机械原理（第2版）课件13.1-柔性机构的发展简史

子目录柔性机构的定义2柔性机构的应用3柔性机构的历史沿革1几种特殊的柔性机构4生物界中柔性的应用大自然的杰作：脊柱、蜜蜂翅膀、大象鼻子、盛开的花朵、蚊子、海带、心脏、鳗鱼和乌贼人类早期的柔性发明：弓箭、弓弩1.柔性机构的历史沿革1638年，伽利略在《关于两门新学科的谈话及数学证明》一书中总结了结构的材料力学性能，奠定了弹性力学的研究基础1678年，虎克提出了著名的弹性定律，为柔性机械应用奠定了理论基础1828年，柯西建立了各向同性和各向异性弹性力学的本构方程1864年，麦克斯韦最早利用材料的弹性变形来实现精密定位1965年，Paros等提出了圆弧缺口型柔性铰链，给出了其弹性变形表达式20世纪80年代，普渡大学Midha、Howell等提出了柔性机构的概念，开辟了柔性机构学这一新的机构学研究方向1.柔性机构的历史沿革不同于传统的弹性机构(flexiblemechanism)的概念，柔性机构(compliantmechanism)是一种靠构件元素具有的柔性来传递或转换运动、力或能量的一种机构。所提供的柔性是我们所希望的功效。柔性机构的定义柔性机构集中柔度柔性机构(LCCM),用柔性铰链代替了全部传统运动副。分布柔度柔性机构(DCCM),整个机构中并无任何铰链的存在,这种柔性相对均衡地分布在整个机构之中。vsLCCMDCCM2.柔性机构的定义

无间隙、无摩擦

高精度、高可靠性

制造和维护成本低

零件数大大减少

(单构件机构)

易于小型化

(MEMS)借助单元的弹性变形实现运动:优点独特的运动

无间隙、无摩擦、无回程差独特的力学特性

恒力、多稳态、储能等2.柔性机构的定义|优缺点柔性机构的主要应用领域机器人精密定位仿生航空航天空间观测的调姿机构微波天线的对准机构科学仪器天文望远镜自适应场调整机构光源同步加速器的光学调整MEMS微加工、微装配智能结构驱动器、传感器、执行器于靖军、陈贵敏、郝广波、毕树生，柔性机构设计及应用研究进展，机械工程学报,2015,

51(13):2-133.柔性机构的应用精密定位及微细操作机器人瑞士EPFL与AGIE公司合作研发的一种独立驱动型3自由度大行程并联柔性纳米定位平台已成功地用于微小型电火花加工机床中德国PI公司研发的一种单轴纳米定位平台3.柔性机构的应用用于细胞操作的微操作机器人3-RRPaR微定位平台精密定位及微细操作机器人3.柔性机构的应用用于光纤对接的微操作机器人3-RRR微定位平台+3-RPS微定位平台6自由度串并联微定位平台精密定位及微细操作机器人单根光纤及多根光纤的对接3.柔性机构的应用超精密加工

在对半导体进行光刻加工时，需要用到大行程纳米定位平台北航研制的大行程纳米定位平台MIT研制的高精度XY伺服定位台3.柔性机构的应用大多应用到极端环境(高精、高温、高压、高辐射、真空、超净等)中CSEM研发的Delta-Cube机构可用于卫星内光学系统的调整天文望远镜的姿态调整精密调整装置

用于同步加速器的扫描显微镜一种用于夹持四轴机床单点切削工具的柔性机构，大大简化了在亚微米级加工时调整刀具的过程3.柔性机构的应用MEMS热驱动装置MEMS

MEMS微力传感器MEMS多轴执行器DNA注射器微夹钳微加速度计3.柔性机构的应用仿生机器人有弹性，质量轻能量利用率高机器人的最高境界是接近仿生对象

MIT研制的猎豹机器人

北航研制的全柔性仿生机器鱼

MIT研制的仿生壁虎Festo气动机械手臂波士顿大狗Festo仿生蝴蝶3.柔性机构的应用医疗康复器械一种自适应的微创外科手术装置美国BYU研发的一种柔性人工膝关节传统手术未来手术椎间盘替代手术3.柔性机构的应用智能结构(航空航天及民用）下一代火星探测器安全(高速爆胎)

耐用无须换季充放气对外气压不敏感优点Tweel轮胎3.柔性机构的应用工业产品、日常生活牙膏盖指甲刀膨胀螺栓网线接头3.柔性机构的应用直线导引机构稳态机构双稳态多稳态平板折展机构静平衡装置4.几种特殊的柔性机构减小偏转增大行程增大行程直线导引机构Roberts柔性直线导向机构4.几种特殊的柔性机构稳态机构双稳态机构西电研制的多稳态机构（模型）4.几种特殊的柔性机构平板折展机构双稳态开关微操作手

采用了正交平面变胞机构的技术。借助冗余构件结构的系统，它可以从初始加工平面翻升出来4.几种特殊的