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Development of a new generation prosthetic hand with fast responsive SMA based artificial muscle and large load-holding capability

研究課題

研究課題/領域番号 19K23476
研究種目

研究活動スタート支援

配分区分基金
審査区分 0301:材料力学、生産工学、設計工学、流体工学、熱工学、機械力学、ロボティクス、航空宇宙工学、船舶海洋工学およびその関連分野
研究機関東北大学

研究代表者

Sun Shuaishuai  東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 助教 (00847915)

研究期間 (年度) 2019-08-30 – 2021-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2020年度)
配分額 *注記
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワードProsthetic hand / MR exoskeleton / Artificial muscle / artificial muscle / Adaptive finger joint / Fast response / Large holding capability
研究開始時の研究の概要

This project develops a fast responsive prosthetic hand with large load operating capability.The new artificial muscle will respond much quicker while the adaptability of the smart joint allows the hand bending motion and also retains the desired configuration when it operates heavy load.

研究実績の概要

Shape memory alloy (SMA) wires are now the preferred choice for soft artificial muscles. However, SMA artificial muscles have two problems, including limited load holding ability due to their soft nature and slow response due to their long cooling-off period. In response this research developed a fast response magnetorheological elastomer (MRE) artificial muscle based on SMA and a controllable magnetorheological fluid (MRF) exoskeleton to improve the loading capability. This new artificial muscle retains its soft nature and also accelerates the cooling speed of its SMA wire to increase its response speed. The controllable MRF exoskeleton is flexible enough to allow the soft fingers to bend as required while being stiff enough to hold up heavy loads. From the beginning of this year, I have built a control circuit and program for the new artificial muscle and after that, the new artificial muscle and MR exoskeleton have been assembled to be a finger for further testing. The bending performance of the finger has been conducted. The maximum bending angle and the response speed of the finger have been evaluated. The holding capability of the new prosthetic finger has also been evaluated. Our testing results proved that this new artificial muscle, compared with conventional SMA artificial muscles, can improve the response speed by up to 333% while straightening. The new artificial muscle and the MRF exoskeleton assembled a robotic finger and our tests verified that the loading capability of the new finger has increased by 440% compared to the pure SMA manipulator.

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 15件、 査読あり 16件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] University of Wollongong(オーストラリア)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Event-triggered H∞ control for active seat suspension systems based on relaxed conditions for stability2021

    • 著者名/発表者名
      Li Wenxing、Du Haiping、Ning Donghong、Li Weihua、Sun Shuaishuai、Wei Jumei
    • 雑誌名

      Mechanical Systems and Signal Processing

      巻: 149 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1016/j.ymssp.2020.107210

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A semi-active suspension using a magnetorheological damper with nonlinear negative-stiffness component2021

    • 著者名/発表者名
      J. Yang, D. Ning, S. Sun, J. Zheng, H. Lu, M. Nakano, S. Zhang, H. Du, W. Li
    • 雑誌名

      Mechanical Systems and Signal Processing

      巻: 147 ページ: 1-21

    • DOI

      10.1016/j.ymssp.2020.107071

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Development and damping properties of a seismic linear motion damper with MR fluid porous composite rotary brake2020

    • 著者名/発表者名
      M. Nakano, J. Yang, S. Sun, A. Totsuka, A. Fukukita
    • 雑誌名

      Smart Materials and Structures

      巻: 29 号: 11 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1088/1361-665x/abb645

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Liquid Metal Composites with Anisotropic and Unconventional Piezoconductivity2020

    • 著者名/発表者名
      Yun Guolin、Tang Shi-Yang、Zhao Qianbin、Zhang Yuxin、Lu Hongda、Yuan Dan、Sun Shuaishuai、Deng Lei、Dickey Michael D.、Li Weihua
    • 雑誌名

      Matter

      巻: 3 号: 3 ページ: 824-841

    • DOI

      10.1016/j.matt.2020.05.022

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Design and experimental evaluation of a new modular underactuated multi-fingered robot hand2020

    • 著者名/発表者名
      Tang Shufeng、Yu Yue、Sun Shuaishuai、Li Zhixiong、Sarkodie-Gyan Thompson、Li Weihua
    • 雑誌名

      Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science

      巻: 234 号: 18 ページ: 3709-3724

    • DOI

      10.1177/0954406220916494

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A Magnetorheological Fluid Filled Soft Crawling Robot with Magnetic Actuation2020

    • 著者名/発表者名
      D. Hua, X, Liu, S. Sun, M. Sotelo, Z. Li, and W. Li
    • 雑誌名

      IEEE/ASME Transactions on Mechatronics

      巻: -

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Design and experimental evaluation of a new modular underactuated multi-fingered robot hand2020

    • 著者名/発表者名
      S. Tang, Y. Yu, S. Sun, Z. Li, T. Sarkodie-Gyan and W. Li
    • 雑誌名

      Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science

      巻: -

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of a Biomimetic Scallop Robot Capable of Jet Propulsion2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Wang, S. Pang, H, Jin, M. Xu, S. Sun, W. Li, S. Zhang
    • 雑誌名

      Bioinspiration & Biomimetics

      巻: -

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Microscopic Characteristics of Magnetorheological Fluids Subjected to Magnetic Fields2020

    • 著者名/発表者名
      N. Wang, X. Liu, Z. Li, S. Sun, G. Krolczyk, W. Li
    • 雑誌名

      Journal of Magnetism and Magnetic Materials

      巻: -

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Controllable electrically interconnected suspension system for improving vehicle vibration performance2020

    • 著者名/発表者名
      D. Ning, H. Du, N. Zhang, S. Sun, W. Li
    • 雑誌名

      IEEE/ASME Transactions on Mechatronics

      巻: -

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A New AI-Surrogate Model for Dynamics Analysis of a Magnetorheological Damper in the Semi-Active Seat Suspension2020

    • 著者名/発表者名
      X. Liu, N. Wang, K. Wang, S. Chen, S. Sun, Z. Li, W. Li
    • 雑誌名

      Smart Materials and Structures

      巻: -

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The Variable Resonance Magnetorheological Pendulum Tuned Mass Damper: Mathematical Modelling and Seismic Experimental Studies2020

    • 著者名/発表者名
      M. Christie, S. Sun, L. Deng, D. Ning, H. Du, S. Zhang, W. Li
    • 雑誌名

      Journal of Intelligent Material Systems and Structures

      巻: 31 号: 2 ページ: 263-276

    • DOI

      10.1177/1045389x19888799

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Integration of an omnidirectional self-powering component to an MRE isolator towards a smart passive isolation system2020

    • 著者名/発表者名
      Jian Yang, Matthew Christie, Shuaishuai Sun, Donghong Ning, Masami Nakano, Zhixiong Li, Haiping Du, and Weihua Li
    • 雑誌名

      Mechanical Systems and Signal Processing

      巻: -

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A magnetorheological elastomer rail damper for wideband attenuation of rail noise and vibration2019

    • 著者名/発表者名
      Sun Shuaishuai、Yang Jian、Yildirim Tanju、Ning Donghong、Zhu Xiaojing、Du Haiping、Zhang Shiwu、Nakano Masami、Li Weihua
    • 雑誌名

      Journal of Intelligent Material Systems and Structures

      巻: 31 号: 2 ページ: 220-228

    • DOI

      10.1177/1045389x19873406

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of a smart rubber joint for train using shear thickening fluids2019

    • 著者名/発表者名
      Yang Jian、Sun Shuaishuai、Guo Ning、Ning Donghong、Nakano Masami、Li Zhixiong、Du Haiping、Zhang Shiwu、Li Weihua
    • 雑誌名

      Smart Materials and Structures

      巻: - 号: 5 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1088/1361-665x/ab5cf9

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Development and evaluation of a highly adaptive MRF-based absorber with a large effective frequency range2019

    • 著者名/発表者名
      Yang J、Sun S S、Ning D、Li Z、Deng L、Christie M D、Du H、Zhang S W、Li W H
    • 雑誌名

      Smart Materials and Structures

      巻: 28 号: 10 ページ: 105003-105003

    • DOI

      10.1088/1361-665x/ab350e

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] The applications of Magnetorheological technology on locomotive robots2019

    • 著者名/発表者名
      Shuaishuai Sun, Jian Yang, Masami Nakano
    • 学会等名
      Autumn Conference of Japan Fluid Power System Society (JFPS)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of an Innovative Rubber Joint for Train Using Shear Thickening Fluids2019

    • 著者名/発表者名
      Shuaishuai Sun, Jian Yang, Weihua Li, and Masami Nakano
    • 学会等名
      16th International Conference on Flow Dynamics
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of New Generation Prosthetic Fingers with Fast Responsive SMA Artificial Muscles and MR Joints2019

    • 著者名/発表者名
      Shuaishuai Sun, Jian Yang, Masami Nakano, Weihua Li
    • 学会等名
      17th International Conference on Electrorheological Fluids and Magnetorheological Suspensions
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演

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公開日: 2019-09-03   更新日: 2021-12-27  

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