江蘇鳳谷節(jié)能科技有限公司  柔性機構與精密工程

伴隨著微納米科技浪潮所引發(fā)的制造、信息、材料、生物、醫(yī)療和國防等眾多領域的革命性變化，使得柔性機構在微電子、光電子元器件的微制造和微操作、微機電系統(MEMS)、生物醫(yī)學工程等這些定位精度要求一般在亞微米級甚至納米級的領域中得到了廣泛應用。例如，基于傳統剛性鉸鏈結構的商用精密運動平臺所能達到的分辨率極限是50 nm、精度1 mm，很難突破這一瓶頸。而柔性定位平臺可以使同類產品的精度提高1～3個數量級。在精微領域，柔性機構可以設計作為精密運動定位平臺、超精密加工機床、精密傳動裝置、執(zhí)行器、傳感器等。表1給出了常用柔性精密運動平臺的類型及典型應用。

柔性機構在精密工程中的應用極其廣泛，具有不可估量的發(fā)展前景。同時，隨著應用逐步深化，設計要求不斷提高，對研究人員不斷提出新的挑戰(zhàn)。目前該領域的研究熱點主要體現在：① 新構型設計與綜合，特別是運動解耦設計;② 大行程(或大轉角)、高精度柔性設計;③ 高剛度、高頻響柔性設計;④ 超精密柔性系統集成等。

柔性機構與仿生機器人

在仿生機械及機器人領域，柔性機構也發(fā)揮著越來越重要的作用。各種新型柔性關節(jié)及驅動器的開發(fā)大大改善了仿生機械及仿生機器人的靈活性與機動性，如多足機器人、蛇形臂等。另外，由于尺度效應對微小型生物的影響起著支配作用，因此在微小型仿生機械的研究及研制過程中，也很難離開柔性的作用。目前柔性在微小型仿生機械的應用越來越多，如微小型飛行器、機器魚、仿生爬蟲、機器跳蚤、仿生壁虎等。

柔性機構已滲入仿生機械及仿生機器人的各個領域。從彈性材料到柔性軟體材料，從集中柔性到全柔性，從剛柔耦合到柔性軟體，從驅動&感測&執(zhí)行元件分立到三者的有機集成，同時借助3D打印技術、智能材料的迅猛發(fā)展，柔性仿生機器人變得越來越智能，也越來越逼近人類對仿生機器人的期望。有理由相信，隨著智能制造、機器人、智能材料、生物醫(yī)學、化學等領域日益的交叉與融合，柔性仿生機器人有著非常光明的應用前景。

柔性智能結構

近年來智能結構成為發(fā)達國家重視的新材料高技術體系。柔性機構中，能量先以應變能的形式儲存，然后釋放出來去執(zhí)行一些有用的任務。柔性機構的固有彈性使其更容易與其他非機械作用相結合，不需要附加彈簧來恢復機構到原始位置，在機構內部它也可以與傳感器有機融合。因此，柔性機構與智能結構的系統集成在航空航天、機器人和醫(yī)療外科領域具有重要的科學探索價值和巨大的應用潛能。如用柔性智能結構制作的一種“柔性機翼”，可在各種飛行速度下始終自動保持最佳翼型，大幅度提高了飛行效率，并可對出現的危險振動自行抑制;柔性智能結構用于潛艇，可抑制噪聲傳播;用于地面車輛可提高車輛的性能和乘坐舒適度。處于大同盆地地震帶上的山西應縣木塔，自1056年建成以來，經歷了多次自然災難的洗禮之后仍安然無恙。研究發(fā)現，這些結構大多采用了具有柔性的木質結構來吸收振動的能量

山西應縣木塔

有關柔性智能結構的研究總體處于起步階段，目前多集中在平面結構或者只能實現簡單的自適應功能結構。因此，柔性智能結構研究領域仍有大量可以挖潛的空間，譬如復雜自適應柔性結構設計理論與應用(如用于靈巧仿生手爪的設計)等。

幾種頗具應用前景的新型柔性機構

柔性機構研究的早期，利用能量儲存特性的柔性雙穩(wěn)態(tài)及多穩(wěn)態(tài)機構等因其特有的應用場合而得到了廣泛的研究。隨著研究的深入，越來越多的頗具應用前景的新型柔性機構被挖掘出來，如胞元式柔性機構、輔助接觸式柔性機構、平板折展機構、柔性靜平衡機構等。

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