首页|期刊导航|中国机械工程|基于纤维-气动耦合的变刚度蛇形机器人分层驱动器设计及其多步态研究

基于纤维-气动耦合的变刚度蛇形机器人分层驱动器设计及其多步态研究OA

Design and Multi-gait Implementation of Layered Actuators Based on Fiber-Pneumatic Coupled Variable-stiffness Snake Robots

中文摘要英文摘要

针对轮式蛇形机器人在复杂地形中易翻倒、适应性不强的问题,提出了一种基于纤维干扰变刚度原理的多步态气动蛇形机器人.该机器人气腔采用三层结构气动驱动器,通过气压调控实现刚度动态调整,并结合模块化设计集成气泵、电磁阀及单向轮等组件.实验结果表明,驱动器弯曲角度与气压成正相关,双层气腔结合纤维增强的设计使承载能力显著提高.通过协调转向与承载驱动器,机器人可完成蛇形直线运动、C形转角运动及手风琴型运动,并跨越自身高度三分之一的障碍物.模块化结构降低了维护成本,支持快速功能扩展.研究结果为轮式软体蛇形机器人提供了高效驱动方案,为其在救援、管道检测等复杂场景的应用奠定基础.

To address the issues of wheeled snake robots,such as easy toppling and poor adaptability in complex terrains,a pneumatic snake robot with multiple gaits was proposed based on the principle of fi-ber interference variable stiffness.The robot used a triple-layer structure pneumatic actuator to dynamically adjust stiffness via air pressure.The modular design integrated components such as air pumps,electromag-netic valves,and unidirectional wheels.The experimental results show that the bending angle of the actua-tor is positively correlated with the air pressure.The design of dual-cavity combined with fiber reinforce-ment significantly enhances the load-bearing capacity.By coordinating the steering and load-bearing actua-tors,the robot may perform serpentine linear motion,C-shaped turns,and accordion-like motion,even crossing obstacles a third of the height.The modular structure reduces maintenance costs and supports rapid functional expansion.These findings offer an efficient actuation solution for wheeled soft snake ro-bots,and support applications in complex scenarios such as rescue and pipe inspection.

穆俊齐;魏奕扬;侯旭萍;宗小峰

中国地质大学自动化学院,武汉,430074||复杂系统先进控制与智能自动化湖北省重点实验室,武汉,430074||地质勘查智能技术教育部工程研究中心,武汉,430074中国地质大学自动化学院,武汉,430074||复杂系统先进控制与智能自动化湖北省重点实验室,武汉,430074||地质勘查智能技术教育部工程研究中心,武汉,430074中国地质大学自动化学院,武汉,430074||复杂系统先进控制与智能自动化湖北省重点实验室,武汉,430074||地质勘查智能技术教育部工程研究中心,武汉,430074中国地质大学自动化学院,武汉,430074||复杂系统先进控制与智能自动化湖北省重点实验室,武汉,430074||地质勘查智能技术教育部工程研究中心,武汉,430074

信息技术与安全科学

蛇形机器人气动纤维干扰变刚度多步态

snake robotpneumaticfiber interference variable stiffnessmulti-gait

《中国机械工程》 2026 (5)

1095-1104,10

湖北省自然科学基金杰出青年项目(2022CFA041)

10.3969/j.issn.1004-132X.2026.05.009

评论