弹性脊柱变刚度机器鱼

0.26秒在线调节刚度

通过调节弹性脊柱有效长度实现快速大范围刚度切换，显著提升多阶段游动性能。

Liao, Xiaocun · 周超 · 程龙 · 汪建 · 范俊峰 · Zhang, Zhuoliang · ORecord 科技单元

Soft Robotics 2024

具体参数

刚度切换时间

{'zh': '0.26', 'en': '0.26'} s

最大游速

{'zh': '0.43', 'en': '0.43'} m/s

最大游速 (体长比)

{'zh': '0.81', 'en': '0.81'} BL/s

最低运输成本

{'zh': '7.14', 'en': '7.14'} J/(kg·m)

技术优势

眨眼间完成刚度切换

采用滚珠丝杠直线滑动机构快速改变弹性脊柱有效长度，刚度在最大可调范围内仅需0.26秒即可完成全范围切换。

不换结构，在线调节

调节过程由PID控制的驱动电机执行，无需停机或手动更换弹簧片，可在游动中实时切换刚度模式。

策略在手，游速与能效兼得

基于Kane方法建立的动力学模型，设计了多阶段游动刚度调节策略，实验中实现了0.43 m/s的最高游速和7.14 J/(kg·m)的最低运输成本。

应用场景

• 水下机器人：用于需快速变速巡游的自主水下航行器，提升续航与机动性。
• 仿生推进：模仿鱼类实时调节尾部刚度，优化不同游速下的推进效率。
• 柔性驱动器：可在游动中在线改变尾部柔性件等效刚度，实现类似肌腱的驱动特性。