Пневматические искусственные мышцы - Pneumatic artificial muscles

Воздушные мышцы сокращаются и разгибаются.

Пневматические искусственные мышцы ( PAM ) - это устройства для сокращения или разгибания, приводимые в действие сжатым воздухом, заполняющим пневматический пузырь . Приближаясь к мышцам человека, ПАМ 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 конечностей. Bridgestone резина компания ( Япония ) коммерциализировала идею в 1980 - х годах под названием Rubbertuators.

Сила втягивания PAM ограничена суммой общей прочности отдельных волокон тканой оболочки. Дистанция приложения ограничена плотностью плетения; очень рыхлое переплетение допускает большую выпуклость, которая дополнительно скручивает отдельные волокна переплетения.

Одним из примеров сложной конфигурации воздушных мышц является Shadow Dexterous Hand, разработанная Shadow Robot Company, которая также продает ряд мышц для интеграции в другие проекты / системы.

Преимущества

ПАМ очень легкие, потому что их основной элемент - тонкая мембрана. Это позволяет им напрямую подключаться к структуре, 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, так как мембрана соединена с жесткими концевыми точками, что создает концентрации напряжений и, следовательно, возможные разрывы мембраны.

Другим преимуществом PAM является присущее им податливое поведение: когда на PAM действует сила, он «поддается», не увеличивая силу при срабатывании. Это важная функция, когда PAM используется в качестве исполнительного механизма в роботе, который взаимодействует с человеком, или когда необходимо выполнять сложные операции.

В PAM сила зависит не только от давления, но и от состояния их накачивания. Это одно из главных преимуществ; Математическая модель, поддерживающая функциональность PAM, представляет собой нелинейную систему , что значительно упрощает точное управление ими по сравнению с обычными пневмоцилиндрами . Взаимосвязь между силой и растяжением в PAMs отражает то, что видно во взаимосвязи длины и напряжения в биологических мышечных системах.

Сжимаемость газа также является преимуществом, поскольку она увеличивает эластичность. Как и в случае с другими пневматическими системами, для приводов PAM обычно требуются электрические клапаны и генератор сжатого воздуха.

Рыхлый характер внешней оболочки волокна также позволяет PAM быть гибкими и имитировать биологические системы. Если поверхностные волокна очень сильно повреждены и становятся неравномерно распределенными, оставляя зазор, внутренний баллон может раздуться через зазор и разорваться. Как и все пневматические системы, важно, чтобы они не работали в случае повреждения.

Гидравлическое управление

Хотя технология в основном работает с пневматическим (газовым) режимом, ничто не препятствует ее также гидравлическому (жидкостному) управлению. Использование несжимаемой жидкости увеличивает жесткость системы и снижает ее поведение.

В 2017 году такое устройство было представлено Bridgestone и Токийским технологическим институтом с заявленным соотношением прочности к весу в пять-десять раз выше, чем у обычных электродвигателей и гидроцилиндров.

Смотрите также

Ноты

внешние ссылки