Mechanical performance evaluation and shape design method of deployable frame structure composed of multiple scissor mechanisms

本研究は，1次元伸縮するシザーズ機構を閉鎖状に組み合わせることで角柱型シザーズ機構を構成し，さらにこの角柱シザーズ機構を複数個連結することで３次元空間的に伸縮するグリッド型の展開型構造の設計方法を開発することを目的としている。本年度は，主に以下に示す研究を推し進めた。１．２本の直線部材を連結する中央ピボット位置を中心から偏心させた平面シザーズ機構（pSLE）を角柱の側面とし，それらを連結する面に直線状に伸縮する連結型の平面シザーズ機構（mSLE）を配置することで，２次元的に屈折しながら伸縮する角柱型シザーズ機構ユニット（四角柱および三角柱）を構成することができる。異なる偏心ピボットを有する複数ユニットを，pSLE位置を連続させながら連結することで，２次元的に湾曲伸縮する角柱シザーズ機構が構成でき，また，各ユニット連結面で側面位置を入れ替えて屈折方向を変換することで，３次元的に湾曲伸縮する角柱シザーズ機構が生成できる。これら機構の要素長やピボット位置に関する制約条件を定式化することで，展開時の座標を正確に把握することができるようになった。２．上記の定式化により，シザーズ機構の展開時の形態最適化が可能となった。目的形態を得るために，その形態の複数点をターゲット点とし，角柱シザーズ機構の断面重心がそのターゲット点に近づくように最適化することとした。ピボット偏心率は実数変数であるが，３次元湾曲形態の場合，連結位置で角柱をいれかえて回転させ方も変数となるが，これは整数変数となるため，遺伝的アルゴリズムを用いたプログラミングを行った。３．最適化において，角柱シザーズ機構の重心位置の方向も最適化の条件に組み入れることで，より目的形態に近づけることが可能である。ここで作成した機構を一定の条件で組み合わせて連結することで，対称な螺旋形状やアーチ形状等を生成することが可能となった。

本研究は，1次元伸縮するシザーズ機構を閉鎖状に組み合わせることで角柱型シザーズ機構を構成し，さらにこの角柱シザーズ機構を複数個連結することで３次元空間的に伸縮するグリッド型の展開型構造の設計方法を開発することを目的としている。本年度は，主に以下に示す研究を推し進めた。１．２本の直線部材を連結する中央ピボット位置を中心から偏心させた平面シザーズ機構（pSLE）を角柱の側面とし，それらを連結する面に直線状に伸縮する連結型の平面シザーズ機構（mSLE）を配置することで，２次元的に屈折しながら伸縮する角柱型シザーズ機構ユニット（四角柱および三角柱）を構成することができる。異なる偏心ピボットを有する複数ユニットを，pSLE位置を連続させながら連結することで，２次元的に湾曲伸縮する角柱シザーズ機構が構成でき，また，各ユニット連結面で側面位置を入れ替えて屈折方向を変換することで，３次元的に湾曲伸縮する角柱シザーズ機構が生成できる。これら機構の要素長やピボット位置に関する制約条件を定式化することで，展開時の座標を正確に把握することができるようになった。２．上記の定式化により，シザーズ機構の展開時の形態最適化が可能となった。目的形態を得るために，その形態の複数点をターゲット点とし，角柱シザーズ機構の断面重心がそのターゲット点に近づくように最適化することとした。ピボット偏心率は実数変数であるが，３次元湾曲形態の場合，連結位置で角柱をいれかえて回転させ方も変数となるが，これは整数変数となるため，遺伝的アルゴリズムを用いたプログラミングを行った。３．最適化において，角柱シザーズ機構の重心位置の方向も最適化の条件に組み入れることで，より目的形態に近づけることが可能である。ここで作成した機構を一定の条件で組み合わせて連結することで，対称な螺旋形状やアーチ形状等を生成することが可能となった。