柔性機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)介紹

1、【柔性機(jī)構(gòu)】（1頁(yè)）【柔性機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)】（2頁(yè)）【柔性機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)】（15頁(yè)）柔性機(jī)構(gòu)概論的簡(jiǎn)單回顧柔性機(jī)構(gòu)概論的簡(jiǎn)單回顧柔性機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)柔性機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)的的介紹介紹柔性機(jī)構(gòu)的部分關(guān)鍵技術(shù)的介紹柔性機(jī)構(gòu)的部分關(guān)鍵技術(shù)的介紹1簡(jiǎn) 要 回 顧定義：定義：利用材料的變形來(lái)傳利用材料的變形來(lái)傳遞力或運(yùn)動(dòng)遞力或運(yùn)動(dòng)起源與理起源與理論基礎(chǔ)論基礎(chǔ)優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：免裝配免裝配軸漂軸漂柔性鉸鏈：柔性鉸鏈：形式、分類(lèi)、形式、分類(lèi)、性能指標(biāo)性能指標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域：應(yīng)用領(lǐng)域：機(jī)器人、機(jī)器人、MEMSMEMS等等關(guān)鍵技術(shù)：關(guān)鍵技術(shù)：設(shè)計(jì)、加工、設(shè)計(jì)、加工、驅(qū)動(dòng)等驅(qū)動(dòng)等典型實(shí)例：典型實(shí)例：蝴蝶鉸鏈、蝴蝶鉸鏈、RobotsRo

2、bots等等2優(yōu) 缺 點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)柔性機(jī)構(gòu)利用柔性鉸鏈代替了剛性機(jī)構(gòu)的傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)副，傳傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)副與構(gòu)件數(shù)目統(tǒng)運(yùn)動(dòng)副與構(gòu)件數(shù)目大大減少，從而減少了機(jī)構(gòu)的重量、加工、裝配的時(shí)間和費(fèi)用時(shí)間和費(fèi)用，同時(shí)也減少了機(jī)構(gòu)中的間隙、摩擦、磨損、潤(rùn)滑等問(wèn)題，提高了機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)精度和可靠性精度和可靠性，也減少了維護(hù)的成本。2優(yōu) 缺 點(diǎn)缺點(diǎn)1. 由于柔性構(gòu)件變形實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)受到變形元件強(qiáng)度的限制，導(dǎo)致其行程有限行程有限2. 軸軸漂與寄生誤差漂與寄生誤差3. 剛度剛度較差較差4. 長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受應(yīng)力或高溫的柔性構(gòu)件可能會(huì)出現(xiàn)蠕變和應(yīng)力松弛蠕變和應(yīng)力松弛現(xiàn)象5. 能量能量存儲(chǔ)存儲(chǔ)3關(guān) 鍵 技 術(shù)材料設(shè)計(jì)加工飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)研制的三大難題：材

3、料驅(qū)動(dòng)運(yùn)放機(jī)構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)綜合分析加工封裝檢測(cè)柔性機(jī)構(gòu)的部分關(guān)鍵技術(shù)：【1】通過(guò)選擇材料來(lái)增大柔性機(jī)構(gòu)的行程3關(guān) 鍵 技 術(shù)矩形梁自由端在力矩形梁自由端在力F F作用下的變形：作用下的變形：334FLEbhmax26FLbh26yFLSbh26yS bhFL最大應(yīng)力最大應(yīng)力：由此可以求出當(dāng)達(dá)到材料的彈性極限由此可以求出當(dāng)達(dá)到材料的彈性極限時(shí)時(shí)自由自由端的最大受力端的最大受力F F：2max23ySLE h2/Lh/ySE梁在失效前所承受的最大變形為：梁在失效前所承受的最大變形為：可以看出，最大變形與幾何尺寸可以看出，最大變形與幾何尺寸和材料參數(shù)和材料參數(shù)有關(guān)。有關(guān)。 3關(guān) 鍵 技 術(shù)【1】通過(guò)

4、選擇材料來(lái)增大柔性機(jī)構(gòu)的行程隨之出現(xiàn)的問(wèn)題：1. 定位精度的降低2. 自然頻率和穩(wěn)定性 的下降3. 幾何非線性3關(guān) 鍵 技 術(shù)【2】通過(guò)選擇材料來(lái)增大柔性機(jī)構(gòu)的剛度 通過(guò)合理選擇材質(zhì)，提高柔性機(jī)構(gòu)的整體剛度，可以提高機(jī)構(gòu)的固有頻率和穩(wěn)定性，以及機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率，但要保證柔性鉸鏈所受應(yīng)力處于材料彈性極限以?xún)?nèi)。TIPS：1.對(duì)于壓電陶瓷存在的遲滯（一般在14%左右但遲滯曲線不唯一）、蠕變現(xiàn)象的減小方法: 1)采用電荷控制方法;2)采用在壓電陶瓷兩端串聯(lián)小電容的方法; 3)Preisach數(shù)學(xué)模型;4)通用化的Maxwell 模型; 5)多項(xiàng)式近似模型; 6)采用電阻和電容組成橋路; 7)壓電陶瓷元件

5、位移閉環(huán)（現(xiàn)有的控制方法有PZT控制和變速積分的PI控制等）。2.壓電元件的輸出位移隨著負(fù)載剛度的增加而減少。3.驅(qū)動(dòng)器與執(zhí)行器甚至傳感器一體化集成設(shè)計(jì)對(duì)整塊的PZT或SMA材料進(jìn)行激光切割，可免于裝配，降低造價(jià)，甚至達(dá)到減振的功效，而且對(duì)于改善機(jī)構(gòu)甚至系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能也是大有禆益的。3關(guān) 鍵 技 術(shù)3關(guān) 鍵 技 術(shù)其他驅(qū)動(dòng)器：尺蠖電機(jī)直流電機(jī)步進(jìn)電機(jī)音圈電機(jī)超聲波電機(jī)等等TIPSTIPS：3個(gè)原則：1.1.高高精度原則精度原則：欲保證運(yùn)動(dòng)欲保證運(yùn)動(dòng)輸出端的高精度，輸出端的高精度，除了選擇類(lèi)似高精度驅(qū)動(dòng)器外，運(yùn)放機(jī)構(gòu)也需除了選擇類(lèi)似高精度驅(qū)動(dòng)器外，運(yùn)放機(jī)構(gòu)也需要有高精度作保證要有高精度作保證；2

6、.2.功效功效損耗最小原則：損耗最小原則：運(yùn)計(jì)機(jī)構(gòu)作為傳動(dòng)系統(tǒng)，運(yùn)計(jì)機(jī)構(gòu)作為傳動(dòng)系統(tǒng)，總要造成輸入端一定程度的功率損耗，原則上，總要造成輸入端一定程度的功率損耗，原則上，這種功率損耗應(yīng)該越小越好；這種功率損耗應(yīng)該越小越好；3.3.運(yùn)運(yùn)放倍數(shù)決定運(yùn)放機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原則：放倍數(shù)決定運(yùn)放機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原則：一般一般情況下，結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單情況下，結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，性能越穩(wěn)定，但是性能越穩(wěn)定，但是放大放大倍數(shù)倍數(shù)也也越越小小。3關(guān) 鍵 技 術(shù)簡(jiǎn)單的并聯(lián)機(jī)構(gòu)：簡(jiǎn)單的并聯(lián)機(jī)構(gòu)：提升剛度提高精度提高自然頻率減小寄生誤差降低慣性結(jié)構(gòu)緊湊更平衡的機(jī)械結(jié)構(gòu)，補(bǔ)償鉸鏈由于加工或溫度變化所產(chǎn)生的變形誤差并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)3

7、關(guān) 鍵 技 術(shù)缺點(diǎn)：在提升剛度的同時(shí)，會(huì)減小功能方向的行程【1】柔性鉸鏈的選擇(1)限制范圍柔性鉸鏈的運(yùn)動(dòng)范圍應(yīng)限制在材料的殘余應(yīng)力區(qū)以外。柔性鉸鏈的運(yùn)動(dòng)范圍應(yīng)限制在材料的殘余應(yīng)力區(qū)以外。(2) 實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)副等效的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)需盡量保證變形軸方向的剛度盡可能小設(shè)計(jì)時(shí)需盡量保證變形軸方向的剛度盡可能小, , 而非變形方向的剛而非變形方向的剛度盡可能大度盡可能大。(3) 改變變形處的形狀和尺寸參數(shù) 變形的大小與鉸鏈的長(zhǎng)度變形的大小與鉸鏈的長(zhǎng)度l l 和鉸鏈細(xì)頸處的厚度和鉸鏈細(xì)頸處的厚度t t 有關(guān)有關(guān), , 但加工工但加工工藝限制了藝限制了t t 的最小厚度。的最小厚度。(4) 開(kāi)發(fā)新型柔性鉸鏈

8、盡管柔性鉸鏈優(yōu)點(diǎn)很多盡管柔性鉸鏈優(yōu)點(diǎn)很多, , 同時(shí)也存在著一些弱點(diǎn)同時(shí)也存在著一些弱點(diǎn), , 如有限的運(yùn)動(dòng)范如有限的運(yùn)動(dòng)范圍、非固定的轉(zhuǎn)動(dòng)中心等圍、非固定的轉(zhuǎn)動(dòng)中心等, , 開(kāi)發(fā)新型柔性鉸鏈?zhǔn)且粭l解決途徑。開(kāi)發(fā)新型柔性鉸鏈?zhǔn)且粭l解決途徑。3關(guān) 鍵 技 術(shù)【2】結(jié)構(gòu)形式的選擇（1）鉸鏈分布方式鉸鏈分布方式主要是指鉸鏈與平臺(tái)間的位置關(guān)系.（2）單個(gè)分支內(nèi)鉸鏈與構(gòu)件間分布方式單個(gè)分支內(nèi)鉸鏈與構(gòu)件間分布方式是指兩者之間的位置關(guān)系, 如3RPS平臺(tái)機(jī)構(gòu)中二者的分布方式就與3RPS角臺(tái)機(jī)構(gòu)有很大差別。（3）分支間的位姿關(guān)系并聯(lián)式結(jié)構(gòu)由多個(gè)分支組成, 即使采用對(duì)稱(chēng)性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 有些機(jī)型也可因分支間的位姿

9、關(guān)系不同而衍生出若干種機(jī)型來(lái)。3關(guān) 鍵 技 術(shù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般流程(1)從從設(shè)計(jì)的要求或指標(biāo)出發(fā)設(shè)計(jì)的要求或指標(biāo)出發(fā)，首先，首先完成機(jī)構(gòu)的構(gòu)完成機(jī)構(gòu)的構(gòu)型綜合及優(yōu)選，以確定合適的型綜合及優(yōu)選，以確定合適的結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型式式；(2)通過(guò)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及其特性分析，完成通過(guò)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及其特性分析，完成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺度綜合及優(yōu)選，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺度綜合及優(yōu)選，(3)還要進(jìn)行動(dòng)力學(xué)參數(shù)的綜合與優(yōu)選，最終以完還要進(jìn)行動(dòng)力學(xué)參數(shù)的綜合與優(yōu)選，最終以完成新機(jī)構(gòu)的成新機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì). .3關(guān) 鍵 技 術(shù)【剛度分析】3關(guān) 鍵 技 術(shù)電火花加工法（WEDM）：利用工件和工具電極之間的脈利用工件和工具電極之間的脈沖性

10、火花放電沖性火花放電, , 產(chǎn)生瞬時(shí)高溫產(chǎn)生瞬時(shí)高溫使工件材料局部熔化和汽化使工件材料局部熔化和汽化, , 從而達(dá)到蝕除加工的目的。電從而達(dá)到蝕除加工的目的。電火花加工由于其非機(jī)械接觸加火花加工由于其非機(jī)械接觸加工的特點(diǎn)工的特點(diǎn), , 很適合很適合MEMSMEMS制造的制造的要求要求。LIGA:LIGALIGA是德文是德文LithographieLithographie，GalanoformungGalanoformung和和AbformungAbformung三個(gè)詞，即光刻、電鑄和注三個(gè)詞，即光刻、電鑄和注塑的塑的縮寫(xiě)縮寫(xiě). .是一種基于是一種基于X X射線光刻技術(shù)的射線光刻技術(shù)的MEMSMEMS加工技術(shù)加工技術(shù). .與其它微細(xì)加工方法相比，與其它微細(xì)加工方法相比，LIGALIGA技術(shù)具有如下技術(shù)具有如下特點(diǎn)：特點(diǎn)：(1)(1)可制造較大高寬比的結(jié)構(gòu)；可制造較大高寬比的結(jié)構(gòu)；(2)(2)取材廣泛，可以是金屬、陶瓷、聚合物、玻取材廣泛，可以是金屬、陶瓷、聚合物、玻璃等；璃等；(3)(3)可制作任意截面形狀圖形結(jié)構(gòu)，加工精度高；可制作任意截面形狀圖形結(jié)構(gòu)，加工精度高；(4)(4)可重復(fù)復(fù)制，符合工業(yè)上大批量生產(chǎn)要求，可重復(fù)復(fù)制，符合工業(yè)上大批量生產(chǎn)要求，制造成本相對(duì)較低