現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)的新發(fā)展

Xxxxxx研究生課程論文課程名稱： 咼等機(jī)構(gòu)學(xué) 任課教師： XXXX 論文/研究報(bào)告題目：現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)的新發(fā)展學(xué) 號： XXXXXXX姓 名： XXXXX現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)的新發(fā)展摘要：本篇論文主要介紹了現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)的新發(fā)展以及現(xiàn)代機(jī)構(gòu)研究內(nèi)容機(jī)構(gòu)學(xué)。并詳細(xì)的對柔順機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和應(yīng)用等幾個(gè)領(lǐng)域的主要研究成果進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，仿人靈巧手指對其結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了分析和說明，建立了柔性驅(qū)動器的動力學(xué)模型,分析了柔順機(jī)構(gòu)存在的問題，并對其發(fā)展方向進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：高等機(jī)構(gòu)柔順機(jī)構(gòu)仿人靈巧手指現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)的新發(fā)展方面在世界性新技術(shù)革命的形勢下，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展以及計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品上的廣泛應(yīng)用，機(jī)構(gòu)學(xué)煥發(fā)新的活力，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面［1-2］：1）科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展使機(jī)構(gòu)學(xué)引入液、氣、聲、光、電、磁等工作原理，機(jī)構(gòu)學(xué)與其他學(xué)科相融合，形成一些新的分支，擴(kuò)大了機(jī)構(gòu)的概念。構(gòu)件不再是傳統(tǒng)的剛性構(gòu)件，而是更廣泛意義的廣義構(gòu)件。2）隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械、儀器向著高速、高精度以及小型化發(fā)展，對其動力性能有更高的要求。3）工業(yè)生產(chǎn)的自動化一體化的發(fā)展方向，一些可以實(shí)現(xiàn)某些復(fù)雜或精巧運(yùn)動的機(jī)械被開發(fā)，推動了機(jī)構(gòu)綜合方法的發(fā)展。4）計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)工具的應(yīng)用，使機(jī)構(gòu)學(xué)的分析與設(shè)計(jì)更為簡便；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)可以降低成本、節(jié)省人力、提高效率，使產(chǎn)品的精確度更高，更精密。5）為了滿足現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械向多品種、高性能、小批量的發(fā)展需要，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制或以人工手動方式進(jìn)行多固定位置的控制，實(shí)現(xiàn)柔性輸出，改善機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性和動力特性?，F(xiàn)代機(jī)構(gòu)研究內(nèi)容傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)學(xué)與多種學(xué)科交叉、融合，現(xiàn)代機(jī)電一體化技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、傳感器技術(shù)，人工智能技術(shù)的發(fā)展為機(jī)構(gòu)學(xué)的發(fā)展提供了新的研究領(lǐng)域；工業(yè)機(jī)人、醫(yī)療器械等技術(shù)的開發(fā)，對機(jī)構(gòu)和機(jī)器的功能提出了諸如對輸出特性的系統(tǒng)化、智能化和柔性化的要求，由此促進(jìn)了可控機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)、微型機(jī)構(gòu)學(xué)、仿生機(jī)構(gòu)學(xué)以及廣義機(jī)構(gòu)學(xué)等新分支的出現(xiàn)，構(gòu)成了現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)的重要內(nèi)容。1）概念設(shè)計(jì)在機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新上的應(yīng)用。產(chǎn)品創(chuàng)新核心是產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)，創(chuàng)新是產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的重要特點(diǎn)。產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)階段是產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段中最有創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)階段。概念設(shè)計(jì)不僅能找到解決問題的路徑，而且為解決問題找到了通行的方法，為新產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了可實(shí)現(xiàn)的工具和路徑。2）廣義機(jī)構(gòu)的研究與應(yīng)用。廣義機(jī)構(gòu)利用了一些新的工作介質(zhì)或工作原理，比傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)更簡便地實(shí)現(xiàn)運(yùn)動或動力轉(zhuǎn)換。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種學(xué)科的橫向結(jié)合機(jī)構(gòu)呈現(xiàn)多元化的趨勢。研究廣義機(jī)構(gòu)的構(gòu)成原理，分析運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)，進(jìn)行形綜合與尺度綜合，尋找內(nèi)在規(guī)律，形成完整的廣義機(jī)構(gòu)學(xué)理論體系，對于分析現(xiàn)有的廣義機(jī)構(gòu)以及對于創(chuàng)新發(fā)明新的機(jī)構(gòu)有著重要的意義。3）可控機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用?？煽貦C(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)柔性輸出，改善機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性和動力特性。可控機(jī)構(gòu)是機(jī)構(gòu)學(xué)中的前沿領(lǐng)域，涉及到傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)學(xué)理論和機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論，并且包括了機(jī)器人尤其是并聯(lián)機(jī)器人的相關(guān)理論。在技術(shù)上與現(xiàn)代控制制理論、傳感器技術(shù)、人工智能技術(shù)相互結(jié)合，因此，可控機(jī)構(gòu)的研究具有明顯的交叉性和創(chuàng)新性。隨著對機(jī)器的速度、精度要求的日益提高，可控機(jī)構(gòu)有很大的發(fā)展空間，在柔性生產(chǎn)線如包裝、紡織、印刷等自動生產(chǎn)機(jī)械中有廣泛應(yīng)用。4）微型機(jī)構(gòu)的研究及開發(fā)應(yīng)用。微型系統(tǒng)的研究是涉及電子工程、機(jī)械工程、材料科學(xué)、物理學(xué)等多種工程技術(shù)和科學(xué)。微型機(jī)械的出現(xiàn)，既是現(xiàn)代科技發(fā)展的需要，也反映了人類對事物極限本質(zhì)的認(rèn)識和追求。研究微型機(jī)構(gòu)的目標(biāo)是要大量生產(chǎn)可實(shí)際應(yīng)用的微機(jī)械，以其體積小、耗能低，集約高技術(shù)成果，附加值高等特點(diǎn),在生物醫(yī)學(xué)、航空航天、軍事等各方面有廣闊的應(yīng)用前景。5） 仿生機(jī)械的研究。仿生學(xué)是自然對人類的啟示。例如索尼AIBO機(jī)器狗，如圖1所示。生物的各種形態(tài)、特性、動作、能量變換等值得人類去仿效和研究，因此，仿生機(jī)構(gòu)類型的深入研究，將會創(chuàng)造出形形式式的仿生機(jī)械，使現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)的應(yīng)用更加廣泛,更加有效。6） 變胞機(jī)構(gòu)的研究與應(yīng)用。變胞機(jī)構(gòu)在機(jī)器人和制造業(yè)中有廣泛的應(yīng)用前景。變胞機(jī)構(gòu)為機(jī)器人的結(jié)構(gòu)研究帶來新的發(fā)展；制造業(yè)中基于正交機(jī)構(gòu)、變胞機(jī)構(gòu)和柔性機(jī)構(gòu)的變胞原理，在加工制造中進(jìn)行機(jī)構(gòu)的演變，有利于簡化和加速加工制造，縮短加工周期，例如，北京航空航天大學(xué)利用變胞機(jī)構(gòu)開發(fā)的火星變胞探測車［3-4］柔順機(jī)構(gòu)柔順機(jī)構(gòu)是利用自身柔性構(gòu)件的彈性變形來轉(zhuǎn)換力、運(yùn)動或能量的一種新型機(jī)構(gòu)。經(jīng)過20多年的發(fā)展，柔順機(jī)構(gòu)已成為現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)的一個(gè)重要分支，并在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。柔順機(jī)構(gòu)（Compliantmechanism）是用柔性關(guān)節(jié)替代傳統(tǒng)剛性機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動副，利用自身柔性構(gòu)件的彈性變形而非剛性元件的運(yùn)動來轉(zhuǎn)換力、運(yùn)動或能量的一種新型免裝配機(jī)構(gòu)［5］。和傳統(tǒng)的剛性機(jī)構(gòu)相比，柔順機(jī)構(gòu)具有零件數(shù)量少、重量輕、少有或者沒有關(guān)節(jié)等特點(diǎn)，有助于減少機(jī)構(gòu)運(yùn)動中的摩擦、磨損、沖擊振動和噪音。從而可以提高機(jī)構(gòu)精度，增加可靠性，減少維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。柔順機(jī)構(gòu)因其獨(dú)特的性能和廣泛的應(yīng)用前景成為了國內(nèi)外機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域新的熱點(diǎn)研究方向［6］。柔順機(jī)構(gòu)的動力學(xué)分析國內(nèi)外學(xué)者對柔順機(jī)構(gòu)動力學(xué)問題的研究還處于初步階段，主要涉及的研究內(nèi)容包括:柔順機(jī)構(gòu)的動力學(xué)建模、振動控制、動態(tài)響應(yīng)、系統(tǒng)的固有頻率分析、動應(yīng)力和應(yīng)變分析等。Scott等⑺把偽剛體模型法應(yīng)用到柔順機(jī)構(gòu)的動力學(xué)研究中，分析了柔順?biāo)臈U機(jī)構(gòu)的固有頻率等特性。Li等匕］利用有限元法對柔順機(jī)構(gòu)的固有頻率、模態(tài)、時(shí)間響應(yīng)、頻率特征等方面的問題進(jìn)行了探討。余躍慶［9］系統(tǒng)地研究了彈性機(jī)構(gòu)三種設(shè)計(jì)參量與固有頻率之間的內(nèi)在關(guān)系，以及它們對彈性機(jī)構(gòu)動力特性的影響。陳知泰等［10］以偽剛體模型為基礎(chǔ)對平面柔順機(jī)構(gòu)的頻率特性進(jìn)行了分析，并分別就機(jī)構(gòu)截面參數(shù)、結(jié)構(gòu)尺寸、材料參數(shù)等對頻率的影響進(jìn)行了討論。王雯靜等［11］基于有限元法，分析了平面柔順?biāo)臈U機(jī)構(gòu)的固有頻率和模態(tài)，并給出了固有頻率和模態(tài)對各項(xiàng)設(shè)計(jì)變量的靈敏度計(jì)算方法。文獻(xiàn)［12］基于柔順機(jī)構(gòu)的偽剛體動力學(xué)等效模型，結(jié)合剛性機(jī)構(gòu)的做功與能量轉(zhuǎn)換原理及瞬心法，對柔順機(jī)構(gòu)的傳力效益進(jìn)行了分析，推導(dǎo)出了柔順機(jī)構(gòu)的力傳遞效益與機(jī)構(gòu)位置關(guān)系的表達(dá)式。文獻(xiàn)［13］用李群李代數(shù)理論方法對具有三維空間柔順變形桿件的機(jī)器人的動力學(xué)問題進(jìn)行了研究，給出了空間柔順桿件微小段的質(zhì)量密度和剛性密度，并通過積分得到空間二柔順桿件的動能和勢能。文獻(xiàn)［14］基于有限元方法，提出了一種考慮了溫度變化影響的運(yùn)動微分方程，獲得了柔順機(jī)構(gòu)剛度和質(zhì)量矩陣的封閉解，可以對受溫度變化影響的精密柔順機(jī)構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)分析。柔順機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化柔順機(jī)構(gòu)最初的設(shè)計(jì)方法是試湊法和實(shí)驗(yàn)法。目前，柔順機(jī)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)方法有:偽剛體模型法(以偽剛體模型為基礎(chǔ)把柔順機(jī)構(gòu)近似等效轉(zhuǎn)化為剛性機(jī)構(gòu)，然后借助對剛性機(jī)構(gòu)分析和型綜合的方法，進(jìn)行反復(fù)迭代得到所需要的柔順機(jī)構(gòu)［15］)和基于連續(xù)體結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化方法(TopologyOptimizationMethod)［16］。在偽剛體模型法方面，文獻(xiàn)［17］中提出了一種在懸臂梁發(fā)生大變形時(shí)采用牛頓-拉裴爾方法來分析設(shè)計(jì)變量參數(shù)的方法°Midha［i8］把柔順桿的長度、材料特性、截面參數(shù)等作為隨機(jī)變量，對疲勞影響下目標(biāo)函數(shù)的雙穩(wěn)態(tài)柔順機(jī)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了討論。Howell等a］以偽剛體模型為基礎(chǔ)，綜合考慮梁的大變形、運(yùn)動學(xué)、能量儲存等諸多因素的影響，對柔順機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究，并針對偽剛體模型法提出了一種對柔順機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析的封閉環(huán)理論。采用拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法研究柔順機(jī)構(gòu)時(shí)，只需給定設(shè)計(jì)域和指定輸入輸出位置，無須從一個(gè)已知的剛性機(jī)構(gòu)出發(fā)，且所得的機(jī)構(gòu)具有優(yōu)化的“力-位移”輸入輸出關(guān)系，引起了人們的重視。目前，柔順機(jī)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)主要有三種方法:均勻化方法、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)法和遺傳算法°Michell在拓?fù)鋬?yōu)化方面做出了開創(chuàng)性的工作,得出了最佳單元網(wǎng)，即現(xiàn)在著名的Michell連續(xù)體°Ananthasuresh等將結(jié)構(gòu)力學(xué)上的拓?fù)鋬?yōu)化方法引入到柔順機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中。張憲民［20］討論了柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)法和均勻化方法,并對相關(guān)的優(yōu)化模型、材料模型進(jìn)行了討論。李兆坤等［21］采用Lagrange描述方法和Newton-Raphson載荷增量求解技術(shù)獲得幾何非線性的結(jié)構(gòu)響應(yīng),給出了一種多輸入多輸出柔順機(jī)構(gòu)幾何非線性拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的新方法。文獻(xiàn)［22］基于柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的均勻化方法,對柔順機(jī)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析探討,建立了柔順機(jī)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)的模型。文獻(xiàn)［23］探討了利用有限元方法和均勻化拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù),以柔度與剛度要求為目標(biāo)對柔順機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)［24］中將作用載荷和結(jié)構(gòu)幾何尺寸視為隨機(jī)變量,把機(jī)構(gòu)的失效模式視為應(yīng)變能和互應(yīng)變能的串聯(lián)系統(tǒng),提出一種新的基于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)法的柔順機(jī)構(gòu)可靠性拓?fù)鋬?yōu)化方法。張憲民等［25］研究了柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化與壓電驅(qū)動單元位置和尺寸的最優(yōu)設(shè)計(jì)問題,給出了柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)洹Ⅱ?qū)動單元的位置和尺寸的優(yōu)化算法。Henryk］等在滿足結(jié)構(gòu)剛度的前提下，考慮了驅(qū)動力的影響，用復(fù)合的“位移-壓力”公式,取代傳統(tǒng)的壓力公式,提出了有關(guān)壓力驅(qū)動下的柔順機(jī)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化方法。柔順機(jī)構(gòu)廣泛的應(yīng)用于精密機(jī)械和微機(jī)電系統(tǒng)中，但是溫度變化時(shí)，可能產(chǎn)生變形，導(dǎo)致不精確oRubio等⑵］提出了一種基于熱變形的柔順機(jī)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化方法，采用溫度控制傳感器，充分考慮了溫度補(bǔ)償特點(diǎn)，優(yōu)化過程中強(qiáng)調(diào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的準(zhǔn)確性，最大限度的減少了溫度變化帶來的影響。文獻(xiàn)［28］中介紹了連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化中的棋盤格式現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因，并對目前解決這一問題的各種方法做了分析比較。文獻(xiàn)［29］針對拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果中普遍存在的棋盤格現(xiàn)象，采用小波變換與三次樣條插值相結(jié)合的方法，對柔順機(jī)構(gòu)中拓?fù)鋱D的提取進(jìn)行了研究。郭為忠等［30］針對雙輸入平面軌跡輸出柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化和輪廓提取后的設(shè)計(jì)方案，建立了輪廓曲線尺寸優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)了柔順機(jī)構(gòu)輪廓形狀的優(yōu)化設(shè)計(jì)。柔順機(jī)構(gòu)的應(yīng)用由于柔順機(jī)構(gòu)具有制造成本低，精度高，不需要潤滑，無污染等諸多優(yōu)點(diǎn)?？朔藗鹘y(tǒng)機(jī)構(gòu)加工和裝配成本高、存在運(yùn)動副間隙和摩擦等缺陷，以及能降低噪音和振動。在精密測量與定位、微機(jī)電系統(tǒng)、航空宇航、生物工程等諸多領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用［31］。文獻(xiàn)［32］利用了一套三自由度被動柔順機(jī)構(gòu)和兩個(gè)霍爾式接觸傳感器，設(shè)計(jì)一種用于水下搜索、抓取物體的二指結(jié)構(gòu)機(jī)械手爪，能以多種不同的姿態(tài)抓取作業(yè)對象，彌補(bǔ)了單自由度手爪作業(yè)能力的不足。文獻(xiàn)［33］中介紹了一種由柔順機(jī)構(gòu)制造的柔性叉指式夾持器，并與一種由多剛體組成的角夾持器實(shí)現(xiàn)的氣動夾爪進(jìn)行了對比分析，直觀的說明了柔順機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。張欽國等［34］對人工肌肉的驅(qū)動特性做了研究，設(shè)計(jì)出了基于柔性液壓系統(tǒng)的三關(guān)節(jié)仿人靈巧手指，并建立了柔性驅(qū)動器的動力學(xué)模型。范賢會等［35］基于柔順機(jī)構(gòu)提出了一種新型微型撲翼飛行機(jī)器人的撲翼方案，以柔性鉸鏈代替?zhèn)鹘y(tǒng)的運(yùn)動副，在最大程度上減少了機(jī)構(gòu)能量的消耗。文獻(xiàn)［36］采用音圈電機(jī)作為驅(qū)動器，利用柔順機(jī)構(gòu)和倒杠桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)出了一個(gè)在固定運(yùn)動范圍內(nèi)具有高精度定位能力和良好控制性能的長行程精密定位平臺，可用于光學(xué)測微系統(tǒng)。文獻(xiàn)［37］基于柔性鉸鏈變形原理設(shè)計(jì)了一種以壓電陶瓷為驅(qū)動，以柔性懸臂梁鉸鏈為彈性導(dǎo)軌的兩自由度柔順機(jī)構(gòu)微動精密定位平臺。瑞士的ISR-DMT-EPEL微技術(shù)研究機(jī)構(gòu)研制了專門用于高精密度機(jī)器人的柔性鉸鏈機(jī)械結(jié)構(gòu)，并提出用柔性鉸鏈取代傳統(tǒng)機(jī)器人驅(qū)動器中使用的滑動軸承和滾珠軸承，可以改善機(jī)器人的精度［38］。北京航空航天大學(xué)和南開大學(xué)研制了“面向生物工程的微操作機(jī)器人系統(tǒng)”，可以進(jìn)行轉(zhuǎn)基因注射等顯微操作實(shí)驗(yàn)。仿人靈巧手指4.1液壓驅(qū)動器的工作原理單用橡膠所制成的軟管，當(dāng)充壓時(shí)只能進(jìn)行軸向的伸張，不能發(fā)生彎曲。假設(shè)橡膠軟管壁一側(cè)線為軸向剛性和徑向柔性（可彎曲），那么當(dāng)軟管充壓時(shí)，除了管壁上那條剛性側(cè)線不能伸張外，其余管壁側(cè)線都將伸張，如圖1所示。同時(shí)，由于那條剛性側(cè)線的限制，使得軟管壁上各個(gè)側(cè)線的伸長量都不一樣，從而會導(dǎo)致軟管的彎曲，達(dá)到了單個(gè)驅(qū)動元件的彎曲效果。所以把一條徑向柔性較好的鋼絲集成到軟管殼體壁里，并且該鋼絲的軸線與軟管的軸線相平行。4.2.仿人靈巧手指結(jié)構(gòu)及工作原理柔性管一端固定在剛性手指的一端，另一端可在手指的滑槽內(nèi)滑動，如圖2所示。當(dāng)向管內(nèi)供油時(shí)，管內(nèi)壓強(qiáng)增大，促使橡膠管發(fā)生軸向伸長，管內(nèi)有鋼絲的一側(cè)不能伸長，所以沒有鋼絲的一側(cè)便發(fā)生了彎曲變形。從而帶動手指的各個(gè)關(guān)節(jié)發(fā)生彎曲，實(shí)現(xiàn)工作要求。

圖1人工肌肉內(nèi)部結(jié)構(gòu)1?端蓋2?圓柱形彈性殼3?金屬絲4?連接圈5?支撐彈簧圖2手指結(jié)構(gòu)圖4.3液壓驅(qū)動器的動態(tài)模型假設(shè)彎曲關(guān)節(jié)的一端固定在基座上，如圖3所示。那么彎曲關(guān)節(jié)可以等效為一個(gè)等截面的懸臂梁。當(dāng)彎曲關(guān)節(jié)發(fā)生小的變形時(shí)，由圖所示的幾何關(guān)系可得:戶孕L （1）同時(shí)，彎曲關(guān)節(jié)中心軸線的伸長量為：

圖3關(guān)節(jié)液壓驅(qū)動元件懸臂梁模型根據(jù)懸臂梁模型，可以得到系統(tǒng)的固有頻率：式中：EI—抗彎剛度；ml—自由端的集中質(zhì)量;m2一關(guān)節(jié)液壓驅(qū)動元件的質(zhì)量。由此可得關(guān)節(jié)液壓驅(qū)動元件的動態(tài)特性方程：7_打- ⑴‘ ⑷2EI ￡+2b朋+式中：b—系統(tǒng)的阻力系數(shù)。設(shè)流體壓力閥出口處的流體壓強(qiáng)為P，流體粘度u、p密度分別用u、p表示，壓力閥與關(guān)節(jié)液壓驅(qū)動元件之間的柔性細(xì)管的長度為1,半徑為R。由哈根一泊阿蘇■7T/?4⑸⑹■7T/?4⑸⑹"站I對于關(guān)節(jié)液壓驅(qū)動元件，根據(jù)流體的連續(xù)性方程可得:1K式中：K—流體的體積彈性模量?？傻玫较到y(tǒng)的傳遞函數(shù):/- 民艮甸】考察柔性細(xì)管的半徑對關(guān)節(jié)動態(tài)特性的影響。隨著柔性細(xì)管半徑的減小。彎曲關(guān)節(jié)出現(xiàn)過阻尼的特性。因此，可以通過選擇合適的柔性細(xì)管來獲得期望的動態(tài)特性。結(jié)束語柔順機(jī)構(gòu)是機(jī)構(gòu)學(xué)中一個(gè)新的研究領(lǐng)域，在過去的二十年中，柔順機(jī)構(gòu)得到了快速的發(fā)展，但是還存在著許多需要解決的問題。到目前為止所取得的成果大多集中在運(yùn)動學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化等方面，對其動力學(xué)特性和疲勞強(qiáng)度的分析還比較少，研究方法也不成熟。參考文獻(xiàn)白師賢.高等機(jī)構(gòu)學(xué)[M].上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,1988.李瑞琴，鄒慧君.可控機(jī)構(gòu)的分類與研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究.2002(4):18.⑶張春紅，林大全.探析我國仿真人體模型中的仿生技術(shù)[J].機(jī)械,2009(1):15-18.高峰.機(jī)構(gòu)學(xué)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢的思考[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2005,41(8):3-17.ScottML,HowellLL.Dynamicanalysisofcompliantmechanisms[C].In:Proceedingofthe1997ASMEDesignEngineeringTechnicalConferences,1997:14-17.ZheLi,roceedingofthe2002ASMEDesignEngineeringTechnicalConferences，2002:1-8.余躍慶.彈性連桿機(jī)構(gòu)參量振動頻率特性分析[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),1996,32(1):64-67.陳知泰,余躍慶,杜兆才等.柔順機(jī)構(gòu)的頻率特性分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究,2005,21(16):24-26.⑼王雯靜，余躍慶.基于有限元法的柔順機(jī)構(gòu)動力學(xué)分析[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2010,46(9):79-86．陳知泰，余躍慶，杜兆才.柔順機(jī)構(gòu)的傳力效益分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì),2007,24(1):26-27.丁希侖，劉穎.用李群李代數(shù)分析具有空間柔性變形桿件的機(jī)器人動力學(xué)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2007,43(12):184-189.劉德忠，費(fèi)仁元,StefenHessen.裝配自動化[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2003.XianminZhang,WenfengHou.Dynamicanalysisoftheprecisioncompliantmechanismsconsideringthermaleffect[J].PrecisionEngineering,2010,34(3):592-606．HowellLL,MidhaA.Aloop-closuretheoryfortheanalysisandsynthesisofcompliantmechanisms[J].JournalofMechanismsDesign-TransactionsoftheASME,1996,118(1):121-125.NishiwakiS,FreckerM.Topologyoptimizationofcompliantmechanismsusingthehomogenizationmethod[J].InternationalJournalforNumericalMethodsinEngineering,1998.HerI,ChangJC.Alinerschemeforthedisplacementanalysisofmicro-positioningstageswithflexurehinges[J].JournalofMechanismsDesign-TransactionsoftheASME,1994,116:770-776.MidhaA,GraphicalA.UserdrivenNewton-Raphsontechniqueintheanalysisanddesignofcompliantmechanisms[J].JournalofMechanismsDesign-TransactionsoftheASME,1990,112(3):123-130．HowellLL,MidhaA.Aloop-closuretheoryfortheanalysisandsynthesisofcompliantmechanisms[J].JournalofMechanismsDesign-TransactionsoftheASME,1996,118(3):121-125.AnanthasureshGK,KotaS,KikuchiN.Strategiesforsystematicsynthesisofcompliantmechanisms[J].JournalofDynamicSystemsandControlDivisionoftheASME,1994,55(2):677-686.張憲民.柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2009,45(1):180—187.李兆坤，張憲民.多輸入多輸出柔順機(jī)構(gòu)幾何非線性拓?fù)鋬?yōu)化[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2003,39(11):47-51.劉少芳,張憲民,陳永健.基于均勻化方法的柔順機(jī)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì),2004,20(6):31-33.陳永健.機(jī)電耦合及應(yīng)力約束的柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)[J].汕頭大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004,19(4):38-43.占金青，張憲民.基于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)法的柔順機(jī)構(gòu)可靠性拓?fù)鋬?yōu)化[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2010,46(13):42-47.張憲民,陳永健.考慮輸出耦合時(shí)柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)渑c壓電驅(qū)動單元的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2005,41(8):69-74.HenryPanganiban,GangwonJang,TaejinChung.ms[J].FiniteElementsinAnalysisandDesign,2010,46(3):238-246.RubioWM,NishiwakiS,SilvaECN.Designofcompliantmechanismso