Соответствующий механизм

В области машиностроения - соответствующий механизм это гибкий механизм , который достигает силы и передачи движения посредством упругости тела деформации . Он получает часть или все свое движение от относительной гибкости своих членов, а не от суставов жесткого тела . Это могут быть монолитные (одножильные) или без совместных структур. Некоторые общие устройства, которые используют соответствующие механизмы, - это защелки для рюкзаков и бумажные зажимы. Одним из старейших примеров использования соответствующих структур является лук и стрела . ^{[ 1 ]} Соответствующие механизмы, изготовленные в плоскости, в которых появляется движение из указанной плоскости, известны как возникающие механизмы или LEMS.

Методы проектирования

Проектирование механизма по -прежнему остается активной областью исследований в середине 2020 -х годов. ^{[ 2 ]} Много методов было разработано для конструкции механизма, в целом, в двух категориях: ^{[ 3 ]}

Кинематика подходит

Кинематический синтез рассматривает соответствующие механизмы как дискретные комбинации жестких и совместимых элементов.

Псевдо-жесткая модель тела

Самый ранний кинематический подход опирается на псевдо- жесткого тела . модель механизма ^{[ 1 ]} В этой модели гибкие сегменты смоделированы как жесткие связи , соединенные с революционными соединениями с крутящими пружинами . Другие структуры могут быть смоделированы как комбинация жестких связей, пружин и демпфер . ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

Основанный на ограничениях дизайн

В топологии свободы и ограничений (факт) и синтеза на основе винтовой теории основные совместимые элементы сначала определяются и анализируются по их степеням ограничения, прежде чем использовать для построения сложных соответствующих механизмов.

Подход к структурной оптимизации

Эти подходы рассматривают всю структуру механизма как одно соответствующее тело. Вычислительные методы используются для оптимизации топологии структуры. Ожидаемая нагрузка и желаемая передача движения и силы вводятся, а система оптимизирована для веса, точности и минимальных напряжений . Более продвинутые методы сначала оптимизируют базовую конфигурацию сцепления, а затем оптимизируют топологию вокруг этой конфигурации. ^{[ Цитация необходима ]} Другие методы оптимизации фокусируют топологию оптимизацию сгибания сгибания, принимая в качестве входного механизма и заменяя все жесткие суставы оптимизированными соединениями изгиба. ^{[ 4 ]} Чтобы предсказать поведение структуры, анализ стресса конечного элемента проводится для поиска деформации и напряжений по всей структуре.

Преимущества

Соответствующие структуры часто создаются как альтернатива аналогичным механизмам, которые используют несколько частей. Есть два основных преимущества для использования соответствующих механизмов:

Низкая стоимость: совместимый механизм обычно может быть изготовлен в одну структуру, которая является драматическим упрощением в количестве необходимых частей. ^{[ Цитация необходима ]} Структура, совместимая с одним предметом, может быть изготовлена с помощью литья под давлением, экструзии и 3D-печати, среди других методов. Это делает производство относительно дешевым и доступным. ^{[ 1 ]}
Лучшая эффективность: соответствующие механизмы не страдают от некоторых проблем, которые влияют на мультиодированные механизмы, такие как обратная реакция или износ поверхности. Из -за использования гибких элементов, совместимые механизмы могут легко хранить энергию, которая будет выпущена в более позднее время или превращается в другие формы энергии. ^{[ 1 ]}

Недостатки

Полный диапазон механизма зависит от материала и геометрии структуры; Из -за характера сгибающих суставов ни один чисто совместимый механизм не может достигать непрерывного движения, такого как обнаруженное в нормальном суставе. Кроме того, силы, применяемые механизмом, ограничены нагрузками, которые структурные элементы могут выдержать без сбоя. Из -за формы сгибающих суставов они, как правило, являются местоположением концентрации напряжения. Это, в сочетании с тем фактом, что механизмы имеют тенденцию выполнять циклическое или периодическое движение, могут вызвать усталость и возможное отказ от структуры. Кроме того, поскольку некоторая или вся входная энергия хранится в структуре в течение некоторого времени, не вся эта энергия выпускается по желанию. Однако это может быть желательным свойством для добавления демпфирования в систему. ^{[ 1 ]}

Приложения

Некоторые из самых старых использования совместимых структур датируются несколько тысячелетий. Одним из самых старых примеров является лук и стрела. Некоторые конструкции катапультов также использовали гибкость руки для хранения и выпуска энергии для запуска больших расстояний снаряда. ^{[ 1 ]} Соответствующие механизмы используются в различных областях, таких как адаптивные структуры и биомедицинские устройства. Соответствующие механизмы могут быть использованы для создания самоадаптивных механизмов , обычно используемых для захвата робототехники. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]} Поскольку роботы требуют высокой точности и имеют ограниченный диапазон, были проведены обширные исследования в соответствии с соответствующими механизмами робота. Микроэлектромеханические системы являются одним из основных применений соответствующих механизмов. Эти системы извлекают выгоду из отсутствия необходимой сборки и простой плоской формы структуры, которую можно легко изготовить с помощью фотолитографии . ^{[ 7 ]}

Гибкий привод или устойчивый привод , часто используемый для соединения электродвигателя . на машину (например, насос ), является одним из примеров Привод состоит из резинового «паука», зажатого между двумя металлическими собаками . Одна собака прикреплена к валу двигателя , а другую - на насос. Гибкость резиновой части компенсирует любое небольшое смещение между двигателем и насосом. Смотрите тряпичный сустав и Джубо . ^{[ Цитация необходима ]}

Галерея изображений

Лазерный сварочный робот позиционирует заготовки с помощью соответствующего механизма между таблицей и приспособлением
Соответствующий механизм радужной оболочки - закрыто
Соответствующий механизм радужной оболочки - открытый
Соответствующий клип
Бистабельный механизм коммутатора

Смотрите также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон Хауэлл, Ларри (2013). Хауэлл, Ларри Л; Magleby, Spencer P; Олсен, Брайан М (ред.). Справочник по соответствующим механизмам . Чичестер, Западный Суссекс, Великобритания. п. 300. DOI : 10.1002/9781118516485 . ISBN 9781119953456 . {{cite book}}: CS1 Maint: местоположение отсутствует издатель ( ссылка )
^ Ли, Ченглин; Чен, Ши-Чи (1 мая 2023 г.). «Проектирование соответствующих механизмов, основанных на совместимых элементах строительства. Часть I: принципы». Прецизионная инженерия . 81 : 207–220. doi : 10.1016/j.precisioneng.2023.01.006 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Albanesi, Alejandro E.; Фахнотти, Виктор Д.; Пушета, Мартин А. (ноябрь 2010 г.). механизмы Соответствующие Механическая вычислительная 29 : 59–72.
^ Jump up to: ^а ^{беременный} Мегаро, Витторио; Зендер, Джонас; Bächer, Moritz; Coros, Stelian; Гросс, Маркус; Томазевский, Бернхард (2017). «Инструмент вычислительного проектирования для соответствующих механизмов». ACM транзакции на графике . 36 (4): 1–12. doi : 10.1145/3072959.3073636 . S2CID 3361104 .
^ Дория, Марио; Birglen, Lionel (2009-03-17). «Проектирование недооцененного совместимого захвата для хирургии с использованием нитинола» (PDF) . Журнал медицинских устройств . 3 (1): 011007–011007–7. doi : 10.1115/1.3089249 . ISSN 1932-6181 .
^ Хартиш, Ричард Матиас; Ханингер, Кевин (2023-01-20). «Соответствующий финрей-эффект захватчик для высокоскоростной роботизированной сборки электрических компонентов». Arxiv : 2301.08431 [ Cs.ro ].
^ Хауэлл, Ларри Л. (2001). Соответствующие механизмы (1 -е изд.). США: Джон Уайли и сыновья. С. 15–18. ISBN 047138478x .

Внешние ссылки

Почему машины, которые сгибаются лучше - на YouTube видео от Veritasium
[1] - Видео на YouTube - инструмент вычислительного проектирования для совместимых механизмов от Disney Research Hub
[2] - Исследование механизмов, соответствующих соответствию BYU
Совместимый Finray Gripper для высокоскоростной роботизированной электрической заглушки - на YouTube видео

[:2-1] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} ^и ^фон Хауэлл, Ларри (2013). Хауэлл, Ларри Л; Magleby, Spencer P; Олсен, Брайан М (ред.). Справочник по соответствующим механизмам . Чичестер, Западный Суссекс, Великобритания. п. 300. DOI : 10.1002/9781118516485 . ISBN 9781119953456 . {{cite book}}: CS1 Maint: местоположение отсутствует издатель ( ссылка )

[2] Ли, Ченглин; Чен, Ши-Чи (1 мая 2023 г.). «Проектирование соответствующих механизмов, основанных на совместимых элементах строительства. Часть I: принципы». Прецизионная инженерия . 81 : 207–220. doi : 10.1016/j.precisioneng.2023.01.006 .

[review-3] Jump up to: ^а ^{беременный} Albanesi, Alejandro E.; Фахнотти, Виктор Д.; Пушета, Мартин А. (ноябрь 2010 г.). механизмы Соответствующие Механическая вычислительная 29 : 59–72.

[:3-4] Jump up to: ^а ^{беременный} Мегаро, Витторио; Зендер, Джонас; Bächer, Moritz; Coros, Stelian; Гросс, Маркус; Томазевский, Бернхард (2017). «Инструмент вычислительного проектирования для соответствующих механизмов». ACM транзакции на графике . 36 (4): 1–12. doi : 10.1145/3072959.3073636 . S2CID 3361104 .

[5] Дория, Марио; Birglen, Lionel (2009-03-17). «Проектирование недооцененного совместимого захвата для хирургии с использованием нитинола» (PDF) . Журнал медицинских устройств . 3 (1): 011007–011007–7. doi : 10.1115/1.3089249 . ISSN 1932-6181 .

[6] Хартиш, Ричард Матиас; Ханингер, Кевин (2023-01-20). «Соответствующий финрей-эффект захватчик для высокоскоростной роботизированной сборки электрических компонентов». Arxiv : 2301.08431 [ Cs.ro ].

[7] Хауэлл, Ларри Л. (2001). Соответствующие механизмы (1 -е изд.). США: Джон Уайли и сыновья. С. 15–18. ISBN 047138478x .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]