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．

This year, the pressure is increased, the soft and hard parts are changed arbitrarily, the soft and hard parts are changed, the new method of the joint design is changed, the radial expansion type is changed, the axial contraction type is changed, and the joint design method is changed. The joint can be fixed at any angle by increasing the pressure, expanding the tension, and changing the friction force. The radial expansion type has the shape of a ring, and the structure of a ring has the shape of a ring. The friction between the seal and the ring is high. The design method of radial expansion type construction, the assembly of multi-joint structure, the prevention of joint dislocation during compression, the theoretical derivation of joint retention force, the design and manufacture of multi-joint structure, the quantitative evaluation of retention force finite element analysis and measurement. This work was submitted to the International Journal of Academic Affairs (RA-L) and published in January 2023. The axial direction of the joint is reduced, and the shape of the joint is reduced. When pressure is applied to the artificial muscle, the contraction force is generated, and the posture of the same person is maintained in any shape. When the pressure is applied, the artificial muscle is sealed, and the curve shape of the artificial muscle is adjusted. The design method of axial contraction type is constructed, the basic principle is investigated, the theoretical derivation of joint retention force, the design and manufacture of multi-joint structure, the quantitative evaluation of retention force and the actual measurement of complex effect is carried out, and the contribution of RA-L (April 2022) is published. This content is completed by the applicant and the author (special request 2022-077213).

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