一種基于單鉸鏈的LEMs構(gòu)型綜合方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于單鉸鏈的LEMs構(gòu)型綜合方法，該方法能夠求解包含轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副、以及機(jī)架和主動(dòng)件變換的LEMs構(gòu)型綜合問題。其通過如下步驟進(jìn)行：1）將LEMs等效看成單鉸鏈平面運(yùn)動(dòng)鏈，用運(yùn)動(dòng)鏈中的轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副表示LEMs中轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副。2）根據(jù)給定的桿件數(shù)和自由度數(shù)，分析桿組的所有裝配組合，搭建桿組鄰接矩陣的框架。3）依據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的約束條件，將第一級(jí)及之后的桿組依次裝配到主動(dòng)件和機(jī)架或者前級(jí)桿組上。
【專利說明】一種基于單鉸鏈的LEMs構(gòu)型綜合方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的LEMs構(gòu)型的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種基于單鉸鏈的LEMs構(gòu)型綜合方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] Lamina Emergent Mechanisms (LEMs)是一種從平面材料中制造，并且能夠浮出制 造平面的機(jī)械裝置。此種機(jī)械裝置通過使柔性部位變形來實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動(dòng)，因此是一種柔 順機(jī)構(gòu)。LEMs在擁有其他柔順機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，能采用成本較輕的加工工藝(如剪切、沖孔、 落料等)。LEMs的平面特性使得其在儲(chǔ)藏和運(yùn)輸成本方面亦有優(yōu)勢(shì)。
[0003] 國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究方向主要集中在LEMs運(yùn)動(dòng)副的開發(fā)以及驅(qū)動(dòng)方式的研究。 Jacobsen等人設(shè)計(jì)了一種目前較常用的關(guān)節(jié)-LET (Lamina Emergent Torsion)。該關(guān) 節(jié)是一種類似于鉸鏈的柔順部件，不同于鉸鏈通過旋轉(zhuǎn)彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面來獲得運(yùn)動(dòng)， 柔順關(guān)節(jié)通過材料的變形獲得所需運(yùn)動(dòng)。
[0004] 另一方面，對(duì)LEMs機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)類型綜合能夠啟發(fā)人們創(chuàng)新、發(fā)明新的LEMs機(jī) 構(gòu)，同時(shí)對(duì)現(xiàn)有的機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，因此LEMs機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類型綜合就很有必要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了一種基于單鉸鏈的LEMs構(gòu)型綜合方法，該方法能夠 求解包含轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副、以及機(jī)架和主動(dòng)件變換的LEMs構(gòu)型綜合問題。
[0006] 一種基于單鉸鏈的LEMs構(gòu)型綜合方法，其特征在于： 其通過如下步驟進(jìn)行： 1) 將LEMs等效看成單鉸鏈平面運(yùn)動(dòng)鏈，用運(yùn)動(dòng)鏈中的轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副表示LEMs中轉(zhuǎn) 動(dòng)副和移動(dòng)副； 2) 根據(jù)給定的桿件數(shù)和自由度數(shù)，分析桿組的所有裝配組合，搭建桿組鄰接矩陣的框 架； 3) 依據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的約束條件，將第一級(jí)及之后的桿組依次裝配到主動(dòng)件和機(jī)架或者前 級(jí)桿組上； 4) 在上一步裝配的同時(shí)，同步辨識(shí)同構(gòu)體，除去結(jié)構(gòu)相同的連接方式，得到只含轉(zhuǎn)動(dòng)副 的所有平面機(jī)構(gòu)連接方式； 5) 將主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)副類型以及各級(jí)桿組所包含的所有不同類型分別代入前述所求得 的平面機(jī)構(gòu)連接方式，得到包含轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副，以及機(jī)架和主動(dòng)件變換的所有平面機(jī)構(gòu) 連接方式。
[0007] 采用本發(fā)明的方法后，通過桿組元素的裝配連接組合得到桿組的連接順序，之后 搭建桿組鄰接矩陣的框架，然后依據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的約束條件，將第一級(jí)及之后的桿組依次裝 配到主動(dòng)件和機(jī)架或者前級(jí)桿組上，同步辨識(shí)同構(gòu)體，除去結(jié)構(gòu)相同的連接方式，得到只含 轉(zhuǎn)動(dòng)副的所有平面機(jī)構(gòu)連接方式，最后將主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)副類型以及各級(jí)桿組所包含的所有 不同類型分別代入前述所求得的平面機(jī)構(gòu)連接方式，得到包含轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副，以及機(jī)架 和主動(dòng)件變換的所有平面機(jī)構(gòu)連接方式，該方法能夠求解包含轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副、以及機(jī)架 和主動(dòng)件變換的LEMs構(gòu)型綜合問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 圖1為L(zhǎng)EMs中最常用的關(guān)節(jié)-LET (Lamina Emergent Torsion)的一種不同 的形式； 圖2為L(zhǎng)EMs中最常用的關(guān)節(jié)-LET (Lamina Emergent Torsion)的另一種不同的 形式； 圖3的（a)至（f)分別為L(zhǎng)EMs機(jī)構(gòu)構(gòu)型綜合過程中，未連 上最后一個(gè)II級(jí)桿組時(shí)所代表的機(jī)構(gòu)構(gòu)型； 圖4為一種單鉸鏈八桿運(yùn)動(dòng)鏈； 圖5為與圖4對(duì)應(yīng)的LEMs平面機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0009] 一種基于單鉸鏈的LEMs構(gòu)型綜合方法，其通過如下步驟進(jìn)行： 1) 將LEMs等效看成單鉸鏈平面運(yùn)動(dòng)鏈，用運(yùn)動(dòng)鏈中的轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副表示LEMs中轉(zhuǎn) 動(dòng)副和移動(dòng)副； 2) 根據(jù)給定的桿件數(shù)和自由度數(shù)，分析桿組的所有裝配組合，搭建桿組鄰接矩陣的框 架； 3) 依據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的約束條件，將第一級(jí)及之后的桿組依次裝配到主動(dòng)件和機(jī)架或者前 級(jí)桿組上； 4) 在上一步裝配的同時(shí)，同步辨識(shí)同構(gòu)體，除去結(jié)構(gòu)相同的連接方式，得到只含轉(zhuǎn)動(dòng)副 的所有平面機(jī)構(gòu)連接方式； 5) 將主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)副類型以及各級(jí)桿組所包含的所有不同類型分別代入前述所求得 的平面機(jī)構(gòu)連接方式，得到包含轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副，以及機(jī)架和主動(dòng)件變換的所有平面機(jī)構(gòu) 連接方式。
[0010] 以綜合一自由度八桿十副運(yùn)動(dòng)鏈為例，其通過如下步驟進(jìn)行單鉸鏈的LEMs構(gòu)型 綜合方法： 1.桿組元素的裝配連接組合 I. 1單自由度機(jī)構(gòu)構(gòu)件數(shù)與桿組數(shù)關(guān)系 由于II級(jí)Assur桿組中構(gòu)件數(shù)為2, III級(jí)和IV級(jí)Assur桿組中構(gòu)件數(shù)為4,主動(dòng)件和機(jī) 架的構(gòu)件數(shù)為1，所以平面機(jī)構(gòu)的總構(gòu)件數(shù)與各級(jí)Assur桿組數(shù)之間的關(guān)系如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于單鉸鏈的LEMs構(gòu)型綜合方法，其特征在于： 其通過如下步驟進(jìn)行： 1) 將LEMs等效看成單鉸鏈平面運(yùn)動(dòng)鏈，用運(yùn)動(dòng)鏈中的轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副表示LEMs中轉(zhuǎn) 動(dòng)副和移動(dòng)副； 2) 根據(jù)給定的桿件數(shù)和自由度數(shù)，分析桿組的所有裝配組合，搭建桿組鄰接矩陣的框 架； 3) 依據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的約束條件，將第一級(jí)及之后的桿組依次裝配到主動(dòng)件和機(jī)架或者前 級(jí)桿組上； 4) 在上一步裝配的同時(shí)，同步辨識(shí)同構(gòu)體，除去結(jié)構(gòu)相同的連接方式，得到只含轉(zhuǎn)動(dòng)副 的所有平面機(jī)構(gòu)連接方式； 5) 將主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)副類型以及各級(jí)桿組所包含的所有不同類型分別代入前述所求得 的平面機(jī)構(gòu)連接方式，得到包含轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副，以及機(jī)架和主動(dòng)件變換的所有平面機(jī)構(gòu) 連接方式； 6) 最后將所得平面運(yùn)動(dòng)鏈還原成LEMs的平面狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單鉸鏈的LEMs構(gòu)型綜合方法，其特征在于：在步驟 1) 中，并非直接對(duì)LEMs進(jìn)行機(jī)構(gòu)構(gòu)型綜合，而是將其等效成平面單鉸運(yùn)動(dòng)鏈，從而能夠采 用平面機(jī)構(gòu)綜合的各種方法，最后綜合完成之后，將其還原成LEMs平面狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單鉸鏈的LEMs構(gòu)型綜合方法，其特征在于：在步驟 2) 中，桿組鄰接矩陣中最基本的元素為各級(jí)Assur桿組，而非傳統(tǒng)鄰接矩陣中以構(gòu)建為基 本元素，即：
式中，F(xiàn)為機(jī)架，Dt為主動(dòng)件，上標(biāo)t=l，2為主動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副類型，1為轉(zhuǎn)動(dòng)副，2為移動(dòng) 畐Ij，Ag為各級(jí)基本桿組，下標(biāo)C=II，III，IV，…分別表示II級(jí)桿組，III級(jí)桿組，IV級(jí)桿組，上標(biāo) t=l，2, 3，…表示每一級(jí)桿組中不同的桿組，例如II級(jí)桿組中有五種類型，則t=l，2, 3, 4, 5 ;P表示該鄰接矩陣對(duì)角線各元素間的連接關(guān)系，當(dāng)P=O時(shí)表示不連接，P=I時(shí)表示連接，但當(dāng) 表示連接時(shí)，為了區(qū)別桿組中連接的具體構(gòu)件，使得P=ii，i=l, 2, 3,…，分表表示連接的構(gòu) 件為桿組中的1號(hào)構(gòu)件，2號(hào)構(gòu)件等。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單鉸鏈的LEMs構(gòu)型綜合方法，其特征在于：在步驟 3) 中，所述約束條件具體為： 1) 桿組的外副必須全部連接到前面的桿組或者主動(dòng)件或者機(jī)架上，且必須連接到運(yùn)動(dòng) 已經(jīng)確定的節(jié)點(diǎn)上； 2) 除機(jī)架外，同一個(gè)桿組連接在前面桿組或者主動(dòng)件的節(jié)點(diǎn)數(shù)目不得大于1 ; 3) 不得將桿組的外副全部連接在機(jī)架上。
【文檔編號(hào)】B25J9/00GK104308830SQ201410382162
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】曹毅, 王強(qiáng), 陳桂蘭 申請(qǐng)人:江南大學(xué)