軟體機(jī)器人學(xué)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2025-12-01
軟體機(jī)器人學(xué)的視頻教程
abaqus----帶限位圈約束的氣動(dòng)軟體機(jī)器人仿真
本人工科碩士在讀，此視頻是一個(gè)課程介紹，完整版從0--1對(duì)帶限位圈約束的氣動(dòng)軟體機(jī)器人仿真的所有操作進(jìn)行了全程錄屏教學(xué)，學(xué)者可快速精通此分析，按照Abaqus有限元分析流程對(duì)part、material、assembly、mesh、step、interaction、load等7個(gè)模塊進(jìn)行了視頻精講，總課時(shí)24分鐘，此方向直接達(dá)到精通水平。提供永久免費(fèi)答疑，有問(wèn)題直接問(wèn)。
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ABAQUS-氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)PneuNet結(jié)構(gòu)軟體機(jī)器人仿真
課程共分為三個(gè)章節(jié)： 章節(jié)1-氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)軟體機(jī)器人驅(qū)動(dòng)原理與仿真分析方法 章節(jié)2-基于Fluid Cavity加載方式的軟體機(jī)器人仿真流程 章節(jié)3-基于Pressure加載方式的軟體機(jī)器人仿真流程
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創(chuàng)建車間設(shè)備的3D虛擬模型，如機(jī)器、機(jī)器人、3D打印機(jī)和工具，包括運(yùn)動(dòng)學(xué)
1、為各種制造設(shè)置中使用的所有機(jī)械設(shè)備創(chuàng)建3D模型 2、在3D虛擬環(huán)境中驗(yàn)證和模擬程序，從簡(jiǎn)單的夾具到NC機(jī)床工具和復(fù)雜的機(jī)器人 3、增強(qiáng)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)，以減少代價(jià)高昂的錯(cuò)誤并加快開(kāi)始生產(chǎn)
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軟體機(jī)器人學(xué)的實(shí)例教程
通過(guò)精巧地設(shè)計(jì)并組合相關(guān)電子元器件及彈性體材料，研究人員已成功開(kāi)發(fā)出諸如電子皮膚（electronic skin）等仿人體皮膚的電子設(shè)備，并在可穿戴電子，可穿戴康復(fù)機(jī)械人和軟體機(jī)器人等領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用前景. 而以離子水凝膠為代表的軟材料，由于其優(yōu)異的生物兼容性，更加接近生物組織的機(jī)械和電學(xué)特性，目前吸引了大量研究精力投入其中，以便將其開(kāi)發(fā)并集成到可穿戴傳感，軟體機(jī)器人等應(yīng)用中，從而確保更安全，更智能的人機(jī)互動(dòng)。
日前，多倫多大學(xué)劉新宇教授團(tuán)隊(duì)在 Cell Press 子刊 iScience上 總結(jié)并討論了類皮膚水凝膠的研究進(jìn)展。文章首先總結(jié)了目前水凝膠的增韌方法及原理，增加離子導(dǎo)電性的方法。文章隨后描述了目前提高水凝膠鎖水，抗凍和粘貼的若干策略。應(yīng)用方面，文章主要介紹了目前離子水凝膠在可穿戴物理和化學(xué)傳感，軟體機(jī)器人柔性電極及可拉伸傳感，和柔性自發(fā)電能量收集等方面的進(jìn)展。最后，作者討論了離子水凝膠存在的挑戰(zhàn)和機(jī)遇， 包括多模態(tài)傳感，新型加工制備方案，結(jié)合大數(shù)據(jù)和水凝膠離子計(jì)算的下一代智能，以及可拉伸的儲(chǔ)能設(shè)備。
圖1 人體皮膚示意圖及類皮膚水凝膠目前的進(jìn)展和應(yīng)用總結(jié)
圖2 雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的代表結(jié)構(gòu)和他們的合成策略。
展開(kāi) 王海濤 彭熙鳳 林本末
(大連海事大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院，遼寧 大連 116026)
摘 要: 軟體機(jī)器人是由柔性材料加工而成的，可以任意改變自身尺寸，與剛性機(jī)器人相比具有高順應(yīng)性、適應(yīng)性和安全性等特點(diǎn)，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、救災(zāi)等領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的青睞。文中從制作材料、制作方法、驅(qū)動(dòng)方式、應(yīng)用領(lǐng)域、傳感與控制方面對(duì)軟體機(jī)器人進(jìn)行綜述，介紹了軟體機(jī)器人的制作材料和柔性材料的新成果，以及近年來(lái)制作軟體機(jī)器人較新的方法；按照驅(qū)動(dòng)方式將軟體機(jī)器人分為流體驅(qū)動(dòng)、智能材料驅(qū)動(dòng)、化學(xué)反應(yīng)驅(qū)動(dòng)，并對(duì)每種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)和典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了總結(jié)；對(duì)軟體機(jī)器人的建模方法和控制策略進(jìn)行歸納與分析，得出了開(kāi)發(fā)剛?cè)岵?jì)的新材料、高效制造和精準(zhǔn)控制是研究軟體機(jī)器人的未來(lái)方向。
關(guān)鍵詞： 軟體機(jī)器人；驅(qū)動(dòng)；仿生學(xué)；傳感與控制；軟材料；研究進(jìn)展
隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人已經(jīng)廣泛運(yùn)用于醫(yī)療、救援、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等多種領(lǐng)域。大多數(shù)傳統(tǒng)的機(jī)器人是由硬質(zhì)材料制成的，輸出力量大、速度快和精度高，但傳統(tǒng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，靈活性差，使其不能穿過(guò)狹窄的空間，也不能適應(yīng)形狀復(fù)雜的通道[1- 2]。由于傳統(tǒng)機(jī)器人的一些缺點(diǎn)不能滿足人類的需求，促使越來(lái)越多的研究人員開(kāi)發(fā)軟體機(jī)器人，并取得了巨大的進(jìn)步。軟體機(jī)器人主體材料采用變形較大的柔性材料制成，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)變形，并任意改變自身的尺寸和形狀[1- 2]。柔性材料的使用使得軟體機(jī)器人的質(zhì)量比傳統(tǒng)機(jī)器人輕，并能夠安全地與人協(xié)作，還具有自主適應(yīng)不同形狀的能力[3]。同時(shí)，軟體機(jī)器人的發(fā)展也面臨著一系列的困難和挑戰(zhàn)，新的軟體結(jié)構(gòu)對(duì)材料和傳感技術(shù)的要求越來(lái)越高，現(xiàn)有的材料并不能完全滿足所要實(shí)現(xiàn)的功能，如何使材料擁有高度的柔順性和較高的剛度，依然是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
展開(kāi) 大多數(shù)機(jī)器人都是為某一特定工作而設(shè)計(jì)的，且適應(yīng)性不強(qiáng)。但弗吉尼亞理工大學(xué)的工程師們現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種軟體機(jī)器人，它可以變形為一系列的形狀，如駕駛、飛行或游泳機(jī)器人，而這要?dú)w功于充滿一種金屬的橡膠表皮，它可以在液體和固體形式之間輕松轉(zhuǎn)換。
為了打造一個(gè)擁有如此多功能的機(jī)器人，研究人員首先設(shè)計(jì)了一種材料，它可以根據(jù)需要改變其形狀，根據(jù)需要保持該形狀很長(zhǎng)時(shí)間然后再恢復(fù)到原來(lái)的配置，另外還可以多次這樣做。這種材料是由一個(gè)彈性內(nèi)骨骼組成，其被切割成三角形的剪紙圖案。在這種材料內(nèi)部則是一個(gè)含有低熔點(diǎn)金屬合金的管網(wǎng)以及一組卷須狀的加熱器。該結(jié)構(gòu)可跟致動(dòng)器、電機(jī)和其他部件相結(jié)合，然后用于運(yùn)動(dòng)和改變形狀。
據(jù)了解，機(jī)器人一開(kāi)始是平的，里面的金屬為液體形式。它可以被彎曲和拉伸成機(jī)器人所需的形狀，在這一點(diǎn)上，金屬會(huì)硬化成固體并保持該形狀。在完成任何任務(wù)后則可以打開(kāi)加熱器，將金屬加熱到60°C，然后使其熔化并使機(jī)器人恢復(fù)到原來(lái)的形狀。在那里，它會(huì)準(zhǔn)備好被重新塑造成它接下來(lái)需要做的任何事情。它可以在不到十分之一秒的時(shí)間內(nèi)變形并固定形狀。
在測(cè)試中，該團(tuán)隊(duì)使用這種材料創(chuàng)造了一個(gè)可以沿地面行駛的機(jī)器人，然后變形為一個(gè)飛行無(wú)人機(jī)。從本質(zhì)上講，它是一個(gè)扁平的板材，在飛行配置中帶有朝上的螺旋槳，而在其駕駛形式中，它類似于一個(gè)彎曲的玉米餅形狀，車輪則接觸地面。
另一個(gè)測(cè)試模型將這種材料作為潛水艇的基礎(chǔ)，它可以潛入水族館底部，然后舀起彈珠并將它們帶到水面。
這項(xiàng)研究的論文共同作者Edward J. Barron III說(shuō)道：“我們對(duì)這種材料為多功能機(jī)器人帶來(lái)的機(jī)會(huì)感到興奮。這些復(fù)合材料足夠強(qiáng)大，可以承受來(lái)自馬達(dá)或推進(jìn)系統(tǒng)的力量，但又可以輕易地變形，這使得機(jī)器可以適應(yīng)它們的環(huán)境。”
展開(kāi) 引言：超彈性材料是軟體機(jī)器人實(shí)現(xiàn) “大變形、高回復(fù)、低剛度” 核心性能的關(guān)鍵載體，其力學(xué)行為需通過(guò)精準(zhǔn)的本構(gòu)模型描述。在 Abaqus 仿真環(huán)境中，針對(duì)軟體機(jī)器人的超彈性材料本構(gòu)，主要存在兩種主流賦予方式：一是直接調(diào)用內(nèi)置的Mooney-Rivlin 應(yīng)變勢(shì)能模型，適用于常規(guī)彈性體（如硅橡膠）的快速仿真；二是通過(guò)UHYPER.for 用戶子程序自定義應(yīng)變勢(shì)能，適配新型超彈性材料（如梯度彈性體、仿生彈性體）的特殊力學(xué)行為。本文將圍繞這兩種方式，結(jié)合 Abaqus 仿真全流程（建模、參數(shù)設(shè)置、分析步、相互作用等），詳細(xì)闡述實(shí)現(xiàn)邏輯、操作要點(diǎn)及結(jié)果對(duì)比，為軟體機(jī)器人的超彈性仿真提供可復(fù)現(xiàn)的技術(shù)方案。
1、 計(jì)算結(jié)果與分析
兩種超彈性本構(gòu)方式的仿真結(jié)果需從 “精度、效率、適用性” 三個(gè)維度對(duì)比，核心差異如下：
（1） 力學(xué)響應(yīng)精度
Mooney-Rivlin 模型（1 階）：因模型未考慮高階非線性項(xiàng)，易出現(xiàn) “應(yīng)力預(yù)測(cè)偏低” 問(wèn)題，誤差可升至 15% 以上。
UHYPER.for 子程序：通過(guò)自定義高階應(yīng)變勢(shì)能函數(shù)（如 Ogden 模型、Yeoh 模型），可覆蓋小至大變形全范圍，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差穩(wěn)定在 3% 以內(nèi)，尤其適合軟體機(jī)器人扭轉(zhuǎn)、彎曲等大變形工況。
（2） 計(jì)算效率
Mooney-Rivlin 模型：無(wú)需編譯子程序，計(jì)算迭代次數(shù)少。
UHYPER.for 子程序：需先通過(guò) Fortran 編譯器（如 Intel Fortran Compiler）編譯子程序，且自定義函數(shù)的導(dǎo)數(shù)計(jì)算會(huì)增加迭代復(fù)雜度。
（3） 收斂性表現(xiàn)
Mooney-Rivlin 模型：因本構(gòu)關(guān)系簡(jiǎn)單，在幾何非線性打開(kāi)、增量步合理設(shè)置的前提下，收斂率可達(dá) 95% 以上，極少出現(xiàn) “迭代終止” 問(wèn)題。
展開(kāi) 為了證明MM3D打印對(duì)打印對(duì)象的組成、結(jié)構(gòu)及特性的空間編程能力，文章列舉了打印折紙機(jī)構(gòu)以及氣動(dòng)行走機(jī)器人的兩個(gè)例子。
圖4 MM3D打印折紙
圖5 打印行走軟體機(jī)器人
展望未來(lái)，這種集成化的多材料打印噴頭將實(shí)現(xiàn)體素化功能性結(jié)構(gòu)的快速打印，此外在打印分辨率和打印效率方面，定制化的打印墨水和打印結(jié)構(gòu)的功能化同樣具有重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。
來(lái)源：《Nature》
視頻翻譯：紀(jì)錄片之家
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軟體機(jī)器人學(xué)的最新內(nèi)容
引言：超彈性材料是軟體機(jī)器人實(shí)現(xiàn) “大變形、高回復(fù)、低剛度” 核心性能的關(guān)鍵載體，其力學(xué)行為需通過(guò)精準(zhǔn)的本構(gòu)模型描述。在 Abaqus 仿真環(huán)境中，針對(duì)軟體機(jī)器人的超彈性材料本構(gòu)，主要存在兩種主流賦予方式：一是直接調(diào)用內(nèi)置的Mooney-Rivlin 應(yīng)變勢(shì)能模型，適用于常規(guī)彈性體（如硅橡膠）的快速仿真；二是通過(guò)UHYPER.for 用戶子程序自定義應(yīng)變勢(shì)能，適配新型超彈性材料（如梯度彈性體、仿生彈性體
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摘要: 應(yīng)用多體動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件 RecurDyn 對(duì)四履帶足機(jī)器人進(jìn)行全三維建模及越障過(guò)程仿真,并分析了履帶機(jī)器人行走過(guò) 程 中 的 力 學(xué) 模 型,仿真 結(jié) 果 動(dòng) 態(tài),準(zhǔn)確的反映了四履帶足機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的越障過(guò)程,驗(yàn)證了四履帶足機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)較之雙履帶結(jié)構(gòu)形式出色的越障能力,體現(xiàn) 了 RecurDyn 軟件在履帶機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)仿真分析方面的有效性和優(yōu)越性
基座自由度、大臂擺動(dòng)自由度、小臂擺動(dòng)自由度、腕部Y軸擺動(dòng)自由度、腕部Z軸擺動(dòng)自由度及其腕部末端X軸旋轉(zhuǎn)自由度
其導(dǎo)入過(guò)程為：
（1） 機(jī)器人三維模型總體有6個(gè)部分。打開(kāi)機(jī)器人的SolidWork三維模型，依次另存為6個(gè)“Parasolid(x_t)”類型的文件。
（2） 打開(kāi)ADAMS/View，將保存好的“Parasolid(
1正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
采用標(biāo)準(zhǔn)的D-h法進(jìn)行機(jī)械腿模型分析：
D-h表如下
（2）通過(guò)（1）求解出機(jī)器人各位姿變換矩陣后，求解機(jī)器人手臂變換矩陣。通過(guò)matlab 計(jì)算，寫(xiě)出機(jī)器人末端位置。
正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
根據(jù)D-H表規(guī)定得到如下變換矩陣為：
由此可得機(jī)器人相鄰兩關(guān)節(jié)位姿分別為：
所以，坐標(biāo)系{4}相對(duì)于基坐標(biāo)系的變換矩陣為
一種新型3D打印機(jī)能同時(shí)使用8種不同材料，在它們之間隨意切換，并保證很高的速度和細(xì)節(jié)精確水平。不僅如此，這款打印還具有很多個(gè)噴嘴，大大提高打印效率，甚至有潛力用于生產(chǎn)柔性電子產(chǎn)品甚至人體細(xì)胞結(jié)構(gòu)。
哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院Jennifer A. Lewis教授團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際頂級(jí)期刊《Nature》在線發(fā)表名為“Voxelated soft matter via multimaterial
大多數(shù)機(jī)器人都是為某一特定工作而設(shè)計(jì)的，且適應(yīng)性不強(qiáng)。但弗吉尼亞理工大學(xué)的工程師們現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種軟體機(jī)器人，它可以變形為一系列的形狀，如駕駛、飛行或游泳機(jī)器人，而這要?dú)w功于充滿一種金屬的橡膠表皮，它可以在液體和固體形式之間輕松轉(zhuǎn)換。
為了打造一個(gè)擁有如此多功能的機(jī)器人，研究人員首先設(shè)計(jì)了一種材料，它可以根據(jù)需要改變其形狀，根據(jù)需要保持該形狀很長(zhǎng)時(shí)間然后再恢復(fù)到原來(lái)的配置
多倫多大學(xué)劉新宇教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于微納和軟體機(jī)器人學(xué)、柔性電子器件、微流控器件與系統(tǒng)等機(jī)理研究以及應(yīng)用開(kāi)發(fā)。該研究受到了加拿大自然科學(xué)和工程研究理事會(huì)和加拿大創(chuàng)新基金會(huì)的資助。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004221011421?via%3Dihub
2021年10月9日，南極熊從天津大學(xué)獲悉，天大封偉教授團(tuán)隊(duì)制造一個(gè)智能的、對(duì)觸覺(jué)敏感的4D打印軟體機(jī)器人。這個(gè)基于液晶彈性體的機(jī)器人，當(dāng)加熱到160℃以上后變形為管狀，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)約束的自由滾動(dòng)。該研究成果在《細(xì)胞》出版社旗下頂尖期刊《物質(zhì)》發(fā)表。
△滾動(dòng)中的4D打印機(jī)器人
“軟體機(jī)器人能夠適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，實(shí)現(xiàn)與人類更安全地交互。” 封偉教授介紹，3D打印可以基于數(shù)字模型自動(dòng)準(zhǔn)確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)化為復(fù)雜零件
軟體機(jī)器人能夠適應(yīng)不同的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境，實(shí)現(xiàn)與人類更安全地交互。目前，軟機(jī)器人主要采用手工裝配工藝制造。制造方法的局限性導(dǎo)致生產(chǎn)困難，限制了材料選擇范圍，并且難以獲得復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)性能，更不用提賦予機(jī)器人感知能力或智能性了。相比之下，3D打印（增材制造技術(shù)）可以基于數(shù)字模型自動(dòng)準(zhǔn)確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)化為復(fù)雜零件，從而顯著提高生產(chǎn)效率和制造靈活性
一、常用運(yùn)動(dòng)學(xué)構(gòu)形
1、笛卡爾操作臂
優(yōu)點(diǎn)：很容易通過(guò)計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)，容易達(dá)到高精度。 缺點(diǎn)：妨礙工作, 且占地面積大, 運(yùn)動(dòng)速度低, 密封性不好。
①焊接、搬運(yùn)、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測(cè)、探傷、分類、裝配、貼標(biāo)、噴碼、打碼、（軟仿型）噴涂、目標(biāo)跟隨、排爆等一系列工作。
②特別適用于多品種，便批量的柔性化作業(yè)，對(duì)于穩(wěn)定，提高產(chǎn)品質(zhì)量
