用于軟體機(jī)器人的由TCPFL肌肉驅(qū)動(dòng)的多方向3D打印功能分級(jí)模塊化關(guān)節(jié)

來(lái)源： EngineeringForLife

可高度變形的主體對(duì)于在各種環(huán)境中的多種類型的應(yīng)用都是必不可少的。包括球窩關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)狀結(jié)構(gòu)具有許多自由度，允許許多仿生結(jié)構(gòu)的活動(dòng)性。近來(lái)，軟體機(jī)器人因其高柔順性的材料，在低力下的高變形特性以及在困難環(huán)境中的操作能力而受到剛性結(jié)構(gòu)的青睞。 但是，由于材料屬性，驅(qū)動(dòng)方法和結(jié)構(gòu)幾何形狀對(duì)軟體機(jī)器人性能的綜合影響，要制造出滿足應(yīng)用約束的復(fù)雜設(shè)計(jì)仍然具有挑戰(zhàn)性。因此，剛性關(guān)節(jié)和軟體的組合可以幫助實(shí)現(xiàn)具有完整功能的人體形態(tài)的模塊化機(jī)器人。然而，軟體零件的制造需要復(fù)雜形狀的大量模制，這包括多個(gè)過(guò)程并且可能很耗時(shí)。另外，極軟的材料和硬質(zhì)材料之間的模制連接可能是關(guān)鍵的失效點(diǎn)。

近期，德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校Armita Hamidi等人在Bio-Design and Manufacturing發(fā)表了題為Multidirectional 3D-printed functionally graded modular joint actuated by TCPFL muscles for soft robots的文章介紹了一種由新型可收縮驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的功能分級(jí)的3D打印關(guān)節(jié)狀結(jié)構(gòu)。通過(guò)3D打印的功能分級(jí)材料（FGMs）可實(shí)現(xiàn)廣泛的材料性能增強(qiáng)和控制，從而保證了系統(tǒng)的可調(diào)功能。3D打印結(jié)構(gòu)由3個(gè)剛性球窩關(guān)節(jié)串聯(lián)連接并通過(guò)集成了扭絞和盤繞的聚合物釣線（TCPFL）驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)器限制在FGM手風(fēng)琴形折疊通道中。不受約束的TCPFL驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)施對(duì)于在要求低振動(dòng)和靜音驅(qū)動(dòng)的環(huán)境中的部署非常有利。釣線TCP驅(qū)動(dòng)器可產(chǎn)生高達(dá)40%的驅(qū)動(dòng)力，并可在任何方向上將關(guān)節(jié)彎曲高達(dá)40°。TCPFL可以單獨(dú)或成組啟動(dòng)，以控制模塊化關(guān)節(jié)的彎曲軌跡，這在配置于包含小縫隙的區(qū)域時(shí)非常有利。FGM多向關(guān)節(jié)具有復(fù)雜的彎曲模式，有著巨大的潛力，可以實(shí)現(xiàn)各種功能，例如爬行，滾動(dòng)，游動(dòng)或水下勘探。

圖一 功能分級(jí)關(guān)節(jié)

圖二 多功能FG機(jī)器人的無(wú)線控制電路

圖三 軟體模塊化關(guān)節(jié)的不同驅(qū)動(dòng)模式及應(yīng)用

論文鏈接：
http://www.jzus.zju.edu.cn/opent ... /s42242-019-00055-6

關(guān)于BDM
Bio-Design and Manufacturing（BDM），浙江大學(xué)2018年新創(chuàng)的專業(yè)英文季刊，目前已被SCI-E等檢索，2020年第一個(gè)影響因子預(yù)計(jì)3分以上。初審3-4天，平均錄用時(shí)間約40天。

收稿方向：機(jī)械工程（3D打印及生物處理工程等）、生物墨水與配方、組織與器官工程、醫(yī)學(xué)與診斷裝置、生物產(chǎn)品設(shè)計(jì)

期刊主頁(yè)：
http://www.springer.com/journal/42242
http://www.jzus.zju.edu.cn/（國(guó)內(nèi)可下載全文）