Пневматические искусственные мышцы

Воздушные мышцы сокращаются и растягиваются.

Пневматические искусственные мышцы ( PAM ) представляют собой сократительные или разгибательные устройства, приводимые в действие сжатым воздухом, заполняющим пневматический пузырь . По аналогии с человеческими мышцами PAM обычно группируются парами: один агонист и один антагонист .

PAM были впервые разработаны (под названием McKibben Artificial Muscles ) в 1950-х годах для использования в протезах. Япония Резиновая компания Bridgestone ( ) коммерциализировала эту идею в 1980-х годах под названием Rubbertuators.

Сила сокращения PAM ограничена суммарной прочностью отдельных волокон тканой оболочки. Расстояние воздействия ограничено плотностью переплетения; очень рыхлое переплетение допускает большее выпучивание, что приводит к дальнейшему скручиванию отдельных волокон переплетения.

Одним из примеров сложной конфигурации воздушных мышц является Теневая ловкая рука. ^[1] разработан компанией Shadow Robot Company, которая также продает ряд мускулов для интеграции в другие проекты/системы. ^[2]

Преимущества

ПАМ очень легкие, поскольку их основным элементом является тонкая мембрана . Это позволяет им быть напрямую связанными со структурой, которую они питают, что является преимуществом при рассмотрении вопроса о замене дефектной мышцы . Если необходимо заменить дефектную мышцу, ее местоположение всегда будет известно, и ее замена станет проще. Это важная характеристика, поскольку мембрана соединена с жесткими концами, что приводит к концентрации напряжений и, следовательно, к возможным разрывам мембраны.

Еще одним преимуществом PAM является присущее им податливое поведение: когда к PAM прилагается сила, он «сдается», не увеличивая силу при срабатывании. Это важная особенность, когда PAM используется в качестве привода в роботе , взаимодействующем с человеком, или когда необходимо выполнять деликатные операции.

В PAM сила зависит не только от давления, но и от уровня инфляции. Это одно из главных преимуществ; математическая модель, поддерживающая функциональность PAM, представляет собой нелинейную систему , что значительно упрощает их работу. ^{[ нужна ссылка ]} чем обычные пневматические приводы цилиндров для точного управления . Соотношение между силой и растяжением в PAM отражает то, что наблюдается в отношениях длины и напряжения в биологических мышечных системах.

Сжимаемость газа также является преимуществом, поскольку она повышает податливость. Как и в других пневматических системах, для приводов PAM обычно требуются электрические клапаны сжатого воздуха и генератор .

Свободное плетение внешней оболочки волокна также позволяет PAM быть гибкими и имитировать биологические системы. Если поверхностные волокна очень сильно повреждены и распределяются неравномерно, оставляя зазор, внутренний пузырь может раздуться через зазор и разорваться. Как и все пневматические системы, важно, чтобы они не эксплуатировались в случае повреждения.

Гидравлический режим

Хотя технология в основном работает с пневматическим (газовым) приводом, ничто не мешает использовать эту технологию также с гидравлическим (жидкостным) приводом. Использование несжимаемой жидкости повышает жесткость системы и снижает ее податливость.

В 2017 году такое устройство представили компании Bridgestone и Токийский технологический институт , заявленное соотношение прочности и веса которого в пять-десять раз выше, чем у обычных электродвигателей и гидроцилиндров. ^[3]

См. также

Примечания

^ «Серия ловких рук – компания Shadow Robot» .
^ «Воздушные мышцы» . Архивировано из оригинала 7 мая 2017 г. Проверено 6 февраля 2013 г.
^ Разработка мощной искусственной мышцы с гидравлическим приводом с помощью жесткой задачи робототехники кабинета министров

Внешние ссылки

[1] «Серия ловких рук – компания Shadow Robot» .

[2] «Воздушные мышцы» . Архивировано из оригинала 7 мая 2017 г. Проверено 6 февраля 2013 г.

[3] Разработка мощной искусственной мышцы с гидравлическим приводом с помощью жесткой задачи робототехники кабинета министров

[1]

[2]

[3]