柔顺Sarrus机构多稳态的实现方法技术

本发明专利技术属于柔顺机构领域，是柔顺Sarrus机构多稳态的实现方法，其特征是：将刚性Sarrus机构中的部分或全部刚性铰链替换为柔顺铰链，形成部分柔顺或全柔顺Sarrus机构，且可以呈现旋转型和直线型的多稳态特征。柔顺Sarrus机构的稳态位置数目和稳定平衡位置的选取可以通过改变杆长来实现，且旋转型稳定平衡位置与直线型稳定平衡位置相互对应。这种柔顺Sarrus机构结构简单、运动特性好、制造方便、造价低、使用可靠，可用于需要旋转型或直线型多稳态的机械产品中，或需将旋转运动转化为直线运动的场合中，如升降装置、平动机构等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于柔顺机构领域，是。
技术介绍
刚性Sarrus机构是由六根刚性杆通过铰链刚性铰接形成的空间六杆单自由度机构，可以将旋转运动转化为直线运动，其结构简单，现已较多用于诸多机械产品中。然而，刚性Sarrus机构中由于存在刚性铰链,其带来的装配误差及摩擦损耗等，使Sarrus机构的使用寿命与运动精度降低，因此可以应用柔顺Sarrus机构来提高Sarrus机构的运动精度,满足其特定的使用场合。此外，柔顺Sarrus机构中可以既存在旋转型的多稳态位置，又存在直线型的多稳态位置，使得柔顺Sarrus机构的多稳态特性获得更加广泛的应用领域。由于所实现的多稳态柔顺Sarrus机构结构简单、制造容易，机构中既有旋转型多 稳态位置，又有直线型多稳态位置，因此多稳态柔顺Sarrus机构有广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，并提出多稳态柔顺Sarrus机构,这种柔顺Sarrus机构结构简单、运动特性好、制造方便、造价低、使用可靠，可用于需要旋转型或直线型多稳态的机械产品中，或需将旋转运动转化为直线运动的场合中，如升降装置、平动机构等。本专利技术的技术方案是，其特征是将刚性Sarrus机构中的部分或全部铰链替换为柔顺铰链,形成部分柔顺或全柔顺Sarrus机构,且可以呈现旋转型和直线型的多稳态特征。所述的部分柔顺或全柔顺Sarrus机构中刚性杆的运动特性与相同尺寸下刚性Sarrus机构的一致,并同时存在做旋转运动和做直线运动的刚性杆。所述的柔顺Sarrus机构中的柔顺铰链的呈现单轴转动特性，即在平面内转动；刚性杆呈现刚性，即在柔顺Sarrus机构的运动过程中不发生弹性变形。所述的柔顺Sarrus机构中，不同位置处的单个柔顺铰链可以使柔顺Sarrus机构中呈现由单个柔顺铰链作用形成的多稳态特性，也可以呈现由不同位置处多个柔顺铰链相互作用叠加而形成的多稳态特性。所述的柔顺Sarrus机构的多稳态位置既可以为旋转型的稳态位置，也可以为直线型的稳态位置，且旋转型稳定平衡位置与直线型稳定平衡位置相互对应。所述的柔顺Sarrus机构的稳定平衡位置可以根据实际需要，通过改变杆长来实现稳态位置数目和稳定平衡位置的选取。所述的柔顺Sarrus机构在使用过程中，可以将其中任何一杆作为固定的机架。本专利技术的特点是这种成功地实现了柔顺Sarrus机构的多稳态特性。其特征是将刚性Sarrus机构中的一个或全部刚性铰链替换为柔顺铰链，形成部分柔顺或全柔顺Sarrus机构，所形成的机构在适当尺寸下便呈现多稳态特性，且得到的机构中稳态位置既有旋转型的多稳态位置，又有直线型的多稳态位置，旋转型稳态位置所处的机构位置与直线型稳态位置所处的机构位置互相对应。附图说明下面将结合实施例对本专利技术作进一步的说明。图I是刚性Sarrus机构的结构示意 图2是刚性Sarrus机构的尺寸示意 图3是旋转型双稳态柔顺Sarrus机构的第一稳态位置示意 图4是旋转型双稳态柔顺Sarrus机构的第二稳态位置示意图； 图5是旋转型三稳态柔顺Sarrus机构的第一稳态位置不意 图6是旋转型三稳态柔顺Sarrus机构的第二稳态位置示意 图7是旋转型三稳态柔顺Sarrus机构的第三稳态位置示意 图8是旋转型四稳态柔顺Sarrus机构的第一稳态位置示意 图9是旋转型四稳态柔顺Sarrus机构的第二稳态位置示意 图10是旋转型四稳态柔顺Sarrus机构的第三稳态位置示意 图11是旋转型四稳态柔顺Sarrus机构的第四稳态位置示意 图中1、刚性杆；2、铰链；11、第一杆件；12、第二杆件；13、第三杆件；14、第四杆件；15、第五杆件；16、第六杆件；21、第一铰链；22、第二铰链；23、第三铰链；24、第四铰链；25、第五铰链；26、第六铰链。具体实施例方式实施例I 如图I所示，刚性Sarrus机构是由六根刚性杆I通过铰链2刚性铰接形成的空间六杆单自由度机构，六根刚性杆分别是第一杆件11、第二杆件12、第三杆件13、第四杆件14、第五杆件15和第六杆件16,铰链2共六个,分别是第一铰链21、第二铰链22、第三铰链23、第四铰链24、第五铰链25和第六铰链26。如图2所示，固定第六杆件16，第一杆件11可以绕第一铰链21旋转，即满足杆长条件彡d4+d5+d6 ;第三杆件13可以沿直线平动，即满足杆长条件a4+a5 > d1+d2+d3o当将铰链2由刚性铰链部分或全部替换为柔顺铰链时，在适当尺寸下形成的部分柔顺或全柔顺Sarrus机构可以呈现多稳态特性，其中第一杆件11呈现旋转型的多稳态特性，第三杆件13呈现直线型多稳态特性，且第一杆件11的旋转型多稳态的机构稳定平衡位置与第三杆件13的直线型多稳态的机构稳定平衡位置相对应。下面对于尺寸的具体要求作详细说明 当第一铰链21、第二铰链22或第三铰链23其中一个由刚性铰链替换为柔顺铰链时，柔顺Sarrus机构各杆件尺寸只需满足运动学条件即可实现双稳态特性。当第四铰链24、第五铰链25或第六铰链26其中一个由刚性铰链替换为柔顺铰链时，柔顺Sarrus机构的多稳态特性将由具体的各杆件尺寸所定。设初始状态时，第一铰链21与第三铰链23之间的水平距离为Sa，第四铰链24与第五铰链25之间的水平距离为SB，第一杆件11作整周回转运动时，第三杆件13的最大位移为A x。当I AxI <&时，第一杆件11可以呈现旋转型的双稳态特性，第三杆件13可以呈现直线型的双稳态特性；当Sb< I AxI <2SB时，第一杆件11可以呈现旋转型的三稳态特性，第三杆件13可以呈现直线型的三稳态特性；当I AxI >2SB时，第一杆件11可以呈现旋转型的四稳态特性，第三杆件13可以呈现直线型的四稳态特性。如图3和图4所示，将第三铰链23由刚性铰链替换为柔顺铰链的部分柔顺Sarrus机构中，固定第六杆件16，当第三铰链23无变形(第二杆件12和第三杆件13之间的夹角不变)时，第一杆件11可以在不同的两个位置稳定停留，则机构为双稳态柔顺Sarrus机构，机构的两个稳定位置对应于第一杆件11的两个旋转型稳态位置和第三杆件13的两个直线型稳态位置。选取尺寸为Ia1=O. 13m, a2=0. 32m, a3=0. lm, a4=0. 19m, a5=0. lm, a6=0. 38m, Cl1=O. 06m，d2=0. 07m，d3=0. 07m，d4=0. 04m，d5=0. 04m，d6=0. 08mo 此时，机构为双稳态部分柔顺Sarrus机构，第一杆件11有两个旋转型的稳定平衡位置，第三杆件13有两个直线型的稳定平衡位置，且分别对应于部分柔顺Sarrus机构的两个稳定平衡位置。当固定第六杆件16时，第一杆件11可以绕固定轴第一铰链21做整周回转运动，第三铰链23处的柔顺铰链可以发生弹性变形来实现铰链的转动特性，第三杆件13可以沿直线平动，如图3所示，当该柔顺Sarrus机构的初始装配,整个机构中无能量存储，处于稳定平衡状态，此为柔顺Sarrus机构的第一个稳态位置，此位置为第一杆件11的第一个旋转型稳态位置，亦为第三杆件13的第一个直线型稳态位置；当图3中的第一杆件11绕固定轴第一铰链21逆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.柔顺Sarrus机构多稳态的实现方法,其特征是将刚性Sarrus机构中的部分或全部 铰链替换为柔顺铰链，形成部分柔顺或全柔顺Sarrus机构，且可以呈现旋转型和直线型的多稳态特征。2.根据权利要求I中所述的柔顺Sarrus机构多稳态的实现方法，其特征是所述的部分柔顺或全柔顺Sarrus机构中刚性杆的运动特性与相同尺寸下刚性Sarrus机构的一致，并同时存在做旋转运动和做直线运动的刚性杆。3.根据权利要求I中所述的柔顺Sarrus机构多稳态的实现方法，其特征是所述的柔顺Sarrus机构中的柔顺铰链的呈现单轴转动特性，即在平面内转动；刚性杆呈现刚性，即在柔顺Sarrus机构的运动过程中不发生弹性变形。4.根据权利要求I中所述的柔顺Sarrus机构多稳态的实现方法，其特征是所述的柔顺Sarrus机...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈贵敏，张守银，勾燕洁，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：