人类无法访问许多空间，机器人可以帮助传感器和设备提供。这些空间中有许多包含三维通道和不均匀的地形，这些通道对机器人设计和控制构成了挑战。通过同时进行的远处和体材料反转移动的环形机器人有望在这些类型的空间中导航。我们提出了一种新型的柔软的环形机器人，该机器人在充满空气的膜内使用电动设备推动自己推动自己。我们的机器人只需要一个控制信号即可移动，可以符合其环境，并且可以垂直爬上电动机扭矩，该电动机与用来支撑机器人对环境的力无关。我们得出并验证了其运动所涉及的力的模型，并演示了机器人导航迷宫和攀登管道的能力。

Everting, soft growing vine robots benefit from reduced friction with their environment, which allows them to navigate challenging terrain. Vine robots can use air pouches attached to their sides for lateral steering. However, when all pouches are serially connected, the whole robot can only perform one constant curvature in free space. It must contact the environment to navigate through obstacles along paths with multiple turns. This work presents a multi-segment vine robot that can navigate complex paths without interacting with its environment. This is achieved by a new steering method that selectively actuates each single pouch at the tip, providing high degrees of freedom with few control inputs. A small magnetic valve connects each pouch to a pressure supply line. A motorized tip mount uses an interlocking mechanism and motorized rollers on the outer material of the vine robot. As each valve passes through the tip mount, a permanent magnet inside the tip mount opens the valve so the corresponding pouch is connected to the pressure supply line at the same moment. Novel cylindrical pneumatic artificial muscles (cPAMs) are integrated into the vine robot and inflate to a cylindrical shape for improved bending characteristics compared to other state-of-the art vine robots. The motorized tip mount controls a continuous eversion speed and enables controlled retraction. A final prototype was able to repeatably grow into different shapes and hold these shapes. We predict the path using a model that assumes a piecewise constant curvature along the outside of the multi-segment vine robot. The proposed multi-segment steering method can be extended to other soft continuum robot designs.

软气动执行器已经在许多软机器人系统中看到了应用，其压力驱动的性质提出了控制其运动的独特挑战和机会。在这项工作中，我们提出了一个新概念：通过末端几何形状设计和控制气动执行器。我们演示了一个新颖的执行器类，称为折叠气动人造肌肉（Foldpam），该肌肉具有一个薄纤维的空气袋，两侧对称折叠。改变执行器的折叠部分会改变最终约束，从而改变力 - 应变关系。我们通过测量具有各种长度和折叠量的单个foldpam单元的力 - 应变关系来实验研究这一变化。除静态几何单元外，驱动的FOLDPAM设备还设计为产生末端几何形状的连续，按需调整，从而实现闭环位置控制，同时保持恒定压力。使用设备的实验表明几何控制允许进入力 - 应变平面上的不同区域，并且闭环几何控制可以在驱动范围的0.5％以内实现误差。

虽然在各种应用中广泛使用刚性机器人，但它们在他们可以执行的任务中受到限制，并且在密切的人机交互中可以保持不安全。另一方面，软机器鞋面超越了刚性机器人的能力，例如与工作环境，自由度，自由度，制造成本和与环境安全互动的兼容性。本文研究了纤维增强弹性机壳（释放）作为一种特定类型的软气动致动器的行为，可用于软装饰器。创建动态集参数模型以在各种操作条件下模拟单一免费的运动，并通知控制器的设计。所提出的PID控制器使用旋转角度来控制多项式函数之后的自由到限定的步进输入或轨迹的响应来控制末端执行器的方向。另外，采用有限元分析方法，包括释放的固有非线性材料特性，精确地评估释放的各种参数和配置。该工具还用于确定模块中多个释放的工作空间，这基本上是软机械臂的构建块。

结肠镜检查被认为是下层胃肠道（GI）癌症筛查的黄金标准，考虑到降低推荐的筛查年龄，全世界的筛查计划。尽管如此，由于结肠镜和结肠壁之间发生的力，常规结肠镜检查可能会给患者带来不适。已经提出了机器人解决方案，以减少不适感，并提高可访问性和图像质量。为了解决传统和机器人结肠镜检查的局限性，在本文中，我们介绍了软屏幕系统，这是一种基于Eversion导航的新型软性形状胶囊机器人，用于内窥镜检查。多个轨道围绕着系统的身体。这些轨道是由单个电动机搭配蠕虫齿轮和内部刚性底盘的Evert驱动的，从而使基于完整的轨道导航。两个可充气的环形腔室封闭了这个刚性底盘并穿过轨道，使它们在膨胀时取代。该位移可用于调节与周围壁的接触，从而实现牵引力控制并调整整体直径以匹配本地管腔尺寸。在这项工作中介绍了第一个束缚原型在2：1尺度下的系带原型的设计。实验结果显示了不同管腔直径和曲率的有效导航能力，为能够强大导航和可靠控制成像的新型机器人铺平了道路，并具有超出结肠镜检查的应用，包括胃镜检查和胶囊内窥镜检查。

尽管有多样化的环境进展，但蛇机器人仍然远远落后于穿越大障碍物的复杂的3-D地形。这是由于缺乏对如何控制3-D体弯曲以推动地形特征来产生和控制推进的理解。生物学研究表明，总体蛇使用接触力传感来实时调整身体弯曲。然而，由于缺乏对其力传感器官如何工作的基本知识，研究蛇中的这种感觉调制的力量控制是挑战性的。在这里，我们采取了一种robophysics方法来进行进步，从开发一个能够使用接触力感测的3-D体弯曲的蛇机器人来实现，以实现系统的运动实验和力量测量。通过两个开发和测试迭代，我们创建了一个12段机器人，其中36个压电板传感器分布在所有段上，具有符合30 Hz的采样频率的符合壳体。机器人测量接触力，同时使用具有高可重复性的垂直弯曲来横穿大障碍，实现为提供系统实验的平台的目标。最后，考虑到压电传感器的粘弹性行为，我们探讨了基于模型的校准，这将为未来的研究有用。

脑出血（ICH）是最致命的中风子类型，死亡率高达52％。由于颅骨切开术引起的潜在皮质破坏，保守管理（注意等待）历史上一直是一种常见的治疗方法。最小的侵入性疏散最近已成为一种可公认的治疗方法，用于体积30-50 mL的深座性血肿的患者，但适当的可视化和工具敏感性仍然受到常规内窥镜方法的限制，尤其是较大的血肿体积（> 50 mL）。在本文中，我们描述了Aspihre的发展（脑部出血机器人疏散的手术平台），这是有史以来的第一个同心管机器人，该机器人使用现成的塑料管来进行MR引导ICH撤离，改善工具敏感性和程序可视化。机器人运动学模型是基于基于校准的方法和试管力学建模开发的，使模型可以考虑可变曲率和扭转偏转。使用可变增益PID算法控制旋转精度为0.317 +/- 0.3度。硬件和理论模型在一系列系统的基准和MRI实验中进行了验证，导致1.39 +\ -0.54 mm的管尖的位置精度。验证靶向准确性后，在MR引导的幻影凝块疏散实验中测试了机器人的疏散功效。该机器人能够在5分钟内撤离最初38.36 mL的凝块，使残留血肿为8.14 mL，远低于15 mL指南，表明良好的后疏散临床结果。

电驱动的软机器人能够实现小型和灯体，以及环境兼容性，各种运动和安全操作。特别地，静电致动器（例如，压电致动器）快速响应。但是，可扩展的无缝集成和不可阻止操作的方法仍不清楚。此外，软体自然建模，包括环境互动，是一个长期存在的挑战。此外，需要探索更多的机器机制。在本文中，我们设计了模型，建模并展示了一个软机器人，这是第一次开始解决所有这些问题。它具有平面结构的五个执行器的线性阵列，用于集成和自由操作的开门。通过依靠姿势自我调整，设计和验证了一种新的九寸式捕获的爬行运动机制。通过实验开发并验证了包括井解释机器人运动的压电，重力和地面相互作用的第一分析软体模型。我们展示了机器人的前向和向后运动，并探索了有效载荷和驾驶速度的影响：每循环的1.2 mm运动，在移动时可以携带高达200克的有效载荷（16倍体重）。这项工作为复杂的未知环境中的快速响应机器人铺平了道路。

我们探索粒状介质（GM）中软机器的运动，由细长杆的弹性变形产生。提出了由细菌的生理结构的低成本，迅速制造的机器人。它由刚性头部，带有电动机和电池的嵌入式和电池，以及多个弹性杆（我们的灯泡模型）来调查通用汽车的运动。弹性鞭毛在电机一端旋转，它们由于从GM的拖动而变形，推动机器人。外部拖动由鞭毛形状决定，而后者由于外部负载和弹力之间的竞争而改变。在该耦合的流体结构相互作用问题中，我们观察到增加鞭毛的数量可以减小或增加机器人的推进速度，这取决于系统的物理参数。这种简单机器人之间的功能关系中的这种非线性激励我们利用理论，数值模拟和实验来从根本上分析其力学。我们提出了一个简单的欧拉伯努利光束理论的分析框架，其能够定性地捕获这两种情况。当鞭毛变形小时，理论预测定量匹配实验。为了考虑经常在软机器人和微生物中遇到的几何非线性变形，我们实施了一种仿真框架，该框架包括弹性杆的离散微分几何形状模拟，这是一种基于电阻理论的拖曳模型，以及用于流体动力学的改进的斯托克斯法机器人头。与实验数据的比较表明模拟可以定量地预测机器人运动。总的来说，本文中提出的理论和数值工具可以在粒状或流体介质中的这类清晰的机器人的设计和控制来阐明。

Automation in farming processes is a growing field of research in both academia and industries. A considerable amount of work has been put into this field to develop systems robust enough for farming. Terrace farming, in particular, provides a varying set of challenges, including robust stair climbing methods and stable navigation in unstructured terrains. We propose the design of a novel autonomous terrace farming robot, Aarohi, that can effectively climb steep terraces of considerable heights and execute several farming operations. The design optimisation strategy for the overall mechanical structure is elucidated. Further, the embedded and software architecture along with fail-safe strategies are presented for a working prototype. Algorithms for autonomous traversal over the terrace steps using the scissor lift mechanism and performing various farming operations have also been discussed. The adaptability of the design to specific operational requirements and modular farm tools allow Aarohi to be customised for a wide variety of use cases.

软机器人操纵器对于在受限环境中的医疗干预或工业检查等一系列应用都具有吸引力。文献中已经提出了无数的软机器人操纵器，但是它们的设计往往相对相似，并且通常提供相对较低的力。这限制了他们可以携带的有效载荷，因此限制了它们的可用性。在公共框架下不可用不同设计的力的比较，并且设计具有不同的直径和功能，使它们难以比较。在本文中，我们介绍了一种软机器人操纵器的设计，该设计的优化为最大化其力，同时尊重典型的应用程序约束，例如大小，工作区，有效负载能力和最大压力。此处介绍的设计具有一个优势，即它变为最佳设计，因为它被加压到朝不同方向移动，这会导致较高的横向力。该机器人是使用一组原理设计的，因此可以适应其他应用程序。我们还为软机器人操纵器提供了非二维分析，并将其应用于此处提出的设计的性能与文献中其他设计的性能。我们表明，我们的设计比同一类别中的其他设计具有更高的力量。实验结果证实了我们提出的设计的较高力量。

软致动器在符合性和形态方面表现出具有很大的优势，用于操纵细腻物体和在密闭空间中的检查。对于可以提供扭转运动的软致动器有一个未满足的需要。放大工作空间并增加自由度。为此目标，我们呈现由硅胶制成的折纸启发的软充气执行器（OSPas）。原型可以输出多于一个旋转的旋转（高达435 {\ DEG}），比以前的同行更大。我们描述了设计和制作方法，构建了运动学模型和仿真模型，并分析和优化参数。最后，我们通过整合到能够同时抓住和提升脆弱或扁平物体的夹具，这是一种能够与扭转致动器的直角拾取和放置物品的多功能机器人，以及柔软的蛇通过扭转致动器的扭转能够改变姿态和方向的机器人。

拍打翅膀是一种生物启发的方法，可在空中机器人中产生升力和推动，从而导致安静有效的运动。该技术的优点是安全性和可操作性，以及与环境，人类和动物的物理互动。但是，为了实现大量应用，这些机器人必须栖息和土地。尽管最近在栖息场上取得了进展，但直到今天，拍打翼车辆或鸟类动物仍无法停止在分支上的飞行。在本文中，我们提出了一种新颖的方法，该方法定义了一个可以可靠和自主将鸟鸟类降落在分支上的过程。该方法描述了拍打飞行控制器的联合操作，近距离校正系统和被动爪附件。飞行由三重俯仰高空控制器和集成的车身电子设备处理，允许以3 m/s的速度栖息。近距离校正系统，具有快速的光学分支传感可补偿着陆时的位置错位。这是通过被动双向爪设计可以补充的，可以锁定和固定2 nm的扭矩，在25毫秒内掌握，并且由于集成的肌腱致动而可以重新打开。栖息的方法补充了四步实验开发过程，该过程为成功的设计优化。我们用700 g的鸟杆验证了这种方法，并演示了在分支上拍打翼机器人的第一次自主栖息飞行，结果用第二个机器人复制。这项工作为在远程任务，观察，操纵和室外飞行中应用翼机器人的应用铺平了道路。

意识到高性能软机器人抓手是具有挑战性的，因为软执行器和人造肌肉的固有局限性。尽管现有的软机器人抓手表现出可接受的性能，但他们的设计和制造仍然是一个空旷的问题。本文探索了扭曲的弦乐执行器（TSA），以驱动软机器人抓手。 TSA已被广泛用于众多机器人应用中，但它们包含在软机器人中是有限的。提议的抓手设计灵感来自人类手，四个手指和拇指。通过使用拮抗剂TSA，在手指中实现了可调刚度。手指的弯曲角度，驱动速度，阻塞力输出和刚度调整是实验表征的。抓手能够在Kapandji测试中获得6分，并且还可以达到33个Feix Grasp Grasp分类法中的31个。一项比较研究表明，与其他类似抓手相比，提出的抓手表现出等效或卓越的性能。

动态运动是机器人武器的关键特征，使他们能够快速有效地执行任务。在任务空间运行时，软连续式操纵器目前尚未考虑动态参数。这种缺点使现有的软机器人缓慢并限制了他们处理外力的能力，特别是在物体操纵期间。我们通过使用动态操作空间控制来解决此问题。我们的控制方法考虑了3D连续体臂的动态参数，并引入了新模型，使多段软机械师能够在任务空间中顺利运行。先前仅为刚性机器人提供的先进控制方法现在适用于软机器;例如，潜在的场避免以前仅针对刚性机器人显示，现在延伸到软机器人。使用我们的方法，柔软的机械手现在可以实现以前不可能的各种任务：我们评估机械手在闭环控制实验中的性能，如拾取和障碍物避免，使用附加的软夹具抛出物体，并通过用掌握的粉笔绘制来故意将力施加到表面上。除了新的技能之外，我们的方法还提高了59％的跟踪精度，并将速度提高到19.3的尺寸，与最新的任务空间控制相比。通过这些新发现能力，软机器人可以开始挑战操纵领域的刚性机器人。我们固有的安全和柔顺的软机器人将未来的机器人操纵到一个不用的设置，其中人和机器人并行工作。

由于柔软的机器人越来越多地在需要高度和受控接触力的环境中使用，最近的研究表明，使用软机器人来估计或本质上感应而不需要外部传感机制。虽然这主要被示出在肌腱的连续管道机构或包括推拉杆致动的可变形机器人，但由于高致动变异性和非线性机械系统响应，流体驱动器仍然造成巨大挑战。在这项工作中，我们调查液压，并联软机器人至本质上的能力和随后控制接触力。导出了一种综合算法，用于静态，准静态和动态力感测，依赖于系统的流体体积和压力信息。该算法验证了单一自由度软流体致动器。结果表明，在准静态配置中，可以在验证范围内的验证范围内的0.56±0.66n的精度下估计作用在单个致动器上的轴向力。力传感方法应用于在单个致动器中强制控制以及耦合的并联机器人。可以看出，两种系统可以准确地控制力，以在多自由度平行软机器人的情况下控制定向接触力的能力。

Applying suction grippers in unstructured environments is a challenging task because of depth and tilt errors in vision systems, requiring additional costs in elaborate sensing and control. To reduce additional costs, suction grippers with compliant bodies or mechanisms have been proposed; however, their bulkiness and limited allowable error hinder their use in complex environments with large errors. Here, we propose a compact suction gripper that can pick objects over a wide range of distances and tilt angles without elaborate sensing and control. The spring-inserted gripper body deploys and conforms to distant and tilted objects until the suction cup completely seals with the object and retracts immediately after, while holding the object. This seamless deployment and retraction is enabled by connecting the gripper body and suction cup to the same vacuum source, which couples the vacuum picking and retraction of the gripper body. Experimental results validated that the proposed gripper can pick objects within 79 mm, which is 1.4 times the initial length, and can pick objects with tilt angles up to 60{\deg}. The feasibility of the gripper was verified by demonstrations, including picking objects of different heights from the same picking height and the bin picking of transparent objects.

软机器人抓手具有许多优势，可以解决动态空中抓握方面的挑战。最近展示的用于空中抓握的典型多指的软握把高度依赖于成功抓握的目标对象的方向。这项研究通过开发一种用于自主空气操纵的全向系统来推动动态空中抓地力的边界。特别是，该论文研究了一种新型，高度集成，模块化，传感器富含通用的握把的设计，制造和实验验证，专为空中应用而设计。提出的抓手利用粒子堵塞和软颗粒材料的最新发展产生了强大的握持力，同时非常轻巧，节能，并且只需要低激活力。我们表明，通过在膜的硅硅混合物中添加添加剂，可以将持有力提高多达50％。实验表明，即使没有几何互锁，我们的轻质抓地力也可以以低至2.5n的激活力发育高达15n的持有力。最后，通过将抓地力安装到多旋风的情况下，在实际条件下执行了一个选择和释放任务。开发的空中抓握系统具有许多有用的属性，例如对碰撞的弹性和鲁棒性以及将无人机与环境脱离的固有的被动合规性。

减少的牵引力限制了移动机器人系统抵抗或施加大型外部负载的能力，例如拉紧有效载荷。一种简单且通用的解决方案是将束缚在天然发生的物体周围，以利用卡普斯坦效应并呈指数放大的固定力。实验表明，理想化的Capstan模型解释了对常见不规则室外物体（树木，岩石，柱子）经历的力放大。适用于可变环境条件，这种指数放大方法可以串联或与机器人团队并行利用单个或多个capstan对象。这种适应性允许一系列潜在配置，对于当对象无法完全包围或抓住时，特别有用。这些原则已通过移动平台证明（1）控制有效载荷的降低和逮捕，（2）以实现有效载荷的平面控制，以及（3）充当更大范围平台的锚点。我们显示了一个简单的系绳，包裹在沙子上的浅石头上，放大了低牵引力平台的持有力量，最多可达774倍。

人体中的微观机器人可以从超声波上收集能量，从而提供对自主行为​​的板载控制，例如测量和通信诊断信息以及精确输送药物。本文评估了使用活塞收集能量的微米大小机器人可用的声电。活塞上的声学衰减和粘性阻力是对可用功率的主要限制。大约100kHz的频率可以在皮肤上约10厘米的换能器内向低衰减组织中的机器人传递数百个Picowatt，但在高衰减组织（例如肺）中却少得多。但是，微观机器人的应用可能涉及如此之多，以至于机器人显着增加衰减，从而降低了体内深处的机器人的功率。本文描述了机器人如何共同管理何时和何时收获能量来减轻这种衰减，从而平均可以为每个机器人提供数十亿机器人。