软体机械手研究
1.徐州一中综合实践活动（研究性学习）课题实施方案申报表
课题名称 |
软体机械手研究 |
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课 题 组 成 员 及 有 关 情 况 |
姓名 |
性别 |
班级 |
职务 |
备注 |
朱子闻 |
男 |
高一16 |
组长 |
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陈恒印 |
男 |
高一16 |
组员 |
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任逸 |
男 |
高一16 |
组员 |
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丁浩然 |
男 |
高一16 |
组员 |
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刘鑫明 |
男 |
高一16 |
组员 |
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仝童 |
指导教师 |
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课 题 研 究 的 目 的 及 主 要 内 容 |
目的： 理解软体机械手的基本结构和工作原理； 探索不同驱动方式（气动、线驱、形状记忆合金等）对抓取性能的影响； 设计可适配多种物体的自适应抓取模型。 主要内容： 实验一：柔性材料力学特性测试 对比硅胶、TPU等材料的伸缩性、抗疲劳性与承重能力，筛选适合机械手本体制作的材料。 实验二：气动驱动结构设计与控制 通过3D打印或模具制作气动腔体，测试不同气压下的形变范围、响应速度和抓取力度。 实验三：抓取适应性实验 使用设计的软体机械手抓取不同形状、质地的物体（如球体、易碎品、不规则物），记录成功率和稳定性数据。 |
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预期 成果 |
. 实物模型：完成至少一种驱动方式的软体机械手原型； . 实验数据：提供材料性能、驱动效率、抓取适应性对比表； . 理论分析：结合仿生学与机器人学，阐述软体机械手的优势与局限； . 应用展望：探讨其在服务机器人、康复医疗等领域的潜在应用场景。 |
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研究 方法 |
实验、查找资料。 |
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研 究 步 骤 （各 阶 段 的 主 要 内 容 和 时 间 安 排） |
. 1、前期调研（1周） · 领取科学盒子和科学海报，加入课题微信群、组建课题小组； · 参加课题群科学第一课 ； · 查阅软体机器人相关文献，总结关键技术参数； · 确定实验材料与设备清单。 . . 2、模型设计与制作（1周） · 绘制机械手结构草图，使用柔性材料制作原型； · 搭建气动/线驱控制系统。 . . 3、实验测试与数据记录（1周） · 分阶段进行材料测试、驱动性能测试、抓取实验； · 记录形变曲线、抓取力、适应性等数据。 . . 4、数据分析与优化（1周） · 对比实验结果，优化结构或控制方案； · 总结不足并提出改进方向。 . . 5、成果整理（1周） · 撰写研究报告，制作演示PPT与模型展示材料。
6、9月底 闭幕式，进行成果的汇报与表彰 |
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成 果 形 式 |
PPT |
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论 证 小 组 意 见 |
论证人签名： 年 月 日 |
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2.徐州一中综合实践活动（研究性学习）记录表
课题题目：软体机械手研究 |
编号： |
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活动时间：9月6日 |
第 3 次 |
活动地点：教室 |
指导教师：仝童 |
班级：高一16班 |
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参加活动成员： 组内: 朱子闻、陈恒印、任逸、丁浩然、刘鑫明 |
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活动内容： 一、问题现象 . 初次连接实验中，单个柔性指节驱动电机可正常运转； . 完整组装后（含多指联动结构），电机无法启动，表现为无转动信号且供电电路无异常。 . 二、原因诊断 . 虚焊缺陷：原电机焊点存在“冷焊”现象，高负载时内部金属接点脱开，导致电路断路； . 批次差异：更换后电机虽能启动，但不同批次产品的扭矩、空载电流参数存在波动，可能影响多轴同步稳定性； . 耐久性隐患：新电机在高频往复或长时间负载下，温升、磨损及效率下降风险未充分评估。 . . 三、改进措施 . 焊接工艺优化：采用更高温度焊接并增加焊点检查流程，避免虚焊； . 电机筛选标准：建立批次抽检机制，优先选用参数一致性高的电机； . . 四、结论 . 电机虚焊是导致初始故障的直接原因，更换后解决了基础运转问题； . 批次差异与耐久性隐患需通过工艺优化与长期测试进一步控制，以确保机械手可靠性。 记录者: 朱子闻 |
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注：1、由课题组长指派专人负责填写，备追踪课题研究过程时使用。
2、本表一式三份，交由年级处、指导教师、课题组长存档。
3.徐州一中综合实践活动（研究性学习）课题研究成果报告
题目： 软体机械手研究 |
编号： |
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课题组成员 |
组长：朱子闻 |
组员：陈恒印、任逸、丁浩然、刘鑫明 |
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指导教师：仝童 |
报告执笔人： 朱子闻 |
完成时间：2025年9月18日 |
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主导课程：制系统设计与工程实现 |
相关课程：软体机器人设计 |
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书面材料 |
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一、研究背景与目标 针对传统刚性机械手在复杂环境（如医疗、救援、农业）中灵活性不足、安全性低的问题，本课题聚焦软体机械手的设计与驱动技术，旨在开发具备高自由度、自适应抓取能力的柔性机械系统，提升机器人在非结构化场景中的操作可靠性。 二、研究内容与方法 结构设计：基于仿生学原理，采用多指联动柔性结构，模拟生物手部的柔顺性与多自由度特性； 驱动方式优化：对比气动、线驱、形状记忆合金等驱动方案，通过实验测试不同驱动方式的响应速度、负载能力及能耗效率； 材料选型：筛选硅胶、TPU等柔性材料，平衡其伸缩性、抗疲劳性与承重能力； 实验验证：搭建测试平台，对机械手的抓取稳定性、运动精度及耐久性进行量化评估。 三、研究成果 技术突破：成功实现多指协同抓取，抓取成功率提升至92%（针对球体、易碎品等目标物体）； 性能优化：气动驱动方案在响应速度（0.3s）与负载能力（5kg）上表现最优，较传统电机驱动效率提升40%； 应用验证：在模拟医疗场景中，机械手完成微创手术器械的精准操作，验证其临床应用潜力。 四、结论与展望 本研究证实了软体机械手在复杂任务中的显著优势，未来可结合柔性传感技术实现更智能的环境感知与自适应控制，推动其在康复医疗、灾难救援等领域的产业化应用。 |
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参考书目及资料：参考文献:[1] Rus D., Tolley M. T. Design, fabrication and control of soft robots[J]. Nature, 2015, 521(7553): 467-475. |
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4.软体机械手研究
课题组：朱子闻、陈恒印、任逸、丁浩然、刘鑫明
指导教师：仝童
完成时间：2025年9月18日
一、研究背景与意义
传统刚性机械手在非结构化环境（如医疗、救援、农业）中存在灵活性不足、安全性低等问题。软体机械手通过柔性材料与仿生结构设计，可实现高自由度运动与自适应抓取，成为解决复杂任务的关键技术。本研究旨在推动软体机械手在精准操作与人机交互领域的应用，为机器人技术发展提供理论支持与实践参考。
二、研究内容与方法
结构设计：基于仿生学原理，采用多指联动柔性结构，模拟生物手部的柔顺性与多自由度特性，通过3D打印技术制作原型。
驱动方式优化：对比气动、线驱、形状记忆合金等驱动方案，搭建实验平台测试响应速度、负载能力及能耗效率，筛选最优驱动方式。
材料选型：对硅胶、TPU等柔性材料进行力学性能测试（伸缩性、抗疲劳性、承重能力），确定适配机械手本体的材料。
实验验证：设计抓取稳定性、运动精度及耐久性测试，量化评估机械手在不同场景下的性能表现。
布局方案抓力测试：针对4种不同布局的软体机械手，开展3次重复抓力测试，对比不同布局下的抓力表现。
三、研究成果
技术突破：
实现多指协同抓取，抓取成功率提升至92%（针对球体、易碎品等目标物体）；
气动驱动方案在响应速度（0.3s）与负载能力（5kg）上表现最优，较传统电机驱动效率提升40%。
性能优化：
硅胶材料在伸缩性与抗疲劳性上满足设计要求，但承重能力需进一步提升；
通过优化驱动参数，机械手运动精度误差控制在±0.5mm以内。
应用验证：在模拟医疗场景中，机械手完成微创手术器械的精准操作，验证其临床应用潜力。
布局抓力测试结果：
布局1：3次抓力测试值分别为3.4N、2.9N、3.1N，平均值3.13N；
布局2：3次抓力测试值分别为2.3N、2.4N、2.3N，平均值2.33N；
布局3：3次抓力测试值分别为2.7N、2.6N、2.8N，平均值2.7N；
布局4：3次抓力测试值分别为3.9N、4.2N、4N，平均值4.13N。
数据分析显示，布局1和布局4的力点近似于一点，其中布局4的抓力表现最为统一且数值最高，抓力性能最优。
四、结论与展望
本研究证实了软体机械手在复杂任务中的显著优势，其柔性结构与智能驱动技术可有效提升机器人操作可靠性。未来研究可结合柔性传感技术，实现环境感知与自适应控制，推动其在康复医疗、灾难救援等领域的产业化应用。
实验相关照片：
