[发明专利]一种全柔顺五杆机构的三稳态实现方法

权利要求书

1.一种全柔顺五杆机构的三稳态实现方法，其特征是：该全柔顺五杆机构的三稳态实现方法，至少包括：机架( 1 )、主动杆( 2 )、左连杆( 3 )、右连杆( 4 )、连架杆( 5 )，及左下柔性铰链( 12 )、左上柔性铰链( 23 )、上柔性铰链( 34 )、右上柔性铰链( 45 )和右下柔性铰链( 51 )；机架( 1 )和主动杆( 2 )以左下柔性铰链( 12 )连接，主动杆( 2 )和左连杆( 3 )以左上柔性铰链( 23 )连接，左连杆( 3 )和右连杆( 4 )以上柔性铰链( 34 )连接，右连杆( 4 )与连架杆( 5 )以右上柔性铰链( 45 )连接，连架杆( 5 )与机架( 1 )以右下柔性铰链( 51 )连接；主动杆( 2 )与连架杆( 5 )的杆长度相等，主动杆( 2 )与机架( 1 )之间的初始角度和连架杆( 5 )与机架( 1 )之间的初始角度之和为180°，左连杆( 3 )与右连杆( 4 )的杆长度相等，左连杆( 3 )与机架( 1 )之间的初始角度和右连杆( 4 )与机架( 1 )之间的初始角度之和为180°；当机架( 1 )、主动杆( 2 )和左连杆( 3 )的杆长度满足137～147:146:81或127:110～126:81或127:140:81～147，左下柔性铰链（12）、左上柔性铰链（23）、上柔性铰链（34）、右上柔性铰链（45）和右下柔性铰链（51）的平面内弯曲刚度比值为1:20:40:20:1，并且主动杆( 2 )与机架( 1 )之间的初始角度为93°、左连杆( 3 )与机架(1 )之间的初始角度为5.4°时，全柔顺五杆机构有三个稳定平衡位置；

在主动杆上施加逆时针方向的力矩时，主动杆向逆时针方向转动，左连杆、右连杆和连架杆随之转动，五个柔性铰链变形并储存弹性势能；五个柔性铰链中储存的弹性势能达到极大值，柔顺五杆机构处在一个不稳定平衡位置；主动杆继续向逆时针方向转动，弯曲刚度大的左上柔性铰链变形量减小并释放弹性势能，虽然柔性铰链仍有变形，但机构中存储的总弹性势能是局部极小值，全柔顺五杆机构到达第二稳定平衡位置；给主动杆上施加顺时针方向的转矩时，主动杆向顺时针方向转动，左连杆、右连杆和连架杆随之转动，五个柔性铰链变形并储存弹性势能，柔性铰链中储存的弹性势能达到极大值，柔顺五杆机构处在一个不稳定平衡位置；主动杆继续向顺时针方向转动，弯曲刚度大的右上柔性铰链释放弹性势能，虽然柔性铰链仍有变形，但机构中存储的总弹性势能是局部极小值，全柔顺五杆机构到达第三稳定平衡位置。

2.根据权利要求1所述的一种全柔顺五杆机构的三稳态实现方法， 其特征是：所述的机架( 1 )的长度是右下柔性铰链（51）的转动中心到左下柔性铰链（12）的转动中心的距离，主动杆（2）的杆长度是左下柔性铰链（12）的转动中心到左上柔性铰链（23）的转动中心的距离，左连杆（3）的杆长度是左上柔性铰链（23）的转动中心到上柔性铰链（34）的转动中心的距离，右连杆（4）的杆长度是上柔性铰链（34）的转动中心到右上柔性铰链（45）的转动中心的距离，连架杆（5）的杆长度是右上柔性铰链（45）的转动中心到右下柔性铰链（51）的转动中心的距离。

3.根据权利要求1所述的一种全柔顺五杆机构的三稳态实现方法，其特征是：所述的架杆( 5 )也可用做主动杆，此时主动杆（2）变为连架杆。

4.根据权利要求1所述的一种全柔顺五杆机构的三稳态实现方法，其特征是：所述的主动杆（2）角度为5°和258°时有两个弹性势能局部极小值，即机构除初始位置外有两个稳定平衡位置。

5.根据权利要求1所述的一种全柔顺五杆机构的三稳态实现方法，其特征是：所述的左下柔性铰链( 12 )和右下柔性铰链( 51 )在弯曲小于180°时，使柔顺五杆机构在运动过程中，第二和第三稳定平衡位置处不发生运动干涉，则可以实现三个稳定平衡位置。

6.根据权利要求1所述的一种全柔顺五杆机构的三稳态实现方法，其特征是：所述的主动杆（2）和左下柔性铰链（12）或主动杆（2）和左上柔性铰链（23），左连杆（3）和左上柔性铰链（23）或左连杆（3）和上柔性铰链（34），右连杆（4）和上柔性铰链（34）或右连杆（4）和右上柔性铰链（45），连架杆（5）和右上柔性铰链（45）或连架杆（5）和右下柔性铰链（51）分别可以合并设计为一根可弯曲的柔性杆。