軟體線性氣動執行器的解析與實驗力分析
本文對一種新型線性軟套管執行器（LSSA）進行了解析和實驗力分析。建立了準靜態模型，通過實驗驗證了在125 kPa壓力下出力隨伸長從約112 N降至零，且靜態載荷會延遲並減小出力。結果表明LSSA的力生成受壓力、幾何形狀、位移、載荷和軸向剛度的耦合影響。
文章情報
要點
- 提出了一種適用於可穿戴機器人的線性軟套管執行器（LSSA），並建立了準靜態力分析模型。
- 實驗顯示在125 kPa下，LSSA出力從零伸長時的約112 N隨伸長至40 mm而降至接近零。
- 靜態載荷會延遲力生成並降低出力，尤其在低中壓時更為顯著。
- 軸向剛度的擬合對模型精度至關重要。
為甚麼重要
這條新聞值得關注，因為提出了一種適用於可穿戴機器人的線性軟套管執行器（LSSA），並建立了準靜態力分析模型。
技術影響
可能影響模型選型、推理成本、產品能力和評測基準。
軟體機器人領域近期出現了一種新型氣動執行器——軟套管執行器（SSA），其套筒狀結構可直接貼合肢體，減少對外部附件的依賴。然而，SSA的力生成行為，尤其是輸出力隨伸長的變化、外部載荷的影響以及軸向剛度的作用，尚缺乏充分解釋。
本研究聚焦於線性軟套管執行器（LSSA），通過解析建模與實驗驗證揭示了其力學特性。研究團隊開發了一個準靜態解析模型，將淨軸向力表示為壓力在端蓋和摺疊壁上產生的貢獻減去軸向剛度引起的阻力。模型考慮了內部壓力、投影面積、摺疊壁幾何、軸向位移以及通過實驗擬合的軸向剛度關係。
實驗採用預定伸長和靜態載荷兩種方案。在125 kPa氣壓下，執行器從零伸長時產生約112 N的力，隨着伸長至40 mm，力逐漸降至接近零。靜態載荷測試表明，外力加載會延遲可測量的力生成，並顯著降低力輸出，尤其在低中壓條件下更為明顯。
綜合分析顯示，LSSA的力生成是壓力、幾何形狀、位移、外部載荷和軸向剛度多重因素耦合的結果。該研究為軟體執行器在可穿戴和輔助機器人領域的應用提供了理論依據和設計指導。此外，研究還指出軸向剛度的精確擬合對模型預測能力至關重要，未來工作可進一步優化模型以涵蓋動態效應和更復雜的載荷條件。這篇論文由Mohammed Abboodi等人完成，於2026年5月21日提交至arXiv，編號2605.21836，屬於機器人學（cs.RO）領域。該研究不僅為LSSA的設計提供了量化工具，也為其他類型的軟體執行器力分析提供了參考框架。