一种空间多稳态机构制造技术

本发明专利技术公开了一种空间多稳态机构，涉及柔性机构领域，解决了现有多稳态机构使用寿命短的问题，便于空间上稳态位置的切换，扩大了应用场景，具体方案如下：所述柔性双稳态机构的初始状态为圆拱形，柔性双稳态机构的中心位置处设有动子并与柔性执行机构的端部固定连接，所述柔性执行机构由末端执行器以及对称固定安装在末端执行器两侧的柔性梁组构成，所述柔性双稳态机构在末端执行器沿垂直于柔性执行机构的轴线方向做直线运动时竖向位移，以提供将末端执行器从初始平衡位置偏转到屈曲位置的力并抵抗柔性执行机构变形的反作用力。的力并抵抗柔性执行机构变形的反作用力。的力并抵抗柔性执行机构变形的反作用力。

【技术实现步骤摘要】
一种空间多稳态机构


[0001]本专利技术涉及柔性机构
，特别是涉及一种空间多稳态机构。

技术介绍

[0002]自适应系统及其他一些领域常用到具有多个稳定位置的多稳态机构。传统的自适应系统通过施加外作用力或摩擦力来使系统保留在需要的稳定位置，施加外力的系统需要的能量大，采用摩擦的系统会有损耗进而降低系统的效率并可能最终导致系统失效。所以需要有不依靠外界作用力或摩擦就可以保留在另外一个或多个稳定位置的机构来取代传统的机构。
[0003]现有的不依靠外界作用力的多稳态机构，多是采用直梁式双稳态机构(例如公开号CN101837947A、CN101798052A)，直梁的长度受限，抵抗外力荷载受限，且不能在发生屈曲大变形时均匀的分布应力，导致使用寿命短；另外，现有的多稳态机构多是限制在平面内，无法实现空间内的稳态切换。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种空间多稳态机构，设置了圆拱形的柔性双稳态机构，在相同端点的情况下扩大了柔性双稳态机构梁的长度，能够更好的抵抗外力载荷，在发生屈曲大变形时可以拥有更均匀的应力分布，增加柔性双稳态机构的疲劳寿命，解决了现有多稳态机构使用寿命短的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0006]本专利技术提供了一种空间多稳态机构，包括竖向设置的柔性执行机构，柔性执行机构的至少一端串联有一个柔性双稳态机构，柔性双稳态机构的两端分别固定安装有一个固定端，所述柔性双稳态机构的初始状态为圆拱形，柔性双稳态机构的中心位置处设有动子并与柔性执行机构的端部固定连接，所述柔性执行机构由末端执行器以及对称固定安装在末端执行器两侧的柔性梁组构成，所述柔性双稳态机构在末端执行器沿垂直于柔性执行机构的轴线方向做直线运动时竖向位移，以提供将末端执行器从初始平衡位置偏转到屈曲位置的力并抵抗柔性执行机构变形的反作用力。
[0007]作为进一步的实现方式，所述柔性双稳态机构朝向柔性执行机构弯曲，柔性双稳态机构由两组第一柔性梁构成，两组第一柔性梁对称设置在第一动子的两侧且两组第一柔性梁邻近的端部通过第一动子固定连接在一起。
[0008]作为进一步的实现方式，每组第一柔性梁由两条上下平行设置的圆拱形的第一柔性梁组成，每条第一柔性梁的中间位置处固定设有一个第一刚性梁。
[0009]作为进一步的实现方式，所述第一柔性梁与第一刚性梁具有相同的圆中心。
[0010]作为进一步的实现方式，所述柔性执行机构的截面呈正方形。
[0011]作为进一步的实现方式，每组所述柔性梁组由四条截面呈正方形的第二柔性梁竖向围合而成，同一组的四条第二柔性梁邻近的端部之间通过第二刚性梁固定连接在一起。
[0012]作为进一步的实现方式，所述固定端上设有用于螺栓固定的螺栓孔。
[0013]作为进一步的实现方式，所述末端执行器截面呈正方形，末端执行器在初始状态下不受力。
[0014]作为进一步的实现方式，所述末端执行器的横截面面积与柔性梁组的横截面面积相同。
[0015]作为进一步的实现方式，相邻两个固定端沿柔性执行机构的中心线对称设置。
[0016]上述本专利技术的有益效果如下：
[0017](1)本专利技术设置了圆拱形的柔性双稳态机构，在相同端点的情况下扩大了柔性双稳态机构梁的长度，能够更好的抵抗外力载荷，在发生屈曲大变形时可以拥有更均匀的应力分布，增加柔性双稳态机构的疲劳寿命；同时，柔性执行机构为对称结构，具有空间对称性，使得在空间运动时有较高的稳定性，配合固定端的使用，柔性执行机构在稳态位置切换的过程中柔性双稳态机构不必经过初始位置，减少了不必要的运动行为，提高空间多稳态机构的寿命。
[0018](2)本专利技术柔性双稳态机构为变形能存储的器件，借助其变形能存储动子可以实现多个独立的位置上的稳定平衡，无需再施加外作用力使动子停留。
[0019](3)本专利技术第一柔性梁与第一刚性梁具有相同的圆中心，可以增强单柔性肢的稳定性，以保证稳定状态的精确切换，并且在各个稳态转换过程不会产生干扰，采用圆拱形结构相比直梁式具有更好的抗面外变形能力，使得在不同方向上的稳态运动保持较好的一致性。
[0020](4)本专利技术柔性梁组由四条截面呈正方形的第二柔性梁竖向围合而成，且末端执行器的横截面面积与柔性梁组的横截面面积相同，具有空间对称性，能够在空间上进行稳态位置切换，具有多种开关的方式及控制方式，拓宽了多稳态机构的应用领域和控制场景。
附图说明
[0021]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0022]图1是本专利技术实施例1的空间多稳态机构的第一稳定状态(加工初装配状态)结构示意图；
[0023]图2是本专利技术实施例1的空间多稳态机构的第二稳定状态结构示意图；
[0024]图3是本专利技术实施例1的空间多稳态机构的第三稳定状态结构示意图；
[0025]图4是本专利技术实施例1的空间多稳态机构的第四稳定状态结构示意图；
[0026]图5是本专利技术实施例1的空间多稳态机构的第四稳定状态另一视角的结构示意图；
[0027]图6是本专利技术实施例1的空间多稳态机构的第五稳定状态结构示意图；
[0028]图7是本专利技术实施例2的空间多稳态机构的第一稳定状态结构示意图；
[0029]图8是本专利技术实施例2的空间多稳态机构的第二稳定状态结构示意图；
[0030]图9是本专利技术实施例2的空间多稳态机构的第三稳定状态结构示意图；
[0031]图10是本专利技术实施例2的空间多稳态机构的第四稳定状态结构示意图；
[0032]图11是本专利技术实施例2的空间多稳态机构的第四稳定状态另一视角的结构示意图；
[0033]图12是本专利技术实施例2的空间多稳态机构的第五稳定状态结构示意图；
[0034]图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；
[0035]其中，1、第一柔性双稳态机构；2、柔性执行机构；3、末端执行器；4、第一固定端；5、第一动子；6、第二动子；7、第二柔性双稳态机构；8、第二固定端；9、第一柔性梁；10、第一刚性梁；11、第二柔性梁；12、第二刚性梁。
具体实施方式
[0036]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0037]正如
技术介绍
所介绍的，现有的不依靠外界作用力的多稳态机构，多是采用直梁式双稳态机构，直梁的长度受限，抵抗外力荷载受限，且不能在发生屈曲大变形时均匀的分布应力，导致使用寿命短；另外，现有的多稳态机构多是限制在平面内，无法实现空间内的稳态切换的问题，为了解决如上的技术问题，本专利技术提出了一种空间多稳态机构。
[0038]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间多稳态机构，包括竖向设置的柔性执行机构，柔性执行机构的至少一端串联有一个柔性双稳态机构，柔性双稳态机构的两端分别固定安装有一个固定端，其特征在于，所述柔性双稳态机构的初始状态为圆拱形，柔性双稳态机构的中心位置处设有动子并与柔性执行机构的端部固定连接，所述柔性执行机构由末端执行器以及对称固定安装在末端执行器两侧的柔性梁组构成，所述柔性双稳态机构在末端执行器沿垂直于柔性执行机构的轴线方向做直线运动时竖向位移，以提供将末端执行器从初始平衡位置偏转到屈曲位置的力并抵抗柔性执行机构变形的反作用力。2.根据权利要求1所述的一种空间多稳态机构，其特征在于，所述柔性双稳态机构朝向柔性执行机构弯曲，柔性双稳态机构由两组第一柔性梁构成，两组第一柔性梁对称设置在第一动子的两侧且两组第一柔性梁邻近的端部通过第一动子固定连接在一起。3.根据权利要求2所述的一种空间多稳态机构，其特征在于，每组第一柔性梁由两条上下平行设置的圆拱形的第一柔性梁组成，每条第...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏博，刘斌，燕亮亮，鲁帅帅，王飞，杨静芳，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学山东省科学院，
类型：发明
国别省市：