Suwuklyk bilen dolandyrylýan emeli myşsa süýümlerini ulanyp akylly dokma önümleri

Nature.com-a gireniňiz üçin sag boluň.Çäkli CSS goldawy bilen brauzer wersiýasyny ulanýarsyňyz.Iň oňat tejribe üçin täzelenen brauzeri ulanmagy maslahat berýäris (ýa-da Internet Explorer-de Gabat geliş tertibini öçüriň).Mundan başga-da, dowamly goldawy üpjün etmek üçin sahypany stil we JavaScript-de görkezýäris.
Birbada üç slaýdyň karuselini görkezýär.Bir gezekde üç slaýddan geçmek üçin Öňki we Indiki düwmelerini ulanyň ýa-da bir gezekde üç slaýddan geçmek üçin slaýder düwmelerini ulanyň.
Dokma we emeli myşsalary birleşdirip, akylly dokma önümlerini döretmek ylmy we senagat jemgyýetleriniň ünsüni özüne çekýär.Akylly dokma önümleri, amatly hereket we güýç üçin işjeň hereket etmek bilen adaptasiýa rahatlygy we obýektlere ýokary derejede laýyklyk ýaly köp peýdalary hödürleýär.Bu makala, suwuklyk bilen dolandyrylýan emeli myşsa süýümlerini dokamagyň, dokamagyň we ýelimlemegiň dürli usullaryny ulanyp, programmirläp bolýan akylly matalaryň täze synpyny hödürleýär.Trikota and we dokalan dokma örtükleriniň uzalma güýjüniň gatnaşygyny beýan etmek üçin matematiki model işlenip düzüldi we soňra onuň güýji synagdan geçirildi.Täze “akylly” dokma ýokary çeýeligi, laýyklygy we mehaniki programmirlemegi öz içine alýar, köp modally hereketi we amaly programmalar üçin deformasiýa mümkinçiliklerini döredýär.Tejribe barlagy arkaly uzalma (65% -e çenli), meýdanyň giňelmegi (108%), radial giňelme (25%) we egilmek hereketi ýaly dürli akylly dokma prototipleri döredildi.Passiw adaty dokumalaryň biomimetiki şekillendiriş gurluşlary üçin işjeň gurluşlara konfigurasiýa düşünjesi hem öwrenilýär.Teklip edilýän akylly dokma önümleri akylly geýilýän zatlaryň, gysga ulgamlaryň, biomimetiki ýumşak robotlaryň we geýilýän elektronikanyň ösmegine kömek eder diýlip garaşylýar.
Ygtybarly robotlar gurluşly şertlerde işleýän mahaly täsirli, ýöne gözlegde ýa-da gözlegde ulanylmagyny çäklendirýän üýtgeýän gurşawyň näbelli kontekstinde kynçylyk çekýär.Tebigat daşarky faktorlara we dürlülige garşy göreşmek üçin köp oýlap tapyş strategiýasy bilen bizi geň galdyrmagyny dowam etdirýär.Mysal üçin, daga çykýan ösümlikleriň tendrleri, laýyk goldaw gözlemek üçin näbelli gurşawy öwrenmek üçin egilmek we aýlanmak ýaly multimodal hereketleri ýerine ýetirýär1.Wenera uçuşy (Dionaea muscipula) ýapraklarynda duýgur tüýleri bolýar, tüweleme, ýyrtyjy tutmak üçin ýere gaçýar.Soňky ýyllarda iki ölçegli (2D) ýüzlerden biologiki gurluşlary meňzeýän üç ölçegli (3D) şekillere deformasiýa ýa-da deformasiýa gyzykly gözleg mowzugyna öwrüldi3,4.Bu ýumşak robot konfigurasiýalary üýtgeýän şertlere uýgunlaşmak, multimodal lokomasiýa mümkinçilik bermek we mehaniki işleri ýerine ýetirmek üçin güýç ulanmak üçin görnüşini üýtgedýär.Olaryň elýeterliligi, ýerleşdirilip bilinýän5, üýtgedilip bilinýän we öz-özünden bukulýan robotlar 6,7, biomedikal enjamlar8, ulaglar 9,10 we giňeldilip bilinýän elektronika ýaly köp sanly robot amaly programmalaryna ýaýrady.
Işledilende çylşyrymly üç ölçegli gurluşlara öwrülýän programmirläp bolýan tekiz plitalary döretmek üçin köp gözleg geçirildi3.Deformasiýa gurluşlaryny döretmek üçin ýönekeý pikir, stimullara sezewar bolanda çeýe we gyrmyzy dürli materiallaryň gatlaklaryny birleşdirmek12,13.Janbaz we başgalar.14 we Li we başgalar.15, bu düşünjäni ýylylyga duýgur multimodal deformasiýa robotlary döretmek üçin durmuşa geçirdiler.Gyjyndyryjy täsir ediji elementleri öz içine alýan “Origami” gurluşlary çylşyrymly üç ölçegli gurluşlary döretmek üçin ulanyldy16,17,18.Biologiki gurluşlaryň morfogenezinden ylham alan Emmanuel we başgalar.Şekilli deformasiýa elastomerler, basyş astynda çylşyrymly, özbaşdak üç ölçegli şekillere öwrülýän rezin üstündäki howa kanallaryny guramak arkaly döredilýär.
Dokma önümleriniň ýa-da matalaryň deformasiýa edilýän ýumşak robotlara birleşdirilmegi giň gyzyklanma döreden ýene bir täze düşünje taslamasydyr.Dokma önümleri trikota ,, dokamak, örmek ýa-da düwün dokamak ýaly usullar bilen ýüplükden ýasalan ýumşak we elastik materiallardyr.Matalaryň ajaýyp aýratynlyklary, çeýeligi, laýyklygy, çeýeligi we dem almagy ýaly zatlary geýimlerden başlap lukmançylyk goşundylaryna çenli hemme zatda meşhur edýär20.Dokma önümlerini robotika goşmak üçin üç sany giň çemeleşme bar21.Birinji çemeleşme, dokma önümini passiw goldaw ýa-da beýleki komponentler üçin esas hökmünde ulanmakdyr.Bu ýagdaýda passiw dokma önümleri gaty komponentleri (hereketlendirijiler, datçikler, elektrik üpjünçiligi) göterilende ulanyjy üçin amatly şert döredýär.Softumşak geýilýän robotlaryň ýa-da ýumşak ekzoskeletleriň köpüsi bu çemeleşmä degişlidir.Mysal üçin, 22 we tirsek gurallary üçin ýumşak geýilýän ekzoskeletler, 23, 24, 25, el we barmak enjamlary üçin ýumşak geýilýän ellikler 26 we bionik ýumşak robotlar 27.
Ikinji çemeleşme, dokma önümlerini ýumşak robot enjamlarynyň passiw we çäkli bölekleri hökmünde ulanmak.Dokma esasly hereketlendirijiler bu kategoriýa girýär, bu mata adatça içki şlangy ýa-da kamerany saklamak üçin daşarky gap hökmünde gurlup, ýumşak süýümli berkidiji herekete getiriji bolup durýar.Daşarky pnewmatik ýa-da gidrawliki çeşmä sezewar edilende, bu ýumşak hereketlendirijiler asyl düzümine we konfigurasiýasyna baglylykda uzalmagy, egilmegi ýa-da burulmagy ýaly görnüşde üýtgeýär.Mysal üçin, Talman we başgalar.Birnäçe mata jübüsinden ybarat ortopediki topuk eşikleri, gait28-i dikeltmek üçin ösümlik çeýeligini ýeňilleşdirmek üçin hödürlendi.Anisotrop hereketini döretmek üçin dürli giňelýän dokma gatlaklary birleşdirilip bilner 29.“OmniSkins” - dürli ýumşak hereketlendirijilerden we substrat materiallardan ýasalan ýumşak robot deriler passiw zatlary dürli amaly goşundylar üçin köp modally hereketleri we deformasiýalary ýerine ýetirip bilýän köp funksiýaly işjeň robotlara öwrüp biler.Zhu we başgalar.uzalmagy, egilmegi we dürli deformasiýa hereketlerini döredip bilýän suwuk dokumanyň myşsa sahypasy31 döredildi.Bakner we başgalar.Funksiýa süýümlerini herekete getirmek, duýmak we üýtgeýän berklik ýaly köp funksiýaly robot dokumalary döretmek üçin adaty dokumalara birleşdiriň32.Bu kategoriýadaky beýleki usullary 21, 33, 34, 35 kagyzlarda tapyp bilersiňiz.
Softumşak robot pudagynda dokma önümleriniň has ýokary aýratynlyklaryny ulanmaga soňky çemeleşme, dokma, trikota and we dokma usullary ýaly adaty dokma önümçilik usullaryny ulanyp, akylly dokma önümlerini döretmek üçin reaktiw ýa-da gyjyndyryjy filamentleri ulanmakdyr 21,36,37.Materialyň düzümine baglylykda, reaktiw ýüplük matanyň deformasiýasyna getirýän elektrik, ýylylyk ýa-da basyş täsirine sezewar bolanda şekiliň üýtgemegine sebäp bolýar.Adaty dokma önümleriniň ýumşak robot ulgamyna birleşdirilen bu çemeleşmede dokma görnüşiniň daşky görnüşi däl-de, içki gatlagynda bolýar.Şonuň üçin akylly dokma önümleri multimodal hereket, programmirläp boljak deformasiýa, uzalma we berkligi sazlamak ukyby taýdan ajaýyp işlemegi hödürleýär.Mysal üçin, şekilli ýat erginleri (SMA) we şekilli ýat polimerleri (SMP) matalara goşulyp bilner, ýylylyk gyjyndyrmasy arkaly hemming38, gyrmyzy aýyrmak36,39, taktil we taktiki seslenme40,41, şeýle hem adaptasiýa geýip bolýan eşikler.enjamlar 42.Şeýle-de bolsa, ýyladyş we sowatmak üçin ýylylyk energiýasynyň ulanylmagy haýal seslenmä we sowatmagyň we gözegçiligiň kyn bolmagyna getirýär.Recentlyakynda, Hiramitsu we başg.MakKibbeniň inçe muskullary43,44, pnewmatiki emeli myşsalar, dokma gurluşyny üýtgedip, dürli dokma görnüşlerini döretmek üçin ýüplük hökmünde ulanylýar45.Bu çemeleşme ýokary güýçleri üpjün etse-de, MakKibben myşsasynyň tebigaty sebäpli onuň giňeliş tizligi çäklidir (<50%) we kiçi göwrümine ýetip bolmaýar (diametri <0.9 mm).Mundan başga-da, ýiti burçlary talap edýän dokma usullaryndan akylly dokma nagyşlaryny emele getirmek kyn boldy.Akylly dokma önümleriniň has giň görnüşini emele getirmek üçin Maziz we başg.Elektroaktiw geýilýän dokma önümleri, elektrosensit polimer sapaklaryny örmek we dokamak arkaly işlenip düzüldi46.
Soňky ýyllarda ýokary öwrümli, arzan polimer süýümlerinden gurlan termosensiw emeli myşsanyň täze görnüşi ýüze çykdy47,48.Bu süýümler täjirçilik taýdan elýeterlidir we elýeterli akylly eşik öndürmek üçin dokamak ýa-da dokamak aňsatlaşdyrylýar.Öňe gidişlige garamazdan, ýylylyga duýgur bu täze dokma önümleriniň ýyladyş we sowadyş zerurlygy (meselem, temperatura bilen dolandyrylýan dokma önümleri) ýa-da islenýän deformasiýalary we hereketleri döretmek üçin programmirläp boljak çylşyrymly trikota and we dokalan nagyşlary ýasamagyň kynlygy sebäpli çäkli jogap wagty bar. .Mysal üçin, bu ýerde hödürleýän radial giňeliş, 2D-den 3D şekilli üýtgeşme ýa-da iki taraplaýyn giňelme.
Articleokarda agzalan meseleleri ýeňip geçmek üçin bu makala ýaňy-ýakynda girizilen ýumşak emeli myşsa süýümlerinden (AMF) 49,50,51 öndürilen suwuklyk bilen dolandyrylýan akylly dokma önümini hödürleýär.AMF-ler ýokary çeýe, ulaldylyp, diametri 0,8 mm we uly uzynlyklara (iň azyndan 5000 mm) çenli peseldilip bilner, ýokary aspekt gatnaşygy (diametri uzynlygy), şeýle hem ýokary uzalmagy (azyndan 245%), ýokary energiýa netijeliligi, 20Hz-den pes jogap).Akylly dokma önümlerini döretmek üçin AMF-i trikota and we dokamak usullary arkaly 2D işjeň myşsa gatlaklaryny emele getirmek üçin işjeň ýüplük hökmünde ulanýarys.Suwuklygyň göwrümi we berilýän basyş nukdaýnazaryndan bu “akylly” dokumalaryň giňeliş tizligini we gysyş güýjüni mukdar taýdan öwrendik.Trikota and we dokalan listler üçin uzaldyş güýji gatnaşyklaryny ýola goýmak üçin analitiki modeller işlenip düzüldi.Şeýle hem, multimodal hereket üçin akylly dokma üçin birnäçe mehaniki programmirleme usullaryny, şol sanda iki taraplaýyn uzalmagy, egilmek, radial giňelmek we 2D-den 3D-e geçmek ukybyny beýan edýäris.Çemeleşmämiziň berkligini görkezmek üçin AMF-ni täjirçilik matalaryna ýa-da dokma önümlerine, konfigurasiýasyny passiwden dürli deformasiýa sebäp bolýan işjeň gurluşlara üýtgetmek üçin birleşdireris.Şeýle hem, bu düşünjäni birnäçe synag synag oturgyçlarynda görkezdik, islenýän harplary öndürmek üçin sapaklary programmirläp egmek we kebelek, dörtburç gurluş we gül ýaly obýektleriň görnüşine üýtgeýän biologiki gurluşlary.
Dokma önümleri, ýüplükler, sapaklar we süýümler ýaly biri-birine bagly bir ölçegli sapaklardan emele gelýän çeýe iki ölçegli gurluşdyr.Dokma adamzadyň iň gadymy tehnologiýalarynyň biridir we rahatlygy, uýgunlaşmagy, dem almagy, estetika we goragy sebäpli durmuşyň ähli ugurlarynda giňden ulanylýar.Akylly dokma önümleri (akylly eşikler ýa-da robot matalar diýlip hem atlandyrylýar) robot programmalarynda uly mümkinçilikleri sebäpli gözleglerde has köp ulanylýar20,52.Akylly dokma önümleri, ýumşak meseleler bilen täsirleşmekde adam tejribesini ýokarlandyrmagy wada berýär, belli bir işleri ýerine ýetirmek üçin inçe, çeýe matanyň hereketine we güýçlerine gözegçilik edip boljak meýdanda paradigma çalşygyny amala aşyrýar.Bu ýazgyda, soňky AMF49 esasynda akylly dokma önümçiligine iki çemeleşmäni öwrenýäris: (1) adaty dokma önümçiligi tehnologiýalaryny ulanyp akylly dokma önümlerini döretmek üçin AMF-ni işjeň ýüplük hökmünde ulanmak;(2) islenýän hereketi we deformasiýany höweslendirmek üçin göni matalara AMF salyň.
AMF gidrawliki güýji üpjün etmek üçin içki silikon turbadan we radial giňelmegini çäklendirmek üçin daşarky dik rulondan ybarat.Şeýlelik bilen, AMF basyş edilende uzynlygyna uzalýar we basyş goýberilende asyl güýjüne gaýdyp gelmek üçin şertnama güýçlerini görkezýär.Olaryň çeýeligi, kiçi diametri we uzynlygy ýaly adaty süýümlere meňzeş häsiýetleri bar.Şeýle-de bolsa, AMF adaty kärdeşlerine garanyňda hereket we güýç taýdan has işjeň we gözegçilikde saklanýar.Akylly dokma önümçiliginiň soňky çalt ösüşlerinden ylham alyp, bu ýerde uzak wagtlap döredilen mata öndürmek tehnologiýasyna AMF ulanyp, akylly dokma önümçiligine dört esasy çemeleşmäni hödürleýäris (1-nji surat).
Birinji ýol dokamakdyr.Dokma trikota technology tehnologiýasyny, gidrawliki herekete getirilende bir tarapa öwrülýän reaktiw trikota fabric matany öndürmek üçin ulanýarys.Trikotaet listler gaty uzyn we uzalýar, ýöne dokalan listlerden has aňsat açylýar.Dolandyryş usulyna baglylykda AMF aýratyn hatarlary ýa-da doly önümleri emele getirip biler.Tekiz örtüklerden başga-da, turba trikota pattern nagyşlary AMF çukur gurluşlaryny öndürmek üçin hem amatlydyr.Ikinji usul dokamakdyr, bu ýerde iki ugurda özbaşdak giňelip bilýän gönüburçly dokalan kagyzy emele getirmek üçin iki AMF ulanýarys.Dokalan listler trikotaet listlerden has köp gözegçilik edýär (iki tarapa).Şeýle hem has ýönekeý dokalan kagyz ýasamak üçin adaty ýüplüklerden AMF dokadyk, diňe bir tarapa ýapylyp bilinmez.Üçünji usul - radial giňelmek - AMP-leriň gönüburçlukda däl-de, spiralda ýerleşýän we sapaklar radial çäklendirmäni üpjün edýän dokma usulynyň bir görnüşidir.Bu ýagdaýda örme giriş basyşy astynda düýpgöter giňelýär.Dördünji çemeleşme, islenýän ugurda egilmek hereketini döretmek üçin AMF-ni passiw matanyň listine ýapmakdyr.AMF-ni gyrasyndan işledip, passiw bölüniş tagtasyny işjeň bölüniş tagtasyna düzdük.AMF-iň bu programmirläp bolýan tebigaty, passiw zatlary işjeň görnüşlere öwrüp bilýän bio-ylhamly şekili üýtgedýän ýumşak gurluşlar üçin ummasyz mümkinçilikleri açýar.Bu usul ýönekeý, aňsat we çalt, ýöne prototipiň uzak ömrüni bozup biler.Okyjy, her dokumanyň häsiýetiniň güýçli we gowşak taraplaryny jikme-jik beýan edýän edebiýatda beýleki çemeleşmelere ýüzlenýär21,33,34,35.
Adaty matalary ýasamak üçin ulanylýan sapaklaryň ýa-da ýüplükleriň köpüsinde passiw gurluşlar bar.Bu işde, metrleriň uzynlygyna we submillimetr diametrlerine ýetip bilýän AMF-i ulanýarys, adaty passiw dokma ýüplüklerini AFM bilen çalşyp, has giň programmalar üçin akylly we işjeň matalary döredýäris.Aşakdaky bölümlerde akylly dokma prototiplerini ýasamak we olaryň esasy wezipelerini we özüni alyp barşyny görkezmek üçin jikme-jik usullar beýan edilýär.
Dokma usuly bilen üç sany AMF formasyny elde ýasadyk (2A-njy surat).AMF-ler we prototipler üçin material saýlamak we jikme-jik spesifikasiýalary Usullar bölüminde tapyp bilersiňiz.Her AMF simmetrik aýlawy emele getirýän egrem-bugram ýoly (marşrut hem diýilýär) yzarlaýar.Her hataryň aýlawlary ýokardaky we aşaky hatarlaryň aýlawlary bilen berkidilýär.Kursyň perpendikulýar bir sütüniniň halkalary şaha birleşdirilýär.Trikota prot prototipimiz her hatarda üç hatar ýedi tikişden (ýa-da ýedi tikişden) ybarat.Topokarky we aşaky halkalar kesgitlenmedi, şonuň üçin olary degişli metal çybyklara dakyp bileris.Trikota prot prototipleri adaty ýüplükler bilen deňeşdirilende AMF-iň berkligi sebäpli adaty trikota fabric matalardan has aňsat açyldy.Şonuň üçin ýanaşyk hatarlaryň aýlawlaryny inçe elastik şnurlar bilen daňdyk.
Dürli akylly dokma prototipleri dürli AMF konfigurasiýalary bilen amala aşyrylýar.(A) Üç sany AMF-den trikotaet list.(B) Iki AMF-iň iki taraplaýyn dokalan sahypasy.(C) AMF-den we akril ýüplükden ýasalan bir taraplaýyn dokalan kagyz, agramynyň 192 essesinden (2,6g) 500g agyrlyk göterip biler.(D) Radial çäklendiriji hökmünde bir AMF we pagta ýüplügi bilen gurluşy düýpgöter giňeltmek.Jikme-jik aýratynlyklary Usullar bölüminde tapyp bilersiňiz.
Trikota ofyň zigzag aýlawlary dürli tarapa uzalyp bilse-de, prototip trikotajymyz, syýahat ugrundaky çäklendirmeler sebäpli basyş astynda aýlawyň ugruna giňelýär.Her AMF-iň uzalmagy trikotaet listiň umumy meýdanynyň giňelmegine goşant goşýar.Aýratyn talaplara baglylykda, üç dürli suwuklyk çeşmesinden (2A surat) garaşsyz ýa-da bir suwuk çeşmeden 1-den 3-e çenli suwuk paýlaýjy arkaly üç sany AMF-ni dolandyryp bileris.Injirde.2A trikota prot prototipiň mysalyny görkezýär, üç meýdany (1,2 MPa) basyş ulanylanda başlangyç meýdany 35% ýokarlandy.AMeri gelende aýtsak, AMF asyl uzynlygynyň azyndan 250% -ini ýokary uzaltmagy üpjün edýär49, şonuň üçin trikotaet listler häzirki wersiýalardan has köp uzap biler.
Şeýle hem, ýönekeý dokma usulyny ulanyp, iki AMF-den emele gelen iki taraplaýyn dokma kagyzlaryny döretdik (2-nji surat).AMF egriji we dokma dogry burçlarda biri-birine bagly bolup, ýönekeý çyzgy görnüşini emele getirýär.Prototip dokaýşymyz deňagramly ýönekeý dokma hökmünde klassifikasiýa edildi, sebäbi ýüplük we dokma ýüplükleri birmeňzeş ýüplükden ýasaldy (jikme-jiklikler üçin Usullar bölümine serediň).Sharpiti epleri emele getirip bilýän adaty sapaklardan tapawutlylykda, ulanylýan AMF dokma nagşynyň başga bir sapagyna gaýdyp gelende belli bir egilme radiusyny talap edýär.Şonuň üçin AMP-den öndürilen dokalan örtükler adaty dokalan dokma önümleri bilen deňeşdirilende has pes dykyzlyga eýe.AMF görnüşli S (daşky diametri 1,49 mm) iň az egilme radiusy 1,5 mm.Mysal üçin, bu makalada hödürleýän dokma prototipimiziň 7 × 7 sapak nagşy bar, bu ýerde her çatryk inçe elastik şnur düwünleri bilen durnuklaşdyrylýar.Şol bir dokma usulyny ulanyp, has köp ýüp alyp bilersiňiz.
Degişli AMF suwuklyk basyşyny alanda, dokalan list eriş ýa-da dokma ugrunda meýdanyny giňeldýär.Şol sebäpden, iki AMP-e ulanylýan giriş basyşynyň mukdaryny özbaşdak üýtgedip, örülen sahypanyň ölçeglerine (uzynlygy we ini) gözegçilik etdik.Injirde.2B, bir AMP (1,3 MPa) basyş ulanylanda asyl meýdanynyň 44% -ine çenli giňeldilen dokalan prototipi görkezýär.Iki AMF-a bir wagtyň özünde basyş etmek bilen meýdan 108% ýokarlandy.
Şeýle hem, bir AMF-den dokma görnüşinde egrilen we akril ýüplükli bir taraplaýyn dokalan list ýasadyk (2-nji surat).AMF-ler ýedi sany zigzag hatara düzülendir we sapaklar bu hatar AMF-leri birleşdirip, gönüburçly matany emele getirýärler.Bu dokalan prototip, tutuş sahypany aňsatlyk bilen doldurýan ýumşak akril sapaklaryň kömegi bilen 2B-nji suratdakydan has dykyzdy.Diňe bir AMF-ni eriş hökmünde ulanýandygymyz sebäpli, dokalan list diňe basyş astynda egrelip biler.2C-nji suratda, basyşy (1,3 MPa) bilen başlangyç meýdany 65% ​​ýokarlanýan dokalan prototipiň mysaly görkezilýär.Mundan başga-da, bu örülen bölek (agramy 2,6 gram) 500 gram agyrlygy göterip biler, bu bolsa massasynyň 192 essesidir.
Göni gönüburçly dokalan kagyzy döretmek üçin AMF-ni egrem-bugram nagyş bilen düzmegiň ýerine, AMF-iň tekiz spiral görnüşini ýasadyk, soňra tegelek dokalan list döretmek üçin pagta ýüplükleri bilen düýpgöter çäklendirildi (2D-nji surat).AMF-iň ýokary berkligi, tabagyň merkezi sebitini doldurmagy çäklendirýär.Şeýle-de bolsa, bu örtük elastik ýüplüklerden ýa-da elastik matalardan ýasalyp bilner.Gidrawlik basyşy alandan soň, AMP uzynlyk uzynlygyny listiň radial giňelmegine öwürýär.Şeýle hem spiral görnüşiniň daşky we içki diametrleriniň filamentleriň radial çäklendirilmegi sebäpli ýokarlanýandygyny bellemelidiris.2D-nji suratda, 1 MPa ulanylýan gidrawlik basyşy bilen tegelek listiň görnüşi asyl meýdanynyň 25% -ine çenli giňelýändigi görkezilýär.
Bu ýerde akylly dokma önümçiligine ikinji bir çemeleşmäni hödürleýäris, bu ýerde AMF-ni tekiz mata bölejigine ýelmeýäris we ony passiwden işjeň dolandyrylýan gurluşa üýtgedýäris.Bükülýän sürüjiniň dizaýn diagrammasy injirde görkezilýär.3A, bu ýerde AMP ortasyna bukulyp, ýelimleýji hökmünde iki taraply lentany ulanyp, aýrylmaz matanyň zolagyna (pagta muslin matasy) ýelimlenýär.Möhürlenenden soň, AMF-iň ýokarsy uzaldylyp bilner, aşagy bolsa lenta we mata bilen çäklendirilip, zolagyň mata tarap egilmegine sebäp bolýar.Bükme hereketlendirijisiniň islendik bölegini diňe lenta zolak bilen ýapyp bileris.Öçürilen segment hereket edip bilmeýär we passiw segmente öwrülýär.
Matalar AMF-i adaty matalara ýapmak arkaly üýtgedilýär.(A) Bükülen AMF-ni aýryp bolmaýan mata ýelmemek arkaly egilmek üçin dizaýn düşünjesi.(B) Hereketlendirijiniň prototipiniň egilmegi.(C) gönüburçly matanyň işjeň dört aýakly robota öwrülmegi.Inelastik mata: pagta formasy.Uzalýan mata: poliester.Jikme-jik aýratynlyklary Usullar bölüminde tapyp bilersiňiz.
Dürli uzynlykdaky birnäçe prototip egirme hereketlendirijisini ýasadyk we egilmek hereketini döretmek üçin gidrawlika bilen basyş etdik (3B surat).Möhümi, AMF göni çyzykda goýlup ýa-da birnäçe sapak emele getirmek üçin bukulyp, degişli mukdarda sapaklar bilen egilme diskini döretmek üçin mata ýelimlenip bilner.Şeýle hem, passiw dokumalar sahypasyny işjeň tetrapod gurluşyna öwürdik (3C-nji surat), bu ýerde gönüburçly kesilmedik dokumanyň (pagta muslin matasy) araçäklerini ugrukdyrmak üçin AMF-den peýdalandyk.AMP mata iki taraply lentanyň bölegi bilen berkidilýär.Dört burç işjeň bolsa, her gyranyň ortasy passiw bolmak üçin basylýar.Mata uzaldylan örtük (poliester) islege bagly däl.Matanyň dört burçy basylanda egilýär (aýaklara meňzeýär).
Ösen ösen dokma önümleriniň häsiýetlerini mukdar taýdan öwrenmek üçin synag skameýkasyny gurduk (Usullar bölümine we S1 goşmaça surata serediň).Samhli nusgalar AMF-den ýasalandygy sebäpli, synag synaglarynyň umumy tendensiýasy (4-nji surat) AMF-iň esasy aýratynlyklaryna laýyk gelýär, ýagny giriş basyşy rozetkanyň uzalmagyna göni proporsional we gysyş güýjüne ters proporsionaldyr.Şeýle-de bolsa, bu akylly matalaryň aýratyn konfigurasiýalaryny görkezýän özboluşly aýratynlyklary bar.
Akylly dokma konfigurasiýalary.(A, B) Giriş basyşy we rozetkanyň uzalmagy we dokalan listler üçin histerezis egrileri.(C) Dokalan listiň meýdanyny giňeltmek.(D, E) Giriş basyşy bilen çykyş uzalmagy we trikotawear üçin güýç arasyndaky baglanyşyk.(F) Radikal giňelýän gurluşlaryň meýdany giňelmegi.(G) Üç dürli uzynlykdaky egilme diskleriň egilme burçlary.
Dokalan listiň her AMF takmynan 30% uzalmagy üçin 1 MPa giriş basyşyna sezewar edildi (4A-njy surat).Synag üçin birnäçe sebäbe görä bu bosagany saýladyk: (1) histeriz egrilerini bellemek üçin ep-esli uzalma (takmynan 30%) döretmek, (2) dürli synaglardan welosiped sürmeginiň we tötänleýin zeper ýetmegine ýa-da şowsuzlyga sebäp bolýan gaýtadan ulanylýan prototipleriň öňüni almak..ýokary suwuklyk basyşynda.Öli zona aýdyň görünýär we giriş basyşy 0,3 MPa ýetýänçä örme hereketsiz galýar.Basyşyň uzaldyş histerezi sýu ploteti, nasos bilen goýberilýän fazalaryň arasynda uly boşlugy görkezýär, bu dokalan listiň hereketini giňelmekden gysylmagyna üýtgedeninde ep-esli energiýa ýitgisiniň bardygyny görkezýär.(4A-njy surat).1 MPa giriş basyşyny alandan soň, dokalan list 5,6 N gysyş güýjüni ulanyp biler (4B-nji surat).Şeýle hem basyş güýji histerezi sýu ploteti, täzeden düzmek egrisiniň basyş gurmak egrisi bilen diýen ýaly gabat gelýändigini görkezýär.Dokalan listiň meýdanynyň giňelmegi, 3D ýerüsti çyzgyda görkezilişi ýaly iki AMF-iň hersine edilýän basyşyň mukdaryna baglydy (4C-nji surat).Geçirilen synaglar, dokalan listiň bir wagtyň özünde 1 MPa gidrawliki basyşyna sezewar bolanda, dokalan listiň 66% giňelip biljekdigini görkezýär.
Trikotaet list üçin synag synaglary, dartyş-basyş diagrammasyndaky giň histerez boşlugyny we üstaşyr basyş güýç egrilerini öz içine alýan dokalan liste meňzeş nagşy görkezýär.Trikota list list 30% uzaldylandygyny görkezdi, şondan soň gysyş güýji 1 MPa giriş basyşynda 9 N boldy (4D-nji surat, E).
Tegelek dokalan ýagdaýynda, 1 MPa suwuk basyşa sezewar bolandan soň başlangyç meýdany bilen deňeşdirilende başlangyç meýdany 25% ýokarlandy (4F-nji surat).Nusga giňelip başlamazdan ozal 0,7 MPa çenli uly giriş basyşy ölen zona bar.Bu uly öli zona, başlangyç stresleri ýeňip geçmek üçin has ýokary basyşlary talap edýän has uly AMF-lerden edilendigi sebäpli garaşylýar.Injirde.4F, şeýle hem, goýberiş egrisiniň basyşyň ýokarlanmagy egrisine gabat gelýändigini görkezýär, bu bolsa disk hereketi açylanda az energiýa ýitgisini görkezýär.
Üç egilme hereketlendirijisi (dokumanyň konfigurasiýasy) üçin geçirilen synag netijeleri, histerezis egrileriniň meňzeş nagşynyň bardygyny görkezýär (4G surat), göterilmezden ozal 0,2 MPa çenli giriş basyşynyň ölen zonasyny başdan geçirýärler.Şol bir mukdarda suwuklygy (0.035 ml) üç sany egiriji sürüjä (L20, L30 we L50 mm) ulandyk.Şeýle-de bolsa, her hereketlendiriji dürli basyş derejelerini başdan geçirdi we dürli egilme burçlaryny ösdürdi.L20 we L30 mm herekete getirijiler giriş basyşyny 0,72 we 0.67 MPa başdan geçirip, degişlilikde 167 ° we 194 ° egilme burçlaryna ýetdiler.Iň uzyn egilme sürüjisi (uzynlygy 50 mm) 0.61 MPa basyşa çydap, iň ýokary egilme burçuna 236 ° ýetdi.Basyş burç histerezi meýilnamalary, üç egilme sürüjiniň hemmesi üçin basyş we goýberiş egrileriniň arasynda has uly boşluklary ýüze çykardy.
Smartokardaky akylly dokma konfigurasiýalary üçin giriş göwrümi bilen çykyş häsiýetleriniň (uzalmagy, güýji, meýdany giňeltmek, egilmek burçy) arasyndaky baglanyşygy S2 goşmaça suratda tapyp bilersiňiz.
Öňki bölümdäki synag synaglary, ulanylýan giriş basyşy bilen AMF nusgalarynyň rozetkasynyň uzalmagynyň arasyndaky proporsional gatnaşygy aýdyň görkezýär.AMB näçe güýçli dartylsa, şonça-da uzalýar we şonça-da elastik energiýa toplanýar.Şeýlelik bilen, edýän gysyş güýji näçe uly bolsa.Netijeler, giriş basyşy doly aýrylanda nusgalaryň iň ýokary gysyş güýjüne ýetendigini görkezdi.Bu bölüm, analitiki modellemek we eksperimental barlag arkaly trikota and we dokalan listleriň uzalmagy bilen iň ýokary gysyş güýjüniň arasynda göni baglanyşyk gurmagy maksat edinýär.
AMeke-täk AMF-iň iň ýokary şertnama güýji Fout (giriş basyşynda P = 0) 49-njy refde berildi we aşakdaky ýaly gaýtadan işledildi:
Olaryň arasynda α, E we A0 degişlilikde uzalýan faktor, Youngaşyň moduly we silikon turbasynyň kesiş meýdany bar;k - spiral rulonyň berkligi koeffisiýenti;x we li ofset we başlangyç uzynlykdyr.AMP degişlilikde
dogry deňleme.(1) Mysal üçin trikota and we dokalan listleri alyň (5A, B).Trikota product önüm Fkv-iň gysyş güýçleri we dokalan önüm Fwh degişlilikde (2) we (3) deňleme bilen aňladylýar.
bu ýerde mk aýlawlaryň sany, φp sanjym wagtynda trikota fabric matanyň aýlaw burçudyr (5A surat), mh sapaklaryň sany, θhp sanjym wagtynda trikota fabric matanyň çekiş burçudyr (5B surat), εkv εwh trikotaet list we dokalan listiň deformasiýasy, F0 spiral rulonyň başlangyç dartyşlygydyr.Deňlemäniň jikme-jik çykarylyşy.(2) we (3) goldaýan maglumatlardan tapyp bilersiňiz.
Uzalma-güýç gatnaşyklary üçin analitiki model dörediň.(A, B) Trikota and we dokalan listler üçin analitiki model suratlar.(C, D) Trikota and we dokalan listler üçin analitiki modelleri we tejribe maglumatlaryny deňeşdirmek.RMSE kök kwadrat ýalňyşlygy aňladýar.
Işlenip düzülen modeli barlamak üçin 2A-njy suratda trikota pattern nagyşlaryny we 2B-nji suratda örülen nusgalary ulanyp uzaldyş synaglaryny geçirdik.Şertnama güýji 0% -den 50% -e çenli her gulplanan uzalma üçin 5% artdyryldy.Bäş synagyň ortaça we standart gyşarmasy 5C-nji suratda (trikota)) we 5D-nji suratda (trikota)) görkezilýär.Analitik modeliň egrileri deňlemeler bilen düşündirilýär.Parametrler (2) we (3) tablisada berilýär.1. Netijeler, seljeriş modeliniň trikotawear önümleri üçin 0,34 N, dokalan AMF H (gorizontal ugur) üçin 0,21 N we kök ortaça kwadrat ýalňyşlygy (RMSE) bilen uzalma aralygyndaky tejribe maglumatlary bilen oňat ylalaşýandygyny görkezýär. dokalan AMF üçin.V (dik ugur).
Esasy hereketlerden başga-da, teklip edilýän akylly dokma önümleri S-egilmek, radial gysylma we 2D-den 3D deformasiýa ýaly has çylşyrymly hereketleri üpjün etmek üçin mehaniki taýdan düzülip bilner.Tekiz akylly dokma önümlerini islenýän gurluşlara programmirlemegiň birnäçe usulyny hödürleýäris.
Domeýni çyzykly ugurda giňeltmekden başga-da, bir ugurly dokalan listler multimodal hereketi döretmek üçin mehaniki taýdan düzülip bilner (6A-njy surat).Örülen listiň uzalmagyny egilme hereketi hökmünde üýtgedýäris, ýüzleriniň birini (ýokarky ýa-da aşagy) tikin ýüpi bilen çäklendirýäris.Sahypalar basyş astynda baglanyşyk ýüzüne egilýär.Injirde.6A dokalan panelleriň iki mysalyny görkezýär, bir ýarysy ýokarky tarapynda gysylan bolsa, galan ýarysy aşaky tarapynda gysylanda S şekilli bolýar.Ativea-da bolmasa, diňe bütin ýüzi çäklendirilen tegelek egilme hereketini döredip bilersiňiz.Iki taraplaýyn turba gurluşyna birikdirip, bir taraplaýyn örülen list hem gysyş ýeňine edilip bilner (6B-nji surat).Veseň, agyryny aýyrmak ýa-da aýlanyşygy gowulaşdyrmak üçin massa therap bejergisiniň bir görnüşi bolan gysyş üpjün etmek üçin adamyň görkeziji barmagynyň üstünde geýilýär.El, bagryň we aýak ýaly bedeniň beýleki böleklerine gabat gelmek üçin ulaldylyp bilner.
Sahypalary bir tarapa dokamak ukyby.(A) Tikin sapaklarynyň görnüşiniň programmirlemegi sebäpli deformasiýa gurluşlaryny döretmek.(B) Barmagyň gysyş ýeňi.(C) Örülen listiň başga bir wersiýasy we bilek gysyş ýeňi hökmünde ýerine ýetirilmegi.(D) AMF görnüşli M, akril ýüplük we Welkro gaýyşlaryndan ýasalan başga bir gysyş ýeň prototipi.Jikme-jik aýratynlyklary Usullar bölüminde tapyp bilersiňiz.
6C-nji suratda bir AMF we pagta ýüplükden ýasalan bir taraplaýyn dokalan listiň başga bir mysaly görkezilýär.Sahypa meýdanda 45% giňelip biler (1,2 MPa) ýa-da basyş astynda tegelek herekete sebäp bolup biler.Şeýle hem, sahypanyň ujuna magnit gaýyşlaryny dakyp, bilek gysyş ýeňini döretmek üçin bir sahypany goşduk.Beýleki prototip bilek gysyş ýeňi 6D-nji suratda görkezilýär, onda has güýçli gysyş güýçleri döretmek üçin M AMF görnüşinden (Usullara serediň) we akril ýüplüklerden bir taraplaýyn örülen listler ýasalýar.Sahypalaryň ujuny aňsat birikdirmek we dürli el ululyklary üçin “Velcro” gaýyşlary bilen enjamlaşdyrdyk.
Çyzykly uzalmagy egilme hereketine öwürýän päsgelçilik usuly, iki taraplaýyn dokalan listlere hem degişlidir.Pagta sapaklaryny egrem-bugramyň bir gapdalyndan dokaýarys we giňelmezligi üçin dokalan listleri dokaýarys (7A-njy surat).Şeýlelik bilen, iki AMF biri-birine garaşsyz gidrawliki basyşy alanda, sahypada özbaşdak üç ölçegli gurluşy emele getirmek üçin iki taraplaýyn egilmek hereketi bolýar.Başga bir çemeleşmede, iki taraplaýyn dokalan listleriň bir ugruny çäklendirmek üçin aýrylmaz ýüplükleri ulanýarys (7B-nji surat).Şeýlelik bilen, degişli AMF basyş astynda bolanda, sahypa garaşsyz egilmek we uzalmak hereketlerini edip biler.Injirde.7B, iki barmakly örülen listiň, adam barmagynyň üçden iki bölegini egilmek hereketi bilen dolap, galan bölegini uzaldylan hereket bilen ýapmak üçin dolandyrylýan mysaly görkezýär.Sahypalaryň iki taraplaýyn hereketi moda dizaýny ýa-da akylly eşikleri ösdürmek üçin peýdaly bolup biler.
Iki taraplaýyn dokalan list, trikotaet list we düýpgöter giňeldilip bilinýän dizaýn mümkinçilikleri.(A) Iki taraplaýyn egilmek üçin iki taraplaýyn birleşdirilen iki taraplaýyn örülen paneller.(B) Bir taraplaýyn çäklendirilen iki taraplaýyn örülen paneller çeýe we uzalýar.(C) Dürli ýeriň egriligine laýyk bolup bilýän we hatda turba gurluşlaryny emele getirip bilýän ýokary elastik trikotaet list.(D) giperboliki parabolik şekili (kartoşka çipleri) emele getirýän düýpgöter giňelýän gurluşyň merkezi çyzygyny aýyrmak.
Trikota part böleginiň ýokarky we aşaky hatarlarynyň iki sany ýanaşyk aýlawyny açmaz ýaly tikin ýüpi bilen birikdirdik (7-nji surat).Şeýlelik bilen, dokalan list doly çeýe bolup, adam elleriniň we gollarynyň deri ýüzleri ýaly dürli ýer egrilerine gowy uýgunlaşýar.Şeýle hem trikota part böleginiň uçlaryny syýahat ugruna birikdirip, turba gurluşyny (ýeň) döretdik.Veeň ýeň adamyň görkezijisiniň barmagy bilen gowy örtülýär (7-nji surat).Dokalan matanyň berkligi ajaýyp laýyklygy we deformasiýany üpjün edýär, akylly eşiklerde (ellikler, gysyş ýeňleri) ulanmagy aňsatlaşdyrýar, rahatlygy üpjün edýär (amatly görnüşde) we bejeriş täsiri (gysyş arkaly).
Birnäçe ugurda 2D radial giňelmekden başga-da, 3D gurluşlary emele getirmek üçin tegelek dokalan listler hem düzülip bilner.Birmeňzeş radial giňelmegini bozmak üçin tegelek örümiň merkezi çyzygyny akril ýüplük bilen çäklendirdik.Netijede, tegelek dokalan listiň asyl tekiz görnüşi basyşdan soň giperboliki parabolik görnüşe (ýa-da kartoşka çipleri) öwrüldi (7D-nji surat).Bu şekili üýtgetmek ukyby göteriji mehanizm, optiki linza, ykjam robot aýaklary hökmünde durmuşa geçirilip bilner ýa-da moda dizaýnynda we bionik robotlarda peýdaly bolup biler.
AMF-ni uzalmaýan matanyň zolagyna ýelmemek arkaly flexural diskleri döretmek üçin ýönekeý bir usuly döretdik (3-nji surat).Bu düşünjäni, programmirläp boljak sapaklary döretmek üçin ulanýarys, bu ýerde islenýän şekilleri döretmek üçin bir AMF-de birnäçe işjeň we passiw bölümleri strategiki paýlap bileris.Basyşyň ýokarlanmagy bilen görnüşini göni harpdan (UNSW) üýtgedip biljek dört sany işjeň filament ýasadyk we programmirledik (Goşmaça surat S4).Bu ýönekeý usul, AMF-iň deformasiýasyna 1D setirleri 2D şekiline we hatda 3D gurluşlaryna öwürmäge mümkinçilik berýär.
Şuňa meňzeş çemeleşmede, passiw adaty dokumanyň bir bölegini işjeň tetrapoda öwürmek üçin ýekeje AMF ulandyk (8A-njy surat).Ingol we programmirleme düşünjeleri 3C-nji suratda görkezilenlere meňzeýär.Şeýle-de bolsa, gönüburçly listleriň ýerine dörtburç nagyşly (pyşdyl, pagta muslin) matalary ulanyp başladylar.Şonuň üçin aýaklar has uzyn we gurluşy has ýokary galdyrylyp bilner.Gurluşyň beýikligi, aýaklary ýere perpendikulýar bolýança basyş astynda kem-kemden ýokarlanýar.Giriş basyşy ýokarlanmagyny dowam etdirse, aýaklar gurluşyň beýikligini peseldip, içerde çişer.Tetrapodlar, aýaklary bir taraplaýyn nagyşlar bilen enjamlaşdyrylan bolsa ýa-da hereket manipulýasiýa strategiýasy bilen birnäçe AMF ulansa, lokomasiýa ýerine ýetirip biler.Softumşak lokomasiýa robotlary dürli meseleler üçin zerur, ýangyn ýangynlaryndan, ýykylan binalardan ýa-da howply şertlerden halas etmek we neşe serişdelerini iberiş robotlary.
Mata şekilli üýtgeýän gurluşlary döretmek üçin üýtgedildi.(A) AMF-ni passiw mata listiniň araçägine ýelimläň we dolandyrylýan dört aýakly gurluşa öwüriň.(BD) Dokumanyň konfigurasiýasynyň başga iki mysaly, passiw kebelekleri we gülleri işjeň görnüşlere öwürmek.Uzalmaýan mata: ýönekeý pagta muslin.
Şeýle hem, bu dokumany konfigurasiýa etmegiň tehnikasynyň ýönekeýliginden we köpugurlylygyndan peýdalanmak üçin iki sany goşmaça bioinspirlenen gurluşy girizip (8B-D suratlar) peýdalanýarys.Yzygiderli AMF bilen, bu görnüşli deformasiýa gurluşlar passiw dokumalaryň listlerinden işjeň we dolandyrylýan gurluşlara üýtgedilýär.Monarh kebelekden ylham alyp, kebelek şekilli matadan (pagta muslin) we ganatlarynyň aşagyndaky AMF-iň uzyn bölegini ulanyp, üýtgeýän kebelek gurluşyny etdik.AMF basyş astynda ganatlar bukulýar.Monarh kebelek ýaly, “Kebelek” robotynyň çep we sag ganatlary birmeňzeş süýşýär, sebäbi ikisem AMF tarapyndan dolandyrylýar.Kebelegiň flaplary diňe görkezmek üçin.Smart guş ýaly uçup bilmeýär (Festo Corp., ABŞ).Şeýle hem, hersi bäş ýaprakdan ybarat iki gatlakdan ybarat mata gül ýasadyk (8D-nji surat).AMF ýapraklaryň daşky gyrasyndan soň her gatyň aşagyna goýduk.Ilkibaşda güller doly gülleýär, ähli ýapraklar doly açyk.AMF basyş astynda ýapraklaryň egilmegine sebäp bolýar we ýapylmagyna sebäp bolýar.Iki AMF iki gatyň hereketine özbaşdak gözegçilik edýär, bir gatlagyň bäş ýapragy bir wagtyň özünde flex.