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

_____________________GivenbyLeslieLu,2013–6-1柔性機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)

與介紹柔性機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)介紹【柔性機(jī)構(gòu)】（1頁）【柔性機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)】（2頁）【柔性機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)】（15頁）柔性機(jī)構(gòu)概論的簡單回顧柔性機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)的介紹柔性機(jī)構(gòu)的部分關(guān)鍵技術(shù)的介紹柔性機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)介紹1簡要回顧定義：利用材料的變形來傳遞力或運(yùn)動(dòng)起源與理論基礎(chǔ)優(yōu)缺點(diǎn)：免裝配…軸漂…柔性鉸鏈：形式、分類、性能指標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域：機(jī)器人、MEMS等關(guān)鍵技術(shù)：設(shè)計(jì)、加工、驅(qū)動(dòng)等典型實(shí)例：蝴蝶鉸鏈、Robots等柔性機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)介紹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，同時(shí)也減少了機(jī)構(gòu)中的間隙、摩擦、磨損、潤滑等問題，提高了機(jī)構(gòu)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2.軸漂與寄生誤差3.剛度較差4.長時(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)力松弛現(xiàn)象5.能量存儲(chǔ)3關(guān)鍵技術(shù)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)研制的三大難題：柔性機(jī)構(gòu)的部分關(guān)鍵技術(shù)：【1】通過選擇材料來增大柔性機(jī)構(gòu)的行程3關(guān)鍵技術(shù)矩形梁自由端在力F作用下的變形：最大應(yīng)力：由此可以求出當(dāng)達(dá)到材料的彈性極限時(shí)自由端的最大受力F：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和材料參數(shù)有關(guān)。柔性機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)介紹3關(guān)鍵技術(shù)【1】通過選擇材料來增大柔性機(jī)構(gòu)的行程隨之出現(xiàn)的問題：1.定位精度的降低2.自然頻率和穩(wěn)定性

的下降3.幾何非線性柔性機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)介紹3關(guān)鍵技術(shù)【2】通過選擇材料來增大柔性機(jī)構(gòu)的剛度通過合理選擇材質(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內(nèi)。柔性機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)介紹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)柔性機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)介紹3關(guān)鍵技術(shù)其他驅(qū)動(dòng)器：柔性機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)介紹TIPS：3個(gè)原則：1.高精度原則：欲保證運(yùn)動(dòng)輸出端的高精度，除了選擇類似高精度驅(qū)動(dòng)器外，運(yùn)放機(jī)構(gòu)也需要有高精度作保證；2.功效損耗最小原則：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，這種功率損耗應(yīng)該越小越好；3.運(yùn)放倍數(shù)決定運(yùn)放機(jī)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原則：一般情況下，結(jié)構(gòu)越簡單，性能越穩(wěn)定，但是放大倍數(shù)也越小。3關(guān)鍵技術(shù)柔性機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)介紹簡單的并聯(lián)機(jī)構(gòu)：并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)3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柔性機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)介紹【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。(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,而非變形方向的剛度盡可能大。(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度l和鉸鏈細(xì)頸處的厚度t有關(guān),但加工工藝限制了t的最小厚度。(4)開發(fā)新型柔性鉸鏈盡管柔性鉸鏈優(yōu)點(diǎn)很多,同時(shí)也存在著一些弱點(diǎn),如有限的運(yùn)動(dòng)范圍、非固定的轉(zhuǎn)動(dòng)中心等,開發(fā)新型柔性鉸鏈?zhǔn)且粭l解決途徑。3關(guān)鍵技術(shù)柔性機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)介紹【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)稱性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),有些機(jī)型也可因分支間的位姿關(guān)系不同而衍生出若干種機(jī)型來。3關(guān)鍵技術(shù)柔性機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)介紹機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般流程(1)從設(shè)計(jì)的要求或指標(biāo)出發(fā)，首先完成機(jī)構(gòu)的構(gòu)型綜合及優(yōu)選，以確定合適的結(jié)構(gòu)型式；(2)通過機(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，(3)還要進(jìn)行動(dòng)力學(xué)參數(shù)的綜合與優(yōu)選，最終以完成新機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).3關(guān)鍵技術(shù)柔性機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)介紹【剛度分析】3關(guān)鍵技術(shù)柔性機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)介紹電火花加工法（WEDM）：利用工件和工具電極之間的脈沖性火花放電,產(chǎn)生瞬時(shí)高溫使工件材料局部熔化和汽化,從而達(dá)到蝕除加工的目的。電火花加工由于其非機(jī)械接觸加工的特點(diǎn),很適合MEMS制造的要求。LIGA:LIGA是德文Lithographie，Galanoformung和Abformung三個(gè)詞，即光刻、電鑄和注塑的縮寫.是一種基于X射線光刻技術(shù)的MEMS加工技術(shù).與其它微細(xì)加工方法相比，LIGA技術(shù)具有如下特點(diǎn)：(1)可制造較大高寬比的結(jié)構(gòu)；(2)取材廣泛，可以是金屬、陶瓷、聚合物、玻璃等；(3)可制作任意截面形狀圖形結(jié)構(gòu)，加工精度高；(4)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)較低等。被視為微納米制造技術(shù)中最有生命力、最有前途的加工技術(shù)。3關(guān)鍵技術(shù)柔性機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)介紹3關(guān)鍵技術(shù)其他加工方法：柔性機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)介紹3關(guān)鍵技術(shù)柔性機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)介紹【1】材料【2】驅(qū)動(dòng)【3】運(yùn)放機(jī)構(gòu)【4】并聯(lián)機(jī)構(gòu)【1】性能提高：無間隙，無摩擦，可一體化裝配，減輕重量【2】成本降低：節(jié)省裝配時(shí)間，無需潤滑【5】設(shè)計(jì)