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本文介紹了一種基於二桿連桿(「剪刀機構」)的新型可變形結構設計方法,這些連桿在頂點處連接形成二維網格,並闡述了其設計原理、算法和應用潛力。
Kivonat
二維剪刀網格的增材設計
本文介紹了一種稱為「karigami」的新型可變形結構設計方法,其靈感來自於摺紙和剪紙藝術。Karigami 結構由二維剪刀網格組成,每個單元由兩個桿件通過鉸接點連接,並通過頂點鉸接點與其他單元相連。
主要內容:
- 剪刀機構: karigami 的基本單元是剪刀機構,它具有五個自由度,包括四個桿件長度和一個開合角度。
- 運動學相容性: 為了使二維剪刀網格能夠作為連續機構運作,需要滿足運動學相容性條件,即相鄰單元的邊緣長度必須相等。
- 可折疊性: 可折疊性是指結構是否可以完全「壓平」,所有剪刀單元都處於閉合狀態。
- 增材構造: 本文提出了一種增材構造方法,通過迭代地添加滿足運動學相容性和可折疊性條件的剪刀單元來設計 karigami 結構。
- 外在算法: 該算法用於設計平面 karigami 結構,通過指定生長前沿並沿其構造連續的剪刀單元行。
- 內在算法: 該算法用於設計彎曲 karigami 結構,通過修改生長前沿的幾何形狀來實現。
應用:
- 本文展示了使用外在算法和內在算法設計的各種 karigami 結構示例,包括螺旋形、環形、球形和雙曲面等。
- Karigami 結構具有廣泛的應用潛力,可用於設計可編程形狀和功能的超材料、機器人和建築結構等。
總結:
本文提出了一種基於剪刀機構的新型可變形結構設計方法,並開發了相應的設計算法。Karigami 結構具有設計靈活、易於製造和應用廣泛等優點,為可變形結構設計領域提供了新的思路和方法。