双稳态弹性鱼尾推进器

机器人游泳速度与效率双升

一种可控非线性双稳态弹性推进机构，为水下机器人同时带来高速度、高能效与高机动性。

Xu, Chao · Hameed, Imran · Navarro-Alarcon, David · 景興建 · ORecord 科技单元

Soft Robotics 2024

具体参数

平均游动速度

{'zh': '0.8', 'en': '0.8'} m·s⁻¹

运输能耗

{'zh': '9', 'en': '9'} J·m⁻¹·kg⁻¹

平均转弯速度

{'zh': '107', 'en': '107'} °/s

最小转弯半径

{'zh': '0.31', 'en': '0.31'} body length

技术优势

跑得快还省电

双稳态弹性脊柱的快速屈曲跳跃使得尾部在极低能耗下产生强劲推力，运输能耗仅9 J·m⁻¹·kg⁻¹。

拐弯比车身还紧凑

通过对弹性脊柱末端点的主动控制，尾部能产生不对称推力，使机器人以0.31倍体长的小半径转弯，平均转弯速度达107°/s。

想软就软，想硬就硬

通过调节并联连杆机构驱动的位置和方向，弹性脊柱可以实时切换单稳态/双稳态，动态调整刚度。

应用场景

• 水下机器人动力系统：替代传统螺旋桨，在小体量机器人上同时实现高速、低耗与灵巧转弯。
• 仿生推进：以可控刚度与双稳态跳跃复现鱼类高效游动，超越定刚度仿生尾的能效极限。
• 柔性驱动器：利用弹性屈曲实现软体结构中的爆发式推力，解决软驱动器出力不足的问题。
• 水下微机器人：轻量并联连杆与弹性脊柱的组合适合缩微，为厘米级机器人提供省电且有力的尾部驱动。