Wang tiles实现模块化机械超材料组合式设计与机器人辅助制造
材料科学
2023-10-17 v2 软凝聚态物质
摘要
在本文中，我们引入了一种用于模块化架构材料的新设计范式，该范式可用少量构建块实现空间非均匀设计，并可通过机器人组装以实现高效且可扩展的生产。材料设计中传统的、限制设计的周期性通过利用Wang tiles实现构建块间的兼容性而被克服。我们以受剪刀状软夹持器启发的L形域的设计与制造来说明我们的方法，其内部分布经过优化，以在手柄部分均匀受压时实现夹持器颚尖的极端倾斜。单个模块的几何构建于具有不同半轴比和交替取向的椭圆孔的3×3网格上。我们使用枚举法结合因子搜索策略优化了L形域内模块的分布。为解决模块化制造中无缝接口连接的挑战，我们通过将硅橡胶浇铸到由机械臂自动组装的模块化模具中生产最终设计。预测性能通过使用定制开源硬件测试台Thymos并结合数字图像相关测量进行了实验验证。我们的研究展示了通过引入非均匀模块化设计与高效机器人辅助制造来提升架构材料力学性能的潜力。
引用
@article{arxiv.2305.09280,
title = {Wang tiles enable combinatorial design and robot-assisted manufacturing of modular mechanical metamaterials},
author = {Martin Doškář and Michael Somr and Radim Hlůžek and Jan Havelka and Jan Novák and Jan Zeman},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.09280},
year = {2023}
}
备注
manuscript: 9 pages, 5 figures; supplementary: 10 pages, 10 figures