【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及柔性机构，尤其涉及一种空间分布式多稳态柔性机构及其稳态构建方法。
技术介绍
1、柔性机构（也可称柔顺机构），是一种采用柔性元件的新型免装配的机构，用于传递运动、力或能量，如狩猎用的弯弓、指甲刀、镊子等。
2、多稳态柔性机构是一类特殊的柔性机构，可以在一定运动范围内稳定在多个平衡位置，并且保持稳态，不需要额外的能量消耗。多稳态柔性机构常被用于机械系统中以充当开关、阀门等零部件，其具有零件数目少、装配时间短和制造过程精简的优点，能够大幅降低成本。除了在机械结构领域得以应用外，近些年也在智能机器人、能量收集、微机电系统等领域展现出了巨大的应用前景。
3、当前，多稳态柔性机构的设计往往以最简单的双稳态柔性机构为基本结构单元，通过相互耦合连接的方式实现多稳态柔性机构。这种基于传统耦合方式设计的多稳态柔性机构往往存在稳态数量有限的缺点，此外，传统耦合方式设计的多稳态柔性机构的稳态之间的组织关系往往是线性的，即稳态之间转化的路径是固定的，如图2所示，难以通过这种结构设计方式实现较多数量的稳态以及更丰富灵活的多稳态组织关系，限制了其应用价值。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种空间分布式多稳态柔性机构，用以解决现有技术中柔性机构的稳态数量有限、稳态组织关系单一的不足，实现更多数量的稳态以及多个稳态之间分布式的组织关系形式，从而开阔多稳态柔性机构的应用空间。
2、本专利技术提供一种空间分布式多稳态柔性机构，其特征在于，包括：柔性梁组、正多面体外框架
3、所述正多面体外框架为刚性结构；
4、所述中心体位于所述正多面体外框架的中心；
5、所述柔性梁组包括多条柔性梁；各条柔性梁的远中心端分别连接至所述正多面体外框架的各个内顶点，各条柔性梁的近中心端连接至所述中心体；
6、所述空间分布式多稳态柔性机构的各个稳态是在各条柔性梁的远中心端施加相等轴向位移预载荷致各条柔性梁发生屈曲时，所述中心体在所有柔性梁的相互作用下，发生扭转后达到的稳定姿态。
7、根据本专利技术提供的空间分布式多稳态柔性机构，所述柔性梁具有圆形截面，在各个弯曲方向上是各向同性的；所述柔性梁组中的各条柔性梁的几何参数相同；所述几何参数包括柔性梁的横截面的直径、柔性梁的长度以及在柔性梁的远中心端施加的轴向位移预载荷的大小。
8、根据本专利技术提供的空间分布式多稳态柔性机构，所述中心体在扭转时的扭转方向为绕着所述正多面体外框架的一个面的法线正方向；其中，所述法线正方向为以中心作为原点，垂直于面并指向外的方向；所述中心体的扭转角度与施加在柔性梁上的轴向位移预载荷的大小正相关。
9、根据本专利技术提供的空间分布式多稳态柔性机构，所述空间分布式多稳态柔性机构的稳态与所述正多面体外框架的面是一一对应的；所述中心体可以由当前稳态向当前对应面的任一相邻面所对应的稳态转化。
10、根据本专利技术提供的空间分布式多稳态柔性机构，所述正多面体外框架为正四面体外框架、正六面体外框架、正八面体外框架、正十二面体外框架和正二十面体外框架中的任意一种。
11、根据本专利技术提供的空间分布式多稳态柔性机构，所述采用正六面体外框架的空间分布式多稳态柔性机构可实现分布式六稳态，所述采用正八面体外框架的空间分布式多稳态柔性机构可实现分布式八稳态，所述采用正十二面体外框架的空间分布式多稳态柔性机构可实现分布式十二稳态，所述采用正二十面体外框架的空间分布式多稳态柔性机构可实现分布式二十稳态；所述采用正四面体外框架的空间分布式多稳态柔性机构为一个特例，每个面对应有分别绕该面法线顺时针和逆时针旋转的两个稳态，因此，所述采用正四面体外框架的空间分布式多稳态柔性机构共计可实现分布式八稳态。
12、根据本专利技术提供的空间分布式多稳态柔性机构，所述空间分布式多稳态柔性机构的多个稳态之间呈现空间均布的特性，且稳态之间具有分布式的组织关系。
13、本专利技术还提供一种稳态构建方法，应用于如上所述的空间分布式多稳态柔性机构，所述方法包括：
14、对所述柔性梁组的远中心端施加等距离的轴向位移预载荷，以致所述柔性梁组发生屈曲时，所述中心体在全部柔性梁的相互作用下，以扭转一定角度后的姿态稳定于新的稳态。
15、根据本专利技术提供的一种稳态构建方法，所述对所述柔性梁组的远中心端施加等距离的轴向位移预载荷，包括：
16、利用直线位移电机对所述柔性梁组的远中心端沿轴线方向施加等距离的轴向位移预载荷；
17、或者，
18、等距离缩短所述正多面体外框架的所有边，以实现对所述柔性梁组的远中心端施加等距离的轴向位移预载荷；
19、或者，
20、增加所述柔性梁的实际长度，使得所述柔性梁的实际长度大于所述中心体与所述正多面体外框架的内顶点之间的距离。
21、本专利技术还提供一种稳态构建方法，应用于如上所述的空间分布式多稳态柔性机构，其特征在于，所述方法包括：对所述中心体施加作用力，以使所述中心体以扭转一定角度后的姿态稳定于新的稳态，实现具有分布式组织关系的多稳态之间的稳态转换；
22、或者，
23、改变所述柔性梁组中任意一条柔性梁的屈曲方向，以使所述中心体在所述多条柔性梁的相互作用下扭转一定角度，以扭转一定角度后的姿态稳定于新的稳态，实现具有分布式组织关系的多稳态之间的稳态转换。
24、本专利技术提供的一种空间分布式多稳态柔性机构，包括：柔性梁组、正多面体外框架和中心体；其中，正多面体外框架为刚性结构，整体具有良好的刚性；中心体位于正多面体外框架的中心；各条柔性梁的远中心端分别连接至所述正多面体外框架的各个内顶点，各条柔性梁（1）的近中心端连接至所述中心体；空间分布式多稳态柔性机构的各个稳态是在各条柔性梁的远中心端施加相等轴向位移预载荷致各条柔性梁发生屈曲时，中心体在所有柔性梁的相互作用下，发生扭转后达到的稳定姿态。
25、该空间分布式多稳态柔性机构将中心体置于正多面体外框架的中心位置，并由柔性梁组连接，当柔性梁组发生屈曲时，中心体在各条柔性梁的相互作用下，扭转一定角度后，从当前稳态达到下一稳态。由于中心体被置于正多面体外框架的内部，且该空间分布式多稳态柔性机构呈严格对称结构，使得中心体沿任一坐标轴（其中，坐标轴是从中心出发垂直正多面体的任意一面并指向外的方向）旋转，都能达到等效的状态，因此，中心体所具备的稳态可以与正多面体的面数相同，显著增加了多稳态柔性机构的稳态数量，由于各个面的坐标轴在三维空间中的方向不同，因此这些稳态呈空间均布的特征（区别于平面状态的多稳态），并且多稳态之间具有分布式的组织关系，可实现稳态转化路径的规划和编辑，每个稳态及稳态转化路径可用于数据的存储和表达，可作为基本逻辑结构单元用于机械计算，以呈指数级地提升机械计算的信息处理和运算能力。
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1.一种空间分布式多稳态柔性机构，其特征在于，包括：柔性梁组、正多面体外框架（2）和中心体（3）；其中，
2.根据权利要求1所述的空间分布式多稳态柔性机构，其特征在于，所述柔性梁（1）具有圆形截面，在各个弯曲方向上是各向同性的；所述柔性梁组中的各条柔性梁（1）的几何参数相同；所述几何参数包括柔性梁的横截面的直径、柔性梁的长度以及在柔性梁的远中心端施加的轴向位移预载荷（5）的大小。
3.根据权利要求1所述的空间分布式多稳态柔性机构，其特征在于，所述中心体（3）在扭转时的扭转方向为绕着所述正多面体外框架（2）的一个面的法线正方向；其中，所述法线正方向为以中心作为原点，垂直于面并指向外的方向；所述中心体（3）的扭转角度与施加在柔性梁（1）上的轴向位移预载荷（5）的大小正相关。
4.根据权利要求1所述的空间分布式多稳态柔性机构，其特征在于，所述空间分布式多稳态柔性机构的稳态与所述正多面体外框架（2）的面是一一对应的；所述中心体（3）可以由当前稳态向当前对应面的任一相邻面所对应的稳态转化。
5.根据权利要求1所述的空间分布式多稳态柔性机构，其
6.根据权利要求5所述的空间分布式多稳态柔性机构，其特征在于，所述采用正六面体外框架的空间分布式多稳态柔性机构可实现分布式六稳态，所述采用正八面体外框架的空间分布式多稳态柔性机构可实现分布式八稳态，所述采用正十二面体外框架的空间分布式多稳态柔性机构可实现分布式十二稳态，所述采用正二十面体外框架的空间分布式多稳态柔性机构可实现分布式二十稳态；所述采用正四面体外框架的空间分布式多稳态柔性机构的每个面对应有分别绕该面法线顺时针和逆时针旋转的两个稳态，所述采用正四面体外框架的空间分布式多稳态柔性机构共计可实现分布式八稳态。
7.根据权利要求1至6所述的空间分布式多稳态柔性机构，其特征在于，所述空间分布式多稳态柔性机构的多个稳态之间呈现空间均布的特性，且稳态之间具有分布式的组织关系。
8.一种稳态构建方法，应用于如权利要求1至7任一项所述的空间分布式多稳态柔性机构，其特征在于，所述方法包括：
9.根据权利要求8所述的稳态构建方法，其特征在于，对所述柔性梁组的远中心端施加等距离的轴向位移预载荷，包括：
10.一种稳态构建方法，应用于如权利要求1至7任一项所述的空间分布式多稳态柔性机构，其特征在于，所述方法包括：对所述中心体（3）施加作用力，以使所述中心体（3）以扭转一定角度后的姿态稳定于新的稳态，实现具有分布式组织关系的多稳态之间的稳态转换；
...【技术特征摘要】
1.一种空间分布式多稳态柔性机构，其特征在于，包括：柔性梁组、正多面体外框架（2）和中心体（3）；其中，
2.根据权利要求1所述的空间分布式多稳态柔性机构，其特征在于，所述柔性梁（1）具有圆形截面，在各个弯曲方向上是各向同性的；所述柔性梁组中的各条柔性梁（1）的几何参数相同；所述几何参数包括柔性梁的横截面的直径、柔性梁的长度以及在柔性梁的远中心端施加的轴向位移预载荷（5）的大小。
3.根据权利要求1所述的空间分布式多稳态柔性机构，其特征在于，所述中心体（3）在扭转时的扭转方向为绕着所述正多面体外框架（2）的一个面的法线正方向；其中，所述法线正方向为以中心作为原点，垂直于面并指向外的方向；所述中心体（3）的扭转角度与施加在柔性梁（1）上的轴向位移预载荷（5）的大小正相关。
4.根据权利要求1所述的空间分布式多稳态柔性机构，其特征在于，所述空间分布式多稳态柔性机构的稳态与所述正多面体外框架（2）的面是一一对应的；所述中心体（3）可以由当前稳态向当前对应面的任一相邻面所对应的稳态转化。
5.根据权利要求1所述的空间分布式多稳态柔性机构，其特征在于，所述正多面体外框架（3）为正四面体外框架、正六面体外框架、正八面体外框架、正十二面体外框架和正二十面体外框架中的任意一种。
6.根据权利要求5所述的空间...
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