基于电液驱动器的软体折纸三脚架扭转运动机制研究

为解决软体机器人扭转运动灵活性不足的问题，韩国大学Youngsu Cha团队开发了一种基于电液驱动器(EHA)和Kresling折纸结构的软体折纸三脚架。该结构通过并行排列的折纸关节实现265%线性应变和69°旋转角，结合几何/运动学模型验证了其稳定螺旋扭转性能，为复杂操作任务提供了新型解决方案。

　　

在机器人技术领域，实现类似生物关节的精细扭转运动一直是重大挑战。传统软体机器人依赖流体驱动器或介电弹性体驱动器(DEA)，但存在噪音大、响应慢或刚度不足等问题。尤其当需要同时实现轴向延伸和旋转的复合运动时，现有结构往往受限于设计模式和驱动方式的协同性不足。韩国大学的研究团队从折纸工程中获取灵感，将Kresling折纸模式与新兴电液驱动器(EHA)结合，开发出具有突破性运动性能的软体折纸三脚架。

该研究主要采用三类关键技术：1）基于Kresling模式的折纸关节并行结构设计，通过三个支撑单元实现运动耦合；2）电液驱动器(EHA)集成技术，利用10 kV高压驱动瞬时形变；3）几何-运动学联合建模方法，建立应变-角度关系的数学预测模型。

设计原理与工作机制
折纸三脚架的核心是由Kresling单元构成的关节结构，其折叠轨迹预先设计为螺旋路径。当电液驱动器受电压刺激时，内部流体重分布引发支撑单元同步展开，驱动顶部平台产生耦合线性延伸（265%应变）和轴向旋转（69°）。这种并行机构设计克服了传统单轴驱动器的运动局限性。

数学模型验证
研究团队建立了包含折纸单元几何参数（如褶皱角度、层高）的运动方程，推导出应变与旋转角的定量关系。实验数据与模型预测误差<8%，证实该数学模型可准确预测复杂变形行为。

运动性能测试
在10 kV输入电压下，三脚架展现出连续稳定的螺旋运动轨迹。通过高速摄像测量，其单次运动响应时间<200 ms，且经过1000次循环测试后性能衰减<5%，表明结构具有优异的动态稳定性和耐久性。

结论与展望
该研究通过创新性地融合折纸结构与电液驱动技术，首次实现软体机器人的高精度螺旋扭转运动。Youngsu Cha团队提出的并行机构设计和数学模型为后续开发多功能软体操纵器提供了新范式。未来通过优化材料刚度与驱动电压的匹配关系，可进一步拓展其在微创手术、精密装配等领域的应用潜力。研究结果发表于《Sensors and Actuators A: Physical》，为软体机器人运动控制研究树立了重要里程碑。