CN101335137B - 一种平面柔性三稳态机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关、阀门、继电器等领域的柔性多稳态机构，特别是一种平面柔性三稳态机构，其特征是：至少包括框架(1)，在框架(1)上连接有能够提供与滑块运动方向垂直的运动的双稳态机构(2)，连接杆(5)一端与双稳态机构(2)连接，另一端与滑块(8)连接；滑块(8)可以在滑轨(3)内自由滑动；滑块(8)在导轨内从导轨中间位置向左侧或右侧运动时，连接杆(5)拉动双稳态机构(2)运动，在经过一个非稳态平衡位置后跳跃到第二个稳态位置，此位置是机构中存储的弹性势能的一个局部极小值点构成稳态位置，滑块(8)可以稳定地停留在左侧或右侧的稳态位置上。它零件数目少、结构简单、装配简易、造价低廉、结构对称。

Description

一种平面柔性三稳态机构

技术领域

本发明涉及一种开关、阀门、继电器等领域的柔性多稳态机构，特别是一种平面柔性三稳态机构。

背景技术

美国专利(专利号6215081B1、7126446B2和7075209B2)公开了只有“开”和“关”两种状态的柔性机构，实现两种状态的控制与转换。在很多应用场合，需要用一个机构实现更多稳定状态，如实现三个稳定状态的控制与切换，这方面的例子如三通阀、两路光开关等。显而易见，上述公开的柔性机构是不适合所提出的这种应用。

为此，在2007年，Pendleton和Jensen在IFToMM会议上发表了基于对称Grashof四杆机构的“旋转式”三稳态柔性机构的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、工艺性好的“直线式”平面柔性三稳态机构。

本发明的目的是这样实现的，一种平面柔性三稳态机构，其特征是：至少包括框架，在框架上连接有能够提供与滑块的运动方向垂直的运动的双稳态机构，在双稳态机构中间有连接块，所述连接块与连接杆通过上轴连接；所述连接杆的下端通过下轴连接有所述滑块；所述滑块活动连接在框架下端的滑轨内；所述滑块在所述滑轨内从所述滑轨的中间位置，即第一个稳态平衡位置，向左侧或右侧运动时，连接杆拉动双稳态机构运动，在经过一个非稳态平衡位置后分别跳跃到第二个稳态平衡位置或第三个稳态平衡位置，所述第二个和第三个稳态平衡位置分别是所述双稳态机构中存储的弹性势能的一个局部极小值点构成的稳态位置，所述滑块可以稳定地停留在左侧或右侧的稳态位置上；所述双稳态机构是双稳态柔性机构。

所述的连接杆的有效长度等于在所述第一稳态平衡位置时，所述上轴到所述滑轨之间的垂直距离。

所述的框架起支撑固定作用。

所述的滑轨用于限制所述滑块的运动。

所述的双稳态机构是双稳态柔性机构。

所述的框架与滑轨固定为一体。

本发明的有益效果是：当移动机构中的滑块沿导轨从第一个稳态平衡位置(导轨中间位置)向左侧运动，滑块将牵引双稳态机构向第二稳态平衡位置运动，在双稳态机构经过一个非稳态平衡位置后该双稳态机构将释放弹性势能并输出力推动滑块继续移向左侧，直到双稳态机构跳跃到第二个稳态位置(此位置是机构中存储的弹性势能的一个局部极小值点，无需外力机构就可以保持在此稳定位置)，滑块到达左侧的稳定平衡位置；同理，如果从第一个稳定平衡位置向右移动滑块，机构将跳跃到右侧的稳态平衡位置。

由于这种机构有三个稳定平衡位置，且这三个位置在一条直线上，可用于多路开关、多路阀门以及双向加速度传感器等的设计，可被用于开关、阀门、继电器等产品中。且具有零件数目少、结构简单、装配简易、造价低廉、结构对称等特点。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明做进一步说明。

图1是本发明实施1结构示意图；

图2是图1中滑块向左侧运动的稳定平衡状态；

图3是图1中滑块向右侧运动的稳定平衡状态；

图4是本发明实施2结构示意图。

图中：1、框架；2、双稳态机构；3、滑轨；4、连接块；5、连接杆；6、上轴；7、下轴；8、滑块。

具体实施方式

图1是在初始装配好的情况下的一种稳定平衡状态；在框架1横向连接有双稳态机构2(该双稳态机构可提供向下的运动)，在双稳态机构2中间有连接块4，连接块4与连接杆5通过上轴6连接。连接杆5的下端通过下轴7连接有滑块8；滑块8活动连接在框架1下端的滑轨3内。

实施1中的双稳态机构2由于已在美国专利中公开，因此本发明对此不做过多描述。

滑块8的运动方向与双稳态机构2的运动方向相互垂直，滑块8依靠双稳态机构2中存储的弹性势能实现在三个独立位置上的稳定平衡。框架1起支撑固定作用，滑轨3用于限制滑块的运动。框架1与滑轨3可以固定为一体，也可以分开。它们也可以是某种能起到固定和限制运动作用的其它结构形式。

实施例1的工作状态可结合图1、图2和图3一起说明。

当滑块8沿滑轨3从第一个稳态平衡位置(导轨3的中间位置)向左侧运动，滑块8将在经过一个非稳态平衡位置后跳跃到第二个稳态位置(见图2，此位置是机构中存储的弹性势能的一个局部极小值点)，无需施加外力机构就可以保持在此稳定位置；如果从第一个稳定平衡位置向右侧移动滑块8，机构将跳跃到另一个稳态平衡位置(图3)。

图4是另一种实施例结构，它的线性双稳态柔性机构2采用了一种美国专利其专利号为7126446B2公开的双稳态柔性机构。双稳态柔性机构通过上轴6与连接杆5上端轴连接；连接杆5下端与滑块8中间的下轴7轴连接；滑块8活动连接在框架1下端的滑轨3内；框架1与滑轨3可以分开固定。

虽与实施例1结构不同，但同样可以实现类似图1、图2和图3的三种状态。

从上述的两种实施例可以清楚的知道双稳态机构2是变形能存储的器件，借助其变形能存储滑块可以实现在三个独立的位置上的稳定平衡。

本发明一种应用是用在一种新式的滑盖手机中，这种手机在“合上”状态下其显示屏既可以“向上滑”也可以“向下滑”。将显示屏向上滑开后露出键盘可以完成打电话、发短信等功能；将显示屏向下滑开后露出摄像头可以拍照。

Claims (5)

1.一种平面柔性三稳态机构，其特征是：至少包括框架(1)，在框架(1)上连接有能够提供与滑块(8)的运动方向垂直的运动的双稳态机构(2)，在双稳态机构(2)中间有连接块(4)，所述连接块(4)与连接杆(5)通过上轴(6)连接；所述连接杆(5)的下端通过下轴(7)连接有所述滑块(8)；所述滑块(8)活动连接在框架(1)下端的滑轨(3)内；所述滑块(8)在所述滑轨(3)内从所述滑轨(3)的中间位置，即第一个稳态平衡位置，向左侧或右侧运动时，连接杆(5)拉动双稳态机构(2)运动，在经过一个非稳态平衡位置后分别跳跃到第二个稳态平衡位置或第三个稳态平衡位置，所述第二个和第三个稳态平衡位置分别是所述双稳态机构中存储的弹性势能的一个局部极小值点构成的稳态位置，所述滑块(8)可以稳定地停留在左侧或右侧的稳态位置上；所述双稳态机构(2)是双稳态柔性机构。

2.根据权利要求1所述的一种平面柔性三稳态机构，其特征是：所述的连接杆(5)的有效长度等于在所述第一稳态平衡位置时，所述上轴(6)到所述滑轨(3)之间的垂直距离。

3.根据权利要求1所述的一种平面柔性三稳态机构，其特征是：所述的框架(1)起支撑固定作用。

4.根据权利要求1所述的一种平面柔性三稳态机构，其特征是：所述的滑轨(3)用于限制所述滑块(8)的运动。

5.根据权利要求1所述的一种平面柔性三稳态机构，其特征是：所述的框架(1)与滑轨(3)固定为一体。

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