超脆弱・狭隘空間内での非接触推進が可能な中空多層構造を有する柔剛切替え索状体

具有中空多层结构的柔性和刚性开关电缆，能够在极其脆弱和狭窄的空间内非接触式推进

• 批准号: 22KJ0274
• 负责人: 恩田 一生
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Tohoku 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-22KJ0274/
• 关键词: 柔剛切替機構; 流体圧駆動; ソフトアクチュエータ; フレキシブルロボット

今年度は加圧によって柔らかさと硬さを任意に切り替えることが可能な柔剛切替メカニズムの新たな方式として，ボール型ジョイントと円筒ゴムチューブを組み合わせた径方向膨張型と，椀型ジョイントと加圧時に収縮するマッキベン型ゴム人工筋肉を組み合わせた軸方向収縮型の２つを考案し，各関節の設計手法を構築した．これら考案機構は，加圧された単一チューブによる膨張力を摩擦力に変換することで，任意角度での関節の回転固定が可能である．径方向膨張型はオスメス形状を有するボール型ジョイントを連結した構造にゴムチューブが内包されている．封入されたゴムチューブを膨張させたときに得る，ジョイント間の接触による摩擦力で高剛性化する．径方向膨張型の設計手法構築のために，多関節構造の組み立て性や加圧時のチューブ伸びによる関節脱臼の防止，関節保持力についての理論導出，および多関節構造体と実験装置の設計製作，保持力の有限要素解析と実計測による定量評価を行った．そして，本成果を査読付き国際学術誌（RA-L）に投稿し，掲載済みである（2023年1月）．軸方向収縮型はオスメス形状を有する椀型のジョイントを連結した構造であり，関節内部には加圧することで収縮するゴム人工筋肉が封入されている．加圧時に人工筋肉による収縮力が発生することでジョイント同士が接触するため，同様に任意形状での姿勢維持が可能となる．また加圧時の封入されたゴム人工筋肉の弾性による，湾曲から直線形状に戻す復元効果も得られる．軸方向収縮型の設計手法構築のために，基本原理を考案し，関節保持力の理論導出から多関節構造体と実験装置の設計製作，保持力と復元効果の実計測による定量評価を行い，査読付き国際学術誌（RA-L）に投稿し，掲載済みである（2022年4月）．また，本内容は申請者が筆頭発明者として特許出願（特願2022-077213）を完了している．

今年，我们设计了两种新的柔软和硬开关机制的新方法，这些方法允许通过加压任意切换柔软度和硬度：一种径向膨胀类型，将球形关节和圆柱形橡胶管结合在一起，轴向收缩类型，将碗形的关节和mackiben形的关节结合在一起，并构造了一个粉丝形状的液化方法。这些设计的机制可以通过将一个加压管引起的膨胀力转化为摩擦力，从而使联合旋转固定。径向膨胀类型包括一个结构中的橡胶管，在该结构中，球形接头具有男性形状。通过接触密封的橡胶管获得的接触，可以增加封闭的橡胶管时获得的摩擦力。为了构建径向扩展设计方法，我们进行了多关节结构的组装，预防压力期间的管子延伸引起的关节位错，关节保留力理论以及多关节结构和实验设备的设计和制造以及使用有限元分析以及对持有力的实际测量分析的定量评估。这一发现随后发布在经过同行评审的国际学术期刊（RA-L）中，并已发表（2023年1月）。轴向收缩类型是一种结构，其中碗形的关节具有男性女性形状，而人工橡胶肌肉则在关节内部封闭时会收缩。当人造肌肉加压时，关节会彼此接触，从而使姿势保持任意形状成为可能。此外，压缩过程中封闭的橡胶人造肌肉的弹性会恢复其弯曲形状回到线性形状。为了构建轴向收缩设计方法，设计了基本原理，并根据关节保留力理论，多关节结构和实验设备的设计和制造，使用保留力和恢复效应的实际测量以及同行重新访问的国际期刊（RA-L）进行了定量评估（RA-202222222222222年）。此外，申请人已完成专利申请（日本专利申请2022-077213）作为领先的发明人。

项目成果

Tube Mechanism With 3-Axis Rotary Joints Structure to Achieve Variable Stiffness Using Positive Pressure

• DOI: 10.1109/lra.2023.3234767
• 发表时间: 2024-01
• 期刊: IEEE Robotics and Automation Letters
• 影响因子: 5.2
• 作者: Issei Onda;M. Watanabe;K. Tadakuma;Kazuki Abe;S. Tadokoro

Highly Articulated Tube Mechanism With Variable Stiffness and Shape Restoration Using a Pneumatic Actuator

使用气动执行器具有可变刚度和形状恢复的高度铰接管机构

• DOI: 10.1109/lra.2022.3147246
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEEE Robotics and Automation Letters
• 影响因子: 5.2
• 作者: Onda Issei;Tadakuma Kenjiro;Watanabe Masahiro;Abe Kazuki;Watanabe Tetsuyou;Konyo Masashi;Tadokoro Satoshi
• 通讯作者: Tadokoro Satoshi

剛性可変連結体

可变刚性连接

• 发表时间: 2022

流体素子内包型可変特性線状メカニズム ー封入ベローズの伸縮変形による駆動効果ー

含有流体元件的可变特性线性机构 - 由于封闭式波纹管的膨胀/收缩变形而产生的驱动效果 -

• 发表时间: 2022
• 作者: Issei Onda;Kenjiro Tadakuma;Masahiro Watanabe;Kazuki Abe;Tetsuyou Watanabe;Masashi Konyo;Satoshi Tadokoro;恩田一生，釼持優人，髙橋景虎，渡辺将広，阿部 一樹，渡辺哲陽，多田隈建二郎，昆陽雅司，田所諭
• 通讯作者: 恩田一生，釼持優人，髙橋景虎，渡辺将広，阿部 一樹，渡辺哲陽，多田隈建二郎，昆陽雅司，田所諭