平面折展柔順機構設計理論與方法研究

《平面折展柔順機構設計理論與方法研究》是依託北京科技大學，由邱麗芳擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：平面折展柔順機構設計理論與方法研究
• 依託單位：北京科技大學
• 項目負責人：邱麗芳
• 項目類別：面上項目

項目摘要

平面戀習愉套折展柔順機構（以下簡稱LEMs）的設計和套用是傳統機構設計的有益補充，其設計理論和方法可以使傳統設計理論有更深廣的發展，進而形成新的設計理論和方法。LEMs中的柔性鉸鏈是實現LEMs運動的關鍵部分，如何設計得到柔度好、精度高的柔性鉸鏈一直是柔順機構研究的關鍵問題，鑒於此本項目綜合考慮影響LEMs鉸鏈柔度和精度特性的等效扭轉及拉壓彈簧剛度，提出等效耦合彈簧剛度的概念，建立其等效耦合剛度的數學模型並推導理論計算公式，由此設計出綜合性能更好的新型LEMs柔性鉸鏈，進而設計出滿足運動要求、精度更高的多層LEMs。通過理論研究、有限元仿真分析及實驗測試，最終建立通用的等效耦合剛度計算公式，形成比較完善的等效理論及適合於LEMs的厚拜整設計方法，同時開發出LEMs創新設計軟體系統，並實現LEMs柔性鉸鏈主要參數的最佳化。 本課題的研究可為LEMs的理論研究和使其廣泛套用於產品設計奠定基礎。

結題摘要

柔順機構以柔性鉸鏈代替傳統機構中的運動副，具有體積小、無需裝院姜采配、無摩擦、無間隙、不需潤滑、運動靈敏度高、導向精度高等優點，因此在微機電系統、精密機械等領域得到了廣泛的套用。平面折展柔順機構（Lamina Emergent Mechanisms簡稱LEMs），是指用同一薄片材料製成的、可在製造平面之外運動的一類新型柔順機構，具凳您鑽有廣泛的市場套用前景。平面折展柔順機構的設計和套用也是傳統機構設計的有益補充，其設計理論和方法可以使傳統設計理論有更深廣的發展，進而形成新的設計理論和方法。LEMs中的柔性鉸鏈是實現運動的關鍵部分，如何設計得到柔度好、精度高的柔性鉸鏈一直是柔順機構研究的關鍵問題。本項目通過彎扭與拉壓耦合載鞏櫃荷對LET鉸鏈變形特性影響的研究，提出等效耦合彈簧剛度的概念，建立了其等效耦合剛度的數學模型並推導出理論計算經驗公承促歸霸式，由此設計出一系列綜合性能更好的新型LEMs柔性鉸鏈，對柔性鉸鏈的設計思路和設計方法的研究，以及對柔性鉸鏈的創新設計，提高了鉸鏈的彎曲性能、抗拉壓性能。推導了設計的新型柔性鉸鏈等效剛度的計算公式，並利用有限元仿真分析、實驗驗證等方法對其進行了驗證，結果符合設計預期。在此基礎上，實現了LEMs柔性鉸鏈主要結構參協旬想數的最佳化設計，為LEMs設計和分析提供了理論基礎。同時設計了一些具有新功能的柔性鉸鏈，還實現了鉸鏈的變剛度設計，變剛度柔性鉸鏈的設計可為其套用於機器人靈巧關節打下良好基礎。基於設計的新型鉸鏈，設計了滿足運動要求、精度更高的LEMs。設計了高平行度雙穩態平面折展夾持機構，以及雙層LEMs機構，建立了機構的偽剛體模型，利用虛功原理進行了分析，得到輸入與輸出的關係，並利用仿真分析和實驗測試對其進行了驗證。 以實現LEMs運動的關鍵部分——柔性鉸鏈為主要研究對象來展開對LEMs的基礎研究，具有重要的理論意義和實際套用價值。本項目研究能為柔性鉸鏈和LEMs的設計提供理論基礎，設計出更好的柔性鉸鏈和機構，以適應科技發展的需求，也可為LEMs的進一步理論研究和使其廣泛套用於產品設計提供新的設計思路和分析方法。