负刚度非线性弹簧

拓宽小型机器人工作带宽

一种采用von Mises桁架结构、具有负刚度与突跳特性的非线性弹簧，能以振动驱动方式让小型胶囊机器人在更宽的频率范围内维持高推进速度，从而增强其在复杂环境中的机动性。

Yujia Zhang · Shen, Jiajia · 严尧 · 童精中 · 张磊 · Liu, Yang

Journal of Applied Mechanics, Transactions ASME 2024

技术优势

速度对频率变化不敏感

负刚度特性使推进速度对激励频率的敏感性显著降低，因此在机械参数变化或负载扰动下仍能保持稳定推进。

可用频带更宽

该非线性弹簧使机器人在更宽的激励频率范围内保持高平均推进速度，超越了线性弹簧对应的带宽。

应用场景

• 胃肠内镜机器人：在肠道复杂环境中，宽频带推进能提高胶囊内镜的通过性与检查效率。
• 小型移动机器人：拓宽工作频带可增强小型机器人在非结构化环境中的机动性与适应性。
• 靶向药物递送：稳定的推进速度有助于胶囊在目标区域精确释放药物。
• 群体机器人：频率不敏感特性有助于群体中多个机器人在不同激励条件下保持同步运动。