Manufacturing Complex Airtight Soft Pneumatic Actuators for Soft Robotics: Process Evaluation and Optimization
本研究评估多种复杂软气动执行器制造工艺，发现熔融沉积建模（FDM）适应性最强，确立了以执行器架构与制造约束兼容性为核心的面向制造设计方法，为相关执行器开发提供实用指导。
2026-08-14 cs.RO
Geometry-based pneumatic actuators for soft robotics
Institute of Mechanical Intelligence, School of Advanced Studies Sant’Anna (SSSA)（机械智能研究所，圣安娜高级研究所）
基于几何的气动执行器通过可配置约束层实现可预测变形和多状态驱动，应用于外骨骼、触觉接口和双足机器人，提升软机器人性能。
2026-02-27 cs.RO
A Reconfigurable Fabric Based Pneumatic Actuator with Button Fastened Constraint Modules for Multi Mode Actuation
Osaka University（大阪大学）
该研究提出带纽扣固定约束模块的可重构织物气动执行器，可快速切换四种驱动模式，搭配可附着电容式触觉传感器，构建的软机械臂可原位重构运动以实现抓取，提升了软机器人功能适应性。
2026-10-09 cs.RO
TO-mdiSPAs: Topology Optimization of multi-directional Soft Pneumatic Actuators
Indian Institute of Technology Hyderabad（印度海得拉巴理工学院）
本文提出一种基于拓扑优化的系统方法，设计多方向软体气动执行器，通过三场公式和达西定律建模，实现多方向运动。
2026-10-01 cs.RO
Real-time Puncture Detection and Recovery for Pneumatic Soft Actuators
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；University of Notre Dame（圣母大学）
本文提出基于惯性测量单元数据的气动软体执行器实时穿刺检测与恢复方法，利用异常检测器和腔室扰动方案识别损伤并估计严重程度，并通过多腔室执行器实现故障后驱动力维持。
2026-09-09 cs.RO
Integrated Design and Fabrication of Pneumatic Soft Robot Actuators in a Single Casting Step
University of Coimbra（科英布拉大学）
本研究提出一种单步浇铸集成设计与制造气动软体执行器的方法，利用FFF打印模具和可溶芯体，结合加热水溶解与FEA分析，实现非均匀截面执行器快速制造，并展示三种生物启发机器人应用。
2024-07-18 cs.RO
Programmable Telescopic Soft Pneumatic Actuators for Deployable and Shape Morphing Soft Robots
Centre for Robotics, Queensland University of Technology, Australia（机器人中心，昆士兰理工大学，澳大利亚）
本研究提出可编程伸缩式软气动驱动器PTSPAs，通过参数化几何生成器定制设计，经实验明确参数与性能关系，可用于可展开软体四足机器人以适应受限空间，为大长度变化需求的结构提供新设计范式。
2025-11-10 cs.RO
Bio-Inspired Pneumatic Modular Actuator for Peristaltic Transport
University of California, Los Angeles（加利福尼亚大学洛杉矶分校）
针对易碎和不规则物体运输难题，本文提出集成甜甜圈形模块与实时压力反馈的气动模块化软体执行器，实现无需复杂算法的稳健、柔性蠕动抓取与运输。
2024-12-06 cs.RO
The Folded Pneumatic Artificial Muscle (foldPAM): Towards Programmability and Control via End Geometry
Purdue University（普渡大学）
软气动执行器已在许多软机器人系统中得到应用，其压力驱动的性质为控制其运动带来了独特的挑战和机遇。在这项工作中，我们提出了一个新的概念：设计和控制气动执行器通过端几何。我们展示了一种新型的致动器类，命名为折叠气动人工肌肉（foldPAM），其特点是薄膜的空气袋，对称折叠的每一边。改变致动器的折叠部分会改变端部约束，从而改变力-应变关系。我们通过测量具有不同长度和折叠量的各个foldPAM单元的力-应变关系来实验研究这种变化。除了静态几何单元外，还设计了一个驱动式foldPAM装置，用于对端部几何形状进行连续的按需调节，从而在保持恒定压力的同时实现闭环位置控制。该装置的实验表明，几何控制允许访问力-应变平面上的不同区域，并且闭环几何控制可以实现致动范围的0.5%以内的误差。
2023-02-09 cs.RO
Parallel, Modular Fabric Actuators for a 2-DOF Pneumatic Sleeve
National University of Singapore (NUS)（新加坡国立大学）；Advanced Robotics Center (ARC) at NUS（新加坡国立大学先进机器人中心）
肩膀负责整个上肢的运动。它能够以三个自由度（DOF）进行关节运动，使手臂能够以无与伦比的灵活性执行操作动作。以肩部为目标的外骨骼必须能够模拟其复杂的运动学。虽然典型的架构已被证明是有用的，但它们采用复杂且通常不充分的技术来匹配肩部的移动性。提出了一种新的二自由度机器人软肩外骨骼。模块化软机器人致动器与外骨骼上的分离的膨胀模块能够模仿肱骨的自然运动。这些致动器被组织成两个对立的对，并在一个平行的配置操作。我们提出了驱动外骨骼的致动器的设计和功能。致动器的设计使其能够执行3-D弯曲与微不足道的阻力。我们通过一系列静态和动态测试来测量其性能。根据配置的不同，执行器可以产生高达15.54 N-m的最大扭矩，并且在阶跃输入激励时可以以约2 s的最小上升时间做出响应。我们证明了它的能力，执行援助的肩膀运动。它能够从任何起始位置到达肱骨工作空间上的任何点。
2019-11-11 cs.RO
Electronics-Free Pneumatic Logic Circuits for Localized Feedback Control of Multi-Actuator Soft Robots
University of Southern California（南加利福尼亚大学）
只有当自主操作所需的控制器可以完全在软部件上实现时，才能实现创造能够执行复杂任务的完全软体机器人的愿景。尽管最近在用于机械信号处理的顺应性流体回路方面取得了进展，但是该技术用于软体机器人控制的适用性受到复杂的制造和调谐过程以及对诸如时钟和数字参考的外部信号的需要的限制。我们提出了一种方法来开发气动软体机器人，其中多个致动器之间的协调相互作用，使用控制器上实现的组件分布式嵌入在系统的软结构。在这种方法中，引入了二进制和多值致动器逻辑状态的概念。以这种方式，使用新类型的软阀建立的致动器的模拟状态之间的物理局部动态耦合可以被认为是作用于致动器状态的离散表示的基于逻辑门的映射。因此，数字逻辑设计的技术可以应用于导出智能地协调致动器响应的振荡模式的局部化机械耦合的架构。为了控制器调整的目的，设想软阀，使得它们的主要物理参数可以通过相应结构元件的简单几何变化从机器人的外部进行调整。为了证明所提出的方法，我们提出了一个六状态移动软体机器人的发展。
2020-03-08 cs.RO
SPADA: A Toolbox of Designing Soft Pneumatic Actuators for Shape Matching based on Surrogate Modeling
Oxford Robotics Institute, University of Oxford（牛津大学牛津机器人研究所）；Institute of Biomedical Engineering, University of Oxford（牛津大学生物医学工程研究所）；University of Genoa（热那亚大学）
针对软气动执行器形状匹配设计精度不足、缺乏端到端易用工具的问题，本文提出融合模块化运动学模型、FEM仿真与PCC近似的SPADA框架，结合神经网络代理模型和遗传算法实现高效优化，开发带GUI的开源工具箱，验证了2D高精度匹配与3D设计潜力。
2023-08-21 cs.RO
Reconfigurable, Transformable Soft Pneumatic Actuator with Tunable 3D Deformations for Dexterous Soft Robotics Applications
Hong Kong University of Science and Technology (HKUST)（香港科技大学）；HKUST Shenzhen-Hong Kong Collaborative Innovation Research Institute（香港科技大学深圳-香港协同创新研究院）
针对传统PneuNet软执行器功能预制、运行中无法调整的问题，提出可重构可变形软气动执行器RT-SPA，通过可控变形和多尺寸驱动单元实现多样3D变形，经实验验证了其在移动、抓取等场景的多功能性。
2023-11-06 cs.RO
Underactuated Control of Multiple Soft Pneumatic Actuators via Stable Inversion
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
针对单注射泵驱动的多软体手指协调难题，本文基于稳定逆理论设计欠驱动控制框架，并通过仿真与实验验证其精确协调操作能力。
2024-08-04 cs.RO
Control Pneumatic Soft Bending Actuator with Feedforward Hysteresis Compensation by Pneumatic Physical Reservoir Computing
the University of Tokyo（东京大学）
本文提出模糊气动物理储备池计算（FPRC）模型，利用气动弯曲执行器作为物理储备池并结合T-S模糊逻辑，实现软执行器运动控制的前馈迟滞补偿，实验证明其测试精度优于ESN且执行时间更短，并首次将物理系统用于软执行器前馈迟滞补偿。
2024-12-27 cs.RO cs.SY eess.SY
Elastomeric Strain Limitation for Design of Soft Pneumatic Actuators
本文研究了用于安全力生成的软气动执行器设计，通过电吸附（EA）限位器实现形状变化、快速力施加和精确充气轨迹控制，展示了在相同压力扫描下可变轨迹充气的应用。
2026-04-03 cs.RO
Two Degree of Freedom Adaptive Control for Hysteresis Compensation of Pneumatic Continuum Bending Actuator
The University of Tokyo（东京大学）；Bridgestone Corporation（普利司通公司）
针对气动连续弯曲执行器的迟滞非线性问题，本文提出一种二自由度自适应控制方法，将自适应性同时融入反馈与前馈环节，实现了精确弯曲跟踪，并通过对比实验验证了其优越的跟踪精度。
2023-09-18 cs.RO cs.SY eess.SY
Control Pneumatic Soft Bending Actuator with Online Learning Pneumatic Physical Reservoir Computing
Department of Information Physics and Computing, The University of Tokyo（信息物理与计算系，东京大学）
本文提出一种基于物理储备池计算的在线学习框架，利用单个气动软执行器作为PRC模型实现零样本在线学习，控制气动软弯曲执行器运动，实验表明其RMSE较线性模型平均降低37%以上。
2025-03-20 cs.LG cs.RO cs.SY
Sensing and Reconstruction of 3D Deformation on Pneumatic Soft Robots
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学）；The University of Manchester（曼彻斯特大学）
软体机器人具有无限的变形自由度，其实时本体感觉是一个具有挑战性的问题。当使用多个致动器时，由于彼此之间的相互作用也会在致动器上发生变形，因此变得更加困难。为了解决这个问题，我们提出了一种方法，在本文中，通过第一次集成多个低成本的传感器内部的气动执行器的腔室，然后使用机器学习捕获的信号转换成软体机器人的形状参数的气动软体机器人的三维变形的传感器和重建。采用外部运动捕捉系统来生成用于训练和测试的数据集。通过良好的形状参数化，可以从多个传感器获得的信号中精确地重建出软体机器人的三维形状。我们证明了这种方法的有效性的两个设计的软体机器人-机器人关节和可变形膜。在将这些软体机器人的变形参数化为紧凑的形状参数之后，我们可以有效地训练神经网络，以从传感器信号重建3D变形。感测和形状预测流水线可以在消费级设备上以50 Hz实时运行。
2020-12-22 cs.RO
Cross-sectional Topology Optimization of Slender Soft Pneumatic Actuators using Genetic Algorithms and Geometrically Exact Beam Models
Institute for Computational Physics in Engineering（工程计算物理研究所）；RPTU Kaiserslautern-Landau（凯撒斯劳滕-兰道莱茵-普法尔茨理工大学）
针对软体机器人设计耗时且依赖手工试错的问题，提出基于遗传算法和几何精确梁模型的细长软气动执行器横截面拓扑优化方法，通过仿真验证表明该方法能有效辅助设计并减少人工迭代。
2024-12-20 cs.RO physics.comp-ph
A Virtual 2D Tactile Array for Soft Actuators Using Acoustic Sensing
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；Science of Intelligence, Research Cluster of Excellence（卓越研究集群——智能科学）
我们使用嵌入式音频组件为软气动执行器创建了一个虚拟的2D触觉阵列。我们检测声音调制中的接触特定变化以推断触觉信息。我们评估不同的声音表示和学习方法，以检测即使是微小的接触变化。我们通过PneuFlex致动器的示例演示了声学触觉传感器阵列，并使用盲文显示器单独控制29x4针与致动器的90x10 mm手掌表面的接触。评估的空间分辨率，声学传感器定位边缘在x和y方向的均方根回归误差分别为1.67毫米和0.0毫米。即使是单个盲文针的轻微接触，也能以0.17 N的提升力进行高精度测量。最后，我们证明了传感器的敏感性，复杂的接触形状，成功地读取26个字母的盲文字母表从一个单一的显示单元的分类率为88%。
2022-08-22 cs.RO
What Happens When Pneu-Net Soft Robotic Actuators Get Fatigued?
New York University（纽约大学）；Sapienza University of Rome（罗马第一大学）
与刚体机器人系统相比，软致动器在康复和辅助机器人的背景下引起了极大的兴趣，以提高安全性和降低成本。在致动期间，软致动器经历高水平的变形，这可能导致其弹性体结构中的微尺度断裂，这使系统随着时间的推移而疲劳，并最终导致宏观尺度的损坏和最终失效。本文报道了在高角度下的有限元建模（FEM），以及在高变形率下的重复实验，以研究软机器人致动器中的疲劳的影响和行为，这将导致偏离理想行为。比较有限元模型和实验数据，我们表明，有限元可以模拟疲劳前的致动器的性能，弯曲角度为167度，精度为96%。我们还表明，有限元模型的性能将下降到80%，由于反复高角度弯曲后的疲劳。本文的结果客观地突出了疲劳的出现超过循环激活的系统和由此产生的偏离计算有限元模型。这种行为可以考虑在未来的控制器，以适应系统的时变和非自主的响应动态的软体机器人。
2022-12-07 cs.RO cs.SY eess.SY
Stable Real-Time Feedback Control of a Pneumatic Soft Robot
University of Notre Dame（圣母大学）
本研究针对气动软体机器人，提出一种基于PDE的无限维反馈控制器，通过凸二次规划实时调整增益以适配有限执行器，实验验证其稳定性，填补了理论设计与实际驱动的空白。
2023-04-09 cs.RO
phloSAR: a Portable, High-Flow Pressure Supply and Regulator Enabling Untethered Operation of Large Pneumatic Soft Robots
Stanford University（斯坦福大学）
针对大型气动软体机器人受限于笨重气源、动态能力不足的问题，本文提出便携式大流量压力供应与调节器phloSAR，并通过建模、硬件实验及飞行器软体臂集成验证其无绳动态应用能力。
2024-03-02 cs.RO
Robust Silicone Pour Casting and Sensor Embedding Procedures for Soft Robotic Actuators
研究软机器人可重复可扩展制造问题，核心方法是双组分浇注成型制造软气动致动器及嵌入薄膜柔性传感器，并进行有限元建模和多种实验验证，主要贡献是提供稳健制造程序及相关验证，推动软机器人广泛应用。
2026-07-20 cs.RO
Vision-based FDM Printing for Fabricating Airtight Soft Actuators
Department of Robotics Engineering, Worcester Polytechnic Institute（机器人工程系，沃斯特理工学院）；Department of Computer Science, Worcester Polytechnic Institute（计算机科学系，沃斯特理工学院）；Department of Mechanical and Materials Engineering, Worcester Polytechnic Institute（机械与材料工程系，沃斯特理工学院）；Department of Electrical and Computer Engineering, Worcester Polytechnic Institute（电气与计算机工程系，沃斯特理工学院）
本文提出了一种基于视觉的FDM打印方法，通过摄像头监控和纠正打印缺陷，提升气动执行器的密封性，无需调整打印参数。
2024-04-10 cs.RO
Design of Multifunctional Soft Doming Actuator for Soft Machines
Temple University（天普大学）
基于双层弯曲的软致动器在软机器人中被广泛用于运动和物体抓取。然而，基于双层圆顶的软致动器的研究仍然在很大程度上未被探索，尽管经常观察到的圆顶状形状的海底动物，如水母和章鱼吸盘。在此，基于非匹配变形双层圆板弯曲诱导拱起的简化模型，探讨了气动驱动下的柔性拱起驱动器的设计及其在多功能柔性机器设计中的应用。双层致动器由顶部用于径向膨胀的图案化嵌入式气动通道和底部用于应变限制的固体弹性体层组成。我们发现，无论是空腔体积和弯曲角在边缘的驱动圆顶可以通过调整沿径向方向的气动通道的高度梯度。我们展示了其在游泳，粘附和抓取方面的潜在多功能应用，包括运动速度为84 cm/min的高效仿生水下软机器人和通过利用大边缘弯曲角度实现低能耗的基于旋转的软夹具，以及通过利用大腔体体积实现具有超过10 N的强大和可切换粘附力的章鱼式软粘附致动器。
2018-03-23 cs.RO physics.app-ph
Novel bio-inspired soft actuators for upper-limb exoskeletons: design, fabrication and feasibility study
针对康复软机器人响应慢、力控研究少等问题，本研究提出含肘部LISPER和肩部SCASPER的上肢软驱动器设计范式，建立解析模型并通过假臂初步测试验证了可行性。
2025-09-01 cs.RO
BiPneu: Design and Control of a Bipolar-Pressure Pneumatic System for Soft Robots
Department of Electrical and Computer Engineering, Michigan State University（电气与计算机工程系，密歇根州立大学）
提出一种可扩展、高性价比的多通道双极气压气动系统BiPneu，并设计基于混合电-气动模型的双模式滑模控制器（DM-SMC），实现宽范围、精确、快速的压力调节，在软体机器人应用中显著优于MPC和PID控制器。
2026-06-09 cs.RO
Geometric Solutions for General Actuator Routing on Inflated-Beam Soft Growing Robots
Purdue University（普渡大学）；Stanford University（斯坦福大学）；University of California, Santa Barbara（加利福尼亚大学圣巴巴拉分校）
连续体和软体机器人可以利用复杂的致动器形状来呈现有用的形状，同时仅致动它们的许多自由度中的一些。同样增长的连续体机器人增加了可以驱动的潜在形状的范围，并使其更容易进入受限环境。现有的模型来描述复杂的运动学中涉及的一般驱动的连续体机器人依赖于模拟或良好的应力-应变关系，但非线性行为的薄壁膨胀梁中使用的增长机器人使这些技术难以应用。在这里，我们推导出运动学模型的单一，一般路由肌腱路径上的软气动骨干的不可扩展的，但灵活的材料，从几何关系。这允许仅利用系统的几何形状的知识对所得到的形状进行正演建模。我们表明，该模型可以准确地预测整个机器人身体的形状，以及模型如何随驱动类型而变化。我们还演示了使用这种运动学模型进行逆向设计，其中发现基于所需的最终机器人形状的致动器设计。我们将这些设计的执行器部署在软气动生长机器人上，以显示同时生长和形状变化的好处。
2021-10-26 cs.RO
Compact pneumatic clutch with integrated stiffness variation and position feedback
Beihang University（北京航空航天大学）；National Research Center for Rehabilitation Technical Aids（国家康复辅具研究中心）
刚度变化和实时位置反馈对于任何机器人系统都是至关重要的，但对于主动和可穿戴设备与用户和环境进行交互最为重要。目前，对于紧凑的尺寸，缺乏带来高保真反馈并保持设计和功能完整性的解决方案。在这项工作中，我们提出了一种新的最小离合器集成刚度变化和实时位置反馈，其性能超过传统的干扰解决方案。详细介绍了离合器的集成设计、建模和验证。初步实验结果表明，在最大力密度为15.64 N/cm 2时，离合器的阻抗力变化接近24倍。我们通过实验验证了该离合器：（1）提高柔性致动器的弯曲刚度，使柔性机械手的抓握力增加73%;（2）使柔性圆柱形致动器能够执行全向运动;（3）提供用于手姿态检测的实时位置反馈和用于动觉触觉反馈的阻抗力。本文介绍了功能部件，重点是集成设计方法，这将对软体机器人和可穿戴设备的发展产生影响。
2021-03-05 cs.RO
Electroadhesive Clutches for Programmable Shape Morphing of Soft Actuators
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Toyota Research Institute North America（丰田北美研究院）
软机器人执行器是具有固有顺应性的安全且适应性强的设备，这使得它们对于操纵微妙和复杂的物体具有吸引力。研究人员已经将刚性材料集成到软致动器中，以增加其力容量并指导其变形。然而，这些嵌入的材料在很大程度上是预先规定的和静态的，这将致动器限制在预定的运动范围内。在这项工作中，电粘附（EA）离合器集成在一个单室软气动致动器（SPA）提供本地可编程刚度调制控制致动器的变形。我们发现，激活不同的离合器模式膨胀成金字塔形，圆形和高原形状的硅胶膜。来自这些形状的曲率在致动期间被组合以沿着五个不同的自由度（DoF）在3.7 g和820 g物体上施加力。致动器工作空间最大为12 mm，适用于轻型物体。离合器失活导致局部弹性体膨胀，快速向搁置在表面上的物体施加高达3.2 N的力，并在受控方向上发射3.7 g的物体。致动器还可以将较重的820 g物体旋转5度，并在离合器停用后迅速将其恢复到水平对齐。该致动器由5 V电池、AA电池、DC-DC Transformer和4.5 V（63 g）DC气泵完全供电。这些结果证明了实现具有高DoF形状变化的软致动器的第一步，该软致动器保留了气动致动的固有优点，同时获得了EA离合器的电气可控性和强度。我们设想这样的系统以低轮廓坐立辅助装置、卧床患者操纵器或其他人体工程学机构的形式提供人体接触力。该技术也在ICRA 2022上进行了演示：https://www.youtu…
2022-11-14 cs.RO
Robust Generalized Proportional Integral Control for Trajectory Tracking of Soft Actuators in a Pediatric Wearable Assistive Device
Univ. of California, Riverside（加州大学河滨分校）
本文针对儿科软体可穿戴辅助设备中的软体气动执行器，提出一种鲁棒广义比例积分控制器，通过惯性测量单元实时反馈实现两自由度肩关节运动的精确轨迹跟踪，并在婴儿尺寸工程人体模型上验证了其有效性。
2023-08-01 cs.RO cs.SY eess.SY
Directly 3D Printed, Pneumatically Actuated Multi-Material Robotic Hand
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
提出一种15自由度多材料气动机械手，通过多材料增材制造直接3D打印无需组装，成本低于300美元，并配合低成本视觉遥操作系统完成不同任务测试。
2023-10-25 cs.RO
Design and Characterization of a 3D-printed Pneumatically-driven Bistable Valve with Tunable Characteristics
Oxford Robotics Institute, University of Oxford（牛津大学牛津机器人研究所）
虽然气动软体机器人的研究发展迅速，但大多数气动执行器仍然是由刚性阀和传统的电子控制。这些刚性电子元件的存在牺牲了软体机器人的顺应性和适应性。当前基于软材料的无电子阀门设计面临着行为一致性、设计灵活性和制造复杂性方面的挑战。利用软材料3D打印的优势，本文提出了一种双稳态气动阀的新设计，该设计利用两个具有结构双稳态的软的、气动驱动的、气动定向的锥形壳体来稳定和调节气流。操作阀所需的临界压力可以通过改变软双稳态结构的设计特征来调节。多材料打印简化了阀门制造，增强了设计特征优化的灵活性，并提高了系统的可重复性。在这项工作中，引入了理论模型和物理实验来研究临界操作压力和关键设计特征之间的关系。结果表明，通过改变材料刚度来调节阀特性的效果优于改变几何设计特征的效果（表明最大可调临界压力范围为15.3 ~ 65.2 kPa，最快响应时间$\leq$为1.8 s）。
2021-10-04 cs.RO
Trajectory Tracking Control of Dual-PAM Soft Actuator with Hysteresis Compensator
The University of Tokyo（东京大学）；Bridgestone Corporation（普利司通公司）
针对软体机器人气动执行器因迟滞特性难以控制的问题，提出一种基于双PAM弯曲执行器的自适应控制方法，通过动态调节PID控制器增益补偿迟滞，实验证明其在跟踪精度和响应速度上优于传统方法，为无模型控制提供新方向。
2023-11-18 cs.RO cs.SY eess.SY
Assistive Soft Robotic Glove with Ruffles Enhanced Textile Actuators
Queen Mary University of London（伦敦玛丽女王大学）；School of Engineering and Materials Science（工程与材料科学学院）；Centre for Advanced Robotics（高级机器人中心）
本研究针对手部辅助康复需求，研发出采用褶皱增强织物气压驱动器的柔性机器人手套，兼具安全轻便舒适特性，经受试者研究验证其辅助效果，可用于中风后康复与老年人助行。
2024-07-31 cs.RO
Fractional-order Modeling for Nonlinear Soft Actuators via Particle Swarm Optimization
Department of Mechanical Engineering, University of California, Berkeley, MSC Lab（机械工程系，加州大学伯克利分校，MSC实验室）
本文提出基于分数阶微分方程和粒子群优化的软执行器建模方法，实现高精度动态行为建模，提升预测性能和系统设计的适应性。
2025-12-20 cs.RO
Prismatic Soft Actuator Augments the Workspace of Soft Continuum Robots
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
软体机器人具有柔顺性、安全性和高度自由度等优点，在机械操作领域具有广阔的应用前景。然而，常用的双向连续段设计意味着软机器人操作器只能在有限的半球工作空间中工作。本工作通过设计、制造和控制一个附加的柔性棱柱形驱动器来增加柔性机械臂的工作空间。该驱动器由气动人工肌肉和活塞组成，使得驱动器可以反向驱动。我们将任务空间体积增加了116\%，现在我们能够执行以前软体机器人不可能完成的操作任务，例如在表面上的不同位置拾取和放置物体，并从容器中抓取物体。通过将柔性机器人手臂与棱柱关节相结合，我们极大地提高了软体机器人用于物体操作的可用性。这项工作促进了集成和模块化软机器人系统在以人为中心的环境中的实际操作应用的使用。
2022-08-22 cs.RO
A Soft Robotic Exosuit For Knee Extension Using Hyper-Bending Actuators
University of California, Riverside（加州大学河滨分校）
针对运动障碍患者独立活动困难的问题，本研究提出一种基于气动织物基超弯曲致动器的下肢外骨骼服设计框架，采用多材料套筒与3D打印自密封端盖结构，可产生足够力量辅助坐站转换，为日常运动辅助提供新方案。
2024-09-19 cs.RO
Pneumatic neurons for soft robots enable inflate-and-fire networks for rhythmic motion
UC San Diego（加州大学圣迭戈分校）
提出气动神经元软体执行器，通过充气-触发机制构建自激励网络，实现无需电子控制器的软体机器人节律运动，并揭示其动力学分岔规律。
2026-09-14 cs.RO
A Validated Physical Model For Real-Time Simulation of Soft Robotic Snakes
Worcester Polytechnic Institute（伍斯特理工学院）；NVIDIA（英伟达）；University of Copenhagen（哥本哈根大学）
在这项工作中，我们提出了一个框架，能够准确地表示软机器人执行器在多物理场环境中的实时的【形】。我们提出了一个约束为基础的动力学模型的1维气动软致动器，占内部压力，以及致动器的延迟和阻尼下的充气和放气的效果，并证明其准确性的一个完整的软机器人蛇与多个一维致动器的组成。我们验证了我们的模型的精度在静态变形和动态运动开环控制实验。为了达到实时的【形】性能，我们利用GPU的并行计算能力来实现交互式控制和反馈。
2019-04-05 cs.RO
Soft Robotic Exogloves for Dexterous Mobility -- Towards Personalized Rehabilitation
Department of Mechanical Engineering, Stevens Institute of Technology（机械工程系，史蒂文斯理工学院）；Faculty of Mechanical Engineering, Stevens Institute of Technology（机械工程学院，史蒂文斯理工学院）
研究针对软机器人外骨骼手套适配问题，通过拓扑扫描等实现手部个性化，利用有限元分析等方法进行建模测试，在多方面实现创新，为外骨骼手套设计优化及精细运动技能康复助力奠定基础。
2026-10-23 cs.RO
Design, Manufacturing and Open-Loop Control of a Soft Pneumatic Arm
Centro de Automática y Robótica (UPM-CSIC), Universidad Politécnica de Madrid — Consejo Superior de Investigaciones Científicas（自动化与机器人中心（UPM-CSIC），马德里理工大学——西班牙国家研究委员会）
本文设计并制造了一种多分段、五自由度的模块化气动软体机械臂，采用硅胶与石蜡铸造工艺及经验调参的开环控制，并测试其弯曲与承重性能。
2024-01-02 cs.RO
A Fabric Soft Robotic Exoskeleton with Novel Elastic Band Integrated Actuators for Hand Rehabilitation
Centre for Advanced Robotics（高级机器人中心）；School of Engineering and Materials Science（工程与材料科学学院）；Queen Mary University of London（伦敦玛丽女王大学）
中风和脊髓损伤等常见残疾可能会导致手部运动功能丧失。他们可以用机器人辅助康复技术来治疗，比如在机器人的帮助下连续地张开和闭合手，这种方法比传统方法更便宜，耗时更少。开发手部外骨骼是为了辅助康复，但其笨重的性质带来了某些挑战。由于软体机器人使用弹性体和织物元件而不是重型连杆，并且使用气动、液压或基于腱的而不是传统的旋转或线性马达来操作，因此软手外骨骼被认为是与康复相关的更好的选择。
2022-12-14 cs.RO
Bio-inspired circular soft actuators for simulating defecation process of human rectum
Yamaguchi University（山口大学）；Tokyo Institute of Technology（东京工业大学）；Universitas Gadjah Mada（加札马达大学）；Ritsumeikan University（立命馆大学）；Keio University（庆应义塾大学）
针对直肠排便模拟被忽视的问题，本文设计三种气动环形软体肌肉驱动器并配合仿真粪便开展实验，证明第三类驱动器收缩与产压性能最佳。
2024-08-28 cs.RO
Passive Flow Control for Series Inflatable Actuators: Application on a Wearable Soft-Robot for Posture Assistance
University of Tsukuba（筑波大学）；University of Tsukuba Hospital（筑波大学附属医院）
本文提出了一种采用阻流管与串联充气作动器相结合的柔性气动机器人多自由度被动控制方法。我们基于多个毛细管孔的压降原理设计和开发了这些3D打印电阻器，这允许从单个压力源被动控制其顺序激活。我们的设计适合标准管连接器，使其易于在任何其他类型的气动入口执行器上采用。我们提出了其表征的压力降和评价的激活序列的串联和并联电路的执行器。此外，我们提出了一个应用程序的援助姿势从躺到坐的过渡。我们将其嵌入为脑瘫婴儿设计的可穿戴服装机器人套装中。然后，我们进行了测试与假婴儿模仿上半身的运动控制。结果表明，顺序运动控制的坐和躺的过渡验证所提出的系统的流量控制和它的应用程序上的机器人西装。
2021-03-09 cs.RO physics.app-ph
Soft Pneumatic Gelatin Actuator for Edible Robotics
École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）
提出了一种基于明胶-甘油复合材料的全食用气动执行器。该致动器是单片的，通过模制工艺制造，长90 mm，宽20 mm，厚17 mm。由于复合材料的机械特性类似于硅橡胶弹性体，致动器在25 kPa的施加压力下表现出170.3 °的弯曲角和0.34 N的阻挡力。这些值与基于弹性体的气动致动器相当。作为验证示例，集成两个致动器以形成能够处理各种物体的夹具，突出了可食用致动器的高性能和适用性。这些可食用执行器，结合其他最近的可食用材料和电子产品，可以为新型可食用机器人奠定基础。
2017-03-04 cs.RO
Switchable Adhesion Actuator for Amphibious Climbing Soft Robot
Temple University（天普大学）
爬地软体机器人在远离地面的环境下，由于其在智能监视、检查、维护和检测方面的潜在应用，在科学和工程领域都引起了极大的兴趣。挑战在于设计一种快速、坚固、可切换的粘附致动器，以轻松地连接和分离垂直表面。在这里，我们提出了一种新的设计，气动驱动的仿生软附着驱动器工作在地面和水下。它由非常柔软的双层结构组成，其中嵌入式螺旋气动通道位于具有空腔的基层顶部。在硬聚合物基粘附致动器中，我们不是直接将空气从腔体中抽出以进行抽吸的传统方式，而是将空气充气到顶部螺旋通道中，以变形成稳定的3D圆顶形状，从而在腔体中实现负压。所提出的软粘附致动器的最大剪切粘附力的表征显示了在多种类型的光滑和半光滑表面上的强而快速的可逆粘附。基于可切换附着力驱动器，结合柔性弯曲驱动器，设计并制作了一种新型的承载式两栖爬行柔性机器人。我们证明，它可以在各种各样的外国水平和垂直表面，包括干燥，潮湿，光滑，光滑，半光滑的地面上，也有一定的承载能力在水中。实验结果表明，在地面和水下攀爬过程中，当负重超过200 g（5倍于钢芯铝绞线自身重量）时，其垂直攀爬速度可达286 mm/min（1.6体长/min）。这项研究可以在很大程度上推动软机器人在恶劣环境下进行窗户清洁和水下检查的能力和多功能性。
2019-02-05 cs.RO physics.app-ph
Bond Graph Modelling and Simulation of Pneumatic Soft Actuator
Indian Institute of Technology Roorkee（印度理工学院鲁尔基分校）；Kyungpook National University（庆北国立大学）
本文介绍了一种可用于模仿蛇或蠕虫运动的软气动驱动器的设计和动态建模。键合图技术被用来推导出的致动器的动力学。为了验证所推导的动力学模型的准确性，我们使用20-sim软件进行数值模拟。实验结果表明，该柔性驱动器实现了双向弯曲和直线位移，这是模仿蛇或蠕虫运动的必要条件
2022-02-23 cs.RO
Passive and Active Acoustic Sensing for Soft Pneumatic Actuators
Biology Laboratory, Technische Universit \"a t Berlin, Germany 2 Science of Intelligence, Research Cluster of Excellence, Berlin, Germany
我们提出了一个传感器的方法，软气动执行器，使用嵌入式麦克风和扬声器来测量不同的致动器的属性。致动器的物理状态决定了声音在结构中传播时的特定调制。使用简单的机器学习，我们创建了一个计算传感器，可以从录音中推断出相应的状态。我们演示了软气动连续致动器上的声学传感器，并使用它来测量接触位置，接触力，物体材料，致动器充气，和致动器温度。我们表明，该传感器是可靠的（平均分类率为93%的6个接触位置），精确（平均空间精度为3.7毫米），并对常见的干扰，如背景噪声鲁棒。最后，我们比较了不同的声音和学习方法，并以20 ms的白噪声和支持向量分类器作为传感器模型，取得了最佳效果。
2022-08-22 cs.RO
Design and Characterization of Viscoelastic McKibben Actuators with Tunable Force-Velocity Curves
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；McGowan Institute for Regenerative Medicine（麦高恩再生医学研究所）
针对 McKibben 执行器力-速度特性研究不足的问题，本文采用粘弹性聚合物护套设计 VMA，通过等速实验和一维模型实现力-速度曲线的可调表征。
2023-01-11 cs.RO
Identification and Control of a Soft-Robotic Bladder Towards Impedance-Style Haptic Terrain Display
University of Utah（犹他大学）
本文评估的能力，软机器人气动执行器来自地形显示触觉设备，“智能鞋。“智能鞋的气囊设计升级，包括压力供应和更大的输出流量能力。创建了一个工作台设置来严格测试这种新型执行器。这种新的致动器的带宽和刚度的能力进行评估相对于人类步态过程中遇到的力和位移。提出了四个力与位移曲线相关的触觉地形显示和测试使用滑模跟踪控制。发现致动器可以维持类似于混凝土上的软底鞋的刚度，以及其他地形（沙子，泥土等），而7.3Hz的带宽达不到10 Hz的目标带宽。以20 mm/s（与人类步态的速度相似）完成的膀胱舒适度显示出跟踪所需力轨迹的有希望的结果。结果表明，该驱动器能够显示触觉地形轨迹，为未来可穿戴触觉地形显示器的研制提供了基础。
2022-07-12 cs.RO
Topology-Optimized Pneumatic Soft Actuator: Design and Experimental Validation
DTU（丹麦技术大学）
本文通过非线性拓扑优化设计了软弹性气动执行器，并通过实验验证了其性能。
2026-05-19 cs.RO
