本發(fā)明涉及一種折彎過(guò)程可控的折彎技術(shù)，適用于柔性體、半剛性體的折彎設(shè)計(jì)和實(shí)施。本發(fā)明可有效控制折彎過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)(軌跡、折彎半徑等)，防止柔性或半剛性體在折彎過(guò)程中出現(xiàn)折彎半徑失控、扭轉(zhuǎn)、打結(jié)等異常現(xiàn)象。

背景技術(shù)：

柔性體、半剛性體的折彎普遍存在于各類(lèi)型機(jī)構(gòu)中，如電纜的折彎、繩索的折彎、彈性帶的折彎等。通常情況下，為了提高折彎的可靠性和被折彎件的性能，需要防止折彎過(guò)程中出現(xiàn)折彎半徑失控、扭轉(zhuǎn)、打結(jié)等異?，F(xiàn)象，這就需要對(duì)折彎部位進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。圖1給出了某收展機(jī)構(gòu)中電纜的折彎示意圖。

可以看出，該方案可實(shí)現(xiàn)電纜的折彎，但存在如下缺點(diǎn)：

1、電纜折彎前、折彎后均處于松弛狀態(tài)，抗力學(xué)性能差(如微振動(dòng)環(huán)境)。

2、電纜多次折彎無(wú)法保證其折彎半徑為同一數(shù)值，即折彎半徑為隨機(jī)數(shù)，因此該折彎方案難以保證電纜的電性能(通常電纜均有最小折彎半徑要求)。

3、折彎過(guò)程中，在外界載荷干擾下易發(fā)生電纜扭繞甚至打結(jié)，嚴(yán)重影響電纜性能，甚至將影響機(jī)構(gòu)的收展功能。

為確保電纜折彎不影響機(jī)構(gòu)的收展功能和電纜的電性能，需要設(shè)計(jì)一種在收展過(guò)程中電纜狀態(tài)可控的收展方案，即在收展過(guò)程中的任意狀態(tài)電纜的位置和折彎半徑均確定是唯一的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有折彎技術(shù)在機(jī)構(gòu)應(yīng)用的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種針對(duì)柔性體、半剛性體的折彎裝置及其設(shè)計(jì)方法，該裝置可以保證在折彎過(guò)程中柔性體、半剛性體狀態(tài)唯一的(即狀態(tài)實(shí)時(shí)受控)，且不影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)功能。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

所述一種漸開(kāi)式折彎裝置，包括固定件、活動(dòng)件和折彎體；固定件與活動(dòng)件鉸接；折彎體一端固定在固定件上，另一端固定在活動(dòng)件上；其特征在于：還包括固定安裝在固定件上的固定外輪廓裝置以及固定安裝在活動(dòng)件上的活動(dòng)外輪廓裝置；所述固定外輪廓裝置以及活動(dòng)外輪廓裝置的外輪廓為多次曲線(xiàn)；

在折彎過(guò)程的起始時(shí)刻，折彎體的狀態(tài)為以下某一種狀態(tài)：

狀態(tài)1：折彎體處于直線(xiàn)狀態(tài)，且折彎體與固定外輪廓裝置和活動(dòng)外輪廓裝置的外輪廓相切；

狀態(tài)2：折彎體與固定外輪廓裝置和活動(dòng)外輪廓裝置的外輪廓部分貼合，固定外輪廓裝置與活動(dòng)外輪廓裝置之間的折彎體處于直線(xiàn)狀態(tài)，且處于直線(xiàn)狀態(tài)的折彎體與固定外輪廓裝置以及活動(dòng)外輪廓裝置的外輪廓相切；

在折彎過(guò)程中，固定外輪廓裝置與活動(dòng)外輪廓裝置之間直線(xiàn)狀態(tài)折彎體同外輪廓的兩個(gè)切點(diǎn)之間的長(zhǎng)度，以及折彎體與固定外輪廓裝置和活動(dòng)外輪廓裝置的外輪廓貼合部分的長(zhǎng)度之和為常數(shù)，等于折彎體長(zhǎng)度。

所述一種漸開(kāi)式折彎裝置的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：固定外輪廓裝置和活動(dòng)外輪廓裝置的外輪廓曲線(xiàn)通過(guò)以下過(guò)程得到：

折彎體在固定件上的固定點(diǎn)為點(diǎn)p，在活動(dòng)件上的固定點(diǎn)為點(diǎn)q；

建立固定外輪廓裝置外輪廓P曲線(xiàn)的曲線(xiàn)方程Y＝∑A_iXⁱ以及活動(dòng)外輪廓裝置的外輪廓Q曲線(xiàn)的曲線(xiàn)方程y＝∑a_ixⁱ；X、Y和x、y分別為P、Q曲線(xiàn)上點(diǎn)坐標(biāo)，A和a為多項(xiàng)式系數(shù)，i＝0,1,2,3......N；

根據(jù)活動(dòng)件相對(duì)固定件的轉(zhuǎn)角θ_j，得到折彎過(guò)程中Q曲線(xiàn)的曲線(xiàn)方程為y^j＝∑a^j_i(x^j)ⁱ，其中a^j_i＝g(a_i,θ_j)；

根據(jù)p點(diǎn)坐標(biāo)、q點(diǎn)坐標(biāo)、P曲線(xiàn)方程、Q曲線(xiàn)方程，計(jì)算p點(diǎn)與折彎體在固定外輪廓裝置外輪廓貼合部分靠近p點(diǎn)的切點(diǎn)的距離L^p_j、q點(diǎn)與折彎體在活動(dòng)外輪廓裝置外輪廓貼合部分靠近q點(diǎn)的切點(diǎn)的距離L^q_j、P曲線(xiàn)與Q曲線(xiàn)公切線(xiàn)長(zhǎng)度L^PQ_j、折彎體在固定外輪廓裝置外輪廓貼合部分弧長(zhǎng)l^P_j、折彎體在活動(dòng)外輪廓裝置外輪廓貼合部分弧長(zhǎng)l^Q_j；得到L_j＝L^p_j+L^q_j+L^PQ_j+l^P_j+l^Q_j＝f(A_i,a_i,θ_j)，令L_j＝L得到關(guān)于A_i、a_i、θ_i的方程f_j(A_i,a_i,θ_j)＝0，L為折彎體長(zhǎng)度；

將總折彎角度分為2N段，得到2N個(gè)方程f_j(A_i,a_i,θ_j)＝0，j＝1,2,3,......2N，求解2N個(gè)方程組成的方程組，計(jì)算得到P、Q曲線(xiàn)的多項(xiàng)式系數(shù)A和a，得到P、Q曲線(xiàn)方程；

根據(jù)得到的P、Q曲線(xiàn)方程，計(jì)算折彎過(guò)程中L^p_j+L^q_j+L^PQ_j+l^P_j+l^Q_j與L的差值最大值ΔL，若ΔL在設(shè)計(jì)允差范圍內(nèi)，則設(shè)計(jì)完成，否則將總折彎角度從2N段變?yōu)?(N+1)段，重新計(jì)算P、Q曲線(xiàn)方程。

有益效果

采用本發(fā)明的裝置和設(shè)計(jì)方法，在折彎前，折彎體為直線(xiàn)段或直線(xiàn)段和外輪廓貼合段組成，折彎過(guò)程為將折彎體與外輪廓貼合的過(guò)程，折彎過(guò)程中任意位置折彎體的直線(xiàn)段長(zhǎng)度與外輪廓貼合段長(zhǎng)度和均為同一常數(shù)，即折彎體折彎過(guò)程中僅受折彎而不受拉伸和壓縮。根據(jù)使用的場(chǎng)合不同，為保證任意折彎中間位置直線(xiàn)段長(zhǎng)度與外輪廓貼合段長(zhǎng)度和始終為同一常數(shù)，需要將固定外輪廓裝置和活動(dòng)外輪廓裝置的外輪廓設(shè)計(jì)為二次曲線(xiàn)、三次曲線(xiàn)或多次曲線(xiàn)。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1：某收展機(jī)構(gòu)中電纜折彎示意圖

圖2：本發(fā)明折彎前裝配關(guān)系圖；

圖3：本發(fā)明折彎過(guò)程中裝配關(guān)系圖；

圖中：1.固定件；2.轉(zhuǎn)動(dòng)件；3.固定外輪廓裝置；4.活動(dòng)外輪廓裝置；5.折彎過(guò)程中的折彎體；6.折彎前的折彎體。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

本實(shí)施例中的一種漸開(kāi)式折彎裝置，以電纜折彎為例。包括固定件、活動(dòng)件和電纜，還包括固定安裝在固定件上的固定外輪廓裝置以及固定安裝在活動(dòng)件上的活動(dòng)外輪廓裝置。固定件與活動(dòng)件鉸接；電纜一端固定在固定件上，另一端固定在活動(dòng)件上；所述固定外輪廓裝置以及活動(dòng)外輪廓裝置的外輪廓為多次曲線(xiàn)。

在折彎過(guò)程的起始時(shí)刻，電纜的狀態(tài)為以下某一種狀態(tài)：

狀態(tài)1：電纜處于直線(xiàn)狀態(tài)，且電纜與固定外輪廓裝置和活動(dòng)外輪廓裝置的外輪廓相切；

狀態(tài)2：電纜與固定外輪廓裝置和活動(dòng)外輪廓裝置的外輪廓部分貼合，固定外輪廓裝置與活動(dòng)外輪廓裝置之間的電纜處于直線(xiàn)狀態(tài)，且處于直線(xiàn)狀態(tài)的電纜與固定外輪廓裝置以及活動(dòng)外輪廓裝置的外輪廓相切。

在折彎過(guò)程中，固定外輪廓裝置與活動(dòng)外輪廓裝置之間直線(xiàn)狀態(tài)電纜同外輪廓的兩個(gè)切點(diǎn)之間的長(zhǎng)度(即固定外輪廓裝置的外輪廓曲線(xiàn)與活動(dòng)外輪廓裝置的外輪廓曲線(xiàn)的公切線(xiàn)長(zhǎng)度)，以及電纜與固定外輪廓裝置和活動(dòng)外輪廓裝置的外輪廓貼合部分的長(zhǎng)度之和為常數(shù)，等于電纜長(zhǎng)度。

那么固定外輪廓裝置和活動(dòng)外輪廓裝置的外輪廓曲線(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程為：

a)建立電纜在機(jī)構(gòu)中的壓緊固定位置模型，模型對(duì)應(yīng)電纜折彎前位置，設(shè)計(jì)電纜固定點(diǎn)，兩固定點(diǎn)間電纜長(zhǎng)度為L(zhǎng)，電纜在固定件上的固定點(diǎn)為點(diǎn)p，在活動(dòng)件上的固定點(diǎn)為點(diǎn)q。

b)建立固定外輪廓裝置外輪廓P曲線(xiàn)的曲線(xiàn)方程Y＝∑A_iXⁱ以及活動(dòng)外輪廓裝置的外輪廓Q曲線(xiàn)的曲線(xiàn)方程y＝∑a_ixⁱ；X、Y和x、y分別為P、Q曲線(xiàn)上點(diǎn)坐標(biāo)，A和a為多項(xiàng)式系數(shù)，i＝0,1,2,3......N。

c)設(shè)折彎過(guò)程中，活動(dòng)件相對(duì)固定件的轉(zhuǎn)角為θ_j，由于固定件固定不動(dòng)，因此P曲線(xiàn)方程仍為Y＝∑A_iXⁱ，而通過(guò)坐標(biāo)變換可得到與θ_j對(duì)應(yīng)的Q曲線(xiàn)的曲線(xiàn)方程為y^j＝∑a^j_i(x^j)ⁱ，其中a^j_i＝g(a_i,θ_j)；根據(jù)p點(diǎn)坐標(biāo)、q點(diǎn)坐標(biāo)、P曲線(xiàn)方程、Q曲線(xiàn)方程，計(jì)算p點(diǎn)與折彎體在固定外輪廓裝置外輪廓貼合部分靠近p點(diǎn)的切點(diǎn)的距離L^p_j、q點(diǎn)與折彎體在活動(dòng)外輪廓裝置外輪廓貼合部分靠近q點(diǎn)的切點(diǎn)的距離L^q_j、P曲線(xiàn)與Q曲線(xiàn)公切線(xiàn)長(zhǎng)度L^PQ_j、折彎體在固定外輪廓裝置外輪廓貼合部分弧長(zhǎng)l^P_j、折彎體在活動(dòng)外輪廓裝置外輪廓貼合部分弧長(zhǎng)l^Q_j；得到L_j＝L^p_j+L^q_j+L^PQ_j+l^P_j+l^Q_j＝f(A_i,a_i,θ_j)，令L_j＝L得到關(guān)于A_i、a_i、θ_i的方程f_j(A_i,a_i,θ_j)＝0，L為折彎體長(zhǎng)度。

d)將總折彎角度分為2N段，得到2N個(gè)方程f_j(A_i,a_i,θ_j)＝0，j＝1,2,3,......2N，求解2N個(gè)方程組成的方程組，計(jì)算得到P、Q曲線(xiàn)的多項(xiàng)式系數(shù)A和a，得到P、Q曲線(xiàn)方程。

e)根據(jù)得到的P、Q曲線(xiàn)方程，計(jì)算折彎過(guò)程中L^p_j+L^q_j+L^PQ_j+l^P_j+l^Q_j與L的差值最大值ΔL，若ΔL在設(shè)計(jì)允差范圍內(nèi)，則設(shè)計(jì)完成，否則將總折彎角度從2N段變?yōu)?(N+1)段，重新計(jì)算P、Q曲線(xiàn)方程。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。