设计,建模和实验研究可变刚度的气动生物灵感软执行器
Wenchuan Zhao1, Shijie Wu1, Kunlin Zhang1
1School of Mechanical Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, People's Republic of China.
Bioinspiration & biomimetics
|March 6, 2026
概括
这项研究介绍了一种由章鱼触角启发的新型气动软执行器,提供可调节的刚度,以增强承载能力和操纵能力. 生物灵感设计在刚性和接触力方面取得了显著的改进,推进了软机器人技术.
科学领域:
- 软机器人软机器人 软机器人软机器人
- 生物启发工程 生物启发工程
- 材料科学 材料科学 材料科学
背景情况:
- 章鱼的触手表现出了非凡的灵巧和可变的刚性,激发了新的机器人设计.
- 现有的软执行器往往缺乏精确的刚性控制和强大的承载能力.
研究的目的:
- 开发一种具有可变刚性的气动软执行器,其灵感来自章鱼触手.
- 提高软机器人系统的承载能力和操纵性能.
- 为优化软执行器设计提供理论框架.
主要方法:
- 使用数值模拟来分析室内几何形状,墙壁厚度和长度的影响.
- 使用Yeoh超弹性构成模型和时刻平衡,开发了一个变形分析模型.
- 使用伪刚体模型和能量等效原理制定了可变刚度模型.
- 原型是使用快速原型制造制造的,并通过实验验证.
主要成果:
- 执行器展示了多模态变形:延长,曲和环形偏移.
- 实验验证证证实了静态和可变刚度模型的准确性.
- 实现了40%的刚度增加和23.59%的水平接触力增强.
结论:
- 拟议的气动软执行器有效地实现了可变的刚性和更好的性能.
- 该研究为设计先进的气动和液压软机器人提供了宝贵的见解.
- 生物启发的方法为软机器人应用提供了实用和高效的解决方案.


