<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing with OASIS Tables v3.0 20080202//EN" "journalpub-oasis3.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:oasis="http://docs.oasis-open.org/ns/oasis-exchange/table" xml:lang="en" dtd-version="3.0">
  <front>
    <journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher">MS</journal-id><journal-title-group>
    <journal-title>Mechanical Sciences</journal-title>
    <abbrev-journal-title abbrev-type="publisher">MS</abbrev-journal-title><abbrev-journal-title abbrev-type="nlm-ta">Mech. Sci.</abbrev-journal-title>
  </journal-title-group><issn pub-type="epub">2191-916X</issn><publisher>
    <publisher-name>Copernicus Publications</publisher-name>
    <publisher-loc>Göttingen, Germany</publisher-loc>
  </publisher></journal-meta>
    <article-meta>
      <article-id pub-id-type="doi">10.5194/ms-12-375-2021</article-id><title-group><article-title>Geometric synthesis method of compliant mechanism based on similarity
transformation of pole maps</article-title><alt-title>Geometric synthesis method of compliant mechanism</alt-title>
      </title-group><?xmltex \runningtitle{Geometric synthesis method of compliant mechanism}?><?xmltex \runningauthor{S. Lin et al.}?>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author" corresp="yes" rid="aff1">
          <name><surname>Lin</surname><given-names>Song</given-names></name>
          <email>slin@tongji.edu.cn</email>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff1">
          <name><surname>Zhang</surname><given-names>Yu</given-names></name>
          
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff1">
          <name><surname>Wang</surname><given-names>Hanchao</given-names></name>
          
        <ext-link>https://orcid.org/0000-0002-9549-0545</ext-link></contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff1">
          <name><surname>Jiang</surname><given-names>Jingyu</given-names></name>
          
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author" corresp="no" rid="aff2">
          <name><surname>Modler</surname><given-names>Niels</given-names></name>
          
        <ext-link>https://orcid.org/0000-0003-2834-8933</ext-link></contrib>
        <aff id="aff1"><label>1</label><institution>School of Mechanical Engineering, Tongji University, Shanghai,
201804, China</institution>
        </aff>
        <aff id="aff2"><label>2</label><institution>Institute of Lightweight Engineering and Polymer Technology,<?xmltex \hack{\break}?>
Technische Universität Dresden, Dresden, 01062, Germany</institution>
        </aff>
      </contrib-group>
      <author-notes><corresp id="corr1">Song Lin (slin@tongji.edu.cn)</corresp></author-notes><pub-date><day>7</day><month>April</month><year>2021</year></pub-date>
      
      <volume>12</volume>
      <issue>1</issue>
      <fpage>375</fpage><lpage>391</lpage>
      <history>
        <date date-type="received"><day>14</day><month>December</month><year>2020</year></date>
           <date date-type="rev-recd"><day>15</day><month>February</month><year>2021</year></date>
           <date date-type="accepted"><day>17</day><month>February</month><year>2021</year></date>
      </history>
      <permissions>
        <copyright-statement>Copyright: © 2021 Song Lin et al.</copyright-statement>
        <copyright-year>2021</copyright-year>
      <license license-type="open-access"><license-p>This work is licensed under the Creative Commons Attribution 4.0 International License. To view a copy of this licence, visit <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/</ext-link></license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021.html">This article is available from https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021.html</self-uri><self-uri xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021.pdf">The full text article is available as a PDF file from https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021.pdf</self-uri>
      <abstract><title>Abstract</title>
    <p id="d1e123">This paper presents a geometric synthesis method for
compliant mechanisms based on similarity transformation of pole maps. Motion
generation is a typical and common mechanism synthesis task, so this study
takes it as the design requirement to expound the proposed method. Most of
the current research work relies on numerical solution of the nonlinear
Bernoulli–Euler beam model, numerical simulations or physical experiments to
study the synthesis method of compliant mechanisms. There is a lack of
simpler and more efficient methods to achieve motion generation of compliant
mechanisms with various topologies. This study is based on pole map which is
a geometric tool to describe the motion of rigid-body mechanisms. In this
paper, we first demonstrate the feasibility of applying the similarity
transformation of pole map to compliant mechanisms. It is proved that the
pole map of compliant mechanisms has the same characteristic as rigid-body
mechanisms during similarity transformation. Then we present the procedure
of synthesis method in detail and expound the establishment method of
function module which can avoid the functional defects of the final designed
mechanism. At last, we take the compliant geared linkages and compliant
four-bar linkage as examples to illustrate the novel synthesis approach. The
result is an applicable and effective synthesis method for motion generation
of compliant mechanisms.</p>
  </abstract>
    </article-meta>
  </front>
<body>
      

<sec id="Ch1.S1" sec-type="intro">
  <label>1</label><title>Introduction</title>
      <p id="d1e135">The compliant mechanism can be defined as a mechanism that obtains some of
its motion by means of the deformation of elastic elements (Howell, 2001).
If the length of the compliant section is similar to the length of the rigid
section, the geometric nonlinearity caused by large bending displacements
must be considered (Kimball and Tsai, 2002). At present, researchers have
developed many methods for analyzing the large deflection of flexural beams,
such as elliptical integral method, beam constraint model, Adomian
decomposition method, pseudo-rigid-body model (PRBM), and non-linear finite
element analysis method (FEA). Based on these studies, researchers can
design compliant mechanisms. Midha et al. (1994) introduced the
kinematics-based design method. The theoretical approach using the numerical
solution of the nonlinear Bernoulli–Euler beam model is one of the most
common analysis and design methods, but its calculation process is very
complicated (DeBona and Zelenika, 1997). Howell and Midha (1994) created the
synthesis approach based on PRBM, and it can provide a practical means for
analyzing and designing the compliant mechanism. Li et al. (2017) proposed
3R PRBM method and used it to analyze and design compliant mechanisms. In
the field of compliant linkage synthesis, Bagivalu Prasanna et al. (2020)
introduced a methodology to determine the possible deflected configuration
of a compliant four-bar mechanism for a given set of load or displacement
boundary conditions. Valentini and Pennestri (2018) presented an original
methodology for addressing the kinematic synthesis of a compliant four-bar
mechanism by using PRBM. Alqasimi et al. (2016) designed a linear bistable
compliant crank–slider mechanism by using PRBM to solve the kinetic and
kinematic equations. Hanke et al. (2015) presented a graphical synthesis
algorithm and used this method to solve two-position synthesis of<?pagebreak page376?> planar
compliant mechanisms. Huang and Schimmels (2019, 2020) researched the
synthesis method of compliant five-bar linkages and presented a geometric
approach to the passive realization of any given planar compliance with a
six-joint fully serial or six-spring fully parallel mechanism. Topology
optimization method has been widely used in the design of distributed
compliant mechanisms (Zhou and Mandala, 2012; Patiballa and Krishnan, 2017;
Liu et al., 2017), but it commonly leads to complex structures that may
cause higher manufacturing costs using elastic material. Diab and Smaili (2017) presented an ants-search-based method for optimum synthesis of
compliant mechanisms under various design criteria. Choi and Cho (2020)
presented a configuration and sizing design optimization method for large
deformation planar compliant mechanisms.</p>
      <p id="d1e138">Since it is difficult to analyze the displacement of elastic elements or
flexural beams during the deformation, the synthesis method of compliant
mechanisms is usually not as systematic as rigid-body mechanisms. Therefore,
the novel efficient and simple approach is the focus in the research field
of compliant mechanism synthesis. The motion generation of compliant
mechanisms can be used to solve some practical engineering problems, such as
using compliant mechanisms to replace rigid-body mechanisms for avoiding
disadvantages of rigid-body mechanisms or achieving the guidance task of
some light-weight products. Thus, the goal of this study is to explore a new
method for motion generation of compliant mechanisms. Lin et al. (2018)
proposed a method to describe the finitely separated positions by using the
pole map. Taking this method as the fundamental principle, Lin et al. (2018)
use pole maps as unified geometric identification between the guidance
mechanisms and given positions. By performing similarity transformation on a
certain basic mechanism, a geometric synthesis approach for planar motion
generation is proposed. This method can be applied to the design of
rigid-body mechanisms with various types. However, this geometric synthesis
approach has not been used in the design of compliant mechanisms, and it
lacks practical and effective calculation procedures for the synthesis of
more than three positions. Therefore, still using the pole maps as geometric
tool to describe planar positions, this paper will study the feasibility of
the similarity transformation of compliant mechanisms and propose a novel
method for motion generation of compliant mechanisms.</p>
      <p id="d1e141">Although the principle of similarity transformation of pole map has been
applied to the motion analysis of rigid-body mechanisms, it is not clear
whether it can be applied to compliant mechanisms. Hence this paper first
demonstrates the feasibility of applying this principle to compliant
mechanisms. The geometric similarity of deformation curves, which are formed
by flexural beams with different lengths, is discussed, and it is proved
that the pole map of compliant mechanisms has the same characteristic as
rigid-body mechanisms during similarity transformation. Then this paper
presents the detailed procedure of synthesis method. Next, the function
module is introduced as the basis of mechanism synthesis, which can achieve
the functional characteristics required by the design. Finally, this study
illustrates the synthesis approach with two examples of three-position and
four-position motion generation. Compared with other methods, the synthesis
method proposed in this paper is based on geometric similarity
transformation, and hence it can avoid the overly complicated mathematical
calculation. Function module is introduced at the beginning of the design
process, so this method can ensure that the final solution mechanism will
satisfy the functional characteristics of design requirements, such as the
trajectory shape of the guidance point, the rotation angle range of the
guidance link, the workspace and the mounting position of the fixed frame,
etc. In addition, this method is not limited to the design of a specific
type of compliant mechanism, and it can be applied to compliant mechanisms
with various topological structure.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S2">
  <label>2</label><title>Theoretical basis</title>
<sec id="Ch1.S2.SS1">
  <label>2.1</label><title>Position changes described by pole map</title>
      <p id="d1e159">Prescribed positions <inline-formula><mml:math id="M1" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be described by <inline-formula><mml:math id="M2" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> poles
<inline-formula><mml:math id="M3" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mtext>and</mml:mtext><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
relative to the initial position <inline-formula><mml:math id="M4" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
their corresponding rotation angles (Lin et al., 2018). The shape formed by
these poles is defined as pole map. As shown in Fig. 1, the initial position
<inline-formula><mml:math id="M5" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can reach <inline-formula><mml:math id="M6" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M7" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M8" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> by rotating around <inline-formula><mml:math id="M9" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M10" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M11" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">14</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> respectively, so the triangle <inline-formula><mml:math id="M12" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">14</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
forms the pole map. Given any two plane positions <inline-formula><mml:math id="M13" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M14" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the pole <inline-formula><mml:math id="M15" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
can be determined by a complex number as (Lin et al., 2018)
            <disp-formula id="Ch1.E1" content-type="numbered"><label>1</label><mml:math id="M16" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          where <inline-formula><mml:math id="M17" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F1"><?xmltex \currentcnt{1}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure 1</label><caption><p id="d1e593">Motion positions and pole map.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=219.08622pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021-f01.png"/>

        </fig>

</sec>
<?pagebreak page377?><sec id="Ch1.S2.SS2">
  <label>2.2</label><title>Geometric identification of moving planes</title>
      <p id="d1e610">The displacement of finitely separated positions can be represented by a
pole map. If the two pole maps are geometrically identical (i.e., the pole
coordinates and corresponding angles in the first pole map are equal to
those in the second pole map respectively), then the two displacements
represented by the two pole maps are the same. As shown in Fig. 2, the
displacement of plane positions <inline-formula><mml:math id="M18" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M19" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M20" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> determines the
pole map <inline-formula><mml:math id="M21" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and the displacement of plane positions <inline-formula><mml:math id="M22" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M23" display="inline"><mml:mrow><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M24" display="inline"><mml:mrow><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> determines the pole map <inline-formula><mml:math id="M25" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. If
<inline-formula><mml:math id="M26" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M27" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M28" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M29" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, then the two series of displacements are the same, so
positions <inline-formula><mml:math id="M30" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M31" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be considered in the same motion plane
<inline-formula><mml:math id="M32" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Therefore, the pole map can be regarded as the identification for
motion planes.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F2"><?xmltex \currentcnt{2}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure 2</label><caption><p id="d1e822">Position description by the pole map.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=236.157874pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021-f02.png"/>

        </fig>

</sec>
<sec id="Ch1.S2.SS3">
  <label>2.3</label><title>Geometric similarity of the pole map of rigid-body mechanisms</title>
      <p id="d1e839">For any rigid-body mechanism, the position <inline-formula><mml:math id="M33" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of a certain component during the motion can be described by the
initial position <inline-formula><mml:math id="M34" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and pole <inline-formula><mml:math id="M35" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
and the pole map determined by the continuous displacement of the component
is a pole curve. If the mechanism is subjected to geometric similarity
transformation including translating, rotating and scaling, to obtain a new
mechanism, then the finitely separated positions <inline-formula><mml:math id="M36" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the original mechanism will be transformed to new positions
<inline-formula><mml:math id="M37" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The relationship between the
original pole map <inline-formula><mml:math id="M38" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the new pole map
<inline-formula><mml:math id="M39" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is geometric similarity,
which is the same as the similarity relationship between the two mechanisms.
For example, in the planar mechanism <inline-formula><mml:math id="M40" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> shown in Fig. 3,
the initial angle is <inline-formula><mml:math id="M41" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M42" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the pole of guidance
link <inline-formula><mml:math id="M43" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the motion position of <inline-formula><mml:math id="M44" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Mechanism
<inline-formula><mml:math id="M45" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is obtained by geometrically
transforming the original mechanism <inline-formula><mml:math id="M46" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M47" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
can be obtained by calculating the pole of link <inline-formula><mml:math id="M48" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the
motion position of <inline-formula><mml:math id="M49" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Then the pole curve <inline-formula><mml:math id="M50" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Π</mml:mi></mml:math></inline-formula> formed
by <inline-formula><mml:math id="M51" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is geometrically similar to the pole curve <inline-formula><mml:math id="M52" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Π</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> formed by
<inline-formula><mml:math id="M53" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F3"><?xmltex \currentcnt{3}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure 3</label><caption><p id="d1e1270">Geometric similarity transformation of rigid-body mechanism.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=236.157874pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021-f03.png"/>

        </fig>

</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S3">
  <label>3</label><title>Synthesis method</title>
<sec id="Ch1.S3.SS1">
  <label>3.1</label><title>Geometric similarity of flexural beam</title>
      <p id="d1e1295">As shown in Fig. 3, the rigid-body mechanism has geometric similarity during
the geometric transformation process, while the pole maps before and after
the transformation also have the same geometric similarity. However, because
of the complexity of the force and deformation, the feature of compliant
mechanisms during the geometric transformation cannot be directly analogized
from the law of rigid-body mechanisms. In order to study the feasibility of
applying the similarity transformation of pole maps to compliant mechanism,
it is necessary to demonstrate that the compliant mechanism and its pole
maps both have the geometric similarity in translating, rotating, and
dimension scaling, just like the transformation feature of rigid-body
mechanism shown in Fig. 3. First, this paper will analyze the deformation of
the flexural beam which satisfies the Bernoulli–Euler beam equation.</p>
      <?pagebreak page378?><p id="d1e1298">Figure 4 shows the deformation of a cantilever beam subject to a combined
end force and external bending moment. The coordinate frame is established
by taking the fixed end as the coordinate origin and the direction of
initially straight beam as the positive direction of <inline-formula><mml:math id="M54" display="inline"><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula> axis. The end force
<inline-formula><mml:math id="M55" display="inline"><mml:mi>F</mml:mi></mml:math></inline-formula> can be decomposed into a horizontal force <inline-formula><mml:math id="M56" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and a vertical force
<inline-formula><mml:math id="M57" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The coordinates of the free end <inline-formula><mml:math id="M58" display="inline"><mml:mi>Q</mml:mi></mml:math></inline-formula> are <inline-formula><mml:math id="M59" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Point <inline-formula><mml:math id="M60" display="inline"><mml:mi>A</mml:mi></mml:math></inline-formula>,
whose position is denoted by <inline-formula><mml:math id="M61" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, is an arbitrary point on the
beam, and the curvature at <inline-formula><mml:math id="M62" display="inline"><mml:mi>A</mml:mi></mml:math></inline-formula> is
            <disp-formula id="Ch1.E2" content-type="numbered"><label>2</label><mml:math id="M63" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">EI</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">EI</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          The curve equation of the beam deformation can be expressed by arc length
<inline-formula><mml:math id="M64" display="inline"><mml:mi>s</mml:mi></mml:math></inline-formula>, that is, <inline-formula><mml:math id="M65" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfenced><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Differentiating
Eq. (2) with respect to <inline-formula><mml:math id="M66" display="inline"><mml:mi>s</mml:mi></mml:math></inline-formula>, we obtain
            <disp-formula id="Ch1.E3" content-type="numbered"><label>3</label><mml:math id="M67" display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">EI</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          According to the differential geometry, the formula
<inline-formula><mml:math id="M68" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is known. Differentiating this formula
with respect to <inline-formula><mml:math id="M69" display="inline"><mml:mi>s</mml:mi></mml:math></inline-formula> yields
            <disp-formula id="Ch1.E4" content-type="numbered"><label>4</label><mml:math id="M70" display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          Since <inline-formula><mml:math id="M71" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, it can be differentiated as
<inline-formula><mml:math id="M72" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. We continue to differentiate this equation and
get <inline-formula><mml:math id="M73" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Substituting
<inline-formula><mml:math id="M74" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> into the equation leads to
            <disp-formula id="Ch1.E5" content-type="numbered"><label>5</label><mml:math id="M75" display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          According to Eqs. (4) and (5), we have
            <disp-formula id="Ch1.E6" content-type="numbered"><label>6</label><mml:math id="M76" display="block"><mml:mtable class="split" columnspacing="1em" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mtable class="array" columnalign="left left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mtable class="array" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          Next, we calculate <inline-formula><mml:math id="M77" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the denominator of the right side of
Eq. (6). Since <inline-formula><mml:math id="M78" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the expression
<inline-formula><mml:math id="M79" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be expanded and derived as
            <disp-formula id="Ch1.Ex1"><mml:math id="M80" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" columnspacing="1em" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          Substituting <inline-formula><mml:math id="M81" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M82" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> into the above equation yields <inline-formula><mml:math id="M83" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Considering the direction of the tangent vector
<inline-formula><mml:math id="M84" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the normal vector <inline-formula><mml:math id="M85" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at point <inline-formula><mml:math id="M86" display="inline"><mml:mi>A</mml:mi></mml:math></inline-formula>, we obtain <inline-formula><mml:math id="M87" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math id="M88" display="inline"><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math id="M89" display="inline"><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math id="M90" display="inline"><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math id="M91" display="inline"><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and hence
            <disp-formula id="Ch1.Ex2"><mml:math id="M92" display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          Substituting the above formula into Eq. (6) gives
            <disp-formula id="Ch1.E7" content-type="numbered"><label>7</label><mml:math id="M93" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" columnspacing="1em" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">κ</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          As shown in Fig. 5, a flexible beam with a length of <inline-formula><mml:math id="M94" display="inline"><mml:mi>L</mml:mi></mml:math></inline-formula> is under the action
of the end loads <inline-formula><mml:math id="M95" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M96" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The position of the free
end point is denoted by <inline-formula><mml:math id="M97" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and the curve equations of
beam deformation are denoted by <inline-formula><mml:math id="M98" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M99" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. According to Eqs. (2), (3) and (7), the differential equations
describing the curve can be calculated as shown in the following.
            <disp-formula id="Ch1.E8" content-type="numbered"><label>8</label><mml:math id="M100" display="block"><mml:mtable class="split" columnspacing="1em" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">EI</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">EI</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">EI</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">EI</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          where <inline-formula><mml:math id="M101" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mi>L</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M102" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mi>L</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. When
<inline-formula><mml:math id="M103" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M104" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M105" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> satisfy the
differential equations of Eq. (8).</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F4"><?xmltex \currentcnt{4}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure 4</label><caption><p id="d1e3329">Large deflection of a flexural beam subject to arbitrary end
loads.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=219.08622pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021-f04.png"/>

        </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F5"><?xmltex \currentcnt{5}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure 5</label><caption><p id="d1e3341">Scale transformation of the flexural beam.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=236.157874pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021-f05.png"/>

        </fig>

      <p id="d1e3350">If this flexural beam is scaled by the scaling factor <inline-formula><mml:math id="M106" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:math></inline-formula> while the
material and section shape remain the same, the length of the new beam is
<inline-formula><mml:math id="M107" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the flexural rigidity EI remains unchanged, as shown in
Fig. 5.</p>
      <?pagebreak page379?><p id="d1e3370">Subject to the end load <inline-formula><mml:math id="M108" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M109" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the position of
free end point is <inline-formula><mml:math id="M110" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and curve equations representing
the new beam are determined by the following differential equations.
            <disp-formula id="Ch1.E9" content-type="numbered"><label>9</label><mml:math id="M111" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" columnspacing="1em" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">EI</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">EI</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">EI</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">EI</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          Supposing
            <disp-formula id="Ch1.E10" content-type="numbered"><label>10</label><mml:math id="M112" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" columnspacing="1em" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          and then successively differentiating Eq. (10), we can obtain <inline-formula><mml:math id="M113" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M114" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M115" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M116" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M117" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M118" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.
From Eq. (10), we can get <inline-formula><mml:math id="M119" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M120" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="d1e4115">Substituting the above calculation results and Eq. (10) into Eq. (9), we
have
            <disp-formula id="Ch1.Ex3"><mml:math id="M121" display="block"><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mtable class="split" columnspacing="1em" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">EI</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">EI</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">EI</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">EI</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          where <inline-formula><mml:math id="M122" display="inline"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. If the end load satisfies the functional
relationship given by Eq. (11), the above equations are obviously the same
as Eq. (8).
            <disp-formula id="Ch1.E11" content-type="numbered"><label>11</label><mml:math id="M123" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" columnspacing="1em" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          Therefore, under the condition that the free end load satisfies Eq. (11), if
<inline-formula><mml:math id="M124" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M125" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the
solutions of differential equations in Eq. (8), then <inline-formula><mml:math id="M126" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M127" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the solutions of
differential equations in Eq. (9). That is, for two flexural beams whose
lengths are <inline-formula><mml:math id="M128" display="inline"><mml:mi>L</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M129" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> respectively, when the free end load
satisfies Eq. (11), the deformation curves of beams have geometric
similarity which can be written as
            <disp-formula id="Ch1.E12" content-type="numbered"><label>12</label><mml:math id="M130" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="bold">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mi>s</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi><mml:mn mathvariant="bold">2</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          It is easy to prove that during the scaling process of the compliant beam,
the position of the free end point corresponding to the same end angle is
also scaled in the same way. Similarly, the end point trajectory before and
after scaling is also scaled, as shown by <inline-formula><mml:math id="M131" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Π</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M132" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Π</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in
Fig. 5.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S3.SS2">
  <label>3.2</label><title>Geometric similarity of compliant mechanism</title>
      <p id="d1e4845">The scaling of flexural beams is discussed in Sect. 3.1, and then this paper
will study the geometric similarity of the whole compliant mechanism during
geometric transformation. Taking a typical mechanism as an example, the
planar linkage<inline-formula><mml:math id="M133" display="inline"><mml:mrow><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a compliant mechanism, as shown
in Fig. 6. The initially straight flexural beam <inline-formula><mml:math id="M134" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is fixedly
connected with rigid link <inline-formula><mml:math id="M135" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M136" display="inline"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></inline-formula> is an arbitrary point in the
mechanism. It is assumed that this compliant linkage maintains a static
balance throughout the entire range of motion. When the input angle <inline-formula><mml:math id="M137" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the force that link <inline-formula><mml:math id="M138" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> applies to link <inline-formula><mml:math id="M139" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
is denoted by <inline-formula><mml:math id="M140" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and the driving torque is denoted by <inline-formula><mml:math id="M141" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. At this
time, the moment and force which link <inline-formula><mml:math id="M142" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> applies to link
<inline-formula><mml:math id="M143" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are denoted by <inline-formula><mml:math id="M144" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M145" display="inline"><mml:mi>F</mml:mi></mml:math></inline-formula>, respectively.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F6"><?xmltex \currentcnt{6}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure 6</label><caption><p id="d1e5037">Geometric similarity transformation of the compliant mechanism.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=236.157874pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021-f06.png"/>

        </fig>

      <?pagebreak page380?><p id="d1e5046">According to static analysis of link <inline-formula><mml:math id="M146" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M147" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we
obtain
            <disp-formula id="Ch1.Ex4"><mml:math id="M148" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" columnspacing="1em" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          Using <inline-formula><mml:math id="M149" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the formula of <inline-formula><mml:math id="M150" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be obtained by
adding the above two equations, i.e.,
            <disp-formula id="Ch1.E13" content-type="numbered"><label>13</label><mml:math id="M151" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          If the initial compliant linkages <inline-formula><mml:math id="M152" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the motion
position of <inline-formula><mml:math id="M153" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are subjected to a geometric transformation
which takes <inline-formula><mml:math id="M154" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as a base point, <inline-formula><mml:math id="M155" display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> as a translating factor, <inline-formula><mml:math id="M156" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:math></inline-formula> as
a rotating factor and <inline-formula><mml:math id="M157" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:math></inline-formula> as a scaling factor, and at the same time the
flexural rigidity EI remains unchanged, then the transformation will
obtain a new compliant linkage <inline-formula><mml:math id="M158" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The
relevant parameters are all shown in Fig. 6. After the transformation, the
new position of any point <inline-formula><mml:math id="M159" display="inline"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></inline-formula> in the linkages is
            <disp-formula id="Ch1.E14" content-type="numbered"><label>14</label><mml:math id="M160" display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          We assume that the compliant mechanism
<inline-formula><mml:math id="M161" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> shown in Fig. 6 is in static
equilibrium. According to Eq. (14), if point <inline-formula><mml:math id="M162" display="inline"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></inline-formula> is on the flexural beam,
then the deformation curve of <inline-formula><mml:math id="M163" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is
<inline-formula><mml:math id="M164" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Obviously, the
deformation curves of flexural beam <inline-formula><mml:math id="M165" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M166" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
have geometric similarity. Using Eq. (11) and geometric relationship
illustrated by Fig. 6, we obtain
            <disp-formula id="Ch1.E15" content-type="numbered"><label>15</label><mml:math id="M167" display="block"><mml:mtable class="split" columnspacing="1em" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          Now we analyze the static balance of link <inline-formula><mml:math id="M168" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Using Eq. (14), we have <inline-formula><mml:math id="M169" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and hence the moment of point <inline-formula><mml:math id="M170" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be calculated
and written as <inline-formula><mml:math id="M171" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>×</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>×</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Since
<inline-formula><mml:math id="M172" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the compliant mechanism
<inline-formula><mml:math id="M173" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> shown in Fig. 6 is in a state of
static equilibrium.</p>
      <p id="d1e5848">Therefore, for the compliant mechanism <inline-formula><mml:math id="M174" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at any
position in the motion range, if <inline-formula><mml:math id="M175" display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, then the transformed
mechanism <inline-formula><mml:math id="M176" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the original mechanism
always have a geometric similarity relationship.</p>
      <p id="d1e5926">According to Eq. (13), the driving force of the transformed mechanism can be
calculated, i.e., <inline-formula><mml:math id="M177" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Substituting Eq. (15) into the expression of <inline-formula><mml:math id="M178" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
simplifying, we obtain
            <disp-formula id="Ch1.E16" content-type="numbered"><label>16</label><mml:math id="M179" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          It can be seen that if the driving force satisfies the relationship of Eq. (16), the planar compliant mechanism has geometric similarity before and
after the transformation of translating, rotation and scaling. The position
coordinates of any point on the mechanism satisfy the transformation formula
given by Eq. (14).</p>
      <p id="d1e6011">In the following, this paper will discuss the transformation rules of poles
and pole maps during the geometric transformation of compliant mechanism.
For any mechanism containing flexible component, which can be denoted by
<inline-formula><mml:math id="M180" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the pole of two given motion position
<inline-formula><mml:math id="M181" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M182" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of a link can be represented as <inline-formula><mml:math id="M183" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and Eq. (1) is the formula for calculating the pole. If the
initial compliant mechanism is subjected to a geometric transformation which
takes <inline-formula><mml:math id="M184" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as a base point, <inline-formula><mml:math id="M185" display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula> as a translating factor, <inline-formula><mml:math id="M186" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:math></inline-formula> as
a rotating factor and <inline-formula><mml:math id="M187" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:math></inline-formula> as a scaling factor, then we will obtain a new
compliant mechanism <inline-formula><mml:math id="M188" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mi mathvariant="normal">…</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.
According to Eq. (14), two motion positions after geometric transformation
can be written as <inline-formula><mml:math id="M189" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M190" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where
<inline-formula><mml:math id="M191" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The
pole <inline-formula><mml:math id="M192" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of motion positions <inline-formula><mml:math id="M193" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M194" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be
calculated by Eq. (1), and it can be written as
            <disp-formula id="Ch1.Ex5"><mml:math id="M195" display="block"><mml:mtable class="split" columnspacing="1em" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mstyle scriptlevel="+1"><mml:mtable class="substack"><mml:mtr><mml:mtd><?xmltex \hack{\textstyle}?><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><?xmltex \hack{\textstyle}?><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          where <inline-formula><mml:math id="M196" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>[</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The above equation can be simplified into the form
            <disp-formula id="Ch1.E17" content-type="numbered"><label>17</label><mml:math id="M197" display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          Eq. (17) shows that before and after the geometric transformation of any
compliant mechanism, the poles are also subjected to the same geometric
transformation, and obviously the pole maps of original mechanism and
transformed mechanism always have a geometric similarity relationship. It can be concluded that
if the flexural rigidity EI maintains unchanged, then the finitely separated motion positions, poles and pole maps are similar before and after the geometric transformation. This similarity law of compliant mechanisms is the same as that of rigid-body mechanisms shown in Fig. 3.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S3.SS3">
  <label>3.3</label><title>Geometric approach to compliant mechanism synthesis</title>
      <p id="d1e6843">In Sect. 3.2, the geometric similarity of the pole map during the geometric
similarity transformation of compliant mechanisms is demonstrated. Based on
this theory, a novel geometric approach for compliant mechanism synthesis
is proposed. Next, this paper will expound the new synthesis method in
detail, which can be divided into three main contents as shown in Fig. 7.
<list list-type="order"><list-item>
      <p id="d1e6848">According to the mechanism type or topological structure characteristics
specified by design requirements, a certain type of nondimensional compliant
mechanism is chosen. Then the dimension parameters of this mechanism are
adjusted and determined so that the mechanism can satisfy the functional
characteristics of design requirements, such as the trajectory shape of the
guidance point, the rotation angle range of the guidance link, the workspace
and the mounting position of the fixed frame, etc. This chosen
nondimensional mechanism is defined as a function module, whose
establishment will be discussed in Sect. 4.</p></list-item><list-item>
      <?pagebreak page381?><p id="d1e6852">Analyzing the motion generation task specified by the design
requirement, the given finitely separated positions of the final solution
mechanism can be obtained so that the pole map <inline-formula><mml:math id="M198" display="inline"><mml:mi>P</mml:mi></mml:math></inline-formula> and its corresponding
angles of the solution mechanism can be calculated. Next, the pole curve of
the function module is calculated, and some poles on the curve are selected
so as to form a pole map <inline-formula><mml:math id="M199" display="inline"><mml:mi>Q</mml:mi></mml:math></inline-formula> geometric similar to the pole map <inline-formula><mml:math id="M200" display="inline"><mml:mi>P</mml:mi></mml:math></inline-formula> while
ensuring that the angles corresponding to each pole in <inline-formula><mml:math id="M201" display="inline"><mml:mi>Q</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M202" display="inline"><mml:mi>P</mml:mi></mml:math></inline-formula> are
respectively equal. The formula for calculating the pole map is presented by
Eq. (1).</p></list-item><list-item>
      <p id="d1e6891">By geometric similarity transforming <inline-formula><mml:math id="M203" display="inline"><mml:mi>Q</mml:mi></mml:math></inline-formula>, namely translating, rotating
and scaling, the transformed pole map can be identical to <inline-formula><mml:math id="M204" display="inline"><mml:mi>P</mml:mi></mml:math></inline-formula>. According to
the conclusion of Sect. 3.2, during the geometric similarity transformation
of the compliant mechanism, the pole map is subjected to the same
transformation. Therefore, if the function module is transformed by
following the method of making <inline-formula><mml:math id="M205" display="inline"><mml:mi>Q</mml:mi></mml:math></inline-formula> identical to <inline-formula><mml:math id="M206" display="inline"><mml:mi>P</mml:mi></mml:math></inline-formula>, then the pole map of
the new transformed mechanism is exactly <inline-formula><mml:math id="M207" display="inline"><mml:mi>P</mml:mi></mml:math></inline-formula>. According to the theory that
the same pole map represents the same finitely separated positions, as
illustrated by Fig. 2, this new compliant mechanism can satisfy the
functional characteristics of design requirements and achieve the task of
motion generation.</p></list-item></list>
For three-position synthesis, the proposed method can obtain multiple exact
solutions. In engineering practice, most of design tasks require that the
guidance link must achieve exactly at the start position and the end
position while passing through the intermediate positions with given
tolerances, which is named as fuzzy positions. Therefore, for four-position
motion generation, we can usually allow one of the positions to become a
fuzzy position. Relative to the exact position <inline-formula><mml:math id="M208" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the fuzzy position <inline-formula><mml:math id="M209" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is restricted to a tiny translation, and the design task can give the
tolerance <inline-formula><mml:math id="M210" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F7"><?xmltex \currentcnt{7}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure 7</label><caption><p id="d1e7017">Main contents of the geometric approach.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=236.157874pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021-f07.png"/>

        </fig>

      <p id="d1e7026">The pole map of four-position motion generation is a triangle, as shown in
Fig. 8, and the tolerance of the pole corresponding to the fuzzy position can
be calculated by Eq. (1), i.e.,
            <disp-formula id="Ch1.E18" content-type="numbered"><label>18</label><mml:math id="M211" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mfenced close="|" open="|"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>max⁡</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mrow><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          Assuming that given positions of the design task are <inline-formula><mml:math id="M212" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M213" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M214" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M215" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we can adjust the initial rotation angle
<inline-formula><mml:math id="M216" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the driving link to obtain the appropriate pole map
<inline-formula><mml:math id="M217" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">14</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which is quasi-similar to the pole map
<inline-formula><mml:math id="M218" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">14</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. As shown in Fig. 8, after similarity transformation,
<inline-formula><mml:math id="M219" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">14</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> should be quasi-congruent to
<inline-formula><mml:math id="M220" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">14</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> while satisfying the condition <inline-formula><mml:math id="M221" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F8" specific-use="star"><?xmltex \currentcnt{8}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure 8</label><caption><p id="d1e7319">Geometric transformation of pole map.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=341.433071pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021-f08.png"/>

        </fig>

</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S4">
  <label>4</label><title>Establishment of function module</title>
      <p id="d1e7337">This paper establishes the function module of compliant mechanisms and
takes it as the basic object of geometric similarity transformation. At the
beginning, we need to choose a compliant mechanism as a normalized function
module that is likely to achieve the functional characteristics required by
the design. Then we will analyze the normalized function module and obtain
its kinematic equations expressed by variables. Finally, by using the
kinematic equation, dimension parameters of the mechanism are adjusted and
determined so that the function module can satisfy the functional
characteristics of design requirements.</p>
<sec id="Ch1.S4.SS1">
  <label>4.1</label><title>Modeling of the flexural beam</title>
      <p id="d1e7347">This paper uses 3R PRBM to analyze the deformation of the flexural beam, as
shown in Fig. 9. Su (2009) presents the optimized parameters, i.e.,
<inline-formula><mml:math id="M222" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3.51</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M223" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2.99</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M224" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2.58</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M225" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M226" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.35</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M227" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.40</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M228" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.15</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F9"><?xmltex \currentcnt{9}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure 9</label><caption><p id="d1e7467">3R pseudo-rigid-body model.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=219.08622pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021-f09.png"/>

        </fig>

      <p id="d1e7476">The nondimensional forward kinematic equations are
            <disp-formula id="Ch1.E19" content-type="numbered"><label>19</label><mml:math id="M229" display="block"><mml:mtable class="split" columnspacing="1em" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">123</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">123</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          where <inline-formula><mml:math id="M230" display="inline"><mml:mi>L</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the actual length of the flexural beam,
<inline-formula><mml:math id="M231" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M232" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M233" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">123</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">cos</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and
<inline-formula><mml:math id="M234" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M235" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M236" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">123</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are also similar abbreviations.</p>
      <?pagebreak page382?><p id="d1e7760">The nondimensional statics equations are
            <disp-formula id="Ch1.E20" content-type="numbered"><label>20</label><mml:math id="M237" display="block"><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">EI</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">EI</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">EI</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msup><mml:mfenced open="[" close="]"><mml:mi>J</mml:mi></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          where <inline-formula><mml:math id="M238" display="inline"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:msup><mml:mo>]</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is written as (Su, 2009)
            <disp-formula id="Ch1.Ex6"><mml:math id="M239" display="block"><mml:mrow><?xmltex \hack{\hbox\bgroup\fontsize{9.5}{9.5}\selectfont$\displaystyle}?><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" columnspacing="1em" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mi>J</mml:mi></mml:mfenced><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mfenced close="]" open="["><mml:mtable class="array" columnalign="center center center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">23</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">23</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mfenced><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><?xmltex \hack{$\egroup}?></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="Ch1.S4.SS2">
  <label>4.2</label><title>Function module of compliant geared linkage</title>
      <p id="d1e8140">This paper will take the compliant geared linkage as an example to
illustrate the establishment method of the function module. In the compliant
four-bar mechanism <inline-formula><mml:math id="M240" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, a pair of gears are mounted on the
driving link <inline-formula><mml:math id="M241" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, as shown in Fig. 10. The rigid-body coupler <inline-formula><mml:math id="M242" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is
fixedly connected to the initially straight flexural beam <inline-formula><mml:math id="M243" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and
there is a constant angle <inline-formula><mml:math id="M244" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> between these two links. Gear
<inline-formula><mml:math id="M245" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is fixedly connected to <inline-formula><mml:math id="M246" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and gear <inline-formula><mml:math id="M247" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is connected to the
guidance link <inline-formula><mml:math id="M248" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. All absolute dimensions should be converted into
relative dimensions that are ratios of component dimensions to the frame
length <inline-formula><mml:math id="M249" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, so as to obtain the normalized function module. For example,
<inline-formula><mml:math id="M250" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math id="M251" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the length of flexible beam
<inline-formula><mml:math id="M252" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. All other parameters are labeled in Fig. 10.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F10"><?xmltex \currentcnt{10}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure 10</label><caption><p id="d1e8324">Compliant geared linkage.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=236.157874pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021-f10.png"/>

        </fig>

      <p id="d1e8333">Closed-loop equation of compliant four-bar mechanism can be decomposed into
            <disp-formula id="Ch1.E21" content-type="numbered"><label>21</label><mml:math id="M253" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" columnspacing="1em" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          where <inline-formula><mml:math id="M254" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M255" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M256" display="inline"><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> can be
calculated by Eq. (19)</p>
      <?pagebreak page383?><p id="d1e8522">The force and moment that link <inline-formula><mml:math id="M257" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> applies to link <inline-formula><mml:math id="M258" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are denoted as
<inline-formula><mml:math id="M259" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M260" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M261" display="inline"><mml:mi>M</mml:mi></mml:math></inline-formula>, as shown in Fig. 10. The compliant mechanism is
usually applied to products with small external load or uses rigid parts as
working component such as multistable compliant mechanisms, so the external
load applied by the link <inline-formula><mml:math id="M262" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be set equal to 0. Then the moment
balance equation is
            <disp-formula id="Ch1.E22" content-type="numbered"><label>22</label><mml:math id="M263" display="block"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          where the magnitude of <inline-formula><mml:math id="M264" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the actual length of link <inline-formula><mml:math id="M265" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, namely
<inline-formula><mml:math id="M266" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. According to the angles and positions shown in Fig. 10, we can
decompose vectors of Eq. (22) and obtain
            <disp-formula id="Ch1.E23" content-type="numbered"><label>23</label><mml:math id="M267" display="block"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          According to the direction of forces in Figs. 9 and 10, we have
<inline-formula><mml:math id="M268" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M269" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, so Eq. (23) can be rewritten into the
nondimensional form
            <disp-formula id="Ch1.E24" content-type="numbered"><label>24</label><mml:math id="M270" display="block"><mml:mtable class="split" columnspacing="1em" rowspacing="0.2ex" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">EI</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">EI</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:mspace width="0.25em" linebreak="nobreak"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.25em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">EI</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          Substituting the results of Eq. (20) into the Eq. (24) and then combining
with Eq. (21), we can get three equations of unknown variables <inline-formula><mml:math id="M271" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M272" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M273" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which represent the three angles in
PRBM. Given the crank angle <inline-formula><mml:math id="M274" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, we can use Newton–Raphson method to
calculate the numerical solution of <inline-formula><mml:math id="M275" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M276" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M277" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">Θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and obtain the value of <inline-formula><mml:math id="M278" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> by substituting the calculated
numerical solution into Eq. (19).</p>
      <p id="d1e8991">The formula of guidance angle <inline-formula><mml:math id="M279" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be derived,
that is
            <disp-formula id="Ch1.E25" content-type="numbered"><label>25</label><mml:math id="M280" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          where <inline-formula><mml:math id="M281" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a constant related to the initial position of the link
<inline-formula><mml:math id="M282" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M283" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="d1e9096">The trajectory equation of guidance point <inline-formula><mml:math id="M284" display="inline"><mml:mi>U</mml:mi></mml:math></inline-formula> can be written as
            <disp-formula id="Ch1.E26" content-type="numbered"><label>26</label><mml:math id="M285" display="block"><mml:mtable rowspacing="0.2ex" columnspacing="1em" class="split" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
          The deformation of the function module should be within the possible
deformation range of the flexural beam, otherwise the final solution will
not meet the practical requirements.</p>
</sec>
<sec id="Ch1.S4.SS3">
  <label>4.3</label><title>Adjustment of function module</title>
      <p id="d1e9196">In order to obtain the final function module of the compliant mechanism, we
need to find the appropriate mechanism dimension according to the functional
requirements of motion generation task. The general functional requirement
is the guidance characteristic of the mechanism, such as the trajectory
shape of the guidance point, the rotation angle range of the guidance link,
the functional relationship between the input angle and the output angle,
etc. Because the guidance characteristic changes with the dimension, it is
necessary to analyze the effect of the dimension on the output motion of the
guidance component. If the output motion is not sensitive to the dimensional
changes of some components, then the dimensional constraints of these
components can be appropriately reduced. On the contrary, if the output
motion is sensitive to the dimensional changes of some components, the
effect of these dimensions on guidance characteristics needs to be analyzed
in detail. If the design task is too special or the functional requirements
is too strict, we cannot find an appropriate function module that satisfies
the functional requirements specified by the design task.</p>
      <p id="d1e9199">Through computer mathematical software or interactive geometry software, we
can easily adjust dimension parameters of the function module and analyze
the kinematics visually in real time so that we can intuitively understand
the effect of different dimensions on the functional characteristics. Taking
the compliant mechanism shown in Fig. 10 as an example, this paper will
present the process of analyzing the effect of dimensions on the guidance
characteristic. Now we set all dimensions of this mechanism as <inline-formula><mml:math id="M286" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.6</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M287" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.2</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M288" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.4</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M289" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.4</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M290" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.4</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M291" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">45</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M292" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M293" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">90</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M294" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M295" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M296" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M297" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> and then adjust the
parameters respectively while keeping other parameters unchanged. The
functional relationship between the guidance rotation angle and the input
angle can be calculated by Eq. (25), and the trajectory of guidance point
<inline-formula><mml:math id="M298" display="inline"><mml:mi>U</mml:mi></mml:math></inline-formula> can be obtained from Eq. (26), whose results are shown in Figs. 11 and
12.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F11" specific-use="star"><?xmltex \currentcnt{11}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure 11</label><caption><p id="d1e9366">The effect of parameters on rotation angle of the guidance link.
<bold>(a)</bold> <inline-formula><mml:math id="M299" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula>. <bold>(b)</bold> <inline-formula><mml:math id="M300" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <bold>(c)</bold> <inline-formula><mml:math id="M301" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <bold>(d)</bold> <inline-formula><mml:math id="M302" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=341.433071pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021-f11.png"/>

        </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F12" specific-use="star"><?xmltex \currentcnt{12}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure 12</label><caption><p id="d1e9431">The effect of parameters on trajectory of the guidance point. <bold>(a)</bold> <inline-formula><mml:math id="M303" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <bold>(b)</bold> <inline-formula><mml:math id="M304" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <bold>(c)</bold> <inline-formula><mml:math id="M305" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <bold>(d)</bold> <inline-formula><mml:math id="M306" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=341.433071pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021-f12.png"/>

        </fig>

      <p id="d1e9493">Obviously, the compliant geared linkage has the characteristic of a large
range of guidance angle that is primarily linear with the input angle, and
the change of main parameters does not affect the basic type of guidance
characteristic. It can be seen from Fig. 11 that <inline-formula><mml:math id="M307" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M308" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> have
little effect on <inline-formula><mml:math id="M309" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M310" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> does not affect <inline-formula><mml:math id="M311" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M312" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> has
a large effect on <inline-formula><mml:math id="M313" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:math></inline-formula>. It can be seen from Fig. 12 that <inline-formula><mml:math id="M314" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M315" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> have little effect on the trajectory of the guidance point, <inline-formula><mml:math id="M316" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
can scale the trajectory curve, and <inline-formula><mml:math id="M317" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:math></inline-formula> can rotate the trajectory.
Therefore, the dimension of the basic compliant four-bar linkage has less
effect on guidance characteristic. When selecting dimensions of the function
module, it is necessary to preferentially adjust parameters of the gear part
according to the given design requirements, so as to obtain a suitable
mechanism. In addition, we should determine the appropriate initial position
of the function module so that range of guidance angle must meet the
condition
            <disp-formula id="Ch1.E27" content-type="numbered"><label>27</label><mml:math id="M318" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>max⁡</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>min⁡</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
          where <inline-formula><mml:math id="M319" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>max⁡</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M320" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mo>min⁡</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denote the maximum and
minimum angle of the design requirement, and <inline-formula><mml:math id="M321" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the
range of guidance angle.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S5">
  <label>5</label><title>Examples</title>
      <p id="d1e9683">In this section, two applications of exact three-position synthesis and
fuzzy four-position synthesis are presented to illustrate how the proposed
approach is applied.</p>
<?pagebreak page384?><sec id="Ch1.S5.SS1">
  <label>5.1</label><title>Three-position synthesis of compliant geared linkage</title>
      <p id="d1e9693">The task is to design a three-station transfer device, which is used to
detect some light-weight products on the production line. These three
stations are three fixed planar positions, and the device should make the
product reach these positions accurately. At position <inline-formula><mml:math id="M322" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the product
on the production line is automatically placed in the pallet of device. At
position <inline-formula><mml:math id="M323" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the product is detected, scanned and recorded by other
equipment. At position <inline-formula><mml:math id="M324" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the product is taken out. In order to avoid
interference with the workspace of the detection, loading and unloading
equipment, the design task requires that the mounting position of the
transfer device should be far away from the three stations. The three given
positions are shown in Table 1.</p>

<?xmltex \floatpos{t}?><table-wrap id="Ch1.T1"><?xmltex \currentcnt{1}?><label>Table 1</label><caption><p id="d1e9732">Parameters of the design.</p></caption><oasis:table frame="topbot"><oasis:tgroup cols="3">
     <oasis:colspec colnum="1" colname="col1" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="2" colname="col2" align="right"/>
     <oasis:colspec colnum="3" colname="col3" align="right"/>
     <oasis:thead>
       <oasis:row rowsep="1">
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M325" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M326" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (mm)</oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3"><inline-formula><mml:math id="M327" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (deg)</oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:thead>
     <oasis:tbody>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M328" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M329" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">87</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mn mathvariant="normal">130</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3"/>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M330" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M331" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">40</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mn mathvariant="normal">100</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3"><inline-formula><mml:math id="M332" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">90</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M333" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M334" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">45</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">27</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3"><inline-formula><mml:math id="M335" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">180</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:tbody>
   </oasis:tgroup></oasis:table></table-wrap>

      <p id="d1e9910">Considering that the overall size of the transfer device is small, in order
to reduce the weight of the structure and the friction caused by some
revolute joints, we will use compliant mechanism as the basis of this
device. According to the design requirements, we can choose a compliant
geared linkage to achieve three-position motion generation. The mechanism
type is shown in Fig. 13: <inline-formula><mml:math id="M336" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the driving link, <inline-formula><mml:math id="M337" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the
guidance link installed with the pallet, and the gear ratio is 1. We will
use aluminum alloy to make the flexible beam <inline-formula><mml:math id="M338" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and the angle between
flexible beam and the rigid-body coupler <inline-formula><mml:math id="M339" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is 45<inline-formula><mml:math id="M340" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>. The three
given positions <inline-formula><mml:math id="M341" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M342" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M343" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are labeled in Fig. 13. The
synthesis procedure can be divided into the following steps.
<list list-type="order"><list-item>
      <?pagebreak page385?><p id="d1e10007">The compliant geared linkage is chosen as normalized function module.
Its basic kinematic formulas are given by Eqs. (25) and (26), and relevant
dimensional parameters are marked in Fig. 10. Following the method presented
in Sect. 4.3, we can adjust the dimension parameters so that the function
module will satisfy the functional requirement. Since the three guidance
positions are required to be away from the flexural beam, we can adjust some
parameters to change the position of the guidance trajectory, as shown in
Fig. 12. The appropriate dimension can be determined as <inline-formula><mml:math id="M344" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">100</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M345" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">60</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M346" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">120</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M347" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">140</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M348" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">40</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M349" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">40</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M350" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">60</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M351" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M352" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M353" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>. According to Eq. (27), the initial
rotation angle <inline-formula><mml:math id="M354" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the driving link can be set to <inline-formula><mml:math id="M355" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">90</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M356" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>.</p></list-item><list-item>
      <p id="d1e10177">The pole map of the given separated position of the design task can be
calculated by substituting the data of Table 1 into Eq. (1). Taking <inline-formula><mml:math id="M357" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
as the initial position, the poles and corresponding angles are
<inline-formula><mml:math id="M358" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">38.82</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mn mathvariant="normal">51.53</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M359" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">45</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M360" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M361" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">20.97</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mn mathvariant="normal">51.52</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M362" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">90</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M363" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Next, we
will establish the pole map of the function module. If the position of
<inline-formula><mml:math id="M364" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is set to the origin of the coordinate frame, then the guidance
point and the guidance rotation angle of the initial position are <inline-formula><mml:math id="M365" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">64.65</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mn mathvariant="normal">46.45</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M366" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">138.60</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M367" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> by using Eqs. (25) and (26). Since the angle
corresponding to the pole of <inline-formula><mml:math id="M368" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M369" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> must be equal to <inline-formula><mml:math id="M370" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, according to <inline-formula><mml:math id="M371" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac style="text"><mml:mrow><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula> shown in Eq. (1), we
have<disp-formula id="Ch1.E28" content-type="numbered"><label>28</label><mml:math id="M372" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>The result is <inline-formula><mml:math id="M373" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">228.60</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M374" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, and it can be
substituted into Eqs. (25) and (26) so as to calculate and obtain <inline-formula><mml:math id="M375" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">135.82</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M376" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M377" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">64.94</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">40.91</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In the
same way we can obtain <inline-formula><mml:math id="M378" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">187.08</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M379" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M380" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">14.43</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">63.29</mml:mn><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M381" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">318.60</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M382" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Substituting the values of <inline-formula><mml:math id="M383" display="inline"><mml:mi>U</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M384" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:math></inline-formula> into
Eq. (1), the poles of the function module can be obtained, i.e.,
<inline-formula><mml:math id="M385" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">21.11</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mn mathvariant="normal">2.63</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M386" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">25.11</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">8.42</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. All relevant parameters and results are marked in Fig. 13, and we
use curves to represent different deformations of flexural beam in Fig. 13.</p></list-item><list-item>
      <p id="d1e10685">Through geometric transformation, pole map <inline-formula><mml:math id="M387" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be
identical to pole map <inline-formula><mml:math id="M388" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Separately substituting
<inline-formula><mml:math id="M389" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M390" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M391" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M392" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> into Eq. (17) and simplifying, we
obtain<disp-formula id="Ch1.E29" content-type="numbered"><label>29</label><mml:math id="M393" display="block"><mml:mtable class="split" rowspacing="0.2ex" columnspacing="1em" displaystyle="true" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>⋅</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>Then the factors of geometric transformation can be calculated, i.e.,
translating factor <inline-formula><mml:math id="M394" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">46</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mn mathvariant="normal">20</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, rotating factor <inline-formula><mml:math id="M395" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">70.08</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M396" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> and scaling factor <inline-formula><mml:math id="M397" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.52</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Finally, the
solution mechanism can be obtained by geometric transformation with <inline-formula><mml:math id="M398" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
as the base point and <inline-formula><mml:math id="M399" display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M400" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M401" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:math></inline-formula> as factors, as shown in
Fig. 14.</p></list-item></list>
The flexure beam is made of aluminum alloy, with Young's modulus
<inline-formula><mml:math id="M402" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">6.9</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn mathvariant="normal">10</mml:mn><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> MPa, and the size of the cross section is 1.1 mm <inline-formula><mml:math id="M403" display="inline"><mml:mo>×</mml:mo></mml:math></inline-formula> 12 mm. We conduct finite element analysis of the flexure beam by Abaqus, as
shown in Fig. 15, and deformations are the same as calculated curves shown in
Fig. 14.</p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F13"><?xmltex \currentcnt{13}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure 13</label><caption><p id="d1e10965">Function module and pole map.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=241.848425pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021-f13.png"/>

        </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F14" specific-use="star"><?xmltex \currentcnt{14}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure 14</label><caption><p id="d1e10976">Solution mechanism.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=341.433071pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021-f14.png"/>

        </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F15" specific-use="star"><?xmltex \currentcnt{15}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure 15</label><caption><p id="d1e10987">Deformation of the flexure beam. <bold>(a)</bold> <inline-formula><mml:math id="M404" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.
<bold>(b)</bold> <inline-formula><mml:math id="M405" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <bold>(c)</bold> <inline-formula><mml:math id="M406" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=341.433071pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021-f15.png"/>

        </fig>

</sec>
<?pagebreak page386?><sec id="Ch1.S5.SS2">
  <label>5.2</label><title>Four-position synthesis of compliant four-bar linkage</title>
      <p id="d1e11047">The design task is four-position synthesis of compliant four-bar linkage.
The four positions are demonstrated in Table 2, and these positions are
marked in Fig. 16. The tolerance of fuzzy position <inline-formula><mml:math id="M407" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is given
as <inline-formula><mml:math id="M408" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.01</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>

<?xmltex \floatpos{t}?><table-wrap id="Ch1.T2"><?xmltex \currentcnt{2}?><label>Table 2</label><caption><p id="d1e11081">Parameters of the design.</p></caption><oasis:table frame="topbot"><oasis:tgroup cols="3">
     <oasis:colspec colnum="1" colname="col1" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="2" colname="col2" align="left"/>
     <oasis:colspec colnum="3" colname="col3" align="right"/>
     <oasis:thead>
       <oasis:row rowsep="1">
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M409" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M410" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3"><inline-formula><mml:math id="M411" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (deg)</oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:thead>
     <oasis:tbody>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M412" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M413" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1.3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3"><inline-formula><mml:math id="M414" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M415" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo stretchy="false" mathvariant="normal">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M416" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1.8</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3"/>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M417" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M418" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1.4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mn mathvariant="normal">1.2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3"><inline-formula><mml:math id="M419" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">30</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
       <oasis:row>
         <oasis:entry colname="col1"><inline-formula><mml:math id="M420" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col2"><inline-formula><mml:math id="M421" display="inline"><mml:mrow><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
         <oasis:entry colname="col3"><inline-formula><mml:math id="M422" display="inline"><mml:mn mathvariant="normal">45</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry>
       </oasis:row>
     </oasis:tbody>
   </oasis:tgroup></oasis:table></table-wrap>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F16" specific-use="star"><?xmltex \currentcnt{16}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure 16</label><caption><p id="d1e11296">Function module and pole map.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=341.433071pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021-f16.png"/>

        </fig>

      <?xmltex \floatpos{p}?><fig id="Ch1.F17"><?xmltex \currentcnt{17}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure 17</label><caption><p id="d1e11308">Solution mechanism.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=241.848425pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021-f17.png"/>

        </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F18" specific-use="star"><?xmltex \currentcnt{18}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure 18</label><caption><p id="d1e11319">Deformation of the flexure beam. <bold>(a)</bold> <inline-formula><mml:math id="M423" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.
<bold>(b)</bold> <inline-formula><mml:math id="M424" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <bold>(c)</bold> <inline-formula><mml:math id="M425" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. <bold>(d)</bold> <inline-formula><mml:math id="M426" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=341.433071pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021-f18.png"/>

        </fig>

      <p id="d1e11385">The synthesis procedure can be divided into the following steps.
<list list-type="order"><list-item>
      <p id="d1e11390">According to the mechanism type specified by design requirements, a
compliant four-bar linkage shown in Fig. 16 is chosen as normalized function
module, and coupler <inline-formula><mml:math id="M427" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the guidance link. <inline-formula><mml:math id="M428" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents the length
of initially straight flexural beam, <inline-formula><mml:math id="M429" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M430" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">45</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M431" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Given rotation angle <inline-formula><mml:math id="M432" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, we can calculate the
deflection angle <inline-formula><mml:math id="M433" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the flexural beam by following the method
presented in Sect. 4.2, and hence we can get the guidance angle <inline-formula><mml:math id="M434" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Setting point <inline-formula><mml:math id="M435" display="inline"><mml:mi>B</mml:mi></mml:math></inline-formula> as the guidance point, its
position is <inline-formula><mml:math id="M436" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>cos⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M437" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mi>sin⁡</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
      <p id="d1e11569">Then we adjust the dimension parameters so that the function module will
satisfy the angle range required by design task. The appropriate dimension
can be determined as <inline-formula><mml:math id="M438" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M439" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.4</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M440" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M441" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.4</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></list-item><list-item>
      <p id="d1e11634">The pole map of the given separated position of the design task can be
calculated by substituting the data of Table 2 into Eq. (1). Taking <inline-formula><mml:math id="M442" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
as the initial position, the poles and corresponding angles are
<inline-formula><mml:math id="M443" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1.55</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.90</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M444" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">7.5</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M445" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M446" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">3.21</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mn mathvariant="normal">0.98</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M447" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">7.5</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M448" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M449" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">14</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.72</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.06</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M450" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">14</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">15</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M451" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>. <inline-formula><mml:math id="M452" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
is the pole corresponding to the fuzzy position <inline-formula><mml:math id="M453" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">̃</mml:mo></mml:mover><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and we can
obtain <inline-formula><mml:math id="M454" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.038</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from Eq. (18). If <inline-formula><mml:math id="M455" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is given a
numerical value, following the procedure presented in Sect. 5.1, we can
calculate and obtain the pole map <inline-formula><mml:math id="M456" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">14</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. According to Eq. (29) and the geometric transformation method shown in Fig. 8, pole map
<inline-formula><mml:math id="M457" display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">14</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be obtained, and then the error between
two pole maps is <inline-formula><mml:math id="M458" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="|" close="|"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn><mml:mo>′</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. If the value of <inline-formula><mml:math id="M459" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> changes, then <inline-formula><mml:math id="M460" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:math></inline-formula> will
change. Therefore, taking <inline-formula><mml:math id="M461" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as a variable, we can construct the
numerical function relationship <inline-formula><mml:math id="M462" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. By using
a computer to calculate the minimum value of <inline-formula><mml:math id="M463" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:math></inline-formula>, the initial
rotation angle <inline-formula><mml:math id="M464" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be determined. The result is that when <inline-formula><mml:math id="M465" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">22.83</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M466" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M467" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi></mml:math></inline-formula> gets the minimum value <inline-formula><mml:math id="M468" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.005</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which satisfies the condition <inline-formula><mml:math id="M469" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ε</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.
Following the steps presented in Sect. 5.1, we can calculate and obtain
<inline-formula><mml:math id="M470" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1.08</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mn mathvariant="normal">1.34</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M471" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">89.00</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M472" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M473" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1.01</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mn mathvariant="normal">1.40</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M474" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">236.59</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M475" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M476" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0.18</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mn mathvariant="normal">0.96</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M477" display="inline"><mml:mrow><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">293.45</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M478" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M479" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0.15</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mn mathvariant="normal">1.05</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and the guidance angle <inline-formula><mml:math id="M480" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:math></inline-formula> can
also be calculated. Substituting the values of <inline-formula><mml:math id="M481" display="inline"><mml:mi>B</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M482" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:math></inline-formula> into Eq. (1), the poles of the function module can be obtained, i.e., <inline-formula><mml:math id="M483" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1.12</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mn mathvariant="normal">1.65</mml:mn><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M484" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1.93</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">2.33</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M485" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">14</mml:mn></mml:msub><mml:mfenced close=")" open="("><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1.24</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="nobreak" width="0.125em"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">0.50</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The deformations of flexural beam in <inline-formula><mml:math id="M486" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>,
<inline-formula><mml:math id="M487" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M488" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">3</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M489" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are all shown in Fig. 16.</p></list-item><list-item>
      <p id="d1e12353">Through geometric transformation, pole map <inline-formula><mml:math id="M490" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">14</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be
quasi-congruent to pole map <inline-formula><mml:math id="M491" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">14</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Using Eq. (29), the
factors of geometric transformation can be calculated, i.e., <inline-formula><mml:math id="M492" display="inline"><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">0.96</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:mn mathvariant="normal">0.71</mml:mn></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M493" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">133.41</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math id="M494" display="inline"><mml:msup><mml:mi/><mml:mo>∘</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M495" display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn mathvariant="normal">1.38</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.
Finally, the solution mechanism can be obtained by geometric transformation
with <inline-formula><mml:math id="M496" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as the base point and <inline-formula><mml:math id="M497" display="inline"><mml:mi>T</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M498" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M499" display="inline"><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:math></inline-formula> as factors, as
shown in Fig. 17. We conduct finite element analysis of the flexure beam by
Abaqus, as shown in Fig. 18, and deformations are the same as calculated
curves shown in Fig. 17.</p></list-item></list></p>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F19"><?xmltex \currentcnt{19}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure 19</label><caption><p id="d1e12486">Relationship between input angle and pole order.<?xmltex \hack{\vspace*{5mm}}?></p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=241.848425pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021-f19.png"/>

        </fig>

      <?xmltex \floatpos{t}?><fig id="Ch1.F20" specific-use="star"><?xmltex \currentcnt{20}?><?xmltex \def\figurename{Figure}?><label>Figure 20</label><caption><p id="d1e12499">Relationship between guidance order and pole order.</p></caption>
          <?xmltex \igopts{width=341.433071pt}?><graphic xlink:href="https://ms.copernicus.org/articles/12/375/2021/ms-12-375-2021-f20.png"/>

        </fig>

</sec>
</sec>
<sec id="Ch1.S6">
  <label>6</label><title>Discussion</title>
      <p id="d1e12517">Pole maps are a geometric tool that can accurately describe multiple planar
positions, and it can reveal the relationship between guidance mechanisms
and given design tasks. Based on similarity transformation of pole maps, Lin
et al. (2018)<?pagebreak page387?> proposed a new approach to rigid-body mechanism synthesis
and used geometric way to find the approximate solution of multi-position
motion generation. Also based on similarity transformation of pole maps,
this paper expands its application field and proposes a novel synthesis
method for compliant mechanisms. In addition, this paper illustrates the
establishment and adjustment method of the function module of compliant
mechanisms and presents a practical calculation procedure for four-position
synthesis through numerical example.</p>
      <p id="d1e12520">The first example is a practical design task of three-position motion
generation, and the second example is four-position synthesis. As shown in
Sect. 5.1, this method can be used to solve some practical engineering
problems, such as using compliant mechanisms to replace rigid-body
mechanisms for avoiding disadvantages of rigid-body mechanisms<?pagebreak page388?> or achieving
the guidance task of some light-weight products.</p>
      <p id="d1e12523">Compared with other methods, the synthesis method proposed in this paper is
based on similarity transformation of pole map, so it is unique and has the
following features.
<list list-type="order"><list-item>
      <p id="d1e12528">Function module is introduced at the beginning of the design process,
and hence this method can ensure that the final solution mechanism will
satisfy the functional characteristics and transmission characteristics of
design requirements. As long as we can complete kinematic and static
analysis of a certain type of compliant mechanism, this type of mechanism
can be chosen as a function module. Therefore, this method is not limited to
the design of a specific type of compliant mechanism, and it can be applied
to compliant mechanisms with various topological structure.</p></list-item><list-item>
      <p id="d1e12532">This method is based on similarity transformation of pole map, so it can
avoid defects by traditional synthesis methods based on Burmester kinematic
geometry theory, such as order defect. The following is the detailed
discussion.</p></list-item></list></p>
      <?pagebreak page389?><p id="d1e12535">Suppose there are four motion positions: <inline-formula><mml:math id="M500" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M501" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M502" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and
<inline-formula><mml:math id="M503" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The guidance order requires the coupler to pass through given
positions in the desired order, which is relevant to the input angle order
of driving link. As shown in Fig. 19, the guidance dyad <inline-formula><mml:math id="M504" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">0</mml:mn></mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> passes
through four given positions in the order of
<inline-formula><mml:math id="M505" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>–<inline-formula><mml:math id="M506" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>–<inline-formula><mml:math id="M507" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>–<inline-formula><mml:math id="M508" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>; then the input angle should meet the
condition as <inline-formula><mml:math id="M509" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The relationship between
motion positions and pole point is illustrated in Fig. 1, and thus it
can be obtained that the poles <inline-formula><mml:math id="M510" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M511" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M512" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> lie on the
perpendicular bisectors of <inline-formula><mml:math id="M513" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M514" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M515" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>
respectively, and the angles between each perpendicular bisector are
determined as
          <disp-formula id="Ch1.E30" content-type="numbered"><label>30</label><mml:math id="M516" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="0.125em" linebreak="nobreak"/><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ω</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac style="display"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
        As shown in Fig. 19, the pole is the intersection of the perpendicular
bisector and the pole curve <inline-formula><mml:math id="M517" display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Π</mml:mi></mml:math></inline-formula>, so the guidance order is finally
transformed to the pole order <inline-formula><mml:math id="M518" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>–<inline-formula><mml:math id="M519" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>–<inline-formula><mml:math id="M520" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn mathvariant="normal">1</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> according to Eq. (30).</p>
      <p id="d1e12895">If there are two guidance tasks which have the same given positions and
different guidance order, as shown in Fig. 20, obviously the shapes of the
two pole maps are the same, but the pole order is different. Usually, we
label motion positions and poles in the guidance order, and these two pole
maps <inline-formula><mml:math id="M521" display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">12</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">13</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn mathvariant="normal">14</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in Fig. 20 are different. Because of different
guidance order leading to different pole map, mechanism modules obtained by
different guidance order are also different. Therefore, this method can
avoid order defect.</p>
</sec>
<?pagebreak page390?><sec id="Ch1.S7" sec-type="conclusions">
  <label>7</label><title>Conclusion</title>
      <p id="d1e12927">This paper proposes a novel geometrical approach to compliant mechanism
synthesis based on similarity transformation of pole maps. The study
demonstrates the feasibility of applying the geometric similarity
transformation to the compliant mechanism, and it is proved that the pole
map of compliant mechanisms has the same characteristic as rigid-body
mechanisms during similarity transformation. Then this paper proposes the
procedure of synthesis method and expounds the establishment method of
function module. In addition, this work illustrates the synthesis approach
with two examples.</p>
</sec>

      
      </body>
    <back><notes notes-type="codeavailability"><title>Code availability</title>

      <p id="d1e12934">All the code used in this paper can be obtained from the corresponding author upon request.</p>
  </notes><notes notes-type="dataavailability"><title>Data availability</title>

      <p id="d1e12940">The data are available upon request from the corresponding author.</p>
  </notes><notes notes-type="authorcontribution"><title>Author contributions</title>

      <p id="d1e12946">SL and YZ proposed the methodology. YZ and HW wrote the paper. JJ and NM
took part in the discussion of the paper.</p>
  </notes><notes notes-type="competinginterests"><title>Competing interests</title>

      <p id="d1e12952">The authors declare that they have no conflict of interest.</p>
  </notes><notes notes-type="reviewstatement"><title>Review statement</title>

      <p id="d1e12958">This paper was edited by Engin Tanık and reviewed by two anonymous referees.</p>
  </notes><ref-list>
    <title>References</title>

      <ref id="bib1.bib1"><label>1</label><?label 1?><mixed-citation>Alqasimi, A., Lusk, C., and Chimento, J.: Design of a Linear Bistable
Compliant Crank–Slider Mechanism, J. Mech. Robot., 8, 051009,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1115/1.4032509" ext-link-type="DOI">10.1115/1.4032509</ext-link>, 2016.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib2"><label>2</label><?label 1?><mixed-citation>Bagivalu Prasanna, P., Bapat, S. G., Midha, A., and Lodagala, V.: A
Methodology for Determining Static Mode Shapes of a Compliant Mechanism
Using the Pseudo-Rigid-Body Model Concept and the Degrees-Of-Freedom
Analysis, J. Mech. Robot., 12, 021115, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1115/1.4045971" ext-link-type="DOI">10.1115/1.4045971</ext-link>,
2020.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib3"><label>3</label><?label 1?><mixed-citation>Choi, M. and Cho, S.: Isogeometric Optimal Design of Compliant Mechanisms
Using Finite Deformation Curved Beam Built-Up Structures, J. Mech. Des.,
142, 081402, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1115/1.4043585" ext-link-type="DOI">10.1115/1.4043585</ext-link>, 2020.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib4"><label>4</label><?label 1?><mixed-citation>DeBona, F. and Zelenika, S.: A generalized elastica-type approach to the
analysis of large displacements of spring-strips, Proc. Inst. Mech. Eng.
Part C-J. Mech. Eng. Sci., 211, 509–517,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1243/0954406971521890" ext-link-type="DOI">10.1243/0954406971521890</ext-link>, 1997.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib5"><label>5</label><?label 1?><mixed-citation>Diab, N. and Smaili, A.: An Ants-Search based method for optimum synthesis
of compliant mechanisms under various design criteria, Mech. Mach. Theory,
114, 85–97, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2017.04.004" ext-link-type="DOI">10.1016/j.mechmachtheory.2017.04.004</ext-link>, 2017.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib6"><label>6</label><?label 1?><mixed-citation>Hanke, U., Hampel, P., and Comsa, A.: Compliant Mechanism Synthesis by Using
Elastic Similitude, Chin. J. Mech. Eng., 28, 769–775,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.3901/CJME.2015.0520.069" ext-link-type="DOI">10.3901/CJME.2015.0520.069</ext-link>, 2015.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib7"><label>7</label><?label 1?><mixed-citation>
Howell, L. L.: Compliant Mechanisms, John Wiley &amp; Sons, New York, USA,
2001.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib8"><label>8</label><?label 1?><mixed-citation>Howell, L. L. and Midha, A.: A Method for the Design of Compliant Mechanisms
with Small-Length Flexural Pivots, J. Mech. Des., 116, 280–290,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1115/1.2919359" ext-link-type="DOI">10.1115/1.2919359</ext-link>, 1994.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib9"><label>9</label><?label 1?><mixed-citation>Huang, S. and Schimmels, J. M.: Geometry based synthesis of planar
compliances with redundant mechanisms having five compliant components,
Mech. Mach. Theory, 134, 645–666,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2018.12.021" ext-link-type="DOI">10.1016/j.mechmachtheory.2018.12.021</ext-link>, 2019.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib10"><label>10</label><?label 1?><mixed-citation>Huang, S. and Schimmels, J. M.: Synthesis of Planar Compliances With
Mechanisms Having Six Compliant Components: Geometric Approach, J. Mech.
Robot., 12, 031013, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1115/1.4045648" ext-link-type="DOI">10.1115/1.4045648</ext-link>, 2020.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib11"><label>11</label><?label 1?><mixed-citation>Kimball, C. and Tsai, L.: Modeling of Flexural Beams Subjected to Arbitrary
End Loads, J. Mech. Des., 124, 223–235, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1115/1.1455031" ext-link-type="DOI">10.1115/1.1455031</ext-link>,
2002.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib12"><label>12</label><?label 1?><mixed-citation>Li, N., Su, H., and Zhang, X.: Accuracy Assessment of Pseudo-Rigid-Body
Model for Dynamic Analysis of Compliant Mechanisms, J. Mech. Robot., 9,
054503, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1115/1.4037186" ext-link-type="DOI">10.1115/1.4037186</ext-link>, 2017.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib13"><label>13</label><?label 1?><mixed-citation>Lin, S., Liu, J., Wang, H., and Zhang, Y.: A novel geometric approach for
planar motion generation based on similarit<?pagebreak page391?>y transformation of pole maps,
Mech. Mach. Theory, 122, 97–112,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2017.11.027" ext-link-type="DOI">10.1016/j.mechmachtheory.2017.11.027</ext-link>, 2018.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib14"><label>14</label><?label 1?><mixed-citation>Liu, C., Huang, G., and Chen, T.: An Evolutionary Soft-Add Topology
Optimization Method for Synthesis of Compliant Mechanisms with Maximum
Output Displacement, J. Mech. Robot., 9, 054502,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1115/1.4037000" ext-link-type="DOI">10.1115/1.4037000</ext-link>, 2017.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib15"><label>15</label><?label 1?><mixed-citation>Midha, A., Norton, T. W., and Howell, L. L.: On the Nomenclature,
Classification, and Abstractions of Compliant Mechanisms, J. Mech. Des.,
116, 270–279, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1115/1.2919358" ext-link-type="DOI">10.1115/1.2919358</ext-link>, 1994.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib16"><label>16</label><?label 1?><mixed-citation>Patiballa, S. K. and Krishnan, G.: Estimating Optimized Stress Bounds in
Early Stage Design of Compliant Mechanisms, J. Mech. Des., 139, 062302,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1115/1.4036305" ext-link-type="DOI">10.1115/1.4036305</ext-link>, 2017.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib17"><label>17</label><?label 1?><mixed-citation>Su, H. J.: A Pseudorigid-Body 3R Model for Determining Large Deflection of
Cantilever Beams Subject to Tip Loads, J. Mech. Robot., 1, 021008,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1115/1.3046148" ext-link-type="DOI">10.1115/1.3046148</ext-link>, 2009.</mixed-citation></ref>
      <ref id="bib1.bib18"><label>18</label><?label 1?><mixed-citation>Valentini, P. and Pennestri, E.: Compliant four-bar linkage synthesis with
second-order flexure hinge approximation, Mech. Mach. Theory, 128, 225–233,
<ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2018.06.003" ext-link-type="DOI">10.1016/j.mechmachtheory.2018.06.003</ext-link>, 2018.
</mixed-citation></ref><?xmltex \hack{\newpage}?>
      <ref id="bib1.bib19"><label>19</label><?label 1?><mixed-citation>Zhou, H. and Mandala, A. R.: Topology Optimization of Compliant Mechanisms
Using the Improved Quadrilateral Discretization Model, J. Mech. Robot., 4,
021007, <ext-link xlink:href="https://doi.org/10.1115/1.4006194" ext-link-type="DOI">10.1115/1.4006194</ext-link>, 2012.</mixed-citation></ref>

  </ref-list></back>
    <!--<article-title-html>Geometric synthesis method of compliant mechanism based on similarity transformation of pole maps</article-title-html>
<abstract-html><p>This paper presents a geometric synthesis method for
compliant mechanisms based on similarity transformation of pole maps. Motion
generation is a typical and common mechanism synthesis task, so this study
takes it as the design requirement to expound the proposed method. Most of
the current research work relies on numerical solution of the nonlinear
Bernoulli–Euler beam model, numerical simulations or physical experiments to
study the synthesis method of compliant mechanisms. There is a lack of
simpler and more efficient methods to achieve motion generation of compliant
mechanisms with various topologies. This study is based on pole map which is
a geometric tool to describe the motion of rigid-body mechanisms. In this
paper, we first demonstrate the feasibility of applying the similarity
transformation of pole map to compliant mechanisms. It is proved that the
pole map of compliant mechanisms has the same characteristic as rigid-body
mechanisms during similarity transformation. Then we present the procedure
of synthesis method in detail and expound the establishment method of
function module which can avoid the functional defects of the final designed
mechanism. At last, we take the compliant geared linkages and compliant
four-bar linkage as examples to illustrate the novel synthesis approach. The
result is an applicable and effective synthesis method for motion generation
of compliant mechanisms.</p></abstract-html>
<ref-html id="bib1.bib1"><label>1</label><mixed-citation>
Alqasimi, A., Lusk, C., and Chimento, J.: Design of a Linear Bistable
Compliant Crank–Slider Mechanism, J. Mech. Robot., 8, 051009,
<a href="https://doi.org/10.1115/1.4032509" target="_blank">https://doi.org/10.1115/1.4032509</a>, 2016.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib2"><label>2</label><mixed-citation>
Bagivalu Prasanna, P., Bapat, S. G., Midha, A., and Lodagala, V.: A
Methodology for Determining Static Mode Shapes of a Compliant Mechanism
Using the Pseudo-Rigid-Body Model Concept and the Degrees-Of-Freedom
Analysis, J. Mech. Robot., 12, 021115, <a href="https://doi.org/10.1115/1.4045971" target="_blank">https://doi.org/10.1115/1.4045971</a>,
2020.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib3"><label>3</label><mixed-citation>
Choi, M. and Cho, S.: Isogeometric Optimal Design of Compliant Mechanisms
Using Finite Deformation Curved Beam Built-Up Structures, J. Mech. Des.,
142, 081402, <a href="https://doi.org/10.1115/1.4043585" target="_blank">https://doi.org/10.1115/1.4043585</a>, 2020.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib4"><label>4</label><mixed-citation>
DeBona, F. and Zelenika, S.: A generalized elastica-type approach to the
analysis of large displacements of spring-strips, Proc. Inst. Mech. Eng.
Part C-J. Mech. Eng. Sci., 211, 509–517,
<a href="https://doi.org/10.1243/0954406971521890" target="_blank">https://doi.org/10.1243/0954406971521890</a>, 1997.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib5"><label>5</label><mixed-citation>
Diab, N. and Smaili, A.: An Ants-Search based method for optimum synthesis
of compliant mechanisms under various design criteria, Mech. Mach. Theory,
114, 85–97, <a href="https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2017.04.004" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2017.04.004</a>, 2017.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib6"><label>6</label><mixed-citation>
Hanke, U., Hampel, P., and Comsa, A.: Compliant Mechanism Synthesis by Using
Elastic Similitude, Chin. J. Mech. Eng., 28, 769–775,
<a href="https://doi.org/10.3901/CJME.2015.0520.069" target="_blank">https://doi.org/10.3901/CJME.2015.0520.069</a>, 2015.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib7"><label>7</label><mixed-citation>
Howell, L. L.: Compliant Mechanisms, John Wiley &amp; Sons, New York, USA,
2001.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib8"><label>8</label><mixed-citation>
Howell, L. L. and Midha, A.: A Method for the Design of Compliant Mechanisms
with Small-Length Flexural Pivots, J. Mech. Des., 116, 280–290,
<a href="https://doi.org/10.1115/1.2919359" target="_blank">https://doi.org/10.1115/1.2919359</a>, 1994.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib9"><label>9</label><mixed-citation>
Huang, S. and Schimmels, J. M.: Geometry based synthesis of planar
compliances with redundant mechanisms having five compliant components,
Mech. Mach. Theory, 134, 645–666,
<a href="https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2018.12.021" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2018.12.021</a>, 2019.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib10"><label>10</label><mixed-citation>
Huang, S. and Schimmels, J. M.: Synthesis of Planar Compliances With
Mechanisms Having Six Compliant Components: Geometric Approach, J. Mech.
Robot., 12, 031013, <a href="https://doi.org/10.1115/1.4045648" target="_blank">https://doi.org/10.1115/1.4045648</a>, 2020.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib11"><label>11</label><mixed-citation>
Kimball, C. and Tsai, L.: Modeling of Flexural Beams Subjected to Arbitrary
End Loads, J. Mech. Des., 124, 223–235, <a href="https://doi.org/10.1115/1.1455031" target="_blank">https://doi.org/10.1115/1.1455031</a>,
2002.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib12"><label>12</label><mixed-citation>
Li, N., Su, H., and Zhang, X.: Accuracy Assessment of Pseudo-Rigid-Body
Model for Dynamic Analysis of Compliant Mechanisms, J. Mech. Robot., 9,
054503, <a href="https://doi.org/10.1115/1.4037186" target="_blank">https://doi.org/10.1115/1.4037186</a>, 2017.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib13"><label>13</label><mixed-citation>
Lin, S., Liu, J., Wang, H., and Zhang, Y.: A novel geometric approach for
planar motion generation based on similarity transformation of pole maps,
Mech. Mach. Theory, 122, 97–112,
<a href="https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2017.11.027" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2017.11.027</a>, 2018.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib14"><label>14</label><mixed-citation>
Liu, C., Huang, G., and Chen, T.: An Evolutionary Soft-Add Topology
Optimization Method for Synthesis of Compliant Mechanisms with Maximum
Output Displacement, J. Mech. Robot., 9, 054502,
<a href="https://doi.org/10.1115/1.4037000" target="_blank">https://doi.org/10.1115/1.4037000</a>, 2017.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib15"><label>15</label><mixed-citation>
Midha, A., Norton, T. W., and Howell, L. L.: On the Nomenclature,
Classification, and Abstractions of Compliant Mechanisms, J. Mech. Des.,
116, 270–279, <a href="https://doi.org/10.1115/1.2919358" target="_blank">https://doi.org/10.1115/1.2919358</a>, 1994.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib16"><label>16</label><mixed-citation>
Patiballa, S. K. and Krishnan, G.: Estimating Optimized Stress Bounds in
Early Stage Design of Compliant Mechanisms, J. Mech. Des., 139, 062302,
<a href="https://doi.org/10.1115/1.4036305" target="_blank">https://doi.org/10.1115/1.4036305</a>, 2017.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib17"><label>17</label><mixed-citation>
Su, H. J.: A Pseudorigid-Body 3R Model for Determining Large Deflection of
Cantilever Beams Subject to Tip Loads, J. Mech. Robot., 1, 021008,
<a href="https://doi.org/10.1115/1.3046148" target="_blank">https://doi.org/10.1115/1.3046148</a>, 2009.
</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib18"><label>18</label><mixed-citation>
Valentini, P. and Pennestri, E.: Compliant four-bar linkage synthesis with
second-order flexure hinge approximation, Mech. Mach. Theory, 128, 225–233,
<a href="https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2018.06.003" target="_blank">https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2018.06.003</a>, 2018.

</mixed-citation></ref-html>
<ref-html id="bib1.bib19"><label>19</label><mixed-citation>
Zhou, H. and Mandala, A. R.: Topology Optimization of Compliant Mechanisms
Using the Improved Quadrilateral Discretization Model, J. Mech. Robot., 4,
021007, <a href="https://doi.org/10.1115/1.4006194" target="_blank">https://doi.org/10.1115/1.4006194</a>, 2012.
</mixed-citation></ref-html>--></article>
