人造肌肉是通過變形產生動力的執行機構,其發展可以極大加速機器人、人工假肢等研究的技術行程,具有廣泛的應用場景,目前已經有多種基于不同原理生成力的人工肌肉,

其中通過折疊和展開改變形狀的可展開結構能夠應用于多種場景,這種結構天然具有折疊展開的能力,著名的三浦折紙結構就是典型的可展開結構,利用折疊變形可以實作不同的功能,
對于未來的發展,這種結構存在一個問題:如何使這種可展開結構適用于無紙化的大量生產制造中,最近對于紙質折紙結構研究表明,即使在沒有外部載荷的情況下,利用折紙結構進行驅動時,紙板在變形程序中也很容易發生彎曲,這需要使用厚紙板增加剛度,而直接列印復雜的折紙/剪紙可展開結構的厚紙板十分困難,
為了解決這一問題,汕頭大學的研究人員提出了一種拼圖方式連接厚尼龍板,并用形狀記憶合金(SMA)驅動展開人工肌肉結構,這種結構利用溫度變化回應驅動,產生拉力和推力,通過進行幾何調整,改變多個單元的排列方式(串并聯或改變SMA的插入方式),可以產生可編碼的力回應,

該結構由邊長為n的正方形以及邊長為n和m、角度為α的平行四邊形兩種基本單元構成,由鉸鏈連接,中間插入鎳鈦SMA片用于驅動,
實驗中,在結構的A、D、E、E’點位共附著有四個反游標識點,利用6個NOKOV度量動作捕捉鏡頭跟蹤各點的實時空間位置,同時計算不同條件下距離AD及角度∠EDE’,并比較模型分析結果與動作捕捉系統實測結果,NOKOV度量動作捕捉系統的測量精度極高,坐標精度可以達到亞毫米級,角度測量精度可以達到0.1°,可以準確獲取剪紙結構在變形程序中的狀態資料,

實驗結果表明,當溫度改變時,剪紙結構出現預期變形,測量的距離AD和角度∠EDE’結果與決議幾何模型吻合,根據測量資料,距離AD和角度∠EDE’的變化范圍隨α的增加而增加,
此外,研究人員還利用這種人工肌肉結構制作了一潭訓械臂,在末端固定了10g負載,通過加熱使結構收縮/伸展抬升負載,分別測驗了結構的拉力和推力,

參考文獻:
[1]Yang, N., Deng, Y., Niu 2100493, X., Deployable-Structure-Based Artificial Muscles Generating Coded Forces. Adv. Mater. Technol. 2021, 6, 2100493. https://doi.org/10.1002/admt.202100493
轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/qita/347276.html
標籤:其他
