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．

这项研究的目的是为高响应性人造肌肉驱动机制建立设计理论，该机制结合了高响应能力，高功率密度和合规性特征，通过模仿Manterheads和Grasshoppers中发现的外骨骼春季元素。在这项研究中，在第一年，我们将基于外骨骼弹簧和人造肌肉的联合力来构建影响机制的模型。在第二年，我们将根据第一年构建的模型来概括外骨骼的弹性元素的多目标最佳设计理论。在第三年，我们将根据第二年建立的设计理论，基于引人注目的机器人的惊人动作开发一个引人注目的机器人。在第一年，我们构建了一个冲击机制的模型，该模型考虑了两种类型的外骨骼弹性元素的合并力和在僧侣鱼中发现的气动人造肌肉的合并力。此外，通过模拟估算了两个外骨骼中存在或不存在弹性元素引起的冲击机制的运行。此外，为了验证该模型的有效性，我们使用我们开发的实际机器进行了影响实验。该模拟和实验的结果表明，这两个外骨骼的弹性元素对撞击运动的影响不同。一个外骨骼的弹性元素通过与气动人造肌肉相同的方向产生扭矩，从而增强了影响效应，而一个外骨骼的弹性元素弥补了气动人造肌肉的收缩反应，从而增加了影响效应。从上述结果中可以揭示出两种类型的外骨骼弹性元素的适当组合，以增强具有某些合规性特征的气动人造肌肉的影响影响。基于上述结果，未来的研究总结了关于两种类型的外骨骼弹性元素的适当组合的多功能最佳设计理论。

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