[發明專利]基于單個雙穩態機構及其外特性的多穩態機構實現方法

無效

• 申請號: 201010172017.7
• 申請日: 2010-05-14
• 公開（公告）號: CN101837947A
• 公開（公告）日: 2010-09-22
• 發明（設計）人: 陳貴敏;勾燕潔;劉小院
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: B81C99/00
• 分類號: B81C99/00
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司 61108
• 代理人: 鮑燕平

技術領域

本發明屬于柔性機構領域，涉及一種基于單個雙穩態機構及其外特性的多穩態機構實現方法，具有能耗小、結構簡單、造價低、裝配成本低等特點，可被用于開關、閥門、繼電器等產品中。

背景技術

自適應系統及其他一些領域常用到具有多個穩定位置的多穩態機構。傳統的自適應系統通過施加外作用力或摩擦力來使系統保留在需要的穩定位置，施加外力的系統需要的能量大，采用摩擦的系統會有損耗進而降低系統的效率并可能最終導致系統失效。所以需要有不依靠外作用力或摩擦就可以保留在另外一個或多個穩定位置的機構來取代傳統的機構。

發明內容

本發明的目的是提供一種能耗小、無需外力或摩擦作用、結構簡單、造價低、穩定性好、易裝配、重復精度高的基于單個雙穩態機構及其外特性的多穩態機構實現方法。

本發明的技術方案是：基于單個雙穩態機構及其外特性的多穩態機構實現方法，至少包括框架和框架內的柔性雙穩態機構，柔性雙穩態機構的左右兩端固定在框架內，其特征是：平行于柔性雙穩態機構水平軸線有連桿滑塊機構，連桿滑塊機構包括導軌、滑塊和連桿，滑塊在導軌內，下一級連桿滑塊機構導軌與相鄰的上一級連桿滑塊機構導軌相互垂直，第一級連桿滑塊機構的連桿連接柔性雙穩態機構的梭，通過每一級連桿滑塊機構導軌內滑塊的移動和柔性雙穩態機構的梭的上下位置變化，使最后一級滑塊形成N=2^M+1數目的穩態位置，其中M是連桿滑塊機構的數目，M最小值為1。

所述的導軌是柔性雙穩態機構的框架下端位置的一個水平槽，水平槽與框架為一體或獨立結構。

所述的連桿是剛性連桿，在運動中無彎曲扭轉等變形，與滑塊和梭的連接為轉動副。

所述的柔性雙穩態機構是線性雙穩態柔性機構。

所述的最后一級滑塊穩定位置在一條直線上，并且與上一級滑塊的運動直線對稱，第一級滑塊的穩定位置與梭的運動直線對稱。

所述的連桿的有效長度等于連桿的兩個鉸接點之間的距離。

所述的最后一級滑塊的穩態數目N通過改變最末級導軌的長度減少。

所述的最后一級滑塊的穩態數目N通過改變連桿的有效長度減少。

所述的多穩態機構的穩態數目N通過改變最末級導軌的長度減少。

所述的多穩態機構的穩態數目N通過改變連桿的有效長度減少。

本發明的工作過程及優點是：雙穩態機構的梭通過第一級連桿串聯連接一級或多級連桿滑塊機構構成多穩態機構。多穩態機構的穩態數目N=2^M+1，其中M是連桿滑塊機構的數目，M最小值為1。例如，串聯連接一級連桿滑塊機構,此時,M=1,則N=4,也就是串接一級連桿滑塊機構可得到四穩態機構。依此類推，串聯連接二級連桿滑塊機構時,M=2,則N=8,也就是串接二級連桿滑塊機構是,可得到八穩態機構。并且可以通過改變末級導軌的長度來減少穩態的數目，可以根據需要組成任意穩態數目的多穩態機構，比如八穩態機構中，最后一個導軌的長度減小一些，使滑塊不能達到最下端或最上端的穩定位置，就可以實現一個七穩態機構。也可以通過改變連桿的有效長度來改變穩定位置的數目，例如，使第一級連桿的有效長度等于雙穩態機構的梭到第一級導軌軸線的距離，此時第一級滑塊在雙穩態機構梭的正下方，即不利用雙穩態機構的外特性，可以得到三穩態機構；第一級連桿利用雙穩態機構的外特性得到四穩態機構，同時使第二級連桿的有效長度等于第一級滑塊最左端穩定位置到第二級導軌軸線的距離，即在第二級連桿滑塊機構中不利用雙穩態機構的外特性，可以得到七穩態機構。

由于這種機構具有結構簡單、造價低、穩定性好、易裝配、重復精度高的特點，可用于多路開關、多路閥門以及雙向加速度傳感器等的設計，且具有零件數目少、裝配簡易、造價低廉、結構對稱等特點。

附圖說明

下面結合附圖對本發明作進一步說明：

圖1是本發明實施例1結構示意圖（圖1也是四穩態機構的第一穩定狀態（加工初裝配狀態））；

圖2是實施例1的第二穩定狀態示意圖；

圖3是實施例1的雙穩態機構外特性示意圖；

圖4是實施例1的第三穩定狀態示意圖（另一種加工初裝配狀態）；

圖5是實施例1的第四穩定狀態示意圖；

圖6是實施例2的結構示意圖（圖6也是八穩態機構的第一穩定狀態示意圖（加工初裝配狀態）），圖中雙點劃線的連桿和滑塊處于第八穩定位置，與實線所畫連桿滑塊的穩定位置對稱；

圖7是實施例2的第二穩定狀態示意圖，圖中雙點劃線的連桿和滑塊處于第七穩定位置，與實線所畫連桿滑塊的穩定位置對稱；