シャコの打撃動作を規範とした外骨格弾性要素と空気圧人工筋肉による瞬発力発生手法

基于螳螂虾击打运动的外骨骼弹性元件和气动人工肌肉瞬时发力方法

• 批准号: 22KJ2769
• 负责人: 伊藤 文臣
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Chuo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2769/
• 关键词: 外骨格の弾性要素; 空気圧人工筋肉; モンハナシャコ; 生物模倣; ソフトアクチュエータ

本研究の目的は，シャコやバッタにみられる外骨格ばねの要素を模倣することで，高応答性と高出力密度，コンプライアンス特性を兼ね備えた高応答人工筋肉駆動機構の設計論を確立することである．本研究では，1年目に外骨格ばねと人工筋肉の複合力に基づく打撃機構のモデルを構築する．2年目に，打撃機構に取り入れた2種類の外骨格の弾性要素に関する多目的最適設計論について，1年目に構築したモデルをもとにまとめる．3年目に，2年目に構築した設計論に基づいたモンハナシャコの打撃動作を規範とした打撃ロボットの開発をする．1年目では，モンハナシャコにみられる2種類の外骨格の弾性要素と空気圧人工筋肉の複合力を考慮に入れた打撃機構のモデルを構築した．さらに，2種類の外骨格の弾性要素の有無による打撃機構の動作をシミュレーションから推定した．また，このモデルの妥当性を検証するため，開発した実機による打撃実験を行った．このシミュレーションと実験の結果から，2種類の外骨格の弾性要素が打撃動作に対して異なる作用をすることが明らかとなった．一方の外骨格の弾性要素は，空気圧人工筋肉と同方向へのトルクを発生することで打撃の効果を高め，一方の外骨格の弾性要素は空気圧人工筋肉の収縮応答を補うことで，打撃の効果を高めた．以上の結果から，あるコンプライアンス特性を有する空気圧人工筋肉に対して，打撃効果を高めるための2種類の外骨格の弾性要素に適切な組み合わせが存在することが明らかとなった．以上の結果をもとに，今後の研究では，2種類の外骨格の弾性要素の適切な組み合わせに関する多目的な最適設計論についてまとめた．

本研究的目的是通过模仿螳螂虾和蝗虫中的外骨骼弹簧元件，建立一种高响应性人工肌肉驱动机构的设计理论，该机构结合了高响应性、高功率密度和顺应性特性。在这项研究的第一年，我们将构建一个基于外骨骼弹簧和人造肌肉合力的击打机构模型。第二年，我们将在第一年建立的模型的基础上，总结冲击机构中两类外骨骼弹性元件的多目标优化设计理论。第三年，我们将根据第二年开发的设计理论，开发模仿巨型螳螂虾击打动作的击打机器人。第一年，我们构建了一个击打机构模型，该模型考虑了巨型螳螂虾中发现的两种外骨骼弹性元件和气动人造肌肉的合力。此外，通过模拟估计了两种类型的外骨骼中具有和不具有弹性元件的冲击机构的行为。此外，为了验证该模型的有效性，我们利用开发的实机进行了引人注目的实验。模拟和实验结果表明，两种外骨骼的弹性元件对打击运动有不同的影响。一个外骨骼的弹性元件通过产生与气动人工肌肉相同方向的扭矩来增加打击的有效性，而另一外骨骼的弹性元件通过补充气动人工肌肉的收缩响应来增强打击的冲击力。提高效率。从以上结果可以看出，对于具有一定柔顺特性的气动人工肌肉，需要适当组合两种外骨骼弹性元件来增强打击效果。基于上述结果，未来的研究将总结出关于两类外骨骼弹性元件适当组合的多目标优化设计理论。

项目成果

シャコの打撃動作に基づいた瞬発力を有するマニピュレータデザイン-シミュレーションによる人工筋肉径の瞬発力への影響検討-

基于螳螂虾击打动作的瞬时力机械臂设计-通过仿真检验人工肌肉直径对瞬时力的影响-

• 发表时间: 2021
• 作者: 伊藤文臣;小野理己;車谷駿一;加賀谷勝史;中村太郎
• 通讯作者: 中村太郎