软体机器人设计原理与应用

本书系统介绍了软体机器人领域的核心技术体系，围绕“结构- 材料- 制造-控制”这一技术闭环，深入解析了多种驱动原理、仿生构型与智能材料。全书注重理论与实践相结合，不仅构建了完整的知识框架，还通过气压驱动系统搭建、液态金属变刚度结构制备等典型案例，贯通了从基础原理到实际应用的完整路径。
本书适合机器人、智能材料、机械工程等领域的科研人员与工程师阅读，也可作为高等院校相关专业师生的参考用书。

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第1章 概述 001 ～ 006
1.1 软体机器人简介 002
1.2 软体机器人的起源与发展 002
1.3 软体机器人的分类 003

第2章 软体机器人的驱动方式 007 ～ 038
2.1 流体驱动 008
2.1.1 气压驱动 008
2.1.2 液压驱动 011
2.2 线缆驱动 012
2.3 电驱动 013
2.4 磁场驱动 014
2.5 光驱动 015
2.6 温度驱动 016
2.7 实操案例——软体机器人气压驱动装置搭建 017
2.7.1 方案设计 017
2.7.2 组成部件 019
2.7.3 装配与调试 033
参考文献 037

第3章 软体机器人的结构设计 039 ～ 054
3.1 双稳态结构 040
3.2 双层结构 041
3.3 纤维增强结构 042
3.4 基于力学超材料的结构 043
3.5 整体张拉结构 044
3.6 基于折纸/ 剪纸技术的结构 045
3.6.1 折纸技术 046
3.6.2 剪纸技术 047
3.7 实操案例——双层结构软体机器人 047

第4章 软体机器人的材料选择 055 ～ 084
4.1 弹性体 056
4.1.1 弹性体的主要特点 056
4.1.2 弹性体在软体机器人中的应用 058
4.2 水凝胶 060
4.2.1 水凝胶的主要特点 060
4.2.2 水凝胶在软体机器人中的应用 061
4.3 形状记忆聚合物 062
4.3.1 形状记忆聚合物的主要特点 062
4.3.2 形状记忆聚合物在软体机器人中的应用 063
4.4 形状记忆合金 064
4.4.1 形状记忆合金的主要特点 064
4.4.2 形状记忆合金在软体机器人中的应用 066
4.5 电活性聚合物 067
4.5.1 电活性聚合物的主要特点 067
4.5.2 电活性聚合物在软体机器人中的应用 068
4.6 液态金属 069
4.6.1 液态金属的主要特点 069
4.6.2 液态金属在软体机器人中的应用 070
4.7 其他材料 071
4.7.1 磁性体材料 072
4.7.2 相变材料 072
4.7.3 生物材料 073
4.7.4 复合材料 073
4.7.5 其他智能材料 074
4.8 实操案例——利用液态金属制备变刚度结构 075
参考文献 078

第5章 软体机器人的制造与加工技术 085 ～ 110
5.1 浇注成型 086
5.1.1 浇注成型工艺概述 086
5.1.2 浇注成型在软体机器人中的应用 087
5.1.3 浇注成型面临的挑战与未来发展方向 088
5.2 形状沉积制造 089
5.2.1 形状沉积制造工艺概述 089
5.2.2 形状沉积制造在软体机器人中的应用 090
5.2.3 形状沉积制造面临的挑战与未来发展方向 091
5.3 3D 打印 092
5.3.1 3D 打印工艺概述 093
5.3.2 3D 打印在软体机器人中的应用 094
5.3.3 3D 打印面临的挑战与未来发展方向 095
5.4 其他制造与加工技术 095
5.4.1 热压成型 096
5.4.2 注塑成型 097
5.4.3 微成形技术 097
5.5 实操案例——利用浇注成型工艺制造软体爬行机器人 098
参考文献 106

第6章 软体机器人的感知与控制 111 ～ 120
6.1 传感 112
6.1.1 电阻式传感器和压阻式传感器 113
6.1.2 电容式传感器 115
6.1.3 光学传感器 115
6.2 信号处理与控制 116
6.2.1 开环控制 116
6.2.2 闭环控制 116
6.2.3 自主控制 117
6.2.4 形态学计算控制 117

第7章 软体机器人的应用 121 ～ 134
7.1 医疗与康复 122
7.2 制造与工业自动化 124
7.3 农业 125
7.4 灾难救援 126
7.5 海洋探索 128
7.6 航空航天 129
7.7 娱乐与艺术 131

第8章 软体机器人的未来发展展望 135 ～ 139
8.1 技术发展方向 136
8.2 应用方向 137