[发明专利]一种高承载桁架式高柔性机构

说明书

一种高承载桁架式高柔性机构，它涉及一种柔性机构。本发明为解决现有柔性机构不适应于复杂灵活变形，变形幅度有限的问题。本发明包括多个桁架单元、多个铰链、多个滑块、多个作动机构和多个柔性杆，多个桁架单元通过铰链首尾依次连接为一个整体，铰链上固接有滑块，作动机构与滑块固接，滑块套装在柔性杆上，滑块在作动机构的驱动下沿柔性杆移动。本发明用于可变形装备。

技术领域

本发明涉及一种柔性机构，具体涉及一种高承载桁架式高柔性机构。

背景技术

机械设备往往需要通过外形的可控变化来实现功能，如铰接机械臂、滑轨、活塞等传统机构往往采用通过运动副连接的刚性部件实现变形并承载外力，具有机构简洁、运动机理简单的特点，但其变形幅度往往受到刚性部件的限制，且变形过程中机构各点的位置往往具有简单的线性耦合而不易形成复杂可控的外形。

近年来随着装备的发展，大幅度变形以及复杂外形的控制时而成为机构设计的关键目标，如柔性机器人、大尺寸空间展开机构、变体飞行器等。现有的柔性机构方案可分为两大类，一类是以拓扑优化方式采用计算机自动生成的柔性结构，其特点是采用专用程序自动进行设计，以同时实现所需的承载能力、结构对变形的抗力以及对形状的要求，但受限于程序的设计，该类柔性机构往往具有单个自由度而只能在设计载荷下进行预先设定的变形，因此不适合于需要复杂灵活变形的情况。另一类是以周期性柔性网格结构为基础的柔性机构。如负泊松比蜂窝结构具有较高的切变刚度，而在正应力下呈现出柔性，因此能够在一定程度上兼顾承载性能和变形能力，但其对变形的抗力往往较高因而提高了对作动装置的要求。又如基于六自由度平台的可变形结构单元通过串联可实现复杂的变形，但其受到传统结构以及传统作动方式的限制，因而变形幅度有限、结构质量大。

发明内容

本发明为了解决现有柔性机构不适应于复杂灵活变形，变形幅度有限的问题，进而提出一种高承载桁架式高柔性机构。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种高承载桁架式高柔性机构包括多个桁架单元、多个铰链、多个滑块、多个作动机构和多个柔性杆，多个桁架单元通过铰链首尾依次连接为一个整体，铰链上固接有滑块，作动机构与滑块固接，滑块套装在柔性杆上，滑块在作动机构的驱动下沿柔性杆移动。

本发明与现有技术相比包含的有益效果是：

本发明提供了一种设计简洁、通用性强，并允许大幅度灵活变形的新式柔性机构，能在柔性机器人等新型可变形装备中获得广泛的应用。

本发明中由于在承载过程中桁架结构内各结构单元主要受拉、压应力而不受弯矩，因此基于桁架结构的柔性机构能够实现高效的承载，有利于实现结构的高比强度和高比刚度。基于相同的原因，桁架结构内的结构单元不需要具备很高的弯曲刚度，因而在改变机构弯度时对变形的抗力小，有利于降低对作动装置作动力和功率的要求，并能防止往复变形时材料的疲劳。此外，所述柔性杆本身结构简单，自重可减少60％以上，且在充当结构单元的同时驱动变形，与气缸等传统作动装置相比具有质量轻、作动幅度不受限制的特点。本发明提出的技术方案结构简洁，通用性强，且具有承载能力强、结构质量轻、变形灵活、变形幅度大的特点。为新一代可展开机构和智能变体结构的实现提供了技术方案，有在柔性机器人等新型可变形装备中获得广泛应用的潜力。

附图说明

图1是实施例一所述的高载荷柔性桁架机构的示意图；

图2是实施例一所述的高载荷柔性桁架机构的侧视图；

图3是实施例一所述的高载荷柔性桁架机构变形后的侧视图；

图4是实施例二所述的高载荷柔性桁架机构的示意图；

图5是实施例三所述的高载荷柔性桁架机构的示意图。

图中：桁架单元1，铰链2，滑块3，作动机构4，柔性杆5。