用于軟體機器人的由TCPFL肌肉驅動的多方向3D打印功能分級模塊化關節(jié)

來源： EngineeringForLife

可高度變形的主體對于在各種環(huán)境中的多種類型的應用都是必不可少的。包括球窩關節(jié)的關節(jié)狀結構具有許多自由度，允許許多仿生結構的活動性。近來，軟體機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構的青睞。 但是，由于材料屬性，驅動方法和結構幾何形狀對軟體機器人性能的綜合影響，要制造出滿足應用約束的復雜設計仍然具有挑戰(zhàn)性。因此，剛性關節(jié)和軟體的組合可以幫助實現具有完整功能的人體形態(tài)的模塊化機器人。然而，軟體零件的制造需要復雜形狀的大量模制，這包括多個過程并且可能很耗時。另外，極軟的材料和硬質材料之間的模制連接可能是關鍵的失效點。

近期，德克薩斯大學達拉斯分校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動器驅動的功能分級的3D打印關節(jié)狀結構。通過3D打印的功能分級材料（FGMs）可實現廣泛的材料性能增強和控制，從而保證了系統的可調功能。3D打印結構由3個剛性球窩關節(jié)串聯連接并通過集成了扭絞和盤繞的聚合物釣線（TCPFL）驅動器進行驅動，該驅動器限制在FGM手風琴形折疊通道中。不受約束的TCPFL驅動系統的實施對于在要求低振動和靜音驅動的環(huán)境中的部署非常有利。釣線TCP驅動器可產生高達40%的驅動力，并可在任何方向上將關節(jié)彎曲高達40°。TCPFL可以單獨或成組啟動，以控制模塊化關節(jié)的彎曲軌跡，這在配置于包含小縫隙的區(qū)域時非常有利。FGM多向關節(jié)具有復雜的彎曲模式，有著巨大的潛力，可以實現各種功能，例如爬行，滾動，游動或水下勘探。

圖一 功能分級關節(jié)

圖二 多功能FG機器人的無線控制電路

圖三 軟體模塊化關節(jié)的不同驅動模式及應用

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

關于BDM
Bio-Design and Manufacturing（BDM），浙江大學2018年新創(chuàng)的專業(yè)英文季刊，目前已被SCI-E等檢索，2020年第一個影響因子預計3分以上。初審3-4天，平均錄用時間約40天。

收稿方向：機械工程（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)學與診斷裝置、生物產品設計

期刊主頁：
http://www.springer.com/journal/42242
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