柔性铰链

摘要： 仿生推进由于具有速度快、效率高、机动性好、噪声污染低等优势,在水下机器人领域备受青睐.基于对海豹尾部生物结构及运动特征的研究,提出并设计了一种基于线驱动原理并结合柔性铰链机构的仿海豹尾部摆动推进机构.该机构包括脊椎框架单元、骨盆单元、胫骨单元以及柔性尾鳍单元,其关节采用柔性铰链,并通过两侧弹性元件的对称布置,可实现由单一舵机驱动仿生推进机构实现周期性摆动动作.采用D-H参数法对推进机构进行运动学分析,确定了推进机构尾鳍末端点在世界坐标系中的坐标,研究了仿生推进机构等效连杆摆角参数(摆动角、摆动幅值、初始角)对推进机构摆动幅值的影响规律.根据运动学分析结果,采用序列二次规划法对设计的仿生推进机构等效连杆摆角参数进行了优化,获得了与海豹尾部摆动幅值一致的最佳运动参数;在与海豹相同的游动速度下,推进机构尾鳍末端点的摆动轨迹与生物海豹的摆动轨迹基本吻合,验证了优化分析的正确性.在空气中进行原理样机摆动实验,通过摄像机连续拍摄的运动序列图,获得了实验样机尾鳍的摆动轨迹拟合曲线,与优化后的理论曲线对比,进一步验证了仿海豹尾部推进机构设计与分析的正确性.

摘要： 轻质高刚结构是空间机构不断追求的目标,本研究基于对水生植物香蒲杆部结构的尺寸和力学测试,提出一种面向空间应用的轻质高刚仿生杆结构.具体以仿生杆在精密柔性机构中的应用为背景,分析了电磁力平衡传感器中柔性机构的铰链变形对测量结果的影响,求解了位置电磁力分别和载荷力、铰链弯矩的关系表达式.以直圆铰链为例计算了由位移检测误差引起的力测量误差.分析了精密柔性机构中载荷作用位置对测量结果的影响,指出当载荷作用线通过机构上、下连杆长度的中点时,机构仅发生Y向位移不产生旋转位移,采用仿生杆结构对一定几何尺寸的精密柔性机构进行了有限元仿真分析,结果表明传感器在初始位置平衡时平衡力和载荷力的值最大相差1.9×10^(-5)N,相对误差为0.0038%,仿生杆力学性能良好,轻质高刚仿生杆结构可用于精密柔性机构或其他空间大型天线展开机构、空间站超长操作臂等领域.

摘要： 针对现有倾角传感器分辨力不足、精度不高、线性度差等问题,设计了一种使用柔性铰链连接极板和外框架进行角度传递的差动电容式倾角传感器,该传感器兼具稳定性好、分辨力高和线性度好的优点。提出了在检测能力一定的情况下通过改变结构参数获得不同分辨力和量程的倾角传感器设计方法。分析了差动式电容极板测倾角原理并进行了线性度评定。构建了结构参数对传递灵敏系数的影响模型,根据选择的结构参数设计了传感器并结合数字电容检测电路进行了验证。实验结果表明在±1000″量程范围内分辨力优于0.14″,测量误差小于±2″,线性度优于0.17%。

摘要： 为了增加微位移定位平台的行程并提高其精度,设计了一种新型的微位移放大机构,并以此为基础设计了对称式三自由度微位移定位平台。对微位移放大机构的行程进行了理论分析,得到了微位移放大机构输入与输出位移的关系。三自由度微位移定位平台沿x轴、y轴方向的位移范围均为-21.03~21.03μm,绕z轴的转角为-0.021°~0.021°,位移及旋转的精度分别为10 nm和3.6″,所提出的微位移定位平台的结构满足精密位移平台的运动要求。利用有限元分析软件对微位移放大机构输入与输出位移的关系及微位移定位平台的行程进行仿真分析,并与理论计算结果进行了比较,其偏差分别在10.9%、13.8%及1%以内,理论分析和仿真分析的结果比较一致。

摘要： 针对潜艇机械设备周期性运转产生的宽频线谱难以消除问题,开展了简谐激励下非线性能量阱振动抑制效果与结构参数优化研究。建立机械设备耦合非线性能量阱的动力学模型,利用增量谐波平衡法、弧长延拓法以及Floquet理论分析了系统周期解及其稳定性;以系统振动能量为评价准则,探讨了阻尼、质量比和刚度3个参数对非线性能量阱振动抑制效果的影响规律;进一步,在质量比ε=0.05时,通过局部优化得到了非线性能量阱阻尼与刚度区间,并对振动抑制效果鲁棒性进行了研究。理论研究表明:增量谐波平衡法、弧长延拓法以及Floquet理论三者相结合,与Runge-Kutta法计算结果吻合良好,能够有效构建耦合系统周期解完整图像;弱阻尼是非线性能量阱具备良好吸振效果的先决条件,对于参数优化后的非线性能量阱,在外界激励频率±20%以及激励幅值±50%变化范围内都具备良好的振动抑制效果,鲁棒性较佳。设计了一种可垂向承载的柔性铰链型非线性能量阱原理样机,并开展了台架试验,验证了理论研究成果的正确性。

摘要： 柔性铰链由于具有无间隙、无摩擦和易于一体化设计等诸多优点,而被广泛应用于精密操作、机器人、微纳定位等需要超精密高速运动的领域。面向高速高加速度双侧驱动系统,针对运动系统的整体高刚度和局部相对低刚度特性,设计了一种具有平动高刚度和扭转低刚度的半轮型柔性铰链。基于旋量变换理论,以半轮型柔性铰链中柔性单元的尺寸和位置角度作为设计几何参数,推导了铰链的六自由度刚度矩阵模型,并综合分析了各项设计几何参数对铰链的各向刚度、相对刚度以及转动误差的影响,并以整体平动高刚度和扭转低刚度为设计约束条件,讨论铰链结构参数的选取。结果表明:该设计方法更为简洁、快捷,从而为柔性铰链的设计和应用提供一定的依据。

摘要： 快刀伺服是实现自由曲面光学曲面加工的方式之一。文中基于压电陶瓷为致动元件、柔性铰链为传动元件构建了快刀伺服系统。测试结果表明,研制的快刀伺服系统定位精度为4 nm以下,重复定位精度为4 nm以下,最大输出位移达到50 nm,运动频响在位移为20 nm时达到了150 Hz。为后续快刀系统在自由曲面光学零件加工领域应用奠定了基础。

摘要： 一体化称重机构是高精度天平的关键部件之一,是一个零件以多组柔性铰链及杠杆实现称重功能的输出,其关键部位的几何参数是其机械性能及产品一致性的关键因素,决定了电子天平称重的准确性与稳定性。对一体称重机构的模型进行分析,确定输入输出关系公式,并结合实际使用情况明确机构的关键几何参数,探讨关键参数的检测方法,比较不同检测方式的结果,确定各参数合适的检测方法,为生产制造提供评价依据,保证产品的一致性。

摘要： 针对传统的直梁型柔性铰链转动精度低的缺点,本文提出一种新型的变厚度柔性铰链,使得该铰链的变形主要集中在铰链的中心位置,以此提高柔性铰链的转动精度。为了研究变厚度柔性铰链,首先列出变厚度柔性铰链的厚度公式,然后以Euler⁃Bernoulli梁理论为基础,搭建出变厚度柔性铰链的力学模型,并通过牛顿迭代法进行具体数值求解,为了验证力学模型的正确性,将铰链模型导入有限元仿真软件ABAQUS中进行静力学仿真,验证了力学模型的正确性;基于力学模型与有限元仿真,研究了变厚度柔性铰链的变形特性与圆弧半径r之间的关系,通过分析结果表明,变厚度柔性铰链相对传统的直梁型柔性铰链具有较大的转角范围和更小的中心轴漂n,以本文提出的变厚度柔性铰链为基本单元,搭建出具备大转角能力的柔性转动铰链,为需要大转角、大承载能力的仿生关节的设计提供一定的理论参考。

摘要： 针对超磁致伸缩驱动器在特殊工作情况下位移量过小的问题,设计一种杠杆结构的柔性铰链式超磁致伸缩微位移放大机构。通过理论计算与有限元分析相结合,验证该设计的合理性,并搭建实验平台测试超磁致伸缩驱动器驱动下放大机构的输出特性。结果表明:所设计的柔性铰链式放大机构放大比为5.32,等效刚度为1.29 N/μm,负载能力强,位移损失量较小,输出效率较高。

摘要： 通过预压状态下的柔性铰链结构与螺旋弹簧并联提出了一种新颖的非线性能量阱结构设计方法.首先,分析了单根柔性铰链静力学特性,并对所设计结构的整体力学特性进行了仿真分析;然后,建立了周期激励下单自由度线性主系统耦合柔性铰链型非线性能量阱结构的系统动力学模型,并通过复变量平均法推导了耦合系统慢变流方程,得到了系统鞍结分岔以及Hopf分岔边界条件,进一步研究了系统参数对耦合系统动力学特性的影响;最后,通过数值计算探索了初始条件对多解共存区域内耦合系统响应的影响.研究结果表明,在临界预压量下,所设计的非线性能量阱结构既能提供本质非线性立方刚度特性,又能满足一定承载要求;在选定参数区域内,耦合系统可能出现1个周期解或3个周期解的情形,同时系统参数还会影响周期解的稳定性;特别的,在某些激励频率失调参数下系统存在多解共存的情况,不同初始条件下会呈现出周期响应、弱调制响应以及强调制响应三种响应形式.

摘要： 本文设计了一种由三个不同功能的柔性铰链组成的,用于超硬刀具磨削加工中的微位移工作平台,通过三个柔性铰链对输入位移进行缩小,并且呈线性地输出,实现了在超硬刀具在加工或者修复的定位过程中,对(X)、(Z)以及(X)、(Z)四个方向自由度进行微小的位移以及角度调整的功能.优选了三个柔性铰链所使用的材料,运用ANSYS仿真软件,分别分析了三个柔性铰链输入位移与输出位移以及输入位移与角位移之间的响应关系,以及在工作过程中各个柔性铰链内部的应力大小,得到此工作台(X)方向的输出输入位移比约为0.171μm·μm-1,(Z)方向输出输入位移比约为0.218μm·μm-1;(X)方向的输出角度与输入位移的比约为1.328E-03(°)·μm-1,(Z)方向的输出角度与输入位移的比约为1.089E-03(°)·μm-1,所有自由度的误差均在0.1％以内.

摘要： 柔性铰链机构被广泛用于各类微纳操控装备.随着其应用领域扩展和使用性能要求不断提高,必然导致高承载力、大行程、高精度、高频响等设计指标之间的矛盾日益突出.本项目基于申请人提出的柔性铰链通用模型方法(Generalized Model Approach,GMA),实现柔性铰链的选型与尺度设计两个过程的全参数化,从而避免过度依赖经验导致的设计盲目性和随意性.

摘要： 面向微机电系统(MEMS)微装配设计了一种压电式微夹钳,该微夹钳基于柔性铰链设计,结构简单、紧凑,具有对称结构的两级位移放大机构,其驱动采用叠堆型压电陶瓷.重点对该微夹钳的张合缩放特性进行了理论分析,建立了电压与末端张合量输入输出模型.样机实验表明,驱动电压为140V时,该微夹钳具有约1260μm的最大张合量,微操作实践表明:微夹钳能实现对不同形状尺寸大小从50～1260μm范围的微小器件夹持操作.

摘要： 微夹持器是完成微装配系统的重要工具之一,设计了一种以柔性铰链为基础的二级位移放大机构的夹持器,该夹持器由压电陶瓷驱动,结构简单且易于加工.计算了夹持器的放大倍数和节点应力,并用有限元软件对夹持器的最大张合量、放大倍数、夹持力和刚度进行分析,分析结果表明:夹持器的设计是合理可行的.

摘要： 为了避免簧片在工作中的共振,获得最佳配置形态,本文利用有限元软件Abaqus分析了串并联情况下最大振动位移和前三阶频率随片数的变化规律,为后续铰链在外界激励作用下的响应分析和振动控制提供了依据.

摘要： 基于并联机构拓扑解耦准则,构造了一种新型两移动一转动的三自由度解耦并联微动机构.微动平台的运动是由机构三条支链上的位移驱动器驱动的.机构的解耦特性在于:微动平台的两平移运动只取决于两条支链上的位移约束量,而微动平台的转动则取决于第三条支链的位移约束量.首先提出了一种基本的柔性转动机构,接着利用并联机构解耦准则构建了具有解耦特性的微动平台,最后通过有限元分析软件ANSYS验证了该机构的解耦特性.

摘要： 直线超声波电动机(Linear Ultrasonic Motor,简称LUSM)具有低速、大力矩、电磁兼容性好、断电自锁和适用于小型结构等优点,在航天、医疗、微机电系统(MEMS)具有广阔的应用前景。本文提出了一种微小尺寸的直线超声波电动机。通过有限元分析确定定子的结构参数;该电机为连续的U型结构;采用贴片式的压电陶瓷和柔性铰链的夹持方式。研究表明,该结构设计利于直线超声波电动机的小型化。利用ANSYS分析U型定子模态频率,选择结构对称与反对称模态频率一致。试验表明,该电机具有高能量输送效率、良好的输出特性和运行稳定性。

摘要： 概述了国外直线超声波电动机的结构形式的演化过程,指出杆结构和板结构形式简单,振动效率高,为构建其定子的有效结构形式。指出有突变截面的兰杰文振子会造成声波传播的能量损耗,提出利用连续两个变截面的兰杰文振子设计其定子。提出利用柔性铰链代替弹簧设计夹持元件,该设计方法简化定子的结构形式,改善定子的振动特性。介绍了三种直线超声波电动机,该电机结构简单、运行平稳和输出效率高。以该电机研制直线运动平台,该平台具有毫米级的行程和纳米级的分辨率。它能够作为纳米运动平台和微操作手应用在纳米制造和生物医学工程领域,并正在走向市场化。

摘要： 基于柔顺机构学、机械原理和空间机构学,设计了由压电陶瓷驱动器驱动的六自由度柔性精密定位平台.利用伪刚体法和虚功原理对平台进行静力学分析,得到了沿X、Y、Z轴移动,绕X、Y轴摆动和绕Z轴转动6个自由度的静态刚度及运动特性,利用APDL对定位平台的结构进行优化,得到了平台6个方向运动的最大行程.对定位平台进行有限元仿真,并通过搭建的实验平台进行测试,将实验结果与理论结果和仿真结果进行对比分析,验证了理论模型的正确性及平台结构的合理性.

摘要： 本发明提供了外柔性屏移动终端的铰链、铰链装置及柔性屏移动终端，所述铰链包括中间连接体，左外连接体、左内连接体、右外连接体和右内连接体；左外及右外连接体分别通过齿轮啮合连接机构和中间连接体相连接，在齿轮啮合连接机构中，中间连接体上的齿轮之外的齿轮相对于中间连接体上的齿轮的位置是可变的，在左外和左内连接体之间，左内和中间连接体之间、中间连接体和右内连接体之间、右内和右外连接体之间设置有滑动导向结构，所述左内连接体、中间连接体、右内连接体之间连接同步机构。本发明结构合理，外柔性屏移动终端的左侧机壳和右侧机壳只需与左外连接体和右外连接体固定连接即可，安装方便。

摘要： 本实用新型提供一种应用于柔性屏终端的铰链及内折柔性屏终端的铰链组合结构，包括左侧转动连接部件和右侧转动连接部件，左侧转动连接部件和右侧转动连接部件可转动地安装在中间壳体上，它们的转动轴线平行并处在中间壳体的左右两侧，所述左侧转动连接部件和右侧转动连接部件之间设置锁结构，左侧转动连接部件和右侧转动连接部件处在对应柔性屏展平状态下的打开角度时，所述锁结构进入锁定配合而将左侧转动连接部件和右侧转动连接部件锁在一起，在柔性屏折拢时所述锁结构被解除锁定配合。本实用新型结构简单，具有锁功能，且协调性更好。

摘要： 本实用新型提供一种应用于柔性屏终端的铰链及内折柔性屏终端的铰链组合结构，包括左侧转动连接部件和右侧转动连接部件，左侧转动连接部件和右侧转动连接部件可转动地安装在中间壳体上，它们的转动轴线平行并处在中间壳体的左右两侧，所述左侧转动连接部件和右侧转动连接部件之间设置锁结构，左侧转动连接部件和右侧转动连接部件处在对应柔性屏展平状态下的打开角度时，所述锁结构进入锁定配合而将左侧转动连接部件和右侧转动连接部件锁在一起，在柔性屏折拢时所述锁结构被解除锁定配合。本实用新型结构简单，具有锁功能，且协调性更好。

摘要： 本实用新型提供了一种应用于柔性屏终端的铰链及内折柔性屏终端的铰链组合结构，包括左侧转动连接部件和右侧转动连接部件，左侧转动连接部件和右侧转动连接部件可转动地安装在中间壳体上，它们的转动轴线平行并处在中间壳体的左右两侧，在中间壳体中还设置有锁结构，左侧转动连接部件和右侧转动连接部件分别设置与锁结构配合的结构，左侧转动连接部件和右侧转动连接部件处在对应柔性屏展平状态下的打开角度时，所述锁结构进入锁定配合而将左侧转动连接部件和右侧转动连接部件锁定，在柔性屏折拢时左侧转动连接部件和右侧转动连接部件与所述锁结构被解除锁定配合。本实用新型结构简单，具有锁功能，且协调性更好。

摘要： 本实用新型提供了外柔性屏移动终端的铰链、铰链装置及柔性屏移动终端，所述铰链包括中间连接体，左外连接体、左内连接体、右外连接体和右内连接体；左外及右外连接体分别通过齿轮啮合连接机构和中间连接体相连接，在齿轮啮合连接机构中，中间连接体上的齿轮之外的齿轮相对于中间连接体上的齿轮的位置是可变的，在左外和左内连接体之间，左内和中间连接体之间、中间连接体和右内连接体之间、右内和右外连接体之间设置有滑动导向结构，所述左内连接体、中间连接体、右内连接体之间连接同步机构。本实用新型结构合理，外柔性屏移动终端的左侧机壳和右侧机壳只需与左外连接体和右外连接体固定连接即可，安装方便。

摘要： 本实用新型提供了柔性屏移动终端的铰链、铰链装置及柔性屏移动终端，包括对应在铰链弯转部位的多个并列的支撑体，多个支撑体中，至少有一部分是可自转的支撑体，这些可自转的支撑体还能围绕所述铰链的转轴转动；所述铰链还设置有处在铰链两侧不弯转部位的第一、第二支撑体、可来回反复弯曲的片；所述片处在所述副支撑体和主支撑体端部附近的上表面上，所述片的两端分别与第一支撑体和第二支撑体连接。本实用新型在应用于手机、电脑等移动终端中时，既能作为其中的铰链之用，又能作为其中的柔性屏支撑结构，铰链弯转部位能对柔性屏提供平顺的支撑，在手机、电脑打开和合拢时，使柔性屏得以自如展开和弯曲，小体积中实现大屏幕显示，使移动终端在打开和合拢具有完美和谐的外观形状。

摘要： 本实用新型提供了一种柔性屏移动终端的铰链、铰链装置及柔性屏移动终端。柔性屏移动终端的铰链，其外侧对柔性屏提供支撑，包括对应在铰链弯转部位的多个并列的支撑体，多个支撑体中，至少有一部分是可自转的支撑体，这些可自转的支撑体还能围绕所述铰链的转轴转动；所述铰链还设置有带，所述带为弹性带或柔性带或由弹性部件或柔性部件拉紧的带；所述带将所述支撑体整理为平顺，提供对所述柔性屏的平整支撑。本实用新型在应用于手机、电脑等移动终端中时，既能作为其中的铰链之用，又能作为其中的柔性屏支撑结构，铰链弯转部位能对柔性屏提供平顺的支撑，在手机、电脑打开和合拢时，使柔性屏得以自如展开和弯曲，小体积中实现大屏幕显示，使移动终端在打开和合拢具有完美和谐的外观形状。

摘要： 本实用新型提供了一种柔性屏移动终端的铰链、铰链装置及柔性屏移动终端。柔性屏移动终端的铰链，其外侧对柔性屏提供支撑，其包括主支撑体、与铰链转轴转动连接的第一支架和第二支架、与第一支架和第二支架分别滑动连接的第一支撑体和第二支撑体、同步控制机构，在第一支撑体和主支撑体以及第二支撑体和主支撑体之间设置副支撑体，副支撑体对应在所述铰链闭合时的弯转部位；所述铰链还设置有与第一支架一起围绕铰链转轴转动的第一导向结构和与第二支架一起围绕铰链转轴转动的第二导向结构。本实用新型在应用于手机、电脑等移动终端中时，既能作为其中的铰链之用，又能作为其中的柔性屏支撑结构，在手机、电脑打开和合拢时，使柔性屏得以自如展开和弯曲，小体积中实现大屏幕显示。

摘要： 本发明公开了一种柔性铰链模块、柔性铰链模块加工辅助装置及方法，该柔性铰链模块为直梁型柔性铰链，所述柔性铰链模块包括多个模块座及串联在模块座之间的单元铰链，所述模块座包括第一模块座和第二模块座，第一模块座和第二模块座上均设置有连接单元，所述连接单元用于实现第一模块座与第二模块座之间的刚性连接，所述刚性连接为可拆卸连接。所述加工辅助装置及加工方法与所述柔性铰链模块的结构设计对应。本方案提供的柔性铰链模块结构设计、辅助工具的结构设计以及相应的加工方法，可有效提升柔性铰链模块加工的产品合格率。

摘要： 本实用新型公开了一种柔性铰链模块、柔性铰链模块加工辅助装置，该柔性铰链模块为直梁型柔性铰链，所述柔性铰链模块包括多个模块座及串联在模块座之间的单元铰链，所述模块座包括第一模块座和第二模块座，第一模块座和第二模块座上均设置有连接单元，所述连接单元用于实现第一模块座与第二模块座之间的刚性连接，所述刚性连接为可拆卸连接。所述加工辅助装置及加工方法与所述柔性铰链模块的结构设计对应。本方案提供的柔性铰链模块结构设计、辅助工具的结构设计以及相应的加工方法，可有效提升柔性铰链模块加工的产品合格率。