JP3062296U - Artificial muscle with shape memory alloy fiber bundle - Google Patents

Artificial muscle with shape memory alloy fiber bundle

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JP3062296U JP1999002694U JP269499U JP3062296U JP 3062296 U JP3062296 U JP 3062296U JP 1999002694 U JP1999002694 U JP 1999002694U JP 269499 U JP269499 U JP 269499U JP 3062296 U JP3062296 U JP 3062296U
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悟史 中島
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(57)【要約】 【課題】形状記憶合金を極細の繊維束にして、筋繊維か
ら構成される筋肉のような形状をつくり、この内外から
熱を加えることによって、その長さを収縮させ、生物の
筋肉と同じような複雑な関節運動の働きを得ようとす
る。 【解決手段】この形状記憶合金繊維束による人工筋肉
は、熱の加え方、あるいは複数の種類復元形状をもつ人
工筋繊維を束にすることによって、複雑な動きが得られ
る。すなわち、人工筋繊維の収縮を発生させる熱伝導の
伝え方の強弱、または人工筋繊維の形状記憶合金の形に
変化をつけることによって筋繊維の収縮率や収縮の強度
・速度も変化するので、瞬発力と馬力のある動きも、繊
細でやわらかな動きも作り出せる。形状記憶合金繊維束
による人工筋肉は、実際の筋肉の働きがそうであるよう
に、複数の方向に収縮する人工筋肉が同時に働くことに
よって、生体と同等の運動を再現することができる上
に、反対方向の人工筋肉を動かすことによって、一度は
収縮した別の人工筋肉を、もとの長さに引きもどし、反
復運動することができる。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To make a shape memory alloy into an ultra-fine fiber bundle, form a muscle-like shape composed of muscle fibers, and apply heat from inside and outside to reduce the length, It seeks to perform complex joint movements similar to the muscles of living organisms. An artificial muscle using a shape memory alloy fiber bundle can obtain a complicated movement by applying heat or by forming an artificial muscle fiber having a plurality of types of restored shapes into a bundle. In other words, the strength and speed of the contraction of the muscle fiber and the strength and speed of the contraction change by changing the shape of the shape memory alloy of the artificial muscle fiber, or by changing the shape of the heat conduction that causes the contraction of the artificial muscle fiber, or It can produce instantaneous and horsepower movements, as well as delicate and soft movements. Artificial muscles with shape memory alloy fiber bundles can reproduce the same movements as a living body by simultaneously working artificial muscles contracting in multiple directions, just as the actual muscle works. By moving the artificial muscle in the opposite direction, another artificial muscle that has contracted once can be returned to its original length and can be repeatedly exercised.

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】[0001]

【考案が解決しようとする課題・1】 この形状記憶合金繊維束による人工筋肉は、熱の加え方、あるいは複数の種類 復元形状をもつ人工筋繊維を束にすることによって、複雑な動きが得られる。 すなわち、人工筋繊維の収縮を発生させる熱伝導の伝え方の強弱、または人工 筋繊維の形状記憶合金の形に変化をつけることによって筋繊維の収縮率や収縮の 強度・速度も変化するので、瞬発力と馬力のある動きも、繊細でやわらかな動き も作り出せる。 形状記憶合金繊維束による人工筋肉は、実際の筋肉の働きがそうであるように 、複数の方向に収縮する人工筋肉が同時に働くことによって、生体と同等の運動 を再現することができる上に、反対方向の人工筋肉を動かすことによって、一度 は収縮した別の人工筋肉を、もとの長さに引きもどし、反復運動することができ る。[Problem to be solved by the invention: 1] The artificial muscle using the shape memory alloy fiber bundle can obtain a complicated movement by applying heat or bundling artificial muscle fibers having a plurality of types of restored shapes. Can be In other words, the strength and speed of the contraction of the muscle fiber and the strength and speed of the contraction change by changing the strength of the heat conduction that causes the contraction of the artificial muscle fiber, or by changing the shape of the shape memory alloy of the artificial muscle fiber. It can produce instantaneous and horsepower movements, as well as delicate and soft movements. Like artificial muscles, artificial muscles made of shape memory alloy fiber bundles can reproduce the same movements as a living body by simultaneously working artificial muscles that contract in multiple directions, just as the actual muscles do. By moving the artificial muscle in the opposite direction, one artificial muscle that has contracted once can be returned to its original length and can be repeatedly exercised.

【0002】[0002]

【考案が解決しようとする課題・2】 形状記憶合金繊維束による人工筋肉を運動させるシステムは、人工筋肉・熱伝 導体・熱伝導を制御する情報処理部分の3要素で構成される。 形状記憶合金繊維束による人工筋肉を動かす熱源・熱伝導体は、用途に応じて いろいろな種類が考えられる。 a.ニクロム線など、通電によって発熱する合金繊維を合金筋束に織り混ぜる 、電気による熱伝導の方法。 b.毛細管状の内部管に通じた液体の移動によって熱伝導制御をする方法。 c.毛細管状の管・外膜に通じた気体の移動によって熱伝導制御をする方法。 d.電磁波によって外部から遠隔操作して、内部に熱を発生させる方法。 e.上記のa.b.c.d.を複数併用する方法。[Problem to be solved by the invention. 2] A system for exercising an artificial muscle using a shape memory alloy fiber bundle is composed of three elements: an artificial muscle, a heat conductor, and an information processing part for controlling heat conduction. There are various types of heat sources and heat conductors that move artificial muscles using shape memory alloy fiber bundles, depending on the application. a. A method of heat conduction by electricity, in which alloy fibers that generate heat when energized, such as nichrome wires, are woven into an alloy braid bundle. b. A method of controlling heat conduction by moving a liquid through a capillary inner tube. c. A method of controlling heat conduction by moving gas through a capillary tube or outer membrane. d. A method of generating heat internally by remote control from outside using electromagnetic waves. e. A. b. c. d. A method of using two or more together.

【0003】[0003]

【従来の技術】[Prior art]

現在のロボットなどについている動力は、主に電力モーターであり、一つ一つ の関節部分にモーターをとりつけることから消費電力が過大になり、複雑な動き を要求すれば、モーターの数も増える。電池やモーターによる重量も大きくなり 、電池とモーターと制御機器部分をつなぐ電線も膨大な数量になる。 これがロボット開発の進歩に大きな障壁となっている。 空気圧による人工筋肉もあるが、繊細な動きは表現できても、力が弱いので、 マネキン本体を動かすのがせいぜいで、実用性のある馬力や瞬発力は得られない 。 油圧ポンプによる関節動力は、パワーショベルなどで最も応用が進んでいるが 、やはり器械が大きくなること、複雑で精細な運動をするロボットに対応できな い。 形状記憶合金繊維束による人工筋肉は、この得失を総合的に補うことができる 。 The power of current robots is mainly electric motors, and since the motors are attached to each joint, the power consumption becomes excessive, and the number of motors will increase if complicated movements are required. The weight of batteries and motors will increase, and the number of wires connecting batteries, motors, and control devices will be enormous. This is a major barrier to the progress of robot development. Although there are artificial muscles that use pneumatic pressure, delicate movements can be expressed, but the power is weak, so moving the mannequin itself does not provide practical horsepower or instantaneous power at best. The application of joint power by a hydraulic pump is most advanced in power shovels and the like, but it cannot cope with robots that perform large and complicated movements because of the large equipment. Artificial muscles made of shape memory alloy fiber bundles can comprehensively compensate for this advantage.

【0004】[0004]

【考案の実施の形態】[Embodiment of the invention]

実際の生体の関節部分は、さまざまな方向に筋繊維束がついており、これらの 収縮がミックスされて複雑な関節運動が生み出されている。 形状記憶合金繊維束による人工筋肉の場合も、生体モデルの模倣から筋肉運動 制御のシステムを解明するバイオメカニクスにより、複数の人工筋繊維束の収縮 をミックスする運動制御が電子頭脳に相当する情報機器部分から指令されること によって、複雑な筋肉運動を人工的に再現する。基本的な反復運動のモデルから 、無限に運動性能・機能を改善する可能性があらわれる。 これは形状記憶合金繊維束による人工筋肉を応用する人工運動体をロボットの 領域から、より生体運動に近似したサイボーグの概念に接近させることになる。 また、熱伝導で一つの形状記憶合金繊維束による人工筋肉の運動が発生した後 、別の人工筋繊維の運動を引き起こそうとする場合、前に動かして熱を帯びた人 工筋繊維はその時点で冷却されていなければならない。 この人工筋繊維の帯熱を防止するために、形状記憶合金繊維束による人工筋肉 は平常時には液体あるいは肉体に類似したゲル状の固体の冷却材によって、ほぼ 一定の温度に保たれ、人工筋繊維が運動する時だけは帯熱し、運動を終了すれば そのまま冷却されるようにしなければならない。また、不必要な運動指令となる 外部の熱から断熱材によって遮断されていなければならない。 したがって考案の実施形態は、皮膚・脂肪・血管・神経・筋肉・骨関節で構成 される生体の筋肉運動システムと同じような構造を人工的に再現するものとなる 。 The joints of a living body have muscle fiber bundles in various directions, and these contractions are mixed to create complex joint movements. In the case of artificial muscles made of shape memory alloy fiber bundles, biomechanics that clarifies muscle movement control systems based on imitation of biological models enables the exercise control that mixes contractions of multiple artificial muscle fiber bundles to be an information device equivalent to an electronic brain. The complex muscle movements are artificially reproduced by commands from the parts. From the basic repetitive exercise model, the possibility of infinitely improving exercise performance and function appears. This brings an artificial moving body that uses artificial muscles made of shape memory alloy fiber bundles closer to the concept of cyborg, which more closely resembles biological movement, from the robot domain. In addition, after the movement of the artificial muscle by one shape memory alloy fiber bundle due to heat conduction, when trying to cause the movement of another artificial muscle fiber, the artificial muscle fiber that has been moved forward and heated becomes It must be cooled at that time. In order to prevent this artificial muscle fiber from heating up, the artificial muscle made of the bundle of shape memory alloy fibers is normally kept at a substantially constant temperature by a liquid or gel-like solid coolant similar to the body. It is necessary to keep the body warm only when the body moves, and to cool it down when the movement ends. In addition, it must be shielded by heat insulation from external heat, which is an unnecessary motion command. Therefore, the embodiment of the present invention artificially reproduces a structure similar to a living body muscular exercise system composed of skin, fat, blood vessels, nerves, muscles, and bone joints.

【0005】[0005]

【考案の効果】[Effect of the invention]

形状記憶合金繊維束による人工筋肉の場合、モーターと電池がいらないので、 ロボット本体は人工筋肉・熱伝導体・熱伝導を制御する情報処理部分の3要素で 構成される。 これはロボット運動制御システムの簡略化と総重量の軽減、消費電力など製作 や使用に関係する総合的なコストの削減につながる。 形状記憶合金繊維束による人工筋肉は、ロボットの運動をサイボーグの概念に 相当する生体的な筋肉運動に発展させることができる。また、電池とモーターを 不用とする構成原理は、マイクロ・マシンの運動動力にも応用ができる。 In the case of an artificial muscle made of a shape memory alloy fiber bundle, a motor and a battery are not required, so the robot body is composed of three elements: an artificial muscle, a heat conductor, and an information processing unit that controls heat conduction. This leads to simplification of the robot motion control system, reduction of the total weight, and reduction of overall costs related to production and use such as power consumption. Artificial muscle using shape memory alloy fiber bundles can evolve the movement of a robot into a biological muscle movement equivalent to the concept of cyborg. In addition, the construction principle that eliminates the need for batteries and motors can be applied to the motive power of micro machines.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】形状記憶合金繊維束による人工筋肉の基本構造Fig. 1 Basic structure of artificial muscle using shape memory alloy fiber bundle

【図2】形状記憶合金繊維束による人工筋肉の収縮運動FIG. 2 Contraction motion of artificial muscle by shape memory alloy fiber bundle

【図3】形状記憶合金繊維束による人工筋肉による反復
運動の基本モデル
Fig. 3 Basic model of repetitive motion by artificial muscle using shape memory alloy fiber bundle

【符号の説明】 形状記憶合金繊維束による人工筋肉 形状記憶合金繊維束による人工筋肉を帯熱させる熱伝
導体 冷却材 熱伝導体によって帯熱した形状記憶合金繊維束による
人工筋肉は収縮する。 使用しない人工筋肉は、冷却材によって熱を奪われ、
他方の人工筋肉の運動にしたがって引き延ばされる。
[Description of Signs] Artificial muscle made of shape memory alloy fiber bundle Heat conductor that heats artificial muscle made of shape memory alloy fiber bundle Coolant Artificial muscle made of shape memory alloy fiber bundle heated by heat conductor contracts. Unused artificial muscle is deprived of heat by coolant,
It is stretched according to the movement of the other artificial muscle.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Utility model registration claims] 【請求項1】形状記憶合金を極細の繊維束にして、筋繊
維から構成される筋肉のような形状をつくり、この内外
から熱を加えることによって、その長さを収縮させ、生
物の筋肉と同じような複雑な関節運動の働きを得ようと
する人工筋肉。
1. A shape-memory alloy is formed into an ultra-fine fiber bundle to form a muscle-like shape composed of muscle fibers, and the length of the muscle is reduced by applying heat from inside and outside to reduce the length of the muscle. An artificial muscle that seeks to perform the same complex joint movement.
JP1999002694U 1999-03-18 1999-03-18 Artificial muscle with shape memory alloy fiber bundle Expired - Lifetime JP3062296U (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021141811A (en) * 2016-12-08 2021-09-16 リンテック・オブ・アメリカ・インコーポレイテッド Improvement in artificial muscle actuator

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2021141811A (en) * 2016-12-08 2021-09-16 リンテック・オブ・アメリカ・インコーポレイテッド Improvement in artificial muscle actuator
JP2021177696A (en) * 2016-12-08 2021-11-11 リンテック・オブ・アメリカ・インコーポレイテッド Improvements in artificial muscle actuators
JP7168728B2 (en) 2016-12-08 2022-11-09 リンテック・オブ・アメリカ・インコーポレイテッド Improvement of artificial muscle actuators
JP7343546B2 (en) 2016-12-08 2023-09-12 リンテック・オブ・アメリカ・インコーポレイテッド Improvement of artificial muscle actuator

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