專利名稱：柔順Sarrus機(jī)構(gòu)多穩(wěn)態(tài)的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于柔順機(jī)構(gòu)領(lǐng)域，是柔順Sarrus機(jī)構(gòu)多穩(wěn)態(tài)的實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
剛性Sarrus機(jī)構(gòu)是由六根剛性桿通過鉸鏈剛性鉸接形成的空間六桿單自由度機(jī)構(gòu)，可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，現(xiàn)已較多用于諸多機(jī)械產(chǎn)品中。然而，剛性Sarrus機(jī)構(gòu)中由于存在剛性鉸鏈,其帶來的裝配誤差及摩擦損耗等，使Sarrus機(jī)構(gòu)的使用壽命與運(yùn)動(dòng)精度降低，因此可以應(yīng)用柔順Sarrus機(jī)構(gòu)來提高Sarrus機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度,滿足其特定的使用場(chǎng)合。此外，柔順Sarrus機(jī)構(gòu)中可以既存在旋轉(zhuǎn)型的多穩(wěn)態(tài)位置，又存在直線型的多穩(wěn)態(tài)位置，使得柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的多穩(wěn)態(tài)特性獲得更加廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。由于所實(shí)現(xiàn)的多穩(wěn)態(tài)柔順Sarrus機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易，機(jī)構(gòu)中既有旋轉(zhuǎn)型多 穩(wěn)態(tài)位置，又有直線型多穩(wěn)態(tài)位置，因此多穩(wěn)態(tài)柔順Sarrus機(jī)構(gòu)有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種柔順Sarrus機(jī)構(gòu)多穩(wěn)態(tài)的實(shí)現(xiàn)方法，并提出多穩(wěn)態(tài)柔順Sarrus機(jī)構(gòu),這種柔順Sarrus機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)特性好、制造方便、造價(jià)低、使用可靠，可用于需要旋轉(zhuǎn)型或直線型多穩(wěn)態(tài)的機(jī)械產(chǎn)品中，或需將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合中，如升降裝置、平動(dòng)機(jī)構(gòu)等。本發(fā)明的技術(shù)方案是柔順Sarrus機(jī)構(gòu)多穩(wěn)態(tài)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是將剛性Sarrus機(jī)構(gòu)中的部分或全部鉸鏈替換為柔順鉸鏈,形成部分柔順或全柔順Sarrus機(jī)構(gòu),且可以呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)型和直線型的多穩(wěn)態(tài)特征。所述的部分柔順或全柔順Sarrus機(jī)構(gòu)中剛性桿的運(yùn)動(dòng)特性與相同尺寸下剛性Sarrus機(jī)構(gòu)的一致,并同時(shí)存在做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和做直線運(yùn)動(dòng)的剛性桿。所述的柔順Sarrus機(jī)構(gòu)中的柔順鉸鏈的呈現(xiàn)單軸轉(zhuǎn)動(dòng)特性，即在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；剛性桿呈現(xiàn)剛性，即在柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程中不發(fā)生彈性變形。所述的柔順Sarrus機(jī)構(gòu)中，不同位置處的單個(gè)柔順鉸鏈可以使柔順Sarrus機(jī)構(gòu)中呈現(xiàn)由單個(gè)柔順鉸鏈作用形成的多穩(wěn)態(tài)特性，也可以呈現(xiàn)由不同位置處多個(gè)柔順鉸鏈相互作用疊加而形成的多穩(wěn)態(tài)特性。所述的柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的多穩(wěn)態(tài)位置既可以為旋轉(zhuǎn)型的穩(wěn)態(tài)位置，也可以為直線型的穩(wěn)態(tài)位置，且旋轉(zhuǎn)型穩(wěn)定平衡位置與直線型穩(wěn)定平衡位置相互對(duì)應(yīng)。所述的柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定平衡位置可以根據(jù)實(shí)際需要，通過改變桿長(zhǎng)來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)位置數(shù)目和穩(wěn)定平衡位置的選取。所述的柔順Sarrus機(jī)構(gòu)在使用過程中，可以將其中任何一桿作為固定的機(jī)架。本發(fā)明的特點(diǎn)是這種柔順Sarrus機(jī)構(gòu)多穩(wěn)態(tài)的實(shí)現(xiàn)方法成功地實(shí)現(xiàn)了柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的多穩(wěn)態(tài)特性。其特征是將剛性Sarrus機(jī)構(gòu)中的一個(gè)或全部剛性鉸鏈替換為柔順鉸鏈，形成部分柔順或全柔順Sarrus機(jī)構(gòu)，所形成的機(jī)構(gòu)在適當(dāng)尺寸下便呈現(xiàn)多穩(wěn)態(tài)特性，且得到的機(jī)構(gòu)中穩(wěn)態(tài)位置既有旋轉(zhuǎn)型的多穩(wěn)態(tài)位置，又有直線型的多穩(wěn)態(tài)位置，旋轉(zhuǎn)型穩(wěn)態(tài)位置所處的機(jī)構(gòu)位置與直線型穩(wěn)態(tài)位置所處的機(jī)構(gòu)位置互相對(duì)應(yīng)。


下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。圖I是剛性Sarrus機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意 圖2是剛性Sarrus機(jī)構(gòu)的尺寸示意 圖3是旋轉(zhuǎn)型雙穩(wěn)態(tài)柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的第一穩(wěn)態(tài)位置示意 圖4是旋轉(zhuǎn)型雙穩(wěn)態(tài)柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的第二穩(wěn)態(tài)位置示意圖； 圖5是旋轉(zhuǎn)型三穩(wěn)態(tài)柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的第一穩(wěn)態(tài)位置不意 圖6是旋轉(zhuǎn)型三穩(wěn)態(tài)柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的第二穩(wěn)態(tài)位置示意 圖7是旋轉(zhuǎn)型三穩(wěn)態(tài)柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的第三穩(wěn)態(tài)位置示意 圖8是旋轉(zhuǎn)型四穩(wěn)態(tài)柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的第一穩(wěn)態(tài)位置示意 圖9是旋轉(zhuǎn)型四穩(wěn)態(tài)柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的第二穩(wěn)態(tài)位置示意 圖10是旋轉(zhuǎn)型四穩(wěn)態(tài)柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的第三穩(wěn)態(tài)位置示意 圖11是旋轉(zhuǎn)型四穩(wěn)態(tài)柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的第四穩(wěn)態(tài)位置示意 圖中1、剛性桿；2、鉸鏈；11、第一桿件；12、第二桿件；13、第三桿件；14、第四桿件；15、第五桿件；16、第六桿件；21、第一鉸鏈；22、第二鉸鏈；23、第三鉸鏈；24、第四鉸鏈；25、第五鉸鏈；26、第六鉸鏈。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
如圖I所示，剛性Sarrus機(jī)構(gòu)是由六根剛性桿I通過鉸鏈2剛性鉸接形成的空間六桿單自由度機(jī)構(gòu)，六根剛性桿分別是第一桿件11、第二桿件12、第三桿件13、第四桿件14、第五桿件15和第六桿件16,鉸鏈2共六個(gè),分別是第一鉸鏈21、第二鉸鏈22、第三鉸鏈23、第四鉸鏈24、第五鉸鏈25和第六鉸鏈26。如圖2所示，固定第六桿件16，第一桿件11可以繞第一鉸鏈21旋轉(zhuǎn)，即滿足桿長(zhǎng)條件彡d4+d5+d6 ;第三桿件13可以沿直線平動(dòng)，即滿足桿長(zhǎng)條件a4+a5 > d1+d2+d3o當(dāng)將鉸鏈2由剛性鉸鏈部分或全部替換為柔順鉸鏈時(shí)，在適當(dāng)尺寸下形成的部分柔順或全柔順Sarrus機(jī)構(gòu)可以呈現(xiàn)多穩(wěn)態(tài)特性，其中第一桿件11呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)型的多穩(wěn)態(tài)特性，第三桿件13呈現(xiàn)直線型多穩(wěn)態(tài)特性，且第一桿件11的旋轉(zhuǎn)型多穩(wěn)態(tài)的機(jī)構(gòu)穩(wěn)定平衡位置與第三桿件13的直線型多穩(wěn)態(tài)的機(jī)構(gòu)穩(wěn)定平衡位置相對(duì)應(yīng)。下面對(duì)于尺寸的具體要求作詳細(xì)說明
當(dāng)?shù)谝汇q鏈21、第二鉸鏈22或第三鉸鏈23其中一個(gè)由剛性鉸鏈替換為柔順鉸鏈時(shí)，柔順Sarrus機(jī)構(gòu)各桿件尺寸只需滿足運(yùn)動(dòng)學(xué)條件即可實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)特性。當(dāng)?shù)谒你q鏈24、第五鉸鏈25或第六鉸鏈26其中一個(gè)由剛性鉸鏈替換為柔順鉸鏈時(shí)，柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的多穩(wěn)態(tài)特性將由具體的各桿件尺寸所定。設(shè)初始狀態(tài)時(shí)，第一鉸鏈21與第三鉸鏈23之間的水平距離為Sa，第四鉸鏈24與第五鉸鏈25之間的水平距離為SB，第一桿件11作整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，第三桿件13的最大位移為A x。當(dāng)I AxI <&時(shí)，第一桿件11可以呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)型的雙穩(wěn)態(tài)特性，第三桿件13可以呈現(xiàn)直線型的雙穩(wěn)態(tài)特性；當(dāng)Sb< I AxI <2SB時(shí)，第一桿件11可以呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)型的三穩(wěn)態(tài)特性，第三桿件13可以呈現(xiàn)直線型的三穩(wěn)態(tài)特性；當(dāng)I AxI >2SB時(shí)，第一桿件11可以呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)型的四穩(wěn)態(tài)特性，第三桿件13可以呈現(xiàn)直線型的四穩(wěn)態(tài)特性。如圖3和圖4所示，將第三鉸鏈23由剛性鉸鏈替換為柔順鉸鏈的部分柔順Sarrus機(jī)構(gòu)中，固定第六桿件16，當(dāng)?shù)谌q鏈23無變形(第二桿件12和第三桿件13之間的夾角不變)時(shí)，第一桿件11可以在不同的兩個(gè)位置穩(wěn)定停留，則機(jī)構(gòu)為雙穩(wěn)態(tài)柔順Sarrus機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)的兩個(gè)穩(wěn)定位置對(duì)應(yīng)于第一桿件11的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)型穩(wěn)態(tài)位置和第三桿件13的兩個(gè)直線型穩(wěn)態(tài)位置。選取尺寸為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
此時(shí)，機(jī)構(gòu)為雙穩(wěn)態(tài)部分柔順Sarrus機(jī)構(gòu)，第一桿件11有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)型的穩(wěn)定平衡位置，第三桿件13有兩個(gè)直線型的穩(wěn)定平衡位置，且分別對(duì)應(yīng)于部分柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的兩個(gè)穩(wěn)定平衡位置。當(dāng)固定第六桿件16時(shí)，第一桿件11可以繞固定軸第一鉸鏈21做整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，第三鉸鏈23處的柔順鉸鏈可以發(fā)生彈性變形來實(shí)現(xiàn)鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)特性，第三桿件13可以沿直線平動(dòng)，如圖3所示，當(dāng)該柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的初始裝配,整個(gè)機(jī)構(gòu)中無能量存儲(chǔ)，處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，此為柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的第一個(gè)穩(wěn)態(tài)位置，此位置為第一桿件11的第一個(gè)旋轉(zhuǎn)型穩(wěn)態(tài)位置，亦為第三桿件13的第一個(gè)直線型穩(wěn)態(tài)位置；當(dāng)圖3中的第一桿件11繞固定軸第一鉸鏈21逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)(第一桿件11亦可以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，此處選用逆時(shí)針進(jìn)行說明)，第三鉸鏈23處的柔順鉸鏈發(fā)生彈性變形，機(jī)構(gòu)中存儲(chǔ)的能量增加，在經(jīng)過一個(gè)柔順鉸鏈發(fā)生變形最大的位置，即能量存儲(chǔ)最大值所對(duì)應(yīng)位置后，柔順鉸鏈開始逐漸恢復(fù)變形，機(jī)構(gòu)開始釋放能量，直到柔順鉸鏈恢復(fù)初始形狀，如圖4所示，第一桿件11轉(zhuǎn)動(dòng)角度為180。，機(jī)構(gòu)中存儲(chǔ)的能量全部釋放，機(jī)構(gòu)處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，此位置為柔順Sarrus機(jī)構(gòu)第二個(gè)穩(wěn)態(tài)位置，相應(yīng)的此位置為第一桿件11的第二個(gè)旋轉(zhuǎn)型穩(wěn)態(tài)位置，亦為第三桿件13的第二個(gè)直線型穩(wěn)態(tài)位置；當(dāng)圖4中的第一桿件11沿原方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，柔順鉸鏈繼續(xù)發(fā)生彈性變形，柔順Sarrus機(jī)構(gòu)繼續(xù)逐漸存儲(chǔ)能量，柔順鉸鏈經(jīng)過一個(gè)變形最大的位置后形變逐漸恢復(fù)，機(jī)構(gòu)中存儲(chǔ)的逐漸能量減少，直到第一桿件11旋轉(zhuǎn)到初始裝配位置即第一桿件11旋轉(zhuǎn)360。時(shí)，整個(gè)機(jī)構(gòu)恢復(fù)到初始裝配位置，機(jī)構(gòu)中存儲(chǔ)的能量為零，即機(jī)構(gòu)恢復(fù)到圖3所示的第一個(gè)穩(wěn)態(tài)位置。實(shí)施例2
本實(shí)施例與實(shí)施例I基本相同，不同的是將第五鉸鏈25由剛性鉸鏈替換為柔順鉸鏈的部分柔順Sarrus機(jī)構(gòu)中，固定第六桿件16,如果形成第五鉸鏈25不變形(第四桿件14和第五桿件15之間的夾角不變)時(shí)，當(dāng)?shù)谝粭U件11可以在兩個(gè)不同的位置穩(wěn)定停留，則機(jī)構(gòu)為雙穩(wěn)態(tài)柔順Sarrus機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)的兩個(gè)穩(wěn)定位置對(duì)應(yīng)于第一桿件11的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)型穩(wěn)態(tài)位置和第三桿件13的兩個(gè)直線型穩(wěn)態(tài)位置；如果形成第五鉸鏈25不變形(第四桿件14和第五桿件15之間的夾角不變)時(shí)，當(dāng)?shù)谝粭U件11可以在三個(gè)不同的位置穩(wěn)定停留，則該柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的第一桿件11有三個(gè)旋轉(zhuǎn)型的穩(wěn)態(tài)位置，第三桿件13有兩個(gè)直線型穩(wěn)態(tài)位置，第一桿件11的一個(gè)穩(wěn)態(tài)位置所處的機(jī)構(gòu)位置對(duì)應(yīng)與第三桿件13的一個(gè)直線型穩(wěn)態(tài)位置所處的機(jī)構(gòu)位置，第一桿件11的另外兩個(gè)穩(wěn)態(tài)位置所處的機(jī)構(gòu)位置對(duì)應(yīng)與第三桿件13的另一個(gè)直線型穩(wěn)態(tài)位置所對(duì)應(yīng)的機(jī)構(gòu)位置。選取尺寸為Ia1=O. 14m, a2=0. 29m, a3=0. 131m, a4=0. 19m, a5=0. lm, a6=0. 44m, Cl1=O. Im, d2=0. lm, d3=0m, d4=0. 04m, d5=0, d6=0. 04m。如圖5、圖6和圖7所示，初始裝配可形成的柔順Sarrus機(jī)構(gòu)可為圖5、圖6或圖7所示的形態(tài)，本實(shí)例中選圖5 (亦可以選圖6或圖7)所示的機(jī)構(gòu)形態(tài)為初始裝配狀態(tài)進(jìn)行機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)分析。在圖5中，當(dāng)固定第六桿件16時(shí)，第一桿 件11可以繞固定軸第一鉸鏈21做整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，第五鉸鏈25處的柔順鉸鏈可以發(fā)生彈性變形來實(shí)現(xiàn)鉸鏈的特性，第三桿件13可以沿直線平動(dòng)，且該位置下柔順Sarrus機(jī)構(gòu)為無彈性變形的初始裝配位置，整個(gè)機(jī)構(gòu)中無能量存儲(chǔ)，整個(gè)機(jī)構(gòu)處于穩(wěn)定平穩(wěn)狀態(tài)，此為柔順Sarrus機(jī)構(gòu)中第一桿件11的第一個(gè)旋轉(zhuǎn)型穩(wěn)態(tài)位置，相應(yīng)的此位置為第三桿件13的第一個(gè)直線型穩(wěn)態(tài)位置；當(dāng)圖5中的第一桿件11繞固定軸第一鉸鏈21逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)(第一桿件11亦可以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，此處選用逆時(shí)針進(jìn)行說明)，第五鉸鏈25處的柔順鉸鏈發(fā)生彈性變形，機(jī)構(gòu)中存儲(chǔ)的能量增加，在經(jīng)過一個(gè)柔順鉸鏈發(fā)生變形最大的位置(即能量存儲(chǔ)最大值所對(duì)應(yīng)位置)后，柔順鉸鏈開始逐漸恢復(fù)變形，機(jī)構(gòu)開始釋放能量，直到柔順鉸鏈恢復(fù)初始形狀，如圖6所示，第一桿件11轉(zhuǎn)動(dòng)到與第六桿件16平行的位置，機(jī)構(gòu)中存儲(chǔ)的能量全部釋放，柔順Sarrus機(jī)構(gòu)可以穩(wěn)定的停留，得到機(jī)構(gòu)中第一桿件11的第二個(gè)旋轉(zhuǎn)型穩(wěn)態(tài)位置，此位置亦為第三桿件13的第二個(gè)直線型穩(wěn)態(tài)位置；當(dāng)圖6中的第一桿件11沿原方向繼續(xù)繞固定軸第一鉸鏈21旋轉(zhuǎn)時(shí)，第五鉸鏈25處的柔順鉸鏈發(fā)生彈性變形，機(jī)構(gòu)中存儲(chǔ)的能量增加，在經(jīng)過一個(gè)柔順鉸鏈發(fā)生變形最大的位置后，柔順鉸鏈開始逐漸恢復(fù)變形，機(jī)構(gòu)開始釋放能量，直到柔順鉸鏈恢復(fù)初始形狀，如圖7所示，第一桿件11轉(zhuǎn)動(dòng)到與圖5所示位置關(guān)于第六桿件16對(duì)稱的位置，機(jī)構(gòu)中存儲(chǔ)的能量全部釋放，柔順Sarrus機(jī)構(gòu)可以穩(wěn)定的停留，得到機(jī)構(gòu)中第一桿件11的第三個(gè)旋轉(zhuǎn)型穩(wěn)態(tài)位置，而第三桿件13恢復(fù)到第一個(gè)直線型穩(wěn)態(tài)位置；當(dāng)圖7中的第一桿件11沿原方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，柔順鉸鏈繼續(xù)發(fā)生彈性變形，柔順Sarrus機(jī)構(gòu)繼續(xù)逐漸存儲(chǔ)能量，柔順鉸鏈經(jīng)過一個(gè)變形最大的位置后形變逐漸恢復(fù)，機(jī)構(gòu)中存儲(chǔ)的能量減少，直到第一桿件11旋轉(zhuǎn)到初始裝配位置即轉(zhuǎn)到圖5所示的機(jī)構(gòu)位置時(shí)，整個(gè)機(jī)構(gòu)恢復(fù)到初始裝配位置，機(jī)構(gòu)中存儲(chǔ)的能量為零，即柔順Sarrus機(jī)構(gòu)中第一桿件11恢復(fù)到圖5所示的第一個(gè)旋轉(zhuǎn)型穩(wěn)態(tài)位置，第三桿件13恢復(fù)到圖5所示的第一個(gè)直線型穩(wěn)態(tài)位置。實(shí)施例3
本實(shí)施例與實(shí)施例2基本相同，不同的是選取尺寸為A1=O. 14m, a2=0. 3m, a3=0. lm, a4=0.15m，a5=0. lm, a6=0. 4m，Ci1=O. 05m，d2=0. 05m，d3=0. 06m，d4=0_ 04m，d5=0，d6=0. 04m。第五鉸鏈25不變形(第四桿件14和第五桿件15之間的夾角不變)時(shí)，當(dāng)?shù)谝粭U件11可以在四個(gè)不同的位置穩(wěn)定停留，則該柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的第一桿件11有四個(gè)旋轉(zhuǎn)型的穩(wěn)態(tài)位置，第三桿件13有兩個(gè)直線型穩(wěn)態(tài)位置，第一桿件11的其中兩個(gè)穩(wěn)態(tài)位置所處的機(jī)構(gòu)位置對(duì)應(yīng)于第三桿件13的一個(gè)直線型穩(wěn)態(tài)位置所處的機(jī)構(gòu)位置，第一桿件11的另外兩個(gè)穩(wěn)態(tài)位置所處的機(jī)構(gòu)位置對(duì)應(yīng)于第三桿件13的另一個(gè)直線型穩(wěn)態(tài)位置所處的機(jī)構(gòu)位置。如圖8、圖9、圖10和圖11所示，初始裝配可形成的柔順Sarrus機(jī)構(gòu)可為圖8、圖9、圖10或圖11所示的形態(tài)，本實(shí)例中選圖8 (亦可以選圖9、圖10或圖11)所示的機(jī)構(gòu)形態(tài)為初始裝配狀態(tài)進(jìn)行機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)分析。在圖8中，當(dāng)固定第六桿件16時(shí)，第一桿件11可以繞固定軸第一鉸鏈21做整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，第五鉸鏈25處的柔順鉸鏈可以發(fā)生彈性變形來實(shí)現(xiàn)鉸鏈的特性，第三桿件13可以沿直線平動(dòng)，且該位置下柔順Sarrus機(jī)構(gòu)為無彈性變形的初始裝配位置，整個(gè)機(jī)構(gòu)中無能量存儲(chǔ)，整個(gè)機(jī)構(gòu)處于穩(wěn)定平穩(wěn)狀態(tài)，此為柔順Sarrus機(jī)構(gòu)中第一桿件11的第一個(gè)旋轉(zhuǎn)型穩(wěn)態(tài)位置，相應(yīng)的此位置為第三桿件13的第一個(gè)直線型穩(wěn)態(tài)位置；當(dāng)圖8中的第一桿件11繞固定軸第一鉸鏈21逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)(第一桿件11亦可以順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，此處選用逆時(shí)針進(jìn)行說明)，第五鉸鏈25處的柔順鉸鏈發(fā)生彈性變形，機(jī)構(gòu)中存儲(chǔ)的能量逐漸增加，在經(jīng)過一個(gè)柔順鉸鏈發(fā)生變形最大的位置(即能量存儲(chǔ)最大值所對(duì)應(yīng)位置)后，柔順鉸鏈開始逐漸恢復(fù)彈性變形，機(jī)構(gòu)開始釋放能量，直到柔順鉸鏈恢復(fù)初始形狀，如圖9所示，機(jī)構(gòu)中存儲(chǔ)的能量全部釋放，柔順Sarrus機(jī)構(gòu)可以在此位置穩(wěn)定的停留，得到機(jī)構(gòu)中第一桿件11的第二個(gè)旋轉(zhuǎn)型穩(wěn)態(tài)位置，此位置亦為第三桿件13的第二個(gè)直線型穩(wěn)態(tài)位置；當(dāng)圖9中的第一桿件11沿原方向繼續(xù)繞固定軸第一鉸鏈21旋轉(zhuǎn)時(shí)，第五鉸鏈25處的柔順鉸鏈發(fā)生彈性變形，機(jī)構(gòu)中存儲(chǔ)的能量又逐漸增加，在經(jīng)過一個(gè)柔順鉸鏈發(fā)生變形最大的位置后，柔順鉸鏈開始恢復(fù)彈性變形，機(jī)構(gòu)開始釋放能量，直到柔順鉸鏈恢復(fù)初始形狀，如圖10所示，第一桿件11轉(zhuǎn)動(dòng)到與圖9所示位置關(guān)于第六桿件16對(duì)稱的位置，機(jī)構(gòu)中存儲(chǔ)的能量全部釋放，柔順Sarrus機(jī)構(gòu)可以穩(wěn)定的停留，得到機(jī)構(gòu)中第一桿件11的第三個(gè)旋轉(zhuǎn)型穩(wěn)態(tài)位置，而第三桿件13恢復(fù)到第二個(gè)直線型穩(wěn)態(tài)位置即圖9中第三桿件13的位置；當(dāng)圖10中的第一桿件11沿原方向繼續(xù)繞固定軸第一鉸鏈21旋轉(zhuǎn)時(shí)，第五鉸鏈25處的柔順鉸鏈發(fā)生彈性變形，機(jī)構(gòu)中存儲(chǔ)的彈性勢(shì)能逐漸增加，在經(jīng)過一個(gè)柔順鉸鏈發(fā)生變形最大的位置后，柔順鉸鏈開始恢復(fù)彈性變形，機(jī)構(gòu)開始釋放能量，直到柔順鉸鏈恢復(fù)初始形狀，如圖11所示，此時(shí)機(jī)構(gòu)可以穩(wěn)定的停留，第一桿件11轉(zhuǎn)動(dòng)到與圖8所示位置關(guān)于第六桿件16對(duì)稱的位置，機(jī)構(gòu)中存儲(chǔ)的能量全部釋放，柔順Sarrus機(jī)構(gòu)可以穩(wěn)定的停留，得到機(jī)構(gòu)中第一桿件11的第四個(gè)旋轉(zhuǎn)型穩(wěn)態(tài)位置，而第三桿件13恢復(fù)到第一個(gè)直線型穩(wěn)態(tài)位置即圖8中第三桿件13的位置；當(dāng)圖11中的第一桿件11沿原方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，柔順鉸鏈繼續(xù)發(fā)生彈性變形，柔順Sarrus機(jī)構(gòu)繼續(xù)逐漸存儲(chǔ)能量，柔順鉸鏈經(jīng)過一個(gè)變形最大的位置后形變逐漸恢復(fù)，機(jī)構(gòu)中存儲(chǔ)的能量減少，直到第一桿件11旋轉(zhuǎn)到初始裝配位置即轉(zhuǎn)到圖8所示的機(jī)構(gòu)位置時(shí)，整個(gè)機(jī)構(gòu)恢復(fù)到初始裝配位置，機(jī)構(gòu)中的能量為零，即柔順Sarrus機(jī)構(gòu)中第一桿件11恢復(fù)到圖5所示的第一個(gè)旋轉(zhuǎn)型穩(wěn)態(tài)位置，第三桿件13恢復(fù)到圖8所示的第一個(gè)直線型穩(wěn)態(tài)位置。以上實(shí)施例均是將剛性Sarrus的一個(gè)剛性鉸鏈替換為柔順鉸鏈，使機(jī)構(gòu)在適當(dāng)尺寸下由一個(gè)柔順鉸鏈單獨(dú)作用來形成多穩(wěn)態(tài)柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的，此外，將兩個(gè)或多個(gè)剛性Sarrus機(jī)構(gòu)的剛性鉸鏈替換為柔順鉸鏈時(shí)，所得機(jī)構(gòu)在適當(dāng)尺寸及柔順機(jī)構(gòu)剛度下，由兩個(gè)或多個(gè)柔順鉸鏈相互作用疊加亦可形成多穩(wěn)態(tài)柔順Sarrus機(jī)構(gòu)，所形成的多穩(wěn)態(tài)柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)亦類同于上述由單個(gè)柔順鉸鏈形成的多穩(wěn)態(tài)柔順Sarrus機(jī)構(gòu)。
剛性鉸鏈、柔性鉸鏈以及具體鏈接實(shí)現(xiàn)方法等屬于本領(lǐng)域常用的技術(shù)手段，在此不作特別的說明。
權(quán)利要求
1.柔順Sarrus機(jī)構(gòu)多穩(wěn)態(tài)的實(shí)現(xiàn)方法,其特征是將剛性Sarrus機(jī)構(gòu)中的部分或全部 鉸鏈替換為柔順鉸鏈，形成部分柔順或全柔順Sarrus機(jī)構(gòu)，且可以呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)型和直線型的多穩(wěn)態(tài)特征。
2.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的柔順Sarrus機(jī)構(gòu)多穩(wěn)態(tài)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是所述的部分柔順或全柔順Sarrus機(jī)構(gòu)中剛性桿的運(yùn)動(dòng)特性與相同尺寸下剛性Sarrus機(jī)構(gòu)的一致，并同時(shí)存在做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和做直線運(yùn)動(dòng)的剛性桿。
3.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的柔順Sarrus機(jī)構(gòu)多穩(wěn)態(tài)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是所述的柔順Sarrus機(jī)構(gòu)中的柔順鉸鏈的呈現(xiàn)單軸轉(zhuǎn)動(dòng)特性，即在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；剛性桿呈現(xiàn)剛性，即在柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程中不發(fā)生彈性變形。
4.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的柔順Sarrus機(jī)構(gòu)多穩(wěn)態(tài)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是所述的柔順Sarrus機(jī)構(gòu)中，不同位置處的單個(gè)柔順鉸鏈可以使柔順Sarrus機(jī)構(gòu)中呈現(xiàn)由單個(gè)柔順鉸鏈作用形成的多穩(wěn)態(tài)特性，也可以呈現(xiàn)由不同位置處多個(gè)柔順鉸鏈相互作用疊加而形成的多穩(wěn)態(tài)特性。
5.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的柔順Sarrus機(jī)構(gòu)多穩(wěn)態(tài)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是所述的柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的多穩(wěn)態(tài)位置既可以為旋轉(zhuǎn)型的穩(wěn)態(tài)位置，也可以為直線型的穩(wěn)態(tài)位置，且旋轉(zhuǎn)型穩(wěn)定平衡位置與直線型穩(wěn)定平衡位置相互對(duì)應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的柔順Sarrus機(jī)構(gòu)多穩(wěn)態(tài)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是所述的柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定平衡位置可以根據(jù)實(shí)際需要，通過改變桿長(zhǎng)來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)位置數(shù)目和穩(wěn)定平衡位置的選取。
7.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的柔順Sarrus機(jī)構(gòu)多穩(wěn)態(tài)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是多穩(wěn)態(tài)柔順Sarrus機(jī)構(gòu)在使用過程中,可以將其中任何一桿作為固定的機(jī)架。
全文摘要
本發(fā)明屬于柔順機(jī)構(gòu)領(lǐng)域，是柔順Sarrus機(jī)構(gòu)多穩(wěn)態(tài)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是將剛性Sarrus機(jī)構(gòu)中的部分或全部剛性鉸鏈替換為柔順鉸鏈，形成部分柔順或全柔順Sarrus機(jī)構(gòu)，且可以呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)型和直線型的多穩(wěn)態(tài)特征。柔順Sarrus機(jī)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)位置數(shù)目和穩(wěn)定平衡位置的選取可以通過改變桿長(zhǎng)來實(shí)現(xiàn)，且旋轉(zhuǎn)型穩(wěn)定平衡位置與直線型穩(wěn)定平衡位置相互對(duì)應(yīng)。這種柔順Sarrus機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)特性好、制造方便、造價(jià)低、使用可靠，可用于需要旋轉(zhuǎn)型或直線型多穩(wěn)態(tài)的機(jī)械產(chǎn)品中，或需將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合中，如升降裝置、平動(dòng)機(jī)構(gòu)等。
文檔編號(hào)F16H21/46GK102705461SQ201210197138
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者勾燕潔, 張守銀, 陳貴敏 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)