针对软体机械臂存在运行精度低、刚度不足、超冗余和输出力矩小等问题，福州大学的姚立纲教授团队提出了以变刚度模块为基础的柔性气动机械臂的结构，开展柔性机械臂设计、非线性动力学建模和刚度性能分析。
姚教授团队以福建省工业机器人基础部件技术重大研发平台和福建省机器人基础部件与系统集成制造业技术创新中心为依托，着重研究柔性机械臂结构优化设计与分析及机构学模型的构建。提出耦合变刚度原理及变刚度模块设计，实现连续软体机械臂的模块化和变刚度，提升软体机械臂的负载能力。建立了变刚度气囊充气气压与模块刚度之间的数学模型，通过试验验证了软体机械臂耦合结构变刚度的合理性以及气压对结构刚度的可控性。后续团队将以柔性机械臂机构学模型构建为主要研究目标，建立机械臂结构超单元模型、构建工作空间密度函数、推导“力-位”控制方程。
福州大学姚立纲、李敬仪、东辉在《机械工程学报》2020年第9期发表了《气动软体机械臂模块变刚度性能分析》一文，论文为解决软体机械臂存在的结构刚度不足的问题，提出了一种基于耦合变刚度原理的变刚度模块化气动机械臂结构设计，可实现连续软体机械臂的模块化和变刚度，提升软体机械臂的负载能力。基于 Yeoh 模型构建变刚度气囊充气气压与模块刚度之间非线性力学数学模型。试验验证了软体机械臂耦合结构变刚度的合理性以及气压对结构刚度的可控性。
软体机械臂能更好地克服传统刚性机械臂灵活性差、环境适应性弱、安全性低的缺陷，可广泛应用到医疗和搜救等对机器人工作环境有特殊要求的行业。
引用本文
姚立纲, 李敬仪, 东辉. 气动软体机械臂模块变刚度性能分析[J]. 机械工程学报, 2020, 56(9): 36-44.
YAO Ligang, LI Jingyi, DONG Hui. Variable Stiffness Analysis on a Pneumatic Soft Manipulator[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2020, 56(9): 36-44.
主创简介
姚立纲，男，1964年出生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为机器人机构及机械传动学、康复机器人、现代设计方法、复杂曲面建模及精确制造。
东辉(通信作者)，女，1985 年出生，博士，副教授。主要研究方向为医疗康复机器人和机器人运动学及控制算法。
编辑：恽海艳 校对：向映姣
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