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

多剪式机构可展开框架结构力学性能评价及外形设计方法

• 批准号: 19K04714
• 负责人: 津田 勢太
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Okayama Prefectural University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K04714/
• 关键词: シザーズ機構; パンタグラフ; 機構; シザーズ構造; 展開構造; 最適設計; 機構設計

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。

This study aims to develop a design method for a closed structure of a 1-dimensional telescopic mechanism and a prismatic structure of a 3-dimensional telescopic mechanism with multiple links. This year, the following research has been carried out. 1.2 The linear components of the present invention are linked to the center of the prism, and the center of the prism. The position of the base of each link is changed, and the position of the base of each link is changed. The constraint conditions of the elements of the mechanism are formulated and the coordinates of the expansion are correctly grasped. 2. The above mentioned formalization and optimization of the shape of the mechanism during deployment are possible. The object shape is obtained by optimizing the center of gravity of the prism structure. In the case of the three-dimensional bay shape, the link position is changed from the original number to the original number, and the link position is changed from the original number to the original number. 3. Optimization conditions for the orientation of the center of gravity of the prism mechanism are set up in order to optimize the shape of the object. This makes it possible to create mechanisms that are combined and linked under certain conditions, and it is possible to create equivalent spiral shapes, chi shapes, etc.

项目成果

剛体折紙の折線パターンの最適化と近似曲面形状生成法

刚性折纸折线图案优化及近似曲线生成方法

• 发表时间: 2020
• 作者: Sachiko Kiyama;Shingo Tokimoto;Kanae Ito;Taiga Naoe;Ming Wang;Qiong Ma;Takashi Ueno;& Maatoshi Koizumi;石橋篤季，日高宏，大場康弘，香内晃，渡部直樹;早川健太郎，大崎純
• 通讯作者: 早川健太郎，大崎純

Form generation of rigid origami for approximation of a curved surface based on mechanical property of partially rigid frames

• DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2020.12.007
• 发表时间: 2020-12
• 期刊: International Journal of Solids and Structures
• 影响因子: 3.6
• 作者: K. Hayakawa;M. Ohsaki

Form generation of rigid origami by multiobjective optimization for approximating curved surface

通过近似曲面的多目标优化生成刚性折纸

• 发表时间: 2021
• 作者: 大山智頌;衣笠秀行;向井智久;崔ホンボク;K. Hayakawa and M. Ohsaki
• 通讯作者: K. Hayakawa and M. Ohsaki

Composition of curvilinearly extendable tubular scissor mechanisms

曲线可延伸管状剪刀机构的组成

• DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2022.111673
• 发表时间: 2022
• 期刊: International Journal of Solids and Structures
• 影响因子: 3.6
• 作者: SeitaTsuda;Junpei Kohno;Yoshiyuki Nakahara;Makoto Ohsaki
• 通讯作者: Makoto Ohsaki

部分剛接合骨組の力学理論を用いた剛体折紙の形状生成の効率化

利用部分刚性连接框架力学理论提高刚性折纸形状生成效率

• 发表时间: 2020
• 作者: Abbas Fysol Ibna;Hoshi Kazuhisa;Yamashita Aichi;Nakahira Yuki;Goto Yosuke;Miura Akira;Moriyoshi Chikako;Kuroiwa Yoshihiro;Terashima Kensei;Matsumoto Ryo;Takano Yoshihiko;Mizuguchi Yoshikazu;呉佩遥;早川健太郎，大崎純
• 通讯作者: 早川健太郎，大崎純