柔性鉸鏈的案例
多孔柔性鉸鏈靜力學分析仿真APP
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</div><p>多孔柔性鉸鏈具有獨特的結構特點，其內部多孔的設計在保證一定柔性的同時，也使得應力分布變得復雜。在實際工作中，多孔柔性鉸鏈會受到來自多個方向和不同大小的力的作用。例如，當稱重傳感器承受外部載荷時，力會通過特定的機械結構傳遞到多孔柔性鉸鏈上，使其產生彎曲、扭轉以及拉伸等多種變形形式。這些變形不僅與外部載荷的大小和方向有關，還受到鉸鏈自身的材料特性、幾何形狀以及多孔結構的分布和尺寸等因素的影響。</p><p><br></p><p>多孔柔性鉸鏈靜力學分析APP 聚焦于對多孔鉸鏈工作過程的靜力學分析。在進行分析時，充分考慮了材料的各項力學參數，如密度、彈性模量和泊松比，這些參數精確地反映了材料在受力時的彈性和塑性變形特性，為后續準確計算應力和位移奠定了基礎。同時，對于鉸鏈的幾何形狀，包括整體的長寬高尺寸、厚度等都進行了詳細的建模和參數設置，確保能夠真實地模擬實際工作中的力學狀態。
展開 圓孔柔性鉸鏈有限元分析APP
因此，對柔性鉸鏈的機械性質以及其模型的精確了解對于設備的設計和目標導向至關重要。本案例對圓孔柔性鉸鏈的工作過程進行有限元分析，得到工作時鉸鏈薄壁處的應力場，實現實際尺寸下鉸鏈模型的快速建模和快速計算。在線計算：https://www.simapps.com/v/200368.html
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展開 用MSC.Patran快速建立雙軸柔性鉸鏈六面體有限元模型
用MSC.Patran快速建立雙軸柔性鉸鏈六面體有限元模型
多桿連續體機構：構型與應用
相比傳統剛性桿件機器人，柔性體機器人(柔性體機器人包括下文所述的連續體機器人和柔體機器人)具有多項明顯的優勢，例如可以與環境實現安全交互、在受限空間內實現靈巧操作以及抓取非結構化物體等，因而在最近十余年成為了研究熱點。相關研究的主要集中于如何高效地實現可控和(/或)適應性的變形以滿足機器人的運動功能，其中涵蓋了從材料到力學以及構型綜合、傳感、驅動、控制等各個方面的大量相關研究。
從柔性鉸鏈機器人到連續體機器人再到柔體機器人，柔性體機器人是通過逐步引入更多的彈性元件及其變形模態而不斷發展的。兩篇里程碑式的綜述論文對“連續體機器人”和“柔體機器人”這兩個術語提出了相對嚴格的定義。一般來說，連續體機器人不具有可分辨的旋轉關節，其形狀由連續的平面或空間曲線表征。而根據第一屆RoBoSoft會議和最近的綜述論文，柔體機器人則由低彈性模量的材料所構成，在機器人的運動過程中可承受大變形。
在與領域內的共識保持一致的情況下從力學的角度進行分析，我們可以進一步對離散桿件機器人、連續體機器人和柔體機器人加以區分。連續體機器人的形狀通常可以用串聯或并聯的曲線來表征，其彎轉結構的截面一般假設為剛性。而柔體機器人通常承受體變形，其形狀用連續應變場來描述。盡管柔性鉸鏈機器人的運動通過關節處的變形來實現，但柔性鉸鏈往往用旋轉關節來近似建模(例如借助偽剛體模型)，因此柔性鉸鏈機器人通常仍被認為是離散桿件機器人。又諸如著名的氣動象鼻機器人，雖然其結構整體變形，但其形狀通常由串聯的空間曲線來表示，所以它一般被歸類為連續體機器人。
不管是連續體機器人還是柔體機器人，都通過其結構形變來實現機器人功能。因此，眾多研究集中著眼于探索新型材料以激發形變、嘗試新型結構以實現形變、建立計算模型以描述形變、以及集成驅動傳感以控制形變。
彎曲變形是所有變形之中最基本和常見的形式。
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位移反向器柔順機構拓撲優化
位移反向器柔順機構拓撲優化.docx
柔性機構是利用材料的彈性變形傳遞或轉換運動、力或能量的新型機構，與傳統的剛性結構相比，柔性機構具有：整體化設計和加工、簡化結構和減小體積與質量、免裝配、無間隙和摩擦，實現高精度運動、無磨損，提高壽命、增大結構剛度等優點，從而廣泛運用于高精度工程場合。
柔順機構由于不具有傳統機構的運動副，因此克服了機構裝配、加工制造、潤滑帶來的誤差，采用柔順機構作為微納定位裝置本體機構，能夠實現高精度定位，可應用在醫學定位等諸多高端領域。
本柔順機構設計思路基于柔性鉸鏈理論以及具體需求，設計出一種不同參數的柔性鉸鏈機構，基于hyperworks進行分析仿真，實驗對比，找出一種最優柔性鉸鏈機構，進行全局拓撲優化，進行實驗數據分析，將兩者進行對比，找出一種最優結構模型。基于SIMP變密度拓撲優化法，選擇帶懲罰系數的變密度SIMP插值法，以輸出端位移y1/輸入端位移x1為增益z為目標函數，約束體積，用OC算法作為優化算法。
展開 柔性屏彎折試驗機如何推動UTG超薄玻璃和鉸鏈技術發展
在柔性顯示技術蓬勃發展的當下，折疊屏設備憑借獨特形態與多元功能，成為消費電子領域的焦點。而 UTG 超薄玻璃與鉸鏈技術，作為折疊屏實現的關鍵支撐，其性能優劣直接決定產品品質與用戶體驗。在這兩項核心技術的發展進程中，柔性屏彎折試驗機發揮著不可替代的重要推動作用。
一、UTG 超薄玻璃：柔性顯示的理想基材，性能挑戰亟待突破
UTG 超薄玻璃憑借高透光率、良好平整度與出色化學穩定性，成為柔性顯示蓋板材料的理想之選。其厚度通常在 30-150μm，在實現屏幕輕薄化的同時，保障了屏幕的清晰顯示效果。
然而，UTG 超薄玻璃要在折疊屏設備中穩定應用，面臨諸多性能考驗。一方面，需具備卓越的柔韌性，以承受頻繁折疊、彎折帶來的應力，確保在數萬次甚至數十萬次彎折后，不出現裂紋、破碎等失效現象。另一方面，要維持高抗劃傷性與抗沖擊性，在日常使用中，有效抵御外界物體刮擦、碰撞，保護屏幕顯示功能不受損。這對 UTG 超薄玻璃的材料配方、制造工藝以及強化處理技術，都提出了嚴苛要求 。
二、鉸鏈技術：決定折疊形態與可靠性的核心
鉸鏈作為折疊屏設備的 “關節”，直接決定屏幕的折疊形態、折疊角度與可靠性 。從 U 型鉸鏈到水滴形鉸鏈，再到更為復雜的多軸鉸鏈結構，每一次鉸鏈技術的革新，都推動折疊屏設備朝著更輕薄、折疊更順暢、屏幕折痕更淺的方向發展。
但鉸鏈設計與制造同樣困難重重。在保證結構強度，支撐屏幕頻繁開合的同時，要精準控制屏幕彎折過程中的應力分布，避免因應力集中導致 UTG 超薄玻璃破裂。而且，需兼顧鉸鏈的小型化、輕量化設計，適配現代電子產品輕薄便攜的發展趨勢。
展開 可懸停撲翼飛行器研究現狀與關鍵技術
圖12 三維CAD模型和撲翼機構裝配圖[27]Fig.12 Three dimensional CAD model and fully assembled flapper[27]
哈佛大學模仿雙翅目昆蟲胸部機構非線性剛度的特點設計了柔性撲翼機構［28］。這種胸腔機構由剛性板和聚酰亞胺薄膜鉸鏈連接而成，形成一個封閉的殼體結構。它具有非線性增加的剛度，因此可以在接近末端沖程時使機翼快速減速，并隨后幫助機翼反轉，如圖13所示。撲翼機構質量為3.51 g，翼展10 cm，撲翼幅值158°，采用連桿機構傳遞動力。實驗表明，在25 Hz時，撲翼系統僅將總機械功率的2%消耗在慣性功率上；相比之下，當相同翅膀以相同的頻率拍打時，沒有彈性儲能的剛體機構將總機械功率的23%消耗在慣性功率上。說明系統內部的柔性關節可以緩沖25 Hz的10 cm翼展撲翼運動的慣性功率。與剛體撲翼機構相比，由于具有彈性能量存儲的能力，這種柔順的撲翼機構在產生相同推力的情況下節省了20%~30%的功率消耗。
圖13 哈佛大學設計的具有集成聚酰亞胺薄膜鉸鏈的柔順胸部機構[28]Fig.13 Compliant thoracic mechanism with integrated polyimide film hinges designed by Harvard University of Technology[28]
卡內基梅隆大學提出了一種新穎的撲翼微型飛行器的設計。兩個機翼各由一個電機直接驅動，利用一個彈性元件回收能量，實現完整的彈簧阻尼系統。樣機如圖14所示，翅膀長度7 cm，質量2.7 g，在10 Hz時的最大升重比為1.4［29］。
展開 專訪 | 揭秘折疊屏鉸鏈技術突破之關鍵！拓米助力折疊屏手機再升級
目前各大面板廠商已經能實現屏幕的柔性彎折，良率也在逐步提升，不過成本仍然有優化空間，而目前折疊屏手機為人詬病的會是折痕與耐用性考驗。鉸鏈與蓋板技術是解決屏幕折痕問題的關鍵，也是折疊屏形態終端能否真正經受可靠性考驗的所在。
CINNO有幸聯系專注在精密電子領域的鉸鏈設計制造企業成都拓米電子裝備制造有限公司，與成都拓米集團副總裁、拓米研究院院長張宸浩博士和拓米集團下成都拓米電子裝備制造有限公司劉漢青總經理進行了一場深度的交流，了解了折疊屏核心機械部件鉸鏈的現狀與未來，還有折疊屏終端的發展前景。
成都拓米
轉軸鉸鏈設計難在哪？
鉸鏈等機械結構影響折疊屏手機的開合及折痕控制，而目前主流的折疊屏鉸鏈分為U型鉸鏈和水滴鉸鏈。作為行業的領先者，三星采用U型鉸鏈居多，華為和OPPO則是采用水滴鉸鏈。
三家廠商鉸鏈對比圖
從上圖可以明顯看出，水滴鉸鏈彎折半徑R更大，屏幕折疊時會更加自然。在同樣的蓋板材質下，折痕相對可以控制得比較淺，此外還能夠有效減少屏幕磨損，提高耐用性。
以2021年12月新近推出的OPPO Find N為例，其硬件方面的創新集中在柔性屏和鉸鏈工藝上。OPPO Find N采用的自研精工擬椎式鉸鏈由136個零部件組成，加工精度達到0.01mm，并擁有125項專利技術。精工擬椎式鉸鏈采用了水滴形的設計，在實現貼合的情況下，將屏幕更好收納。此外，OPPO Find N鉸鏈設計能夠實現多角度無級懸停，帶來了更好的使用體驗。
OPPO水滴鉸鏈
現階段轉軸鉸鏈的設計技術難點有不少，如開合長度差引起屏幕中部凸起、鉸鏈機構件在彎折時擠壓屏體、零部件機構復雜繁瑣、機身無法在展開時保持180°平整、設備開合操作不順暢、無法在特定角度使用設備等。
展開 面向金屬增材制造的拓撲優化設計研究進展
但線性投影函數沿邊界存在衰落效應(圖
8
a
)
，拓撲構型存在單節點鉸鏈問題。
Sigmund
提出基于三場映射的魯棒公式模型
,
該方法收斂穩定、結果清晰且尺寸特征可控(圖
8b)
，但隱式表述的模型不能準確控制結構尺寸，計算量較大。隨后Wang等
提出改進魯棒公式，消除數值偽影，改善單節點鉸鏈問題，實現拓撲結構局部與全局收斂。Zhou等
基于濾波閾值和正則化物理場，定義結構指標函數與幾何約束，提出一種計算成本低、易于應用的最小尺寸控制新方法(圖
8c)
。隨后Y
ang等比較不同梯度算子，
在魯棒公式中施加最小尺寸約束，
提出新的結構指標函數，
更準確的捕捉結構拐點區域與空間梯度信息，優化結構最小尺寸。
Rong
等
使用兩組協調設計變量的密度過濾器及Heaviside函數，實現了固相與空相最小尺寸控制。
圖8 考慮最小尺寸約束的拓撲優化。(a)節點設計變量與投影函數dmin=2.0mm，dmin=1.0mm；(b)魯棒公式dmin=1.4/100，dmin=1.4/200；（c）空間梯度算子r=10mm，r=5mm；（d）骨架提取與最小特征優化
基于邊界演化的拓撲方法，學者們提出一系列最小尺寸約束函數。
Chen
等
在目標函數中引入二次能量泛函，將幾何特征尺寸信息引入水平集框架，實現梁狀柔性機構最小尺寸優化。隨后
Luo
等
將二次能量泛函引入無鉸鏈柔性機構，對原始目標函數進行增廣，采用半隱式算法，避免傳統水平集方法存在的數值求解困難問題，實現更為高效的結構最小特征尺寸控制與優化，但該方法未提供明確的幾何信息，無法實現結構最小尺寸的精確控制。
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