机械工程学报

作者：刘世伟, 李龙, 吕胜男, 丁希仑

单位：1. 北京航空航天大学机械工程及自动化学院 北京 100191;2. 哈尔滨工业大学机器人技术与系统全国重点实验室 哈尔滨 150001

关键词：面对称Bricard机构,机构分岔,准静态模型,参数分析,非线性刚度,恒零刚度；

基金：国家自然科学基金(52405004, 52222501, 52192632)、中国博士后科学基金(BX20230455, 2024M754052)、机器人技术与系统全国重点实验室开放基金(SKLRS-2024-KF-07)和中央高校基本科研业务费专项资金(JKF-20240324)资助项目。

空间过约束机构具有驱动输入少、刚度高、折展比大等独特优势，在航空航天、机器人领域具有广泛的应用前景。近年来，结合弹性/柔性结构发掘空间过约束机构的力学特性成为研究热点。鉴于此，基于矩形面对称Bricard单元，提出一种含分布式弹性元件的对称双锥台型空间过约束机构(简称对称双锥台Bricard弹性机构)，并探讨其准静态力学输出行为。以矩形面对称Bricard机构为骨架单元，在铰点之间放置弹性元件，完成对称双锥台Bricard弹性机构的结构设计，并结合单元分岔特性和组装形式对其分岔构型进行了详细分析。建立了对称双锥台Bricard弹性机构的准静态力学输出模型，结合分岔构型分析了整体力学输出特性。研究结果表明，所设计的对称双锥台Bricard弹性机构具有灵活的参数调节能力和丰富的非线性刚度输出特性，改变分岔路径可以实现正刚度、负刚度、准零刚度、零力值、分段力值等输出特性切换。当各弹性元件刚度相等时，对称双锥台Bricard弹性机构具有线性负刚度特性，并联正刚度元件后能实现全运动行程上的恒零刚度输出，极大扩展了零刚度范围，在超低频隔振、人机交互等领域展现出巨大的性能优势。

来源：2025年第21期

《机械工程学报》期刊编辑部

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