活用例
コーディング能力を備えた拡張可能な構造の人工筋肉
汕頭大学
人工筋肉、ミウラ折り紙構造、ロボットアーム
人工筋肉の構造

人工筋肉は、変形によって動力を発生するアクチュエータであり、その開発によりロボット工学や人工補綴物の技術プロセスを大幅に加速させることができ、幅広い応用シナリオがあります。現在、さまざまな原理に基づいて力を発生させる人工筋肉が数多くあります。

图一.jpg

折りたたんだり広げたりすることで形状が変化する拡張可能な構造は、さまざまなシナリオに適用できます。この構造は自然に折りたたんだり広げたりすることができます。よく知られているミウラ折り紙の構造は典型的な折り畳み式の構造であり、折りたたんだり変形したりすることでさまざまな機能を実現できます。

将来の開発のために、この構造には問題があります。この拡張可能な構造をペーパーレスの大量生産に適したものにする方法です。紙の折り紙構造に関する最近の研究では、外部荷重がない場合でも、折り紙構造を運転に使用すると、変形中に段ボールが曲がりやすいことが示されています。これには、剛性を高めるために厚いボール紙を使用する必要があります。しかし、複雑な折り紙/切り絵の拡張可能な構造を持つ厚い板紙に直接印刷することは非常に困難です。

この問題を解決するために、汕頭大学の研究者は、厚いナイロンプレートを接続するジグソー法を提案し、形状記憶合金(SMA)を使用して人工筋肉構造を駆動および拡張します。この構造は、温度変化応答ドライブを使用して張力と推力を生成します。幾何学的に調整することにより、複数のユニットの配置を変更する(直列および並列、またはSMAの挿入方法を変更する)ことで、コード化された力応答を生成できます。

图二.jpg

この構造は、辺の長さがnの正方形と、辺の長さがnとmで角度がαの平行四辺形の2つの基本ユニットで構成され、ヒンジで接続されています。中央にニッケルチタンSMAシートが挿入されて駆動されます。

実験では、構造のA、D、E、E 'ポイントに取り付けられた4つの反射マーキングポイントがあります.6つのNOKOVモーションキャプチャレンズを使用して、各ポイントのリアルタイムの空間位置と距離ADを追跡しますと異なる条件下での角度が同時に計算されます。EDE '、およびモデル分析結果をモーションキャプチャシステムの測定結果と比較します。 NOKOVモーションキャプチャシステムは非常に高い測定精度を持ち、座標精度はサブミリメートルレベルに達し、角度測定精度は0.1°に達することができ、変形プロセス中のペーパーカット構造の状態データを正確に取得できます。

图三.jpg

実験結果は、温度が変化すると、紙でカットされた構造が変形すると予想され、測定された距離ADと角度∠EDEの結果が解析幾何学モデルと一致していることを示しています。測定データによると、距離ADと角度∠EDEの変動範囲はαの増加とともに増加します。

さらに、研究者はこの人工筋肉構造を使用して機械式アームを作成し、最後に10gの荷重を固定し、構造を加熱して収縮/伸長させて荷重を持ち上げ、構造の引張と推力をそれぞれテストしました。

参考文献:

Yang、N.、Deng、Y.、Niu 2100493、X。、Deployable-Structure-Based Artificial Muscles Generating Coded Forces。Adv。Mater。Technol。2021、6、2100493。https://doi.org/ 10.1002 /admt.202100493


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