考慮柔鉸非線性的柔性Sarrus恒力機構(gòu)設(shè)計.pdf

1、柔性機構(gòu)是一個利用自身部分或全部構(gòu)件的彈性變形來實現(xiàn)機構(gòu)運動的，相對傳統(tǒng)剛性機構(gòu)，省去了連接鉸鏈，因此也就減少了實現(xiàn)某一特定運動的構(gòu)件數(shù)目，省去了很多的裝配環(huán)節(jié)，使機構(gòu)變得簡單、可靠；并且因為無縫連接，沒有了摩擦、省去了潤滑油的使用，使機構(gòu)精度高，壽命長，工作環(huán)境干凈衛(wèi)生。因此柔性機構(gòu)的研究和應(yīng)用得到學術(shù)界和工業(yè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。如今柔性機構(gòu)在一些諸如MEMS中被大量用于替代傳統(tǒng)的剛性機構(gòu)來實現(xiàn)特定的運動，然而因為自身彈性變形產(chǎn)生的能量存

2、儲對機構(gòu)運行卻造成了一些麻煩，問題的產(chǎn)生沒有阻礙柔性機構(gòu)的發(fā)展。人們利用柔性機構(gòu)的能量存儲功能設(shè)計出了柔性雙穩(wěn)態(tài)，多穩(wěn)態(tài)等柔性穩(wěn)態(tài)機構(gòu)。因此將柔性機構(gòu)的運動學和能量存儲功能聯(lián)合起來利用應(yīng)該是柔性機構(gòu)的重點研究方向。本文基于對柔性機構(gòu)中因為彈性變形的合理利用設(shè)計一種柔性恒力機構(gòu)。
　　作為柔性機構(gòu)的重要組成部分-柔性鉸鏈，自然也就成為學者們重點關(guān)注的對象，根據(jù)某些特定的需求人們先后設(shè)計出了直角型、拋物線型、橢圓型等類型的切口式柔性鉸

3、鏈，然而它們因自身的問題很難用于大變形的柔性機構(gòu)中，本文通過分析比較選擇了一種承載力大并且可以實現(xiàn)大變形轉(zhuǎn)動的柔性鉸鏈-交叉型柔性鉸鏈，作為本文恒力機構(gòu)設(shè)計的一個重要組成部分。然而實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)交叉型柔性鉸鏈在大變形狀態(tài)下會出現(xiàn)剛度的非線性問題，為了找到其內(nèi)在的變化規(guī)律本文選擇了它的一個重要結(jié)構(gòu)參數(shù)和形狀參數(shù)作為重點研究對象，并通過大量的實驗總結(jié)出了其變化規(guī)律，給出了一個描述交叉型柔性鉸鏈在變形狀態(tài)下扭轉(zhuǎn)剛度的通用經(jīng)驗公式，并試驗驗證了其

4、準確性。
　　本文基于柔性機構(gòu)研究的常用方法-偽剛體模型方法結(jié)合虛功原理，對一種空間六桿機構(gòu)-Sarrus機構(gòu)進行了分析，Sarrus機構(gòu)可以實現(xiàn)空間內(nèi)直線和旋轉(zhuǎn)的運動轉(zhuǎn)化，作為對本文總結(jié)出的交叉型柔性鉸鏈剛度經(jīng)驗公式的利用，推導出了Sarrus機構(gòu)直線運動桿件上的力與機構(gòu)運動形態(tài)的關(guān)系式。通過分析試驗發(fā)現(xiàn)了在某些特定條件下，鉸鏈轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律，總結(jié)出了若實現(xiàn)恒力機構(gòu)的可能條件作為優(yōu)化的約束條件，然后利用粒子群優(yōu)化算法，經(jīng)過多次試