水液压驱动水下机械臂三维螺旋软作动器的变形特性

仿生软机器人的出现导致了对仿生软致动端需求的增加。本研究以大象鼻子的缠绕作用为灵感，提出了一种三维螺旋水液压软执行器(3D-SWHSA)，提供了一种更有针对性的软执行器捕获方法。3D-SWHSA由多个弯曲和扭转单元(batu)组成，这些单元在受压后会产生缠绕变形。利用虚功原理，结合Yeoh三阶模型，建立了绕线预测模型，通过有限元仿真研究了不同结构参数下batu的弯曲和扭转特性。在选择了3D-SWHSA的最佳结构参数集之后，采用有限元分析对其弯曲和变形能力进行了模拟，并随后进行了实验验证。为了验证其灵活性，适应性和生物相容性，在空气和水下环境中进行了成功的捕获实验。海底生物，包括海星、海参等外表柔软的生物，以及海螺、螃蟹等硬壳生物，也可以无害地捕获。当单个3D-SWHSA不足以捕获重心不稳定的物体或超过捕获范围时，可以使用双3D-SWHSA进行协同缠绕。这项研究肯定了3D-SWHSA在各种海洋应用中的巨大潜力，包括但不限于海洋勘探、捕鱼和作业。