以下描述大體上涉及負(fù)剛度結(jié)構(gòu)，并且更確切地說(shuō)涉及無(wú)鉸鏈負(fù)剛度結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

多種非線性結(jié)構(gòu)展現(xiàn)負(fù)機(jī)械剛度，例如躍遷橫梁(snap-throughbeams)和屈曲橫梁(bucklingbeams)。也可以通過(guò)具有銷住或夾住的邊界的彈簧和/或橫梁的各種組合和布置而展現(xiàn)負(fù)剛度。舉例來(lái)說(shuō)，可能由于組件中的一個(gè)的過(guò)度旋轉(zhuǎn)或者組件之間的滾動(dòng)或滑動(dòng)接觸而展現(xiàn)負(fù)剛度。負(fù)剛度機(jī)構(gòu)對(duì)多種應(yīng)用是有用的，包含隔振、沖擊緩解以及信號(hào)處理。

然而，現(xiàn)有技術(shù)負(fù)剛度機(jī)構(gòu)可能并入有銷、鉸鏈或滑動(dòng)機(jī)械關(guān)節(jié)，這增加了所述機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性和成本?，F(xiàn)有技術(shù)負(fù)剛度機(jī)構(gòu)還通常包含軸承組件，其增加了所述機(jī)構(gòu)的成本且增加了摩擦和磨損，這可能限制所述機(jī)構(gòu)的使用壽命。另外，現(xiàn)有技術(shù)負(fù)剛度機(jī)構(gòu)大體上具有相對(duì)小的運(yùn)動(dòng)范圍(例如，低動(dòng)程與橫梁長(zhǎng)度比率)。舉例來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有技術(shù)負(fù)剛度機(jī)構(gòu)可能限于近似或大約20:1或10:1的橫梁長(zhǎng)度與動(dòng)程比率(beamlengthtothrowratio)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對(duì)負(fù)剛度結(jié)構(gòu)的各種實(shí)施例。在一個(gè)實(shí)施例中，所述負(fù)剛度結(jié)構(gòu)包含至少一個(gè)撓性拉伸部件和至少一個(gè)彎曲壓縮部件。所述撓性拉伸部件的第一末端耦合到第一結(jié)構(gòu)。所述彎曲壓縮部件的第一末端的第一末端耦合到第二結(jié)構(gòu)，且所述彎曲壓縮部件的第二末端耦合到所述撓性拉伸部件的第二末端。所述撓性拉伸部件的長(zhǎng)度大于所述彎曲壓縮部件的長(zhǎng)度。所述負(fù)剛度結(jié)構(gòu)的頂端經(jīng)配置以展現(xiàn)對(duì)施加于所述頂端的負(fù)載的負(fù)剛度機(jī)械響應(yīng)。所述負(fù)剛度機(jī)械響應(yīng)在正交于所述拉伸部件的所述長(zhǎng)度的方向上起作用。

所述壓縮部件可具有大體上均勻厚度或非均勻厚度。所述至少一個(gè)彎曲壓縮部件可包含一系列彎曲壓縮部件的堆疊。所述至少一個(gè)撓性拉伸部件可包含一系列拉伸部件。所述至少一個(gè)壓縮部件可為矩形橫梁。所述至少一個(gè)拉伸部件可為橫梁、繩索、纜線、桿、鏈或帶。

所述負(fù)剛度結(jié)構(gòu)還可包含第二彎曲壓縮部件，其具有耦合到所述第二結(jié)構(gòu)的第一末端以及耦合到所述拉伸部件的第二末端的第二末端。所述第一壓縮部件可在第一方向上屈曲，且所述第二壓縮部件可在與所述第一方向相反的第二方向上屈曲。所述第一和第二壓縮部件可為余弦形的。所述負(fù)剛度結(jié)構(gòu)還可包含位于所述第一壓縮部件與所述第二壓縮部件之間的第一和第二楔形嵌件。所述第一楔形嵌件可接近于所述第一和第二壓縮部件的第一末端，且所述第二楔形嵌件可接近于所述第一和第二壓縮部件的第二末端。

所述第一結(jié)構(gòu)可包含界定錐形凹部的一對(duì)彎曲壁。所述拉伸部件的第一末端可接納于所述錐形凹部中。所述負(fù)剛度結(jié)構(gòu)可包含耦合到所述拉伸部件的第一末端的致動(dòng)器。所述致動(dòng)器可經(jīng)配置以調(diào)整施加于所述拉伸部件的拉伸或調(diào)整所述拉伸部件的有效長(zhǎng)度以改變所述頂端的機(jī)械響應(yīng)。所述負(fù)剛度結(jié)構(gòu)可包含耦合到所述拉伸部件的第一末端的夾持致動(dòng)器。所述夾持致動(dòng)器可經(jīng)配置以在沿著所述拉伸部件的長(zhǎng)度的多個(gè)位置處夾持所述拉伸部件。所述第二結(jié)構(gòu)可包含離合機(jī)構(gòu)，其包含具有凸表面的第一離合部件以及具有與所述第一離合部件的凸表面配合的凹表面的第二離合部件。所述第二離合部件可經(jīng)配置以沿著所述第一離合部件的凸表面在第一角位置與第二角位置之間滑動(dòng)。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述負(fù)剛度結(jié)構(gòu)包含至少一個(gè)撓性拉伸部件、耦合到所述至少一個(gè)撓性拉伸部件的第一末端的致動(dòng)器，以及第一和第二彎曲壓縮部件。所述彎曲壓縮部件的第一末端耦合到一結(jié)構(gòu)。所述彎曲壓縮部件的第二末端耦合到所述撓性拉伸部件的第二末端。所述拉伸部件的長(zhǎng)度大于所述第一和第二彎曲壓縮部件中的每一個(gè)的長(zhǎng)度。所述第一彎曲壓縮部件在第一方向上彎曲且所述第二彎曲壓縮部件在與所述第一方向相反的第二方向上彎曲。所述負(fù)剛度結(jié)構(gòu)的頂端經(jīng)配置以當(dāng)負(fù)載施加于所述頂端時(shí)展現(xiàn)機(jī)械響應(yīng)。所述致動(dòng)器經(jīng)配置以改變所述頂端的機(jī)械響應(yīng)。所述致動(dòng)器可為齒形齒輪、滑輪，或經(jīng)配置以在沿著所述拉伸部件的長(zhǎng)度的一系列位置處夾持所述拉伸部件的夾具。

提供此發(fā)明內(nèi)容是為了介紹一系列概念，所述概念在以下具體實(shí)施方式中進(jìn)一步加以描述。此發(fā)明內(nèi)容并不打算確定所要求的主題的關(guān)鍵或基本特征，并且也不打算用于限制所要求的主題的范圍。

附圖說(shuō)明

當(dāng)與附圖結(jié)合考慮時(shí)通過(guò)參考以下詳細(xì)描述將更明白本發(fā)明的實(shí)施例的這些和其它特征及優(yōu)點(diǎn)。在附圖中，貫穿附圖使用相同參考標(biāo)號(hào)來(lái)參考相同特征和組件。圖式不一定按比例繪制。

圖1a是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的包含拉伸部件和一對(duì)壓縮部件的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)在第一位置中的示意性側(cè)視圖；

圖1b是通過(guò)拉緊所述拉伸部件而處于第二位置中的圖1a的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；

圖1c是通過(guò)使負(fù)剛度結(jié)構(gòu)的頂端向上偏移而處于第三位置中的圖1a的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；

圖1d是通過(guò)使負(fù)剛度結(jié)構(gòu)的頂端向下偏移而處于第四位置中的圖1a的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；

圖2是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)針對(duì)拉伸部件的不同有效長(zhǎng)度的范圍的機(jī)械響應(yīng)的曲線圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)的示意性側(cè)視圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)的示意性側(cè)視圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)的示意性側(cè)視圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)的示意性側(cè)視圖；

圖7是說(shuō)明圖6的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)針對(duì)拉伸部件的不同夾持位置的范圍的機(jī)械響應(yīng)的曲線圖；

圖8a到8e是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)的示意性側(cè)視圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)的示意性側(cè)視圖；以及

圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)并入到主體結(jié)構(gòu)中的側(cè)視圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明是針對(duì)負(fù)剛度結(jié)構(gòu)的各種實(shí)施例。負(fù)剛度結(jié)構(gòu)的實(shí)施例經(jīng)配置以改變結(jié)構(gòu)的機(jī)械響應(yīng)(即，可調(diào)諧的或可變的負(fù)剛度結(jié)構(gòu))。負(fù)剛度結(jié)構(gòu)的實(shí)施例也是無(wú)鉸鏈的。本發(fā)明的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)可取決于負(fù)剛度結(jié)構(gòu)的既定目的或功能而并入到任何所需的結(jié)構(gòu)或裝置中，例如作為調(diào)諧質(zhì)量阻尼器或作為用于隔振、沖擊緩解或信號(hào)處理的機(jī)構(gòu)。舉例來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)可并入到結(jié)構(gòu)中作為設(shè)備座架(例如，用于陀螺儀的座架)，作為主動(dòng)或被動(dòng)交通工具懸掛的組件(例如，用于引擎與底盤(pán)之間和/或車輪與道路之間的隔振)，或作為飛機(jī)的組件(例如，用于直升機(jī)槳葉與直升機(jī)的輪轂之間的隔振)。

現(xiàn)在參看圖1a到1d，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)100包含一對(duì)壓縮元件或部件101、102，以及拉伸元件或部件103。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，壓縮部件101、102成壓縮放置，且拉伸部件103成拉伸放置。其中組件分隔為純拉伸和純壓縮部件的這些結(jié)構(gòu)被稱為張拉整體結(jié)構(gòu)。壓縮部件101、102中的每一個(gè)的內(nèi)部或基底末端104、105分別固定地耦合(例如，通過(guò)撓性部件(例如，橡膠襯套)而夾住或銷住或耦合)到第一結(jié)構(gòu)106，且壓縮部件101、102的外部末端107、108是自由的(即，壓縮部件101、102是從第一結(jié)構(gòu)106為懸臂式的)。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，壓縮部件101、102分別的內(nèi)部末端104、105和外部末端107、108耦合到一起。另外，在所說(shuō)明的實(shí)施例中，拉伸部件103的內(nèi)部或基底末端109耦合到第二結(jié)構(gòu)110，且拉伸部件103的外部末端111連接到壓縮部件101、102的外部末端107、108。另外，拉伸部件103可通過(guò)或繞過(guò)第一結(jié)構(gòu)106以使得拉伸部件103不耦合到第一結(jié)構(gòu)106。拉伸部件103和壓縮部件101、102的外部末端111、107、108一起界定負(fù)剛度結(jié)構(gòu)100的頂端112。

雖然在所說(shuō)明的實(shí)施例中，負(fù)剛度結(jié)構(gòu)100包含一對(duì)壓縮部件101、102，但在一個(gè)或多個(gè)替代實(shí)施例中，負(fù)剛度結(jié)構(gòu)100可具有任何其它合適數(shù)目的壓縮部件，例如從一個(gè)到二十個(gè)。在一個(gè)實(shí)施例中，負(fù)剛度結(jié)構(gòu)100可包含壓縮部件的一個(gè)或多個(gè)堆疊，例如多達(dá)十個(gè)或更多個(gè)壓縮部件的堆疊(例如，壓縮部件的上部和/或下部堆疊)。雖然在一個(gè)實(shí)施例中每一堆疊可包含相同數(shù)目的壓縮部件(例如，上部和下部堆疊中的壓縮部件的數(shù)目可關(guān)于拉伸部件103為對(duì)稱的)，但在一個(gè)或多個(gè)替代實(shí)施例中，堆疊可具有不同數(shù)目的壓縮部件。另外，在所說(shuō)明的實(shí)施例中，壓縮部件101、102是矩形橫梁，但在一個(gè)或多個(gè)替代實(shí)施例中，壓縮部件101、102可具有任何其它合適的形狀。

另外，在所說(shuō)明的實(shí)施例中，壓縮部件101、102被預(yù)成型為彎曲或波狀的形狀(例如，鐘形曲線或具有單個(gè)弓起的余弦形狀)。在一個(gè)實(shí)施例中，壓縮部件101、102在壓縮之后可具有任何其它合適的形狀。所說(shuō)明的實(shí)施例中的壓縮部件101、102還在相反方向上彎曲或成波狀(例如，上部壓縮部件101向上彎曲且下部壓縮部件102向下彎曲)。因此，在所說(shuō)明的實(shí)施例中，相應(yīng)壓縮部件的內(nèi)部和外部末端彼此接觸，且壓縮部件101、102在內(nèi)部與外部末端之間的中間部分間隔開(kāi)最大振幅h。舉例來(lái)說(shuō)，在所說(shuō)明的實(shí)施例中，壓縮部件101、102的中心部分間隔開(kāi)振幅h。另外，雖然在所說(shuō)明的實(shí)施例中壓縮部件101、102中的每一個(gè)具有大體上恒定厚度t，但在一個(gè)或多個(gè)替代實(shí)施例中，壓縮部件101、102中的一個(gè)或多個(gè)可具有非均勻厚度。此外，雖然在所說(shuō)明的實(shí)施例中上部壓縮部件101具有與下部壓縮部件102相同或大體上相同的厚度型面，但在一個(gè)或多個(gè)替代實(shí)施例中，上部壓縮部件101可具有與下部壓縮部件102不同的厚度型面。

在一個(gè)實(shí)施例中，壓縮部件101、102可由具有相對(duì)高彈性應(yīng)變極限的任何材料形成，例如玻璃纖維、鈦或其組合。在一個(gè)或多個(gè)替代實(shí)施例中，壓縮部件101、102可由任何其它適合的材料形成，例如鋼、硅或其組合。

繼續(xù)參考圖1a到1d中說(shuō)明的實(shí)施例，拉伸部件103可為適合于承載拉伸負(fù)載的任何結(jié)構(gòu)，例如橫梁、繩索(例如，線或克維拉繩索)、纜線(例如，編織纜線)、細(xì)桿、鏈或傳動(dòng)帶。在一個(gè)實(shí)施例中，拉伸部件103可為與壓縮部件101、102中的一個(gè)相同或類似的矩形橫梁，但無(wú)預(yù)成型形狀(例如，拉伸部件103可為平坦矩形橫梁)。另外，在一個(gè)實(shí)施例中，拉伸部件103可為撓性的以使得拉伸部件103具有低抗彎剛度，但當(dāng)拉伸負(fù)載施加于拉伸部件103時(shí)為剛性的。另外，拉伸部件103可在僅一個(gè)平面中具有低或相對(duì)低的抗彎剛度，這可有助于將負(fù)剛度結(jié)構(gòu)100的運(yùn)動(dòng)限制于單個(gè)平面(例如，拉伸部件103可為在僅一個(gè)平面中具有低抗彎剛度的輥鏈)。在一個(gè)或多個(gè)替代實(shí)施例中，拉伸部件103可具有經(jīng)配置以對(duì)負(fù)剛度結(jié)構(gòu)100提供正剛度的抗彎剛度，這將使負(fù)剛度結(jié)構(gòu)100穩(wěn)定化為有限剛度結(jié)構(gòu)。如果拉伸部件103的正剛度僅稍微高于壓縮部件101、102的負(fù)剛度，那么正和負(fù)剛度組合而產(chǎn)生準(zhǔn)零剛度(quasi-zero-stiffness，qzs)結(jié)構(gòu)100。

在圖1a中說(shuō)明的初始狀態(tài)中，拉伸部件103具有初始長(zhǎng)度l1，且壓縮部件101、102的內(nèi)部末端104、105與外部末端107、108之間的直線距離具有初始長(zhǎng)度l2。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，拉伸部件103的長(zhǎng)度l1長(zhǎng)于壓縮部件101、102的內(nèi)部末端104、105與外部末端107、108之間的初始長(zhǎng)度l2。如圖1b中所說(shuō)明，拉伸部件103的有效長(zhǎng)度和/或施加于拉伸部件103的拉伸可基于負(fù)剛度結(jié)構(gòu)100的所需機(jī)械響應(yīng)而變化(即，結(jié)構(gòu)100的負(fù)剛度響應(yīng)可通過(guò)改變施加于拉伸部件103的拉伸和/或拉伸部件103的有效長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整)。拉緊拉伸部件103經(jīng)配置以通過(guò)減小壓縮部件101、102的內(nèi)部末端104、105與外部末端107、108之間的距離l2'而增加壓縮部件101、102上的壓縮負(fù)載。另外，如圖1b中所說(shuō)明，增加壓縮部件101、102上的壓縮負(fù)載增加了壓縮部件101、102的中間部分之間的最大振幅h'?？赏ㄟ^(guò)以任何合適的機(jī)構(gòu)在拉伸部件103的內(nèi)部末端上拉動(dòng)而對(duì)拉伸部件103施加拉伸。在圖1b中說(shuō)明的實(shí)施例中，可通過(guò)在遠(yuǎn)離拉伸部件103的外部末端111的方向上使拉伸部件103的內(nèi)部末端所固定地耦合到的第二結(jié)構(gòu)110移動(dòng)距離e，而增加施加于拉伸部件103的拉伸。在另一實(shí)施例中，拉伸部件103的內(nèi)部末端109可耦合到致動(dòng)器(例如，滑輪或齒輪)，其經(jīng)配置以減小拉伸部件103的有效長(zhǎng)度且進(jìn)而增加施加于拉伸部件103的拉伸負(fù)載。

如圖1c中所說(shuō)明，當(dāng)向上力施加于負(fù)剛度結(jié)構(gòu)100的頂端112(即，拉伸部件103和壓縮部件101、102的共同外部末端111、107、108)以使得頂端112在+y方向向上偏移時(shí)，結(jié)構(gòu)100經(jīng)配置以初始地展現(xiàn)抵抗向上偏移的正剛度。然而，隨著向上偏移的力和量值增加，結(jié)構(gòu)100將到達(dá)躍遷點(diǎn)，在此結(jié)構(gòu)100將“躍遷”到穩(wěn)定的較高位置，如圖1c中所示。在躍遷期間，結(jié)構(gòu)100展現(xiàn)負(fù)剛度。即，結(jié)構(gòu)100的頂端112展現(xiàn)向上力(即，在負(fù)載施加于結(jié)構(gòu)100的頂端112的方向上的力)。因此，結(jié)構(gòu)100展現(xiàn)跨越結(jié)構(gòu)100的頂端112的向上偏移范圍的非線性剛度(即，在結(jié)構(gòu)100的頂端112向上偏移時(shí)結(jié)構(gòu)100展現(xiàn)正和負(fù)剛度兩者)。

類似地，如圖1d中所說(shuō)明，當(dāng)向下力施加于結(jié)構(gòu)100的頂端112以使得頂端112在-y方向向下偏移時(shí)，結(jié)構(gòu)100初始地經(jīng)配置以展現(xiàn)抵抗向下偏移的正剛度。然而，隨著向下偏移的力和量值增加，結(jié)構(gòu)100將到達(dá)躍遷點(diǎn)，在此結(jié)構(gòu)100將躍遷到穩(wěn)定的較低位置，如圖1d中所示。在躍遷期間，結(jié)構(gòu)100展現(xiàn)負(fù)剛度。即，結(jié)構(gòu)100的頂端112展現(xiàn)向下力(即，在負(fù)載施加于結(jié)構(gòu)100的頂端112的方向上的力)。

在結(jié)構(gòu)100的頂端112展現(xiàn)的力可通過(guò)任何合適的機(jī)構(gòu)傳遞到負(fù)剛度結(jié)構(gòu)100所并入于的系統(tǒng)或裝置，所述機(jī)構(gòu)例如連接桿或其它合適的推挽式機(jī)構(gòu)。

圖2是展示當(dāng)拉伸部件103的內(nèi)部末端109被拉動(dòng)遠(yuǎn)離拉伸部件103的外部末端111從近似或大約4mm到近似或大約6mm的不同距離e的范圍(見(jiàn)圖1a)時(shí)，在結(jié)構(gòu)100的頂端112處的解析垂直力的繪圖。圖2中所示的繪圖是從負(fù)剛度結(jié)構(gòu)100獲得，其包含具有近似或大約1/16英寸的直徑以及近似或大約150mm的初始長(zhǎng)度l1的線繩索拉伸部件103。上部和下部壓縮部件101、102中的每一個(gè)在相反方向上預(yù)成型為余弦形狀，且在壓縮部件101、102的內(nèi)部末端104、105與外部末端107、108之間具有近似或大約100mm的初始長(zhǎng)度l2。另外，壓縮部件101、102中的每一個(gè)是矩形橫梁，其具有近似或大約10mm的寬度以及近似或大約0.3mm的恒定厚度t。在初始狀態(tài)中，上部和下部壓縮部件101、102的中間部分之間的最大距離或振幅h近似或大約為10mm。確切地說(shuō)，圖2示出了當(dāng)拉伸部件103的內(nèi)部末端109被拉動(dòng)近似或大約4.0mm、近似或大約4.5mm、近似或大約5.0mm、近似或大約5.5mm和近似或大約6.0mm的距離e時(shí)，在結(jié)構(gòu)100的頂端112處的解析垂直力。

如圖2中所說(shuō)明，當(dāng)拉伸部件103的內(nèi)部末端109被從其初始位置拉動(dòng)近似或大約4.0mm的距離e時(shí)，結(jié)構(gòu)100針對(duì)從近似或大約-0.01m到近似或大約+0.01m的頂端112偏移展現(xiàn)正剛度，且針對(duì)從近似或大約-0.01m到近似或大約-0.04m、以及從近似或大約+0.01m到近似或大約+0.04m的頂端112偏移展現(xiàn)負(fù)剛度。另外，當(dāng)拉伸部件103的內(nèi)部末端109被拉動(dòng)近似或大約4.0mm的距離e時(shí)，結(jié)構(gòu)100在近似或大約0.01m的頂端112偏移下展現(xiàn)近似或大約0.1n的最大正剛度力，且在近似或大約0.04m的頂端112偏移下展現(xiàn)近似或大約2n的最大負(fù)剛度力。因此，所測(cè)試的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)100的實(shí)施例經(jīng)配置以在壓縮部件101、102的內(nèi)部末端104、105與外部末端107、108之間的長(zhǎng)度l2的近似或大約40％的動(dòng)程(即，頂端112的偏移)下展現(xiàn)最大負(fù)剛度(即，結(jié)構(gòu)100在近似或大約40mm的動(dòng)程下展現(xiàn)最大負(fù)剛度，且壓縮部件101、102的內(nèi)部末端104、105與外部末端107、108之間的初始長(zhǎng)度l2是近似或大約100mm)。

當(dāng)拉伸部件103的內(nèi)部末端109被拉動(dòng)近似或大約6.0mm的距離e時(shí)，結(jié)構(gòu)100針對(duì)從近似或大約-0.02m到近似或大約+0.02m的頂端112偏移展現(xiàn)正剛度，且針對(duì)從近似或大約-0.02m到近似或大約-0.04m、以及從近似或大約+0.02m到近似或大約+0.04m的頂端112偏移展現(xiàn)負(fù)剛度。因此，施加于拉伸部件103的拉伸之增加經(jīng)配置以增加頂端112偏移中所述結(jié)構(gòu)100經(jīng)配置成展現(xiàn)正剛度的范圍。另外，當(dāng)拉伸部件103的內(nèi)部末端109被拉動(dòng)近似或大約6.0mm的距離e時(shí)，結(jié)構(gòu)100在近似或大約0.02m的頂端偏移下展現(xiàn)近似或大約0.9n的最大正剛度力，且在近似或大約0.04m的頂端偏移下展現(xiàn)近似或大約0n的最大負(fù)剛度力。

現(xiàn)在參看圖3，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)200包含一對(duì)上部和下部壓縮部件201、202，以及拉伸部件203。壓縮部件201、202的內(nèi)部末端204、205分別固定地耦合到結(jié)構(gòu)206，且壓縮部件201、202的外部末端207、208是自由的。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，壓縮部件201、202分別的內(nèi)部末端204、205和外部末端207、208耦合到一起。壓縮部件201、202預(yù)成型為在相反方向上延伸的彎曲或波狀形狀(例如，余弦形狀)(例如，上部壓縮部件201向上彎曲且下部壓縮部件202向下彎曲)。另外，在所說(shuō)明的實(shí)施例中，拉伸部件203的內(nèi)部末端209操作性地耦合到致動(dòng)器210，且拉伸部件203的外部末端211耦合到壓縮部件201、202的外部末端207、208。拉伸部件203和壓縮部件201、202的外部末端211、207、208一起界定負(fù)剛度結(jié)構(gòu)200的頂端212。拉伸部件203和壓縮部件201、202可相同或類似于上文參考圖1a到1d中說(shuō)明的實(shí)施例描述的拉伸部件103和壓縮部件101、102。

致動(dòng)器210經(jīng)配置以減少拉伸部件203的有效長(zhǎng)度和/或增加施加于拉伸部件203的拉伸以修改當(dāng)負(fù)載施加于結(jié)構(gòu)200的頂端212時(shí)結(jié)構(gòu)200的機(jī)械響應(yīng)。舉例來(lái)說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)200的機(jī)械響應(yīng)可取決于所述有效長(zhǎng)度和/或施加于拉伸部件203的拉伸負(fù)載而如圖2中所示變化。致動(dòng)器210可為經(jīng)配置以減少拉伸部件203的有效長(zhǎng)度和/或增加施加于拉伸部件203的拉伸的任何合適類型或種類的致動(dòng)器，例如齒形齒輪機(jī)構(gòu)或滑輪。

現(xiàn)在參看在圖4中說(shuō)明的實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)300包含一對(duì)上部和下部壓縮部件301、302，以及拉伸部件303。壓縮部件301、302的內(nèi)部末端304、305分別固定地耦合到第一結(jié)構(gòu)306，且壓縮部件301、302的外部末端307、308是自由的。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，壓縮部件301、302分別的內(nèi)部末端304、305和外部末端307、308耦合到一起。壓縮部件301、302被預(yù)成型為在相反方向上延伸的彎曲或波狀形狀(例如，余弦形狀)(例如，上部壓縮部件301向上彎曲且下部壓縮部件302向下彎曲)。另外，在所說(shuō)明的實(shí)施例中，拉伸部件303的內(nèi)部末端309耦合到第二結(jié)構(gòu)310，且拉伸部件303的外部末端311耦合到壓縮部件301、302的外部末端307、308。拉伸部件303和壓縮部件301、302的外部末端311、307、308一起界定負(fù)剛度結(jié)構(gòu)300的頂端312。在一個(gè)或多個(gè)替代實(shí)施例中，拉伸部件303的內(nèi)部末端309可耦合到致動(dòng)器(例如，滑輪或齒輪)，例如上文參考圖3中說(shuō)明的實(shí)施例描述的致動(dòng)器210，其經(jīng)配置以修改當(dāng)負(fù)載施加于結(jié)構(gòu)300的頂端312時(shí)結(jié)構(gòu)300的機(jī)械響應(yīng)。拉伸部件303和壓縮部件301、302可相同或類似于上文參考圖1a到1d中說(shuō)明的實(shí)施例描述的拉伸部件103和壓縮部件101、102。

繼續(xù)參考在圖4中說(shuō)明的實(shí)施例，負(fù)剛度結(jié)構(gòu)300還包含一對(duì)楔形嵌件313、314，其分別安置于上部和下部壓縮部件301、302的內(nèi)部末端304、305與外部末端307、308之間(即，楔形嵌件313、314位于壓縮部件301、302之間的相對(duì)末端處)。即，在所說(shuō)明的實(shí)施例中，楔形嵌件313接近于壓縮部件301、302的內(nèi)部末端304、305而定位，且楔形嵌件314接近于壓縮部件301、302的外部末端307、308而定位。在一個(gè)實(shí)施例中，楔形嵌件313、314可由任何合適的彈性材料制成，例如天然或合成橡膠(例如由sorbothane公司制造的合成粘彈性氨基甲酸酯聚合物)。楔形嵌件313、314可通過(guò)任何合適的工藝耦合到壓縮部件301、302，例如粘結(jié)、粘附或模制。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，當(dāng)負(fù)剛度結(jié)構(gòu)300在中性位置中時(shí)，楔形嵌件313、314匹配或大體上匹配壓縮部件301、302的內(nèi)部和外部末端304、305、307、308的形狀或輪廓。另外，在一個(gè)實(shí)施例中，在壓縮部件301、302響應(yīng)于施加于結(jié)構(gòu)300的頂端312的外部負(fù)載而屈曲時(shí)，楔形嵌件313、314可經(jīng)配置以彈性變形以匹配壓縮部件301、302的內(nèi)部和外部末端304、305、307、308的形狀或輪廓。楔形嵌件313、314經(jīng)配置以在結(jié)構(gòu)300的頂端312的高偏移下對(duì)負(fù)剛度結(jié)構(gòu)300提供額外穩(wěn)定性而不需要壓縮部件301、302的額外預(yù)先塑形。因此，楔形嵌件313、314經(jīng)配置以增加結(jié)構(gòu)300的負(fù)剛度或質(zhì)量效率。

現(xiàn)在參看在圖5中說(shuō)明的實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)400包含一對(duì)上部和下部壓縮部件401、402，以及拉伸部件403。壓縮部件401、402的內(nèi)部末端404、405分別固定地耦合到第一結(jié)構(gòu)406，且壓縮部件401、402的外部末端407、408是自由的。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，壓縮部件401、402分別的內(nèi)部末端404、405和外部末端407、408耦合到一起。壓縮部件401、402被預(yù)成型為在相反方向上延伸的彎曲或波狀形狀(例如，余弦形狀)(例如，上部壓縮部件401向上彎曲且下部壓縮部件402向下彎曲)。另外，在所說(shuō)明的實(shí)施例中，拉伸部件403的內(nèi)部末端409耦合到第二結(jié)構(gòu)410，且拉伸部件403的外部末端411耦合到壓縮部件401、402的外部末端407、408。拉伸部件403和壓縮部件401、402的外部末端411、407、408一起界定負(fù)剛度結(jié)構(gòu)400的頂端412。拉伸部件403和壓縮部件401、402可相同或類似于上文參考圖1a到1d中說(shuō)明的實(shí)施例描述的拉伸部件103和壓縮部件101、102。

仍參考在圖5中說(shuō)明的實(shí)施例，第二結(jié)構(gòu)410包含彼此發(fā)散分開(kāi)的一對(duì)彎曲壁或表面413、414。彎曲壁413、414一起界定錐形或楔狀凹部415。凹部415沿著從拉伸部件403的內(nèi)部末端409到外部末端411延伸的方向在較窄末端416與較寬末端417之間成錐形。拉伸部件403的內(nèi)部末端409接納于由第二結(jié)構(gòu)410的所述對(duì)彎曲壁413、414界定的錐形凹部415中。因此，在結(jié)構(gòu)400的頂端412向上或向下偏移時(shí)，拉伸部件403與第二結(jié)構(gòu)410之間的接觸點(diǎn)在朝向拉伸部件403的外部末端411的方向上移位(例如，拉伸部件403與第二結(jié)構(gòu)410的上部或下部彎曲壁413、414之間的接觸點(diǎn)在結(jié)構(gòu)400的頂端412的沖程期間連續(xù)地改變)。拉伸部件403與第二結(jié)構(gòu)410之間的接觸點(diǎn)之改變經(jīng)配置以被動(dòng)地改變拉伸部件403的有效長(zhǎng)度且進(jìn)而更改結(jié)構(gòu)400的機(jī)械響應(yīng)。如本文所使用，拉伸部件403的“有效長(zhǎng)度”被定義為從拉伸部件403與彎曲壁413、414中的一者之間的接觸點(diǎn)到拉伸部件403的外部末端411的拉伸部件403的長(zhǎng)度。在一個(gè)或多個(gè)替代實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)400可包含多個(gè)離散止擋件，其經(jīng)配置以被動(dòng)地調(diào)整拉伸部件403的有效長(zhǎng)度。舉例來(lái)說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施例中，第二結(jié)構(gòu)410的彎曲壁413、414可包含多個(gè)離散突出部或邊緣(例如，彎曲壁413、414可能不光滑)。離散突出部與拉伸部件403之間的接觸經(jīng)配置以調(diào)整拉伸部件403的有效長(zhǎng)度。

另外，在圖5中說(shuō)明的實(shí)施例中，負(fù)剛度結(jié)構(gòu)400還包含一對(duì)楔形嵌件418、419，其安置于壓縮部件401、402的相對(duì)末端之間。在一個(gè)實(shí)施例中，楔形嵌件418、419可相同或類似于上文參考圖4中說(shuō)明的實(shí)施例描述的楔形嵌件313、314。在一個(gè)或多個(gè)替代實(shí)施例中，可提供不具有楔形嵌件418、419的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)400。

現(xiàn)在參看圖6中說(shuō)明的實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)500包含一對(duì)上部和下部壓縮部件501、502，以及拉伸部件503。壓縮部件501、502的內(nèi)部末端504、505分別固定地耦合到第一結(jié)構(gòu)506，且壓縮部件501、502的外部末端507、508是自由的。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，壓縮部件501、502分別的內(nèi)部末端504、505和外部末端507、508耦合到一起。壓縮部件501、502被預(yù)成型為在相反方向上延伸的彎曲或波狀形狀(例如，余弦形狀)(例如，上部壓縮部件501向上彎曲且下部壓縮部件502向下彎曲)。另外，在所說(shuō)明的實(shí)施例中，拉伸部件503的內(nèi)部末端509耦合到第二結(jié)構(gòu)510，且拉伸部件503的外部末端511耦合到壓縮部件501、502的外部末端507、508。拉伸部件503和壓縮部件501、502的外部末端511、507、508一起界定負(fù)剛度結(jié)構(gòu)500的頂端512。拉伸部件503和壓縮部件501、502可相同或類似于上文參考圖1a到1d中說(shuō)明的實(shí)施例描述的拉伸部件103和壓縮部件101、102。

繼續(xù)參考在圖6中說(shuō)明的實(shí)施例，負(fù)剛度結(jié)構(gòu)500還包含耦合到第二結(jié)構(gòu)510的夾具513。夾具513經(jīng)配置以在沿著拉伸部件503的長(zhǎng)度的各種點(diǎn)或位置夾到拉伸部件503上。拉伸部件503上之夾持經(jīng)配置以主動(dòng)地更改拉伸部件503的有效長(zhǎng)度且進(jìn)而改變結(jié)構(gòu)500的機(jī)械響應(yīng)，如下參考圖7所述。當(dāng)夾具513接合拉伸部件503時(shí)，拉伸部件503的有效長(zhǎng)度被定義為從夾持點(diǎn)到拉伸部件503的外部末端511的拉伸部件503的長(zhǎng)度。

另外，雖然在所說(shuō)明的實(shí)施例中負(fù)剛度結(jié)構(gòu)500還包含安置于壓縮部件501、502的相對(duì)末端之間的一對(duì)楔形嵌件514、515，但在一個(gè)或多個(gè)替代實(shí)施例中，可提供無(wú)楔形嵌件514、515的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)500。在一個(gè)實(shí)施例中，楔形嵌件514、515可相同或類似于上文參考圖4中說(shuō)明的實(shí)施例描述的楔形嵌件313、314。

圖7是展示圖6中所說(shuō)明的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)500的實(shí)施例的機(jī)械響應(yīng)的繪圖，其針對(duì)夾具513夾到拉伸部件503上的不同夾持位置的范圍。如上文所描述，夾具513經(jīng)配置以通過(guò)夾到拉伸部件503上而減少拉伸部件503的有效長(zhǎng)度。確切地說(shuō)，圖7說(shuō)明當(dāng)拉伸部件503的有效長(zhǎng)度已從近似或大約150mm的初始長(zhǎng)度l減少到近似或大約140mm、近似或大約130mm和近似或大約120mm時(shí)負(fù)剛度結(jié)構(gòu)500的機(jī)械響應(yīng)。

當(dāng)夾具513未經(jīng)致動(dòng)以使得拉伸部件503具有等于近似或大約150mm的其總長(zhǎng)度l的有效長(zhǎng)度時(shí)，結(jié)構(gòu)500針對(duì)從近似或大約-0.02m到近似或大約+0.02m的頂端512偏移范圍展現(xiàn)正剛度，且結(jié)構(gòu)500針對(duì)從近似或大約-0.02m到近似或大約-0.04m、以及從近似或大約+0.02m到近似或大約+0.04m的頂端512偏移范圍展現(xiàn)負(fù)剛度。另外，結(jié)構(gòu)500展現(xiàn)近似或大約0.9n的最大正剛度力以及近似或大約0n的最大負(fù)剛度力。當(dāng)夾具513經(jīng)致動(dòng)以使得拉伸部件503具有近似或大約140mm的有效長(zhǎng)度時(shí)(即，夾具513在距拉伸部件503的內(nèi)部末端509近似或大約10mm處夾到拉伸部件503上)，結(jié)構(gòu)500針對(duì)從近似或大約-0.02m到近似或大約+0.02m的頂端512偏移范圍展現(xiàn)正剛度，且展現(xiàn)近似或大約0.5n的最大正剛度力以及近似或大約0.2n的最大負(fù)剛度力。當(dāng)夾具513經(jīng)致動(dòng)以使得拉伸部件503具有近似或大約130mm的有效長(zhǎng)度時(shí)(即，夾具513在距拉伸部件503的內(nèi)部末端509近似或大約20mm處夾到拉伸部件503上)，結(jié)構(gòu)500針對(duì)從近似或大約-0.02m到近似或大約+0.02m的頂端512偏移范圍展現(xiàn)正剛度，且展現(xiàn)近似或大約0.1n的最大正剛度力以及近似或大約0.7n的最大負(fù)剛度力。當(dāng)夾具513經(jīng)致動(dòng)以使得拉伸部件503具有近似或大約120mm的有效長(zhǎng)度時(shí)(即，夾具513在距拉伸部件503的內(nèi)部末端509近似或大約30mm處夾到拉伸部件503上)，結(jié)構(gòu)500跨越從近似或大約-0.04m到近似或大約+0.04m的頂端512偏移的整個(gè)范圍展現(xiàn)負(fù)剛度，且展現(xiàn)近似或大約1.2n的最大負(fù)剛度力。

現(xiàn)在參看圖8a到8d中說(shuō)明的實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)600包含一對(duì)上部和下部壓縮部件601、602，以及拉伸部件603。壓縮部件601、602的內(nèi)部末端604、605分別固定地耦合到第一結(jié)構(gòu)606，且壓縮部件601、602的外部末端607、608是自由的。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，壓縮部件601、602分別的內(nèi)部末端604、605和外部末端607、608耦合到一起。壓縮部件601、602被預(yù)成型為在相反方向上延伸的彎曲或波狀形狀(例如，余弦形狀)(例如，上部壓縮部件601向上彎曲且下部壓縮部件602向下彎曲)。另外，在所說(shuō)明的實(shí)施例中，拉伸部件603的內(nèi)部末端609耦合到第二結(jié)構(gòu)610，且拉伸部件603的外部末端611耦合到壓縮部件601、602的外部末端607、608。拉伸部件603和壓縮部件601、602的外部末端611、607、608一起界定負(fù)剛度結(jié)構(gòu)600的頂端612。拉伸部件603和壓縮部件601、602可相同或類似于上文參考圖1a到1d中說(shuō)明的實(shí)施例描述的拉伸部件103和壓縮部件101、102。

繼續(xù)參考圖8a到8d中說(shuō)明的實(shí)施例，負(fù)剛度結(jié)構(gòu)600還包含耦合到第一結(jié)構(gòu)606的離合或制動(dòng)機(jī)構(gòu)613。如下文更詳細(xì)地描述，離合機(jī)構(gòu)613經(jīng)配置以使得能夠調(diào)整拉伸部件603以及上部和下部壓縮部件601、602的角位置，同時(shí)維持壓縮部件601、602關(guān)于拉伸部件603的對(duì)稱性?？苫谪?fù)剛度結(jié)構(gòu)600既定并入到的結(jié)構(gòu)或裝置、和/或基于施加于負(fù)剛度結(jié)構(gòu)600的頂端612的外部負(fù)載的性質(zhì)，而調(diào)整拉伸部件603和壓縮部件601、602的角位置。離合機(jī)構(gòu)613可為用于將兩個(gè)表面一起可逆地鎖定和解鎖的任何合適類型的機(jī)構(gòu)，例如摩擦類型或種類的離合機(jī)構(gòu)或者機(jī)械鎖定類型或種類的離合機(jī)構(gòu)。

仍參考圖8a到8d中說(shuō)明的實(shí)施例，離合機(jī)構(gòu)613包含具有外部接口表面615的內(nèi)部離合部件614，以及具有內(nèi)部接口表面617的外部離合部件616，所述內(nèi)部接口表面匹配或大體上匹配內(nèi)部離合部件614的外部接口表面615的形狀或輪廓(例如，內(nèi)部離合部件614和外部離合部件616的接口表面615、617是互補(bǔ)的)。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，內(nèi)部離合部件614的外部接口表面615是凸表面，且外部離合部件616的內(nèi)部接口表面617是凹表面，所述凹表面符合或大體上符合內(nèi)部離合部件614的凸外部接口表面615。另外，在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)部離合部件614的外部接口表面615可界定以拉伸部件603的內(nèi)部末端609為中心的弧。在一個(gè)或多個(gè)替代實(shí)施例中，內(nèi)部離合部件614和外部離合部件616的接口表面615、617可具有適合于使外部離合部件616能夠相對(duì)于內(nèi)部離合部件614旋轉(zhuǎn)或樞轉(zhuǎn)(箭頭618)的任何其它形狀。舉例來(lái)說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)部離合部件614可包含凹接口表面615，且外部離合部件616可包含凸接口表面617(例如，內(nèi)部離合部件614和外部離合部件616可類似于球窩接頭而起作用)。另外，在所說(shuō)明的實(shí)施例中，壓縮部件601、602的內(nèi)部末端604、605耦合到外部離合部件616。

如圖8b中所說(shuō)明，在壓縮部件601、602和外部離合部件616的角位置已經(jīng)調(diào)整之前，負(fù)剛度結(jié)構(gòu)600經(jīng)配置以響應(yīng)于施加于結(jié)構(gòu)600的頂端612的負(fù)載而以與上文參考圖1a到1d描述的實(shí)施例相同或相似的方式起作用。

可通過(guò)減少施加于拉伸部件603的拉伸或增加拉伸部件603的有效長(zhǎng)度而調(diào)整(箭頭618)拉伸和壓縮部件601、602的角位置。在一個(gè)實(shí)施例中，拉伸部件603的內(nèi)部末端609可耦合到經(jīng)配置以調(diào)整拉伸部件603的拉伸或調(diào)整拉伸部件603的有效長(zhǎng)度的任何合適的機(jī)構(gòu)。如圖8c中所說(shuō)明，可通過(guò)在朝向拉伸部件603的外部末端611的方向上移動(dòng)(箭頭619)拉伸部件603的內(nèi)部末端609所固定地耦合到的第二結(jié)構(gòu)610，來(lái)減少施加于拉伸部件603的拉伸。在另一實(shí)施例中，拉伸部件603的內(nèi)部末端609可耦合到致動(dòng)器(例如，滑輪或齒輪)，其經(jīng)配置以增加拉伸部件603的有效長(zhǎng)度且進(jìn)而減小施加于拉伸部件603的拉伸。

施加于拉伸部件603的拉伸之減少或拉伸部件603的有效長(zhǎng)度之增加經(jīng)配置以減少施加于壓縮部件601、602的壓縮力，且進(jìn)而減少內(nèi)部離合部件614和外部離合部件616的接口表面615、617之間的摩擦。如圖8d中所說(shuō)明，內(nèi)部離合部件614和外部離合部件616的接口表面615、617之間的減少摩擦造成或使得外部離合部件616沿著內(nèi)部離合部件614的接口表面615旋轉(zhuǎn)、樞轉(zhuǎn)或向下滑動(dòng)(箭頭618)。一旦外部離合部件616和與其耦合的壓縮部件601、602已向下旋轉(zhuǎn)(箭頭618)到所需角位置，如圖8e中所說(shuō)明，則可通過(guò)增加施加于拉伸部件603的拉伸或減小拉伸部件603的有效長(zhǎng)度來(lái)設(shè)定所需角位置以增加施加于壓縮部件601、602的壓縮力。如圖8e中所說(shuō)明，可以通過(guò)在遠(yuǎn)離拉伸部件603的外部末端611的方向上移動(dòng)(箭頭620)第二結(jié)構(gòu)610、或通過(guò)致動(dòng)耦合到拉伸部件603的內(nèi)部末端609的致動(dòng)器，來(lái)增加施加于拉伸部件603的拉伸或減小拉伸部件603的有效長(zhǎng)度。

施加于壓縮部件601、602的增加的壓縮力經(jīng)配置以將外部離合部件616拉入與內(nèi)部離合部件614的較緊密接合，且進(jìn)而增加內(nèi)部離合部件614和外部離合部件616的接口表面615、617之間的摩擦。內(nèi)部離合部件614和外部離合部件616的接口表面615、617之間的增加摩擦經(jīng)配置以防止外部離合部件616和與其耦合的壓縮部件601、602相對(duì)于內(nèi)部離合部件614無(wú)意中旋轉(zhuǎn)(箭頭618)。在一個(gè)實(shí)施例中，離合機(jī)構(gòu)613經(jīng)配置以將拉伸部件603和壓縮部件601、602的角位置從圖8a中所示的中性位置調(diào)整近似或大約+/-10度，但在一個(gè)或多個(gè)替代實(shí)施例中，離合機(jī)構(gòu)613可經(jīng)配置以將拉伸部件603和壓縮部件601、602的角位置調(diào)整到任何其它合適的范圍。

一旦負(fù)剛度結(jié)構(gòu)600已定位到所需角位置，負(fù)剛度結(jié)構(gòu)600便經(jīng)配置以當(dāng)負(fù)載施加于結(jié)構(gòu)600的頂端612時(shí)以與上文參考圖1a到1d和圖2詳細(xì)描述的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)100相同或相似的方式起作用。

另外，在一個(gè)或多個(gè)替代實(shí)施例中，負(fù)剛度結(jié)構(gòu)600可包含安置于壓縮部件601、602之間的一個(gè)或多個(gè)楔形嵌件。所述楔形嵌件可相同或類似于上文參考圖4中說(shuō)明的實(shí)施例描述的楔形嵌件313、314。

現(xiàn)在參看圖9，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)700包含一對(duì)上部和下部壓縮部件701、702，以及拉伸部件703。負(fù)剛度結(jié)構(gòu)700還包含離合機(jī)構(gòu)704，其包含內(nèi)部離合部件705和外部離合部件706，其經(jīng)配置以沿著內(nèi)部離合部件705從第一角位置(實(shí)線所示)選擇性樞轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)(箭頭707)到第二角位置(虛線所示)。如上文參考圖8a到8d中說(shuō)明的實(shí)施例所描述，離合機(jī)構(gòu)704經(jīng)配置以使得能夠例如基于負(fù)剛度結(jié)構(gòu)700既定并入于的結(jié)構(gòu)或裝置、和/或基于施加于負(fù)剛度結(jié)構(gòu)700的外部負(fù)載的性質(zhì)，而調(diào)整拉伸部件703以及上部和下部壓縮部件701、702的角位置。壓縮部件701、702的內(nèi)部末端708、709分別固定地耦合到外部離合部件706，且壓縮部件701、702的外部末端710、711是自由的。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，壓縮部件701、702分別的內(nèi)部末端708、709和外部末端710、711耦合到一起。壓縮部件701、702被預(yù)成型為在相反方向上延伸的彎曲或波狀形狀(例如，余弦形狀)(例如，上部壓縮部件701向上彎曲且下部壓縮部件602向下彎曲)。另外，在所說(shuō)明的實(shí)施例中，拉伸部件703的內(nèi)部末端712耦合到結(jié)構(gòu)713，且拉伸部件703的外部末端714耦合到壓縮部件701、702的外部末端710、711。拉伸部件703和壓縮部件701、702的外部末端714、710、711一起界定負(fù)剛度結(jié)構(gòu)700的頂端715。拉伸部件703和壓縮部件701、702可相同或類似于上文參考圖1a到1d中說(shuō)明的實(shí)施例描述的拉伸部件103和壓縮部件101、102。離合機(jī)構(gòu)704可相同或類似于上文參考圖8a到8d描述的離合機(jī)構(gòu)613。在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)713還包含經(jīng)配置以調(diào)整施加于拉伸部件703的拉伸的致動(dòng)器716。拉伸部件703的拉伸之調(diào)整經(jīng)配置以增加或減小內(nèi)部離合部件705與外部離合部件706之間的摩擦，且進(jìn)而鎖定壓縮部件701、702和拉伸部件703的角位置，或準(zhǔn)許外部離合部件706和壓縮部件701、702沿著內(nèi)部離合部件705旋轉(zhuǎn)(箭頭707)到不同角位置(虛線所示)。

圖10說(shuō)明與主體結(jié)構(gòu)801集成的根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的負(fù)剛度結(jié)構(gòu)800。負(fù)剛度結(jié)構(gòu)800可相同或類似于上述實(shí)施例中的任一個(gè)。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，負(fù)剛度結(jié)構(gòu)800包含一對(duì)上部和下部壓縮部件802、803以及一對(duì)拉伸部件804、805。壓縮部件802、803的內(nèi)部末端806、807分別固定地耦合到第一結(jié)構(gòu)808。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，壓縮部件802、803分別的內(nèi)部末端806、807和外部末端809、810耦合到一起。壓縮部件802、803被預(yù)成型為在相反方向上延伸的彎曲或波狀形狀(例如，余弦形狀)(例如，上部壓縮部件802向上彎曲且下部壓縮部件803向下彎曲)。另外，在所說(shuō)明的實(shí)施例中，拉伸部件804、805的內(nèi)部末端811、812耦合到第二結(jié)構(gòu)813，且拉伸部件804、805的外部末端814、815耦合到壓縮部件802、803的外部末端809、810。拉伸部件804、805和壓縮部件802、803的外部末端814、815、809、810一起界定負(fù)剛度結(jié)構(gòu)800的頂端816。拉伸部件804、805和壓縮部件802、803可相同或類似于上文參考圖1a到1d中說(shuō)明的實(shí)施例描述的拉伸部件103和壓縮部件101、102。

仍參考圖10中說(shuō)明的實(shí)施例，主體結(jié)構(gòu)801包含連接桿817、正剛度擺臂818以及彈簧819。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，連接桿817的下部末端820耦合到第二結(jié)構(gòu)813，拉伸部件804、805的內(nèi)部末端811、812耦合到所述第二結(jié)構(gòu)。連接桿817從第二結(jié)構(gòu)813向上延伸。擺臂818包含水平部件821以及鉸接耦合到水平部件821的豎直部件822。水平部件821的內(nèi)部末端823耦合到連接桿817的上部末端824且從其向外延伸。豎直部件822的上部末端825鉸接耦合到水平部件821的外部末端826。豎直部件822的下部末端827耦合到拉伸部件804、805和壓縮部件802、803的外部末端814、815、809、810。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，彈簧819在水平部件821的中間部分與第二結(jié)構(gòu)813之間延伸，拉伸部件804、805的內(nèi)部末端811、812耦合到所述第二結(jié)構(gòu)。

負(fù)剛度結(jié)構(gòu)800的頂端816的機(jī)械響應(yīng)傳遞到擺臂818的豎直部件822。另外，可通過(guò)調(diào)整施加于拉伸部件804、805的拉伸或調(diào)整拉伸部件804、805的有效長(zhǎng)度來(lái)改變負(fù)剛度結(jié)構(gòu)800的機(jī)械響應(yīng)。負(fù)剛度結(jié)構(gòu)800可包含用于調(diào)整施加于拉伸部件804、805的拉伸和/或調(diào)整拉伸部件804、805的有效長(zhǎng)度的任何合適的機(jī)構(gòu)，例如耦合到拉伸部件804、805的內(nèi)部末端811、812的致動(dòng)器(例如，滑輪或齒輪)。舉例來(lái)說(shuō)，在一個(gè)實(shí)施例中，可如圖2中所示改變負(fù)剛度結(jié)構(gòu)800的機(jī)械響應(yīng)。

雖然已特定參考本發(fā)明的示范性實(shí)施例詳細(xì)地描述本發(fā)明，但本文所描述的示范性實(shí)施例并不希望為窮盡性的或者將本發(fā)明的范圍限于所揭示的確切形式。本發(fā)明涉及的所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，可實(shí)踐所描述結(jié)構(gòu)以及組裝和操作方法的更改和改變而不會(huì)有意地脫離如所附權(quán)利要求書(shū)中闡述的本發(fā)明的原理、精神和范圍及其等效物。雖然本文已經(jīng)使用例如“外部”、“內(nèi)部”、“上部”、“下部”和相似術(shù)語(yǔ)等相對(duì)術(shù)語(yǔ)來(lái)描述一個(gè)元件與另一元件的空間關(guān)系，但應(yīng)理解除了附圖中描繪的定向之外，這些術(shù)語(yǔ)還希望涵蓋本發(fā)明的各種元件和組件的不同定向。另外，如本文所使用，術(shù)語(yǔ)“大體上”、“大約”和相似術(shù)語(yǔ)用作近似的術(shù)語(yǔ)且不用作程度的術(shù)語(yǔ)，且希望考慮所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的所測(cè)得或計(jì)算的值中的固有偏差。此外，當(dāng)組件是稱為“耦合”到另一組件的組件時(shí)，其可直接附接到另一組件，或者其間可存在介入的組件。