柔顺双稳态机构的研究现状与进展.pdf

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1、2010年第29卷第7期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)、＼＼P综述与评论。t柔顺双稳态机构的研究现状与进展王娟，吴义伯，张丛春，丁桂甫(上海交通大学微纳科学技术研究院。微米／纳米加工技术国家重点实验室薄膜与微细技术教育部重点实验室，上海200240)摘要：由于柔顺机构和双稳态机构分别所具有的独特优势，已使柔顺双稳态机构成为目前国内外研究的新热点。综合论述了基于MEMS技术的柔顺双稳态机构的最新研究成果，根据柔顺双稳态机构的驱动机制，系统介绍了机械锁定型、电热锁定型、磁致锁定型、多耦合场锁定型等柔顺双稳

2、态机构，针对其原理、性能及应用等各个方面进行了综合比较。最后展望了柔顺双稳态机构的研究前景和可能遇到的问题与挑战。关键词：柔顺机构；双稳态；锁定机构；微机电系统中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)07-0001-03ResearchandprogressoncompliantbistablemechanismWANGJuan，WUYi—bo，ZHANGCong—chun，DINGGui—fu(NationalKeyLaboratoryofNano／MicroFabricationTechnology，KeyLaborat

3、oryforThinFilmandMicrofabricationofMinistryofEducation，ShanghmJiaotongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Becauseoftheuniquecharacteristicsofbothcompliantmechanismandbistablemechanism，thecompliantbistablemechanism(CBM)hasbecomeoneofthehotestfieldsforresearchersallovertheworld．T

4、helatestdevelopmentonresearchofMEMS-basedcompliantbistablemechanisminrecentyearsisreviewed．Variousactuationmechanismshavebeenusedinthecompliantbistablemechanism，includingmechanicallatching，magneticlatching，electrothermallatching，multi-fieldcoupledlatchingcompliantbistablemechanism．A

5、ndtheworkingprinciple，propertiesandapplicationsarealsocompared．Researchprospectsaswellassomeproblemsandchallenges，withwhichmaybeconfrontedinthefuture，areoutlined．Keywords：compliantmechanism；bistable；latchingmechanism；MEMS0引言对比分析了柔顺机构和双稳态机构的各自功能，重点介绍在当今机构学与MEMS研究领域，具有双稳态特性的了国内外柔顺双稳态机

6、构的典型范例，按照驱动方式对柔柔顺微机构，由于其易于加工、无摩擦、无间隙等优良特性，顺双稳态机构进行系统分类，并分析了各种类型的结构、性应用前景广阔，引起了世界各国的广泛关注，并逐渐成为微能、应用等，比较其优缺点，指出进一步研究的发展趋势和机构学研究领域的新热点。自1986年，HerIl等人首前景。次对柔顺机构的概念给出定义，为柔顺双稳态机构这一新1柔顺机构与双稳态机构研究领域做出了贡献。此外，HowellLL等人还提出“伪1．1双稳态机构刚体模型法”为柔顺双稳态机构的运动学研究提供了有效双稳态机构是指在构件运动过程中至少具有2个能量的理论方法。由于柔顺机构本

7、身具有弹性，使它们与非机最低的稳定平衡位置和一个能量最高(不稳定位置)的一械作用相结合更为容易，并且，不需要附加弹簧，仅依靠内类机构，由于稳态位置就是能量的最低点，因此MEMS双部储存的能量，就能使机构恢复到初始位置，因此，柔顺机稳态机构具有较好的定位精度，经常应用于微控制器、微操构特别适用于双稳态机构。作器、数据存储等装置中。柔顺双稳态机构有如此多的优点，因此，国内外学者都双稳态机构按设计原则可分为三类：分别含有柔性和在展开不断研究。但与国外研究水平相比，国内在结构设刚性连接的铰链多部件机构，运动过程中在稳态位置静止；计和理论分析上处于探索阶段，还存在一定的

8、差距。本文由于薄膜的残余应力或载荷应力