空気圧人工筋肉

空気圧人工筋肉( PAM ) は、空気圧ブラダーに充填された加圧空気によって作動する収縮または伸張装置です。人間の筋肉に似せて、PAM は通常、主動筋1 つと拮抗筋1 つのペアでグループ化されます。

PAM は、1950 年代に義肢に使用するために(マッキベン人工筋肉という名前で) 初めて開発されました。ブリヂストンゴム工業 (日本) は、1980 年代に Rubbertuators という名前でこのアイデアを商品化しました。

PAM の収縮強度は、織り込まれたシェル内の個々の繊維の合計強度によって制限されます。作用距離は織りの密度によって制限されます。織りが非常に緩いと膨らみが大きくなり、織り込まれた個々の繊維がさらにねじれます。

空気筋肉の複雑な構成の一例としては、 Shadow Robot Companyが開発したShadow Dexterous Hand ^[1]があります。同社は他のプロジェクトやシステムに統合するためのさまざまな筋肉も販売しています。^[2]

利点

PAM は、その主要要素が薄い膜であるため、非常に軽量です。これにより、PAM は電力を供給する構造に直接接続することができ、これは欠陥のある筋肉の置換を考える場合に有利です。欠陥のある筋肉を置換する必要がある場合、その位置は常にわかっているため、置換が容易になります。膜は剛性のエンドポイントに接続されており、張力が集中して膜が破裂する可能性があるため、これは重要な特性です。

PAM のもう 1 つの利点は、その固有の順応性です。PAM に力が加わると、PAM は「屈服」しますが、作動時の力は増加しません。これは、PAM が人間と対話するロボットのアクチュエーターとして使用される場合、または繊細な操作を実行する必要がある場合に重要な機能です。

PAM では、力は圧力だけでなく膨張状態にも依存します。これは大きな利点の 1 つです。PAM の機能をサポートする数学モデルは非線形システムであるため、従来の空気圧シリンダーアクチュエータよりも正確に制御することがはるかに容易になります^[要出典]。PAM における力と伸張の関係は、生物の筋肉システムの長さと張力の関係に見られるものを反映しています。

ガスの圧縮性もコンプライアンスを高めるという利点があります。他の空気圧システムと同様に、PAM アクチュエータには通常、電気バルブと圧縮空気発生器が必要です。

外側の繊維シェルが緩く織り込まれているため、PAM は柔軟性があり、生物系を模倣することができます。表面の繊維がひどく損傷し、不均一に分布して隙間ができた場合、内部のブラダーが隙間から膨張して破裂する可能性があります。すべての空気圧システムと同様に、損傷しているときは操作しないことが重要です。

油圧操作

この技術は主に空気圧（ガス）で作動しますが、油圧（液体）で作動させることも不可能ではありません。非圧縮性流体を使用すると、システムの剛性が高まり、コンプライアンス動作が減少します。

2017年にブリヂストンと東京工業大学が、従来の電動モーターや油圧シリンダーに比べて5～10倍の強度対重量比を誇る装置を発表しました。 ^[3]

参照

注記

^ 「器用な手シリーズ – Shadow Robot Company」.
^ “Air Muscles”. 2017年5月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年2月6日閲覧。
^ 内閣府タフ・ロボティクス・チャレンジによる油圧駆動型高出力人工筋肉の開発

外部リンク

空気圧人工筋肉：ロボット工学と自動化のためのアクチュエータ
バス・オーバーベルデの膨らんだ筋肉
空気圧人工筋肉
空気圧人工筋肉で動く二足歩行ロボット
マッキベン筋を備えたソフトロボットマニピュレーター
Images Company のエアマッスル
シャドウロボットのエアマッスル

[1] 「器用な手シリーズ – Shadow Robot Company」.

[2] “Air Muscles”. 2017年5月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年2月6日閲覧。

[3] 内閣府タフ・ロボティクス・チャレンジによる油圧駆動型高出力人工筋肉の開発