TPU（熱可塑性ポリウレタン）柔軟性、弾性、耐摩耗性などの優れた特性を持ち、外装カバー、ロボットハンド、触覚センサーなど、ヒューマノイドロボットの主要部品に広く使用されています。以下は、権威ある学術論文や技術レポートから選別した詳細な英語資料です。1. ** を使用した人型ロボットハンドの設計と開発TPU素材** > **概要**: 本稿では、人型ロボットハンドの複雑さを解決するためのアプローチについて述べる。ロボット工学は現在最も進歩している分野であり、常に人間のような動作や行動を模倣しようとする試みがなされてきた。人型ハンドは、人間のような動作を模倣するアプローチの一つである。本稿では、15自由度と5つのアクチュエータを備えた人型ハンドの開発構想を詳述するとともに、ロボットハンドの機械設計、制御システム、構成、および特性について議論する。このハンドは人型外観を持ち、把持や手のジェスチャー表現など、人間のような機能も実行できる。結果として、このハンドは一体型として設計されており、組み立ては不要であり、柔軟な熱可塑性ポリウレタンで作られているため、優れた重量持ち上げ能力を示すことが明らかになった。(TPU)素材機能勾配積層造形の開発の方向性の1つは、溶融堆積モデリング3Dプリンティングとソフトハイドロゲルアクチュエータを組み合わせることによって実現される、ソフトロボットグリッピング用の4次元（4D）プリント構造の作成です。この研究では、複雑な機械構造を使用せずにプログラム可能な吸湿変形を可能にする、熱可塑性ポリウレタン（TPU）製の改良された3Dプリントホルダー基板とゼラチンハイドロゲルをベースとしたアクチュエータで構成される、エネルギーに依存しないソフトロボットグリッパーを作成するための概念的なアプローチを提案します。 20%ゼラチンベースのハイドロゲルを使用することで、構造体にソフトロボットの生体模倣機能が付与され、液体環境下での膨潤プロセスに反応することで、印刷された物体のインテリジェントな刺激応答型機械的機能が実現されます。アルゴン-酸素環境下で90秒間、100Wの電力と26.7Paの圧力で熱可塑性ポリウレタンをターゲット表面機能化することで、微細レリーフの変化が促進され、膨潤したゼラチンの表面への接着性と安定性が向上します。マクロスケールの水中ソフトロボット把持用の4Dプリント生体適合性櫛形構造を作成するという実現されたコンセプトは、非侵襲的な局所把持、小さな物体の輸送、および水中での膨潤による生物活性物質の放出を提供できます。したがって、得られた製品は、自己給電型生体模倣アクチュエータ、カプセル化システム、またはソフトロボットとして使用できます。 3. **さまざまなパターンと厚さの 3D プリント人型ロボットアームの外装部品の特性評価** > 人型ロボットの発展に伴い、人間とロボットのより良い相互作用のために、より柔らかい外装が必要とされています。メタマテリアルのオーセチック構造は、柔らかい外装を作成する有望な方法です。これらの構造は独自の機械的特性を持っています。3D プリンティング、特に溶融フィラメント製造 (FFF) は、このような構造を作成するために広く使用されています。熱可塑性ポリウレタン (TPU) は、その優れた弾性のため、FFF で一般的に使用されています。この研究は、ショア 95A TPU フィラメントを使用した FFF 3D プリンティングを使用して、人型ロボット Alice III 用の柔らかい外装カバーを開発することを目的としています。 > > この研究では、3D プリンターで白色の TPU フィラメントを使用して、3DP 人型ロボットアームを製造しました。ロボットアームは、前腕と上腕の部分に分けられました。さまざまなパターン (ソリッドと凹型) と厚さ (1、2、4 mm) がサンプルに適用されました。印刷後、曲げ、引張、圧縮試験を実施して機械的特性を分析しました。結果は、凹型構造が曲げ曲線に向かって容易に曲げることができ、必要な応力が少ないことを確認しました。圧縮試験では、凹型構造は固体構造と比較して荷重に耐えることができました。 > > 3 種類の厚さすべてを分析した結果、厚さ 2 mm の凹型構造は、曲げ、引張、圧縮特性に関して優れた特性を持っていることが確認されました。したがって、厚さ 2 mm の凹型パターンは、3D プリントされたヒューマノイドロボットアームの製造により適しています。 4. **これらの 3D プリントされた TPU 「ソフトスキン」パッドは、ロボットに低コストで高感度の触覚を与えます** > イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の研究者は、ロボットに人間のような触覚を与える低コストの方法を考案しました。それは、機械的圧力センサーとしても機能する 3D プリントされたソフトスキンパッドです。触覚ロボットセンサーは通常、非常に複雑な電子回路アレイを含み、非常に高価ですが、機能的で耐久性のある代替品を非常に安価に製造できることを示しました。さらに、3Dプリンターを再プログラムするだけで済むため、同じ技術をさまざまなロボットシステムに簡単にカスタマイズできます。ロボットハードウェアは大きな力とトルクを伴う可能性があるため、人間と直接相互作用する場合や人間の環境で使用される場合は、非常に安全にする必要があります。ソフトスキンは、機械的安全性の準拠と触覚センシングの両方に使用できるため、この点で重要な役割を果たすと予想されます。チームのセンサーは、市販のRaise3D E2 3Dプリンターで熱可塑性ウレタン（TPU）から印刷されたパッドを使用して作られています。柔らかい外層が中空の充填部分を覆い、外層が圧縮されると内部の空気圧がそれに応じて変化し、Teensy 4.0マイクロコントローラーに接続されたHoneywell ABP DANT 005圧力センサーが振動、タッチ、圧力の増加を検出できるようになります。病院環境で補助するために、柔らかい皮膚のロボットを使用したいと想像してください。それらは定期的に消毒されるか、皮膚を定期的に交換する必要があります。どちらにしても、莫大なコストがかかります。しかし、3D プリンティングは非常に拡張性の高いプロセスであるため、交換可能な部品を安価に製造し、ロボット本体に簡単に着脱できます。 5. **ソフト ロボット アクチュエータとしての TPU 空気ネットの積層造形** > この論文では、熱可塑性ポリウレタン (TPU) の積層造形 (AM) をソフト ロボット コンポーネントとしての用途の観点から調査します。他の弾性 AM 材料と比較して、TPU は強度と歪みに関して優れた機械的特性を示します。選択的レーザー焼結により、空気圧曲げアクチュエータ (空気ネット) がソフト ロボットのケース スタディとして 3D プリントされ、内部圧力に対するたわみに関して実験的に評価されます。気密性による漏れは、アクチュエータの最小壁厚の関数として観察されます。ソフトロボティクスの挙動を記述するには、超弾性材料の記述を幾何学的変形モデルに組み込む必要があります。このモデルは、例えば解析的または数値的である可能性があります。本論文では、ソフトロボティクスアクチュエータの曲げ挙動を記述するためのさまざまなモデルを検討します。機械的材料試験を適用して、積層造形された熱可塑性ポリウレタンを記述するための超弾性材料モデルのパラメータ化を行います。有限要素法に基づく数値シミュレーションをパラメータ化してアクチュエータの変形を記述し、最近発表されたそのようなアクチュエータの解析モデルと比較します。両方のモデル予測をソフトロボティクスアクチュエータの実験結果と比較します。解析モデルではより大きな偏差が生じますが、数値シミュレーションでは平均偏差9°で曲げ角度を予測します。ただし、数値シミュレーションの計算には大幅に時間がかかります。自動化された生産環境では、ソフトロボティクスは、硬直的な生産システムをアジャイルでスマートな製造へと変革するのを補完することができます。
投稿日時：2025年11月25日