模块化软刚性混合操作机臂的设计与控制：基于自接触

软机器人旨在设计具有高度可变形材料的机器人，使其能够适应并可靠地操作于非结构化和可变环境中。虽然软机器人相对于刚性机器人具有更好的顺应性，但其有效载荷受限，且在陆地环境中对抗重力时能耗较大。为解决承载能力限制问题，本文引入一种新型软刚性混合机器人操作机臂（soft-rigid hybrid manipulator, SRH），其在串联配置中结合了软连续模块和刚性关节。SRH操作机臂可以通过动态形状调制，并利用刚性组件之间的自接触，有效形成刚性结构，从而在顺应柔软和坚硬强大之间无缝转换。本文讨论了SRH机器人的设计与制造，并提出了一系列针对SRH系统的新型控制算法。我们提出了基于配置空间的PD+形状控制器和笛卡尔阻抗控制器，两者均已证明具有稳定性，赋予软机器人必要的低层次能力。我们在SRH硬件上验证了控制器，并展示了机器人执行多个任务。我们的结果突显了软刚性混合范式产生既安全又高效进行任务执行的机器人的潜力。