本书从软体机器人的由来、概念及分类，结构、仿生机理与驱动原理，运动建模，控制原理及其控制系统设计方法，传感器，设计与制造等方面，阐述软体机器人的原理、设计及应用。
本书由上海交通大学机器人学科知名教授编写。
全面反映了软体机器人结构原理、运动控制、设计研发、制造应用等关键技术，有很大参考价值。
该书入选“国家学术著作出版基金项目”，学术水平高。
近年来，软体机器人已经成为机器人研究领域中发展最快的方向之一，它在学术界的兴起表明了软体机器人技术在社会和工业中的作用和潜力。软体机器人由柔韧材料制成，可在大范围内任意改变机器人的形状及尺寸，具有高灵活性和高适应性。随着材料学的发展，各式各样的新型材料层出不穷，软体机器人的发展也受到各国科学家的重视。软体机器人与传统机器人相比能够更好地适应复杂工况，对环境产生的影响远小于传统刚体机器人，这使得软体机器人在特种作业、医疗和抓取工作中有着极大的应用前景。
目前软体机器人的研究还在起步阶段，结构的自由度、材料的非线性性质导致软体机器人设计、建模、分析、运动控制非常困难，传统机器人学的分析方法无法直接应用于软体机器人中。另一方面，目前对软体机器人的研究主要采用仿真与实验相结合的方法，缺乏驱动变形的理论建模和数学分析方法，因而对软体机器人有关设计、数学建模、原理分析等相关研究还不成熟。这些问题都为软体机器人的研究带来了挑战和机遇。
笔者在国内较早开始软体机器人的研究工作，在软体机器人顶级期刊Soft Robotics发表多篇有关软体机器人的前沿论文，考虑到目前市场上全面介绍软体机器人相关技术的图书非常匮乏，笔者拟结合已有成果及各类新颖的软体机器人研究经验，撰写本书。
本书在对软体机器人技术发展和科研动态进行全面综述的基础上，从软体机器人的由来、概念及分类，结构、仿生机理与驱动原理，运动建模，控制原理及其控制系统设计方法，传感器、设计与制造等方面，全面阐述了软体机器人的原理、设计及应用，突出软体机器人的设计思想、理论与方法。本书是笔者多年软体机器人科研成果的总结，希望对广大软体机器人科研和产业工作者有所帮助。
在编写过程中，很多同事和同行都给予指导和帮助，在此深表感谢！
由于笔者水平和时间所限，不妥之处，敬请广大读者朋友批评指正。
费燕琼于上海交通大学
2022年12月
第1章绪论
1.1软体机器人的由来001
1.2软体机器人的概念002
1.3软体机器人的分类003
1.3.1按照用途分类004
1.3.2按照驱动方式分类008
1.3.3按照结构分类012
1.3.4按照受控方式分类016
1.3.5按照能量供给方式分类017
1.3.6按照运动方式分类018
1.4软体机器人的发展历史019
1.4.1软体机器人国外发展历史019
1.4.2软体机器人国内发展状况024
1.5软体机器人的应用026
1.5.1在医疗方面的应用026
1.5.2在工业方面的应用027
1.5.3在特种情况下的应用028
1.6本书概要028
1.7小结030
第2章软体机器人的仿生机理与结构
2.1陆用软体机器人032
2.1.1蠕虫式软体机器人032
2.1.2毛虫（尺蠖）式软体机器人039
2.1.3蝗虫式软体机器人044
2.1.4仿象鼻式软体机器人048
2.1.5仿人手式软体机器人051
2.2水下软体机器人061
2.2.1章鱼式软体机器人062
2.2.2鱼式软体机器人068
2.2.3海星式软体机器人073
2.2.4蝠鲼式软体机器人074
2.3空中软体机器人077
2.4小结079
第3章软体机器人的驱动原理
3.1流体驱动080
3.1.1气动式驱动080
3.1.2液动式驱动089
3.2形状记忆合金（SMA）驱动089
3.2.1SMA驱动的单环形软体机器人090
3.2.2SMA驱动双模块环形软体机器人093
3.3电活性聚合物（EAP）驱动101
3.3.1离子型电活性聚合物101
3.3.2电子型电活性聚合物105
3.4化学驱动105
3.4.1响应水凝胶驱动105
3.4.2内燃爆炸驱动112
3.5小结115
第4章软体机器人的运动建模
4.1SMA变形驱动运动建模117
4.1.1形状记忆合金变形建模与实验验证118
4.1.2基于SMA的单环形软体机器人结构设计及变形运动建模127
4.1.3基于SMA的单环形软体机器人动力学建模与仿真131
4.1.4SMA变形与运动分析总结141
4.2气压驱动膨胀变形建模143
4.2.1软体驱动器结构143
4.2.2软体驱动器的变形建模150
4.2.3差动式气压驱动软体爬行机器人154
4.2.4差动式气压驱动软体爬行机器人运动建模157
4.3小结167
第5章软体机器人的控制
5.1控制系统168
5.1.1气动控制系统设计168
5.1.2电动控制系统设计169
5.2控制方法170
5.2.1PID控制170
5.2.2神经网络控制算法176
5.2.3模糊控制184
5.3控制实例及实验196
5.3.1软体爬行机器人的控制策略196
5.3.2多模块软体机器人运动控制及实验204
5.3.3SMA驱动的环形软体机器人控制214
5.4小结230
第6章传感器
6.1电阻型传感器232
6.1.1FlexSensor型商用传感器233
6.1.2导电液体注入硅胶腔体形成的传感器236
6.1.3导电橡胶传感器241
6.2光纤传感器244
6.3电容型传感器252
6.4磁传感器256
6.5小结259
第7章软体机器人的设计与制造
7.1设计原则261
7.2制作材料的选取262
7.2.1硅胶263
7.2.2形状记忆合金（SMA）263
7.2.3介电弹性体263
7.3制作方法与流程264
7.3.1形状沉积制造264
7.3.2软体转印技术267
7.3.3失蜡铸造271
7.3.4多材料3D打印272
7.4制造实例274
7.4.1差动驱动软体机器人的制造274
7.4.2一体式双向弯曲软体驱动器的制造277
7.5小结278
第8章软体机器人的应用实例
8.1医疗机器人280
8.1.1软体康复手套280
8.1.2软体膝关节外骨骼机器人291
8.1.3软体肩关节康复机器人292
8.1.4第一代刚软耦合下肢外骨骼机器人293
8.1.5心脏辅助支持器295
8.1.6医用微型软体折叠机器人296
8.2工业机器人298
8.2.1机械手爪298
8.2.2软体机器人运输平台314
8.3小结316
参考文献
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