软体线性气动执行器的解析与实验力分析
本文对一种新型线性软套管执行器（LSSA）进行了解析和实验力分析。建立了准静态模型，通过实验验证了在125 kPa压力下出力随伸长从约112 N降至零，且静态载荷会延迟并减小出力。结果表明LSSA的力生成受压力、几何形状、位移、载荷和轴向刚度的耦合影响。
文章情报
要点
- 提出了一种适用于可穿戴机器人的线性软套管执行器（LSSA），并建立了准静态力分析模型。
- 实验显示在125 kPa下，LSSA出力从零伸长时的约112 N随伸长至40 mm而降至接近零。
- 静态载荷会延迟力生成并降低出力，尤其在低中压时更为显著。
- 轴向刚度的拟合对模型精度至关重要。
为什么重要
这条新闻值得关注，因为提出了一种适用于可穿戴机器人的线性软套管执行器（LSSA），并建立了准静态力分析模型。
技术影响
可能影响模型选型、推理成本、产品能力和评测基准。
软体机器人领域近期出现了一种新型气动执行器——软套管执行器（SSA），其套筒状结构可直接贴合肢体，减少对外部附件的依赖。然而，SSA的力生成行为，尤其是输出力随伸长的变化、外部载荷的影响以及轴向刚度的作用，尚缺乏充分解释。
本研究聚焦于线性软套管执行器（LSSA），通过解析建模与实验验证揭示了其力学特性。研究团队开发了一个准静态解析模型，将净轴向力表示为压力在端盖和折叠壁上产生的贡献减去轴向刚度引起的阻力。模型考虑了内部压力、投影面积、折叠壁几何、轴向位移以及通过实验拟合的轴向刚度关系。
实验采用预定伸长和静态载荷两种方案。在125 kPa气压下，执行器从零伸长时产生约112 N的力，随着伸长至40 mm，力逐渐降至接近零。静态载荷测试表明，外力加载会延迟可测量的力生成，并显著降低力输出，尤其在低中压条件下更为明显。
综合分析显示，LSSA的力生成是压力、几何形状、位移、外部载荷和轴向刚度多重因素耦合的结果。该研究为软体执行器在可穿戴和辅助机器人领域的应用提供了理论依据和设计指导。此外，研究还指出轴向刚度的精确拟合对模型预测能力至关重要，未来工作可进一步优化模型以涵盖动态效应和更复杂的载荷条件。这篇论文由Mohammed Abboodi等人完成，于2026年5月21日提交至arXiv，编号2605.21836，属于机器人学（cs.RO）领域。该研究不仅为LSSA的设计提供了量化工具，也为其他类型的软体执行器力分析提供了参考框架。