專(zhuān)利名稱(chēng)：基于Young雙穩(wěn)態(tài)柔性機(jī)構(gòu)的三穩(wěn)態(tài)實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)械穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)，特別是一種基于Young雙穩(wěn)態(tài)柔性機(jī)構(gòu)的三穩(wěn)態(tài) 實(shí)現(xiàn)方法，應(yīng)用于開(kāi)關(guān)、閥門(mén)、繼電器等領(lǐng)域的柔性三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在很多應(yīng)用場(chǎng)合，需要實(shí)現(xiàn)三個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的控制與切換，這方面的例子如三通閥、 兩路光開(kāi)關(guān)等。美國(guó)專(zhuān)利，專(zhuān)利號(hào)US 6215081 Bl公開(kāi)了一種Young雙穩(wěn)態(tài)柔性機(jī)構(gòu)。這 種穩(wěn)態(tài)柔性機(jī)構(gòu)只能完成雙穩(wěn)態(tài)機(jī)械控制過(guò)程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種耗能小、摩擦力小、造價(jià)低、穩(wěn)定性好、裝配簡(jiǎn)單的基于 Young雙穩(wěn)態(tài)柔性機(jī)構(gòu)的三穩(wěn)態(tài)實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，基于Yoimg雙穩(wěn)態(tài)柔性機(jī)構(gòu)的三穩(wěn)態(tài)實(shí)現(xiàn)方法，包 括兩個(gè)Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)，其特征是一個(gè)Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)作為反向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)， 另一個(gè)作為正向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)，將反向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)在預(yù)應(yīng)變的狀態(tài)下通過(guò)連接 連桿和正向Yoimg雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)鉸接，兩個(gè)鉸接點(diǎn)分別在反向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)和正向Young 雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)的剛性桿上，構(gòu)成三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)初始的第一穩(wěn)態(tài)；在初始的第一穩(wěn)態(tài)給連桿施加 向左的拉力時(shí)，連桿會(huì)拉動(dòng)反向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)和正向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)向左側(cè)運(yùn)動(dòng)，通 過(guò)兩個(gè)Yoimg雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)柔性桿存儲(chǔ)彈性勢(shì)能到達(dá)第一個(gè)非穩(wěn)態(tài)平衡位置，此時(shí)彈性勢(shì)能 達(dá)到第一個(gè)局部極大值；然后經(jīng)過(guò)此位置后開(kāi)始釋放彈性勢(shì)能并輸出力推動(dòng)三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)繼 續(xù)向左運(yùn)動(dòng)，直到跳躍到第二個(gè)穩(wěn)態(tài)位置，此刻彈性勢(shì)能達(dá)到第二個(gè)局部極小值；繼續(xù)給連 桿施加向左的拉力，則三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)又將繼續(xù)向左運(yùn)動(dòng)，連桿又拉動(dòng)反向Yoimg雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu) 和正向Yoimg雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)向左運(yùn)動(dòng)，三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)再次儲(chǔ)存彈性勢(shì)能到達(dá)第二個(gè)非穩(wěn)態(tài)平衡 位置，此時(shí)彈性勢(shì)能達(dá)到第二個(gè)局部極大值，然后經(jīng)過(guò)第二個(gè)非穩(wěn)態(tài)平衡位置后，開(kāi)始釋放 彈性勢(shì)能并輸出力推動(dòng)三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)繼續(xù)向左運(yùn)動(dòng)，直到跳躍到第三個(gè)穩(wěn)態(tài)位置。所述的連桿是剛性桿，在運(yùn)動(dòng)中無(wú)彎曲扭轉(zhuǎn)等變形，與兩個(gè)Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)的 連接為轉(zhuǎn)動(dòng)副。所述的連桿起連接作用，與反向Yoimg雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)和正向Yoimg雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)鉸接。所述的反向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)和正向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)的柔性桿一端固定。本發(fā)明的有益效果是當(dāng)給連桿施加外力時(shí)，三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)從第一個(gè)穩(wěn)態(tài)位置(最右 側(cè)裝配位置)開(kāi)始向左側(cè)運(yùn)動(dòng)，連桿將拉動(dòng)這兩個(gè)Yoimg雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)第一個(gè)非穩(wěn)態(tài)平衡 位置，然后釋放彈性勢(shì)能并輸出力推動(dòng)機(jī)構(gòu)繼續(xù)向左運(yùn)動(dòng)，直到三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)跳躍到第二個(gè) 穩(wěn)態(tài)位置，然后連桿會(huì)拉動(dòng)這兩個(gè)Ycnmg雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)繼續(xù)向左側(cè)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)第二個(gè)非穩(wěn)態(tài) 平衡位置后，該機(jī)構(gòu)又將釋放彈性勢(shì)能并輸出力推動(dòng)機(jī)構(gòu)繼續(xù)向左運(yùn)動(dòng)，直到三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu) 跳躍到第三個(gè)穩(wěn)態(tài)位置。同樣原理，該機(jī)構(gòu)可以從最左側(cè)向右運(yùn)動(dòng)到達(dá)最右側(cè)位置。由于 這種機(jī)構(gòu)有三個(gè)穩(wěn)態(tài)位置，可以應(yīng)用于多路開(kāi)關(guān)、多路閥門(mén)以及雙向旋轉(zhuǎn)加速度傳感器、繼
3電器等產(chǎn)品，且具有零件數(shù)目少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝配簡(jiǎn)易、造價(jià)低廉、結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)等特點(diǎn)。


下面結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本發(fā)明的裝配位置示意圖2是圖1向左側(cè)運(yùn)動(dòng)的第二穩(wěn)態(tài)示意圖； 圖3是圖2向左側(cè)運(yùn)動(dòng)的第三穩(wěn)態(tài)示意圖； 圖4舉例說(shuō)明三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)應(yīng)用在門(mén)中的示意圖。圖中1、反向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)；2、連桿；3、正向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)；11、反向 Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)柔性桿；12、剛性桿；13、反向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)柔性桿；31、正向Young雙 穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)柔性桿；32、剛性桿；33、正向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)柔性桿。
具體實(shí)施例方式如圖1、圖2所示，包括兩個(gè)Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)，一個(gè)Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)作為反向 Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)1，另一個(gè)作為正向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)3，將反向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)1在 預(yù)應(yīng)變的狀態(tài)下通過(guò)連接連桿2和正向Yoimg雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)3鉸接，兩個(gè)鉸接點(diǎn)分別在反向 Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)1的剛性桿12和正向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)3的剛性桿32上，構(gòu)成三穩(wěn)態(tài)機(jī) 構(gòu)初始的第一穩(wěn)態(tài)。在初始裝配位置給連桿2施加向左的拉力時(shí)，連桿2會(huì)拉動(dòng)反向Yoimg雙穩(wěn)態(tài)機(jī) 構(gòu)1和正向Yoimg雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)3向左側(cè)運(yùn)動(dòng)，三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)將通過(guò)柔性桿存儲(chǔ)彈性勢(shì)能到達(dá) 第一個(gè)非穩(wěn)態(tài)平衡位置，此時(shí)彈性勢(shì)能達(dá)到第一個(gè)局部極大值；然后經(jīng)過(guò)此位置后開(kāi)始釋 放彈性勢(shì)能并輸出力推動(dòng)三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)繼續(xù)向左運(yùn)動(dòng)，直到跳躍到第二個(gè)穩(wěn)態(tài)位置。此刻彈性勢(shì)能達(dá)到第二個(gè)局部極小值；繼續(xù)給連桿施加向左的拉力，則三穩(wěn)態(tài)機(jī) 構(gòu)又將繼續(xù)向左運(yùn)動(dòng)，連桿2又拉動(dòng)反向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)1和正向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)3 向左運(yùn)動(dòng)，三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)再次儲(chǔ)存彈性勢(shì)能到達(dá)第二個(gè)非穩(wěn)態(tài)平衡位置，此時(shí)彈性勢(shì)能達(dá)到 第二個(gè)局部極大值，然后經(jīng)過(guò)第二個(gè)非穩(wěn)態(tài)平衡位置后，開(kāi)始釋放彈性勢(shì)能并輸出力推動(dòng) 三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)繼續(xù)向左運(yùn)動(dòng)，直到跳躍到第三個(gè)穩(wěn)態(tài)位置，如圖3所示，此刻彈性勢(shì)能達(dá)到第 三個(gè)局部極小值。從上述的三幅圖可以清楚地知道反向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)1和正向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī) 構(gòu)3的反向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)柔性桿11、反向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)柔性桿13、正向Young雙 穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)柔性桿31、正向Yoimg雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)柔性桿33是變形能存儲(chǔ)的器件，通過(guò)適當(dāng)長(zhǎng)度 的連桿組合，借助其變形能可以實(shí)現(xiàn)在三個(gè)獨(dú)立位置上的穩(wěn)定平衡，對(duì)應(yīng)的其彈性勢(shì)能曲 線上有兩個(gè)局部極大值點(diǎn)，三個(gè)局部極小值點(diǎn)。本發(fā)明可以應(yīng)用在一種新式的門(mén)中，如圖4所示，在門(mén)上裝一個(gè)三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)D，使 該門(mén)具有三個(gè)穩(wěn)定位置，該門(mén)的三個(gè)穩(wěn)定位置為門(mén)的“打開(kāi)”位置A、門(mén)的“關(guān)閉”位置B和 門(mén)的“打開(kāi)”位置C，非穩(wěn)態(tài)平衡位置在圖中用虛線所示。設(shè)計(jì)門(mén)在“關(guān)閉”的狀態(tài)下位于第 二個(gè)穩(wěn)定位置門(mén)的“關(guān)閉”位置B處，“打開(kāi)”的狀態(tài)位于兩側(cè)對(duì)稱(chēng)的穩(wěn)定位置門(mén)的“打開(kāi)” 位置A、門(mén)的“打開(kāi)”位置C處，圖中虛線位置代表門(mén)運(yùn)動(dòng)時(shí)經(jīng)過(guò)的非穩(wěn)定平衡位置。該門(mén)再 往某一側(cè)運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)其非穩(wěn)態(tài)平衡位置，那么撤銷(xiāo)施加給門(mén)上的外力，該門(mén)就會(huì)
4自動(dòng)回到“關(guān)閉”狀態(tài)；如果經(jīng)過(guò)其非穩(wěn)態(tài)平衡位置后，就會(huì)自動(dòng)跳躍到下一個(gè)穩(wěn)態(tài)位置，即 “打開(kāi)”狀態(tài)，同理，可以從“打開(kāi)”狀態(tài)返回到“關(guān)閉”狀態(tài)。 比如在商場(chǎng)中，當(dāng)顧客流量較少時(shí)，門(mén)的運(yùn)動(dòng)不需要躍過(guò)其非穩(wěn)態(tài)平衡位置，當(dāng) 顧客都進(jìn)去后，撤銷(xiāo)施加在門(mén)上的外力，該門(mén)會(huì)自動(dòng)地回到中間“關(guān)閉”狀態(tài)B;而當(dāng)顧客人 流量很大時(shí)，只需施加外力使該門(mén)的運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)其非穩(wěn)態(tài)平衡位置，門(mén)就會(huì)自動(dòng)的跳躍到下 一個(gè)穩(wěn)態(tài)位置，即位于“打開(kāi)”狀態(tài)A(C)，且門(mén)會(huì)穩(wěn)定的停留在這個(gè)位置，此時(shí)便于人流大量 的進(jìn)入，等顧客都進(jìn)完時(shí)，又可以加外力使門(mén)回到中間“關(guān)閉”狀態(tài)B。
權(quán)利要求
基于Young雙穩(wěn)態(tài)柔性機(jī)構(gòu)的三穩(wěn)態(tài)實(shí)現(xiàn)方法，包括兩個(gè)Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)，其特征是一個(gè)Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)作為反向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)(1)，另一個(gè)作為正向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)(3)，將反向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)(1)在預(yù)應(yīng)變的狀態(tài)下通過(guò)連接連桿(2)和正向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)(3)鉸接，兩個(gè)鉸接點(diǎn)分別在反向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)(1)和正向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)(3)的剛性桿上，構(gòu)成三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)初始的第一穩(wěn)態(tài)；在初始的第一穩(wěn)態(tài)給連桿(2)施加向左的拉力時(shí)，連桿(2)會(huì)拉動(dòng)反向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)(1)和正向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)(3)向左側(cè)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)兩個(gè)Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)柔性桿存儲(chǔ)彈性勢(shì)能到達(dá)第一個(gè)非穩(wěn)態(tài)平衡位置，此時(shí)彈性勢(shì)能達(dá)到第一個(gè)局部極大值；然后經(jīng)過(guò)此位置后開(kāi)始釋放彈性勢(shì)能并輸出力推動(dòng)三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)繼續(xù)向左運(yùn)動(dòng)，直到跳躍到第二個(gè)穩(wěn)態(tài)位置，此刻彈性勢(shì)能達(dá)到第二個(gè)局部極小值；繼續(xù)給連桿施加向左的拉力，則三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)又將繼續(xù)向左運(yùn)動(dòng)，連桿(2)又拉動(dòng)反向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)(1)和正向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)(3)向左運(yùn)動(dòng)，三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)再次儲(chǔ)存彈性勢(shì)能到達(dá)第二個(gè)非穩(wěn)態(tài)平衡位置，此時(shí)彈性勢(shì)能達(dá)到第二個(gè)局部極大值，然后經(jīng)過(guò)第二個(gè)非穩(wěn)態(tài)平衡位置后，開(kāi)始釋放彈性勢(shì)能并輸出力推動(dòng)三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)繼續(xù)向左運(yùn)動(dòng)，直到跳躍到第三個(gè)穩(wěn)態(tài)位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Young雙穩(wěn)態(tài)柔性機(jī)構(gòu)的三穩(wěn)態(tài)實(shí)現(xiàn)方法，其特征是 所述的連桿(2)是剛性桿，在運(yùn)動(dòng)中無(wú)彎曲扭轉(zhuǎn)等變形，與兩個(gè)Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)的連接為 轉(zhuǎn)動(dòng)副。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Young雙穩(wěn)態(tài)柔性機(jī)構(gòu)的三穩(wěn)態(tài)實(shí)現(xiàn)方法，其特征是 所述的連桿(2)起連接作用，與反向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)(1)和正向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)(3)鉸接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Young雙穩(wěn)態(tài)柔性機(jī)構(gòu)的三穩(wěn)態(tài)實(shí)現(xiàn)方法，其特征是 所述的反向Yoimg雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)(1)和正向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)(3)的柔性桿一端固定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機(jī)械穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)，特別是一種基于Young雙穩(wěn)態(tài)柔性機(jī)構(gòu)的三穩(wěn)態(tài)實(shí)現(xiàn)方法，包括兩個(gè)Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)，其特征是一個(gè)Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)作為反向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)，另一個(gè)作為正向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)，將反向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)在預(yù)應(yīng)變的狀態(tài)下通過(guò)連接連桿和正向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)鉸接，兩個(gè)鉸接點(diǎn)分別在反向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)和正向Young雙穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)的剛性桿上，構(gòu)成三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)初始的第一穩(wěn)態(tài)；當(dāng)給連桿施加外力時(shí)，三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)從第一個(gè)穩(wěn)態(tài)位置經(jīng)過(guò)第一個(gè)非穩(wěn)態(tài)平衡位置跳躍到第二個(gè)穩(wěn)態(tài)位置，依次直到三穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)跳躍到第三個(gè)穩(wěn)態(tài)位置。它可以應(yīng)用于多路開(kāi)關(guān)、多路閥門(mén)以及雙向旋轉(zhuǎn)加速度傳感器、繼電器等產(chǎn)品。
文檔編號(hào)E05F15/20GK101901701SQ20101017406
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者勾燕潔, 楊亮亮, 陳貴敏 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)