A novel bridge-type compliant displacement amplification mechanism under compound loads based on the topology optimisation of flexure hinge and its application in micro-force sensing

铰链 结构工程 顺应机制 工程类 流离失所(心理学) 机制(生物学) 拓扑(电路) 参数统计 有限元法 物理 数学 心理学 量子力学 统计 电气工程 心理治疗师
作者
Weilin Chen,Shidi Kang,Qinghua Lu,Qinghua Zhang,Huiling Wei,Yunzhi Zhang,Zeqin Lin,Lufeng Luo
出处
期刊:Smart Materials and Structures [IOP Publishing]
卷期号:33 (1): 015020-015020 被引量:3
标识
DOI:10.1088/1361-665x/ad1316
摘要

Abstract The design and modelling of bridge-type compliant displacement amplification mechanisms (CDAMs) are key components in precision engineering. In this study, a bridge-type CDAM under compound loads with an optimum flexure hinge configuration is designed, analysed, and tested. For the case when the flexure hinge configuration is unknown, the internal force distribution for a bridge-type CDAM under compound loads is analysed, and the topology of the flexure hinge is optimised. By applying different volume constraints, the optimised flexure hinge configurations are all V-shaped. Subsequently, a static model of the V-shaped flexure hinge is established. For a bridge-type CDAM with V-shaped flexure hinges, the compliance matrix of the flexure hinge is combined with the relationship among the local compliance matrices in a serial mechanism; consequently, the analytical relationship between the output displacement, output force, and input force is derived. The CDAM is parametrically optimised to further improve the output performance. Simulations and experiments verify the topology optimisation result, static model, and parametric optimisation result. Finally, the CDAM and its static model are applied to the tensile manipulation and micro-force sensing in a microfiber tensile test.
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