[發(fā)明專利]一種狀態(tài)非相繼式柔性三穩(wěn)態(tài)機構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011565623.5
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112682488B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬付雷;李博;姜磊;曾志;勾燕潔;陳貴敏;張勛
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: F16H35/00
• 分類號: F16H35/00
• 代理公司: 西安吉順和知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 61238
• 代理人: 樂穎娜

本發(fā)明屬于柔順機構(gòu)領(lǐng)域，涉及一種狀態(tài)非相繼式柔性三穩(wěn)態(tài)機構(gòu)，其特征是：至少包括固定框架、驅(qū)動塊、運動輸出塊、柔性固定導(dǎo)向梁、柔性中心梁和兩個柔性連接梁，利用柔性梁的屈曲特性形成一種狀態(tài)非相繼式柔性三穩(wěn)態(tài)機構(gòu)。本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，裝配方便，可以在三個不同的位置上實現(xiàn)位形自保持并且不需要外界能量輸入。三個不同穩(wěn)態(tài)位置轉(zhuǎn)化是非相繼式的，即任意兩個穩(wěn)態(tài)位置可以相互跳轉(zhuǎn)，并且沒有次序。本發(fā)明柔性梁的可替換性強，通過改變?nèi)嵝粤撼叽纭⒎植己蛿?shù)量，可以穩(wěn)定在不同的穩(wěn)態(tài)位置，可以產(chǎn)生與運動輸入方向垂直的運動輸出，運動范圍大，適用于多種受限制空間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機械領(lǐng)域，特別涉及一種狀態(tài)非相繼式柔性三穩(wěn)態(tài)機構(gòu)。

背景技術(shù)

三穩(wěn)態(tài)機構(gòu)可以在三個不同的位置上實現(xiàn)位形自保持而不需要外界能量輸入，因此在諸多領(lǐng)域和場合得到了廣泛應(yīng)用，如各種閾值開關(guān)等。

目前，所有的柔性三穩(wěn)態(tài)機構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)都具有相繼性，即不能夠?qū)崿F(xiàn)任意兩個穩(wěn)態(tài)之間的相互跳轉(zhuǎn)，而不經(jīng)過第三個狀態(tài)，在一些特殊場合下，難以滿足實際應(yīng)用條件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種狀態(tài)非相繼式柔性三穩(wěn)態(tài)機構(gòu), 它可以讓運動輸出塊穩(wěn)定在不同的穩(wěn)態(tài)位置，運動位置可根據(jù)要求設(shè)計，適用于多種受限制的空間。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種狀態(tài)非相繼式柔性三穩(wěn)態(tài)機構(gòu)，至少包括固定框架、驅(qū)動塊、運動輸出塊、柔性固定導(dǎo)向梁、柔性中心梁和兩個柔性連接梁；所述的固定框架的兩個外伸端端部分別連接平行的兩根柔性連接梁，兩根柔性連接梁另一端連接運動輸出塊，運動輸出塊和固定框架以及柔性連接梁在靜態(tài)無負(fù)載輸出狀態(tài)下形成長方形；

固定框架的兩個外伸端左右內(nèi)側(cè)部連接柔性固定導(dǎo)向梁，柔性固定導(dǎo)向梁中間連接有驅(qū)動塊，驅(qū)動塊和運動輸出塊之間通過柔性中心梁連接，使柔性中心梁與兩根柔性連接梁平行。

所述的固定框架、驅(qū)動塊和柔性固定導(dǎo)向梁組成了一個雙穩(wěn)態(tài)機構(gòu)，在雙穩(wěn)態(tài)機構(gòu)的基礎(chǔ)上正交連接柔性中心梁、柔性連接梁和運動輸出塊成為一種狀態(tài)非相繼式柔性三穩(wěn)態(tài)機構(gòu)。

所述的柔性固定導(dǎo)向梁分為兩組，每組可以有n（n為正整數(shù)）根，每組內(nèi)的柔性固定導(dǎo)向梁平行，與驅(qū)動塊的運動方向有一定的夾角，兩組柔性固定導(dǎo)向梁以驅(qū)動塊的運動方向為軸線對稱設(shè)置在驅(qū)動塊的外部兩側(cè)。

所述的固定框架、驅(qū)動塊和柔性固定導(dǎo)向梁組成了一個雙穩(wěn)態(tài)機構(gòu)，在保證達(dá)到雙穩(wěn)態(tài)的效果的前提下，柔性固定導(dǎo)向梁的數(shù)目可以取任意根。

所述的固定框架、驅(qū)動塊和運動輸出塊是剛體，固定框架起固定連接的作用，在保證柔性梁可以變形的前提下，固定框架、驅(qū)動塊和運動輸出塊可以取任意形狀，例如“U”型開口形狀、矩形、梯形、半圓形等。

所述的柔性固定導(dǎo)向梁、柔性中心梁和兩根柔性連接梁為在所述的方向彈性模量小易變形的彈性元件，起受力后發(fā)生屈曲變形的作用，在保證可以在所述的方向發(fā)生屈曲變形的前提下，其形狀可以為任何形狀，例如扁平條狀、片狀、細(xì)圓柱狀等。

所述的柔性固定導(dǎo)向梁的變形平面與驅(qū)動塊的運動平面垂直，柔性中心梁和兩根柔性連接梁的變形平面與驅(qū)動塊的運動平面平行，即柔性固定導(dǎo)向梁的變形平面與柔性中心梁和兩根柔性連接梁的變形平面是正交的，利用兩個正交的變形平面使得該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了空間變形。

所述的柔性中心梁的長度和柔性連接梁的長度有一個差值，差值可以為正也可以為負(fù)，即柔性中心梁可以比柔性連接梁長，柔性中心梁也可以比柔性連接梁短。

所述的柔性連接梁兩端與固定框架和運動輸出塊之間的連接、柔性中心梁兩端與驅(qū)動塊和運動輸出塊之間的連接、柔性固定導(dǎo)向梁）兩端與驅(qū)動塊和固定框架之間的連接應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，鉸接，或一體地連接。