順、安全的目標抓持與操作任務，是軟體機器人目前熱門研究方向之一。軟體機械臂在工業生產、宇航作業，助老助殘、醫療康復，微創手術，復雜環境搜索與探測等領域具有廣闊的應用前景，近年來引起國內外學者和研究機構的廣泛關注，并取得一定進展，如Festo公司的仿生象鼻機器人、圣安娜高等學校研究的仿章魚軟體機械臂、歐盟資助的“FP7 STIFF-FLOP計劃”醫療機械臂、斯坦福大學的仿植物“生長型”軟體機器人等。

章魚臂肌肉結構圖

軟體機械臂的發展涉及仿生學，軟材料科學和機器人學等學科，目前在柔性材料、機器人建模與仿真、傳感與控制、多學科交叉應用等方向也面臨諸多挑戰。哈爾濱工業大學的閆繼宏、石培沛、張新彬、趙杰在《機械工程學報》2018年15期發表的《軟體機械臂仿生機理、驅動及建模控制研究發展綜述》一文中，將從仿生原理及應用、驅動方式、變剛度方式、建模與控制等方面對軟體機械臂的近期研究現狀進行論述，探討軟體機械臂技術研究中的難點、目前存在的問題及未來可能的發展趨勢。

總結與展望

軟體機械臂是軟體機器人領域的一個重要分支，拓展了傳統機械臂的研究方向和應用領域，其研究涉及材料學、仿生、機械設計和制造、傳感器技術等多學科交叉融合。目前關于軟體機械臂的研究主要集中在近幾年，尚處于起步階段，并引起國內外諸多學者及研究機構的廣泛關注，其主要驅動方式包括流體驅動、線驅動、PAM驅動、SMA驅動和EAP驅動等；從變剛度方式上看主要有拮抗作用、阻塞及材料相變三種類型，其中阻塞方式較為容易實現但需要額外驅動機構，拮抗作用實現需要機構的冗余驅動，相變方式能實現的剛度最大，但需要額外物理場進行控制；從建模和控制上看，主要基于分段常曲率和梁理論等剛性體建模方法對軟體機械臂進行運動學及動力學建模，其模型始終不夠精確。軟體機械臂目前發展中的關鍵性問題和技術主要集中在軟體材料開發、成型工藝、變剛度需求、柔性傳感器及軟體建模控制等方面。此外，智能材料開發、柔性電子元器件及傳感器技術、可變剛度和剛柔結合設計是其未來可能的發展方向。

軟體機械臂在工業、醫療、軍事探測、救援救災、生活護理等領域具有廣闊的應用前景，其發展為軟體材料應用、仿生研究等提供參考和技術支持。軟體機械臂的研究才剛剛起步，其未知領域充滿可能性和挑戰，這正是其魅力所在。

國外典型氣動軟體機械臂

主創簡介

閆繼宏(通信作者)，女，1974年出生，教授，博士研究生導師。主要研究方向為仿生機器人，軟體機器人。

石培沛，男，1993年出生，博士研究生。主要研究方向為軟體機械臂。