用于软体机器人的由TCPFL肌肉驱动的多方向3D打印功能分级模块化关节

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2020
06/28
15:45
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来源: EngineeringForLife

可高度变形的主体对于在各种环境中的多种类型的应用都是必不可少的。包括球窝关节的关节状结构具有许多自由度,允许许多仿生结构的活动性。近来,软体机器人因其高柔顺性的材料,在低力下的高变形特性以及在困难环境中的操作能力而受到刚性结构的青睐。 但是,由于材料属性,驱动方法和结构几何形状对软体机器人性能的综合影响,要制造出满足应用约束的复杂设计仍然具有挑战性。因此,刚性关节和软体的组合可以帮助实现具有完整功能的人体形态的模块化机器人。然而,软体零件的制造需要复杂形状的大量模制,这包括多个过程并且可能很耗时。另外,极软的材料和硬质材料之间的模制连接可能是关键的失效点。

近期,德克萨斯大学达拉斯分校Armita Hamidi等人在Bio-Design and Manufacturing发表了题为Multidirectional 3D-printed functionally graded modular joint actuated by TCPFL muscles for soft robots的文章介绍了一种由新型可收缩驱动器驱动的功能分级的3D打印关节状结构。通过3D打印的功能分级材料(FGMs)可实现广泛的材料性能增强和控制,从而保证了系统的可调功能。3D打印结构由3个刚性球窝关节串联连接并通过集成了扭绞和盘绕的聚合物钓线(TCPFL)驱动器进行驱动,该驱动器限制在FGM手风琴形折叠通道中。不受约束的TCPFL驱动系统的实施对于在要求低振动和静音驱动的环境中的部署非常有利。钓线TCP驱动器可产生高达40%的驱动力,并可在任何方向上将关节弯曲高达40°。TCPFL可以单独或成组启动,以控制模块化关节的弯曲轨迹,这在配置于包含小缝隙的区域时非常有利。FGM多向关节具有复杂的弯曲模式,有着巨大的潜力,可以实现各种功能,例如爬行,滚动,游动或水下勘探。

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图一 功能分级关节


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图二 多功能FG机器人的无线控制电路


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图三 软体模块化关节的不同驱动模式及应用


论文链接:
http://www.jzus.zju.edu.cn/opent ... /s42242-019-00055-6

关于BDM
Bio-Design and Manufacturing(BDM),浙江大学2018年新创的专业英文季刊,目前已被SCI-E等检索,2020年第一个影响因子预计3分以上。初审3-4天,平均录用时间约40天。

收稿方向:机械工程(3D打印及生物处理工程等)、生物墨水与配方、组织与器官工程、医学与诊断装置、生物产品设计

期刊主页:
http://www.springer.com/journal/42242
http://www.jzus.zju.edu.cn/(国内可下载全文)
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