CN103192367A - 顶点可展多面体折叠机构 - Google Patents

Abstract

顶点可展多面体折叠机构，包括四个相同的可展平台A、B、C、D和六条支链I、II、III、IV、V、VI。六条支链分别通过转动连接的方式，将四个可缩放平台两两相互连接，形成外形类似四面体。可展平台A包括三个平台顶点、平台转轴和平台驱动电机。平台顶点包括滑轨、滑块、小转轴、具有顺时针和逆时针60°扭角的不同的平台连杆、同步杆、平台顶点轴、支链连接轴；四条支链I、II、III、IV包含支链杆与支链电机，两条支链V、VI包含支链杆与配重转轴。本机构通过对各个平台驱动电机、支链电机转角的控制，可以获得丰富的状态。可用于军事、勘测、教学、展示等用途。

Description

顶点可展多面体折叠机构

技术领域

本发明涉及一种折叠机构，具体涉及一种顶点可展多面体折叠机构。本发明可以应用于教学教具，儿童玩具，军事侦察，展览参观等用途。

背景技术

一直以来，可缩放可折叠机构以其占用空间小、重量轻、便于存储、携带方便变形程度很大，展开形状丰富等优良特性，无论是在军事、航天、探测、以及教育教学，艺术展示等方面都有着很高的运用价值。

可动平台相对于静平台的位置、姿态与工作空间计算在并联机构领域内已经过大量的分析与研究，并综合出了大量的机械构型。少自由度并联机器人由于驱动件少、结构紧凑、造价低廉且较串联机构刚度高等优点具有较高的使用价值。如著名的六自由度stewart平台，在飞行器模拟，轮胎测试机器等有着成熟应用。但为获得较好的负载性能、精度要求，使得并联平台的工作空间减小。

当前，并联机构中的静平台与动平台分别整体为一固定构件，尽管平台的设计形状各异，但平台尺寸结构一般不能进行变换。本发明结合了折叠四面体机构大缩放比与可缩放平台强大的变形能力，弱化静平台与动平台的区别，获得了大缩放比、高灵活性等各种优异性能，提出了一种顶点可展多面体折叠机构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：并联机构中的静平台与动平台分别整体为一固定构件，尽管平台的设计形状各异，但平台尺寸结构固定一般不能进行变换，导致无法获得大缩放比并同时具有灵活操作的特性。

本发明的技术方案：顶点可展多面体折叠机构包括可展平台A、可展平台B、可展平台C、可展平台D，第一支链、第二支链、第三支链、第四支链、第五支链、第六支链；

所述的可展平台A由平台第一顶点平台第二顶点、平台第三顶点、平台第一转轴、平台第二转轴、平台驱动电机组成；所述的可展平台B由平台第一顶点、平台第二顶点、平台第三顶点、平台第一转轴、平台第二转轴、平台驱动电机组成；所述的可展平台C由平台第一顶点、平台第二顶点、平台第三顶点、平台第一转轴、平台第二转轴、平台驱动电机组成；所述的可展平台D由平台第一顶点、平台第二顶点、平台第三顶点、平台第一转轴、平台第二转轴、平台驱动电机组成；

第一支链的任意一端与可展平台A的平台第一顶点进行转动连接；第一支链的另一端与可展平台B的平台第一顶点进行转动连接；第二支链的任意一端与可展平台B的平台第一顶点进行转动连接；第二支链的另一端与可展平台B的平台第一顶点进行转动连接；第三支链的任意一端与可展平台A的平台第一顶点进行转动连接；第三支链的另一端与可展平台B的平台第一顶点进行转动连接；第四支链的任意一端与可展平台A的平台第一顶点进行转动连接；第四支链的另一端与可展平台B的平台第一顶点进行转动连接；第五支链的任意一端与可展平台A的平台第一顶点进行转动连接；第五支链的另一端与可展平台B的平台第一顶点进行转动连接；第六支链的任意一端与可展平台A的平台第一顶点进行转动连接；第六支链的另一端与可展平台B的平台第一顶点进行转动连接；

可展平台A包括平台第一顶点、平台第二顶点、平台第三顶点、平台第一转轴、平台第二转轴、平台驱动电机； 平台第一顶点中的平台第二连杆通过平台第一转轴与平台第二顶点中的平台第一连杆转动连接，通过卡簧进行轴向固定，平台第二顶点中的平台第二连杆通过平台第二转轴与平台第三顶点中的平台第一连杆转动连接，通过卡簧进行轴向固定，平台第一顶点中的平台第二连杆通过平台第一转轴与平台第二顶点中的平台第一连杆转动连接，通过卡簧进行轴向固定，平台第三顶点中的平台第一连杆通过平台驱动电机与平台第一顶点中的平台第一连杆转动连接，通过顶丝进行电机输出轴的轴向及周向固定；

台第一顶点包括滑轨、滑块、第一转轴、第二转轴、第三转轴、第四转轴、平台第一连杆、平台第二连杆、第一同步杆、第二同步杆、平台顶点轴、支链连接轴；

滑块与滑轨的滑槽进行移动配合，滑块与第一同步杆通过第一转轴进行转动连接，滑块与第一转轴以过盈配合进行轴向固定，滑块与第二同步杆通过第二转轴进行转动连接，滑块与第四转轴通过过盈配合进行轴向固定，平台第一连杆的小孔与第一同步杆通过第二转轴进行转动连接，第二转轴与平台第一连杆的小孔以过盈配合进行轴向固定，平台第二连杆的小孔与第二同步杆通过第三转轴进行转动连接，第三转轴与平台第二连杆的小孔以过盈配合进行轴向固定，滑轨的中间孔与平台第一连杆、平台第二连杆的大孔通过平台顶点轴进行转动连接，平台顶点轴通过卡簧进行轴向固定，支链连接轴与滑轨的下孔进行转动连接，通过卡簧进行轴向固定；

平台第一连杆的大孔的轴线与远端孔的轴线具有顺时针60°的异面夹角，平台第二连杆的大孔的轴线与远端孔的轴线具有逆时针60°的异面夹角；可展平台A的平台第二顶点、平台第三顶点中各零件的形状、尺寸以及装配关系均与平台第一顶点完全相同；平台第一连杆、平台第一连杆与平台第一连杆尺寸结构完全相同，平台第二连杆、平台第二连杆与平台第二连杆尺寸结构完全相同，可展平台B、可展平台C、可展平台D中各零件的形状、尺寸以及装配关系均与可展平台A完全相同；

第一支链包括支链第一杆 、支链第二杆、支链电机；支链第一杆的连接孔与支链第二杆的连接孔通过支链电机进行转动连接，电机输出轴通过顶丝与支链第二杆固定；第二支链、第三支链、第四支链中各零件的形状、尺寸以及装配关系均与第一支链完全相同；第五支链包括支链第一杆、支链第二杆、配重块，支链第一杆的连接孔与支链第二杆的连接孔通过配重块上的转轴进行转动连接，并通过卡簧进行轴向固定；第六支链中各零件的形状、尺寸以及装配关系均与第五支链完全相同。

本发明的有益效果，通过折叠四面体与单自由度可缩放平台的高效结合，使得对于每一个平台，由六根连杆通过一定的转动副扭角布局安装，不仅仅增加了平台的工作空间，且扩展了平台更多功能，每个可缩放平台均可以做为一个子平台进行单独操作，且整个平台的折叠仅需要单个自由度，四个可缩放平台分别配备一个驱动使得机构不仅在折叠后空间上可以实现伸缩，也可实现平面三角形与空间六边形的不同变换，可以用于军事侦察、资源探测，教育教学，以及用于艺术创作。

附图说明

图1顶点可展多面体折叠机构整体结构图

图2 可缩放平台A结构图

图3 可缩放平台B结构图

图4 可缩放平台C结构图

图5 可缩放平台D结构图

图6 第一支链I装配关系示意图

图7 第五支链V装配关系示意图

图8平台顶点A1结构示意图

图9平台第一连杆A1-4示意图

图10平台第二连杆A1-10示意图

图11支链与缩放平台同时伸展状态示意图

图12支链伸展，支链连接于缩放平台边中点示意图

图13支链与缩放平台同时收缩状态示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，顶点可展多面体折叠机构包括可展平台A、可展平台B、可展平台C、可展平台D，第一支链（I）、第二支链（II）、第三支链（III）、第四支链（IV）、第五支链（V）、第六支链（VI）；

第一支链（I）的任意一端与可展平台A的平台第一顶点（A1）进行转动连接；第一支链（I）的另一端与可展平台B的平台第一顶点（B1）进行转动连接；

第二支链（II）的任意一端与可展平台B的平台第一顶点（B2）进行转动连接；第二支链（II）的另一端与可展平台B的平台第一顶点（D2）进行转动连接；

第三支链（III）的任意一端与可展平台A的平台第一顶点（B3）进行转动连接；第三支链（III）的另一端与可展平台B的平台第一顶点（C1）进行转动连接；

第四支链（IV）的任意一端与可展平台A的平台第一顶点（C2）进行转动连接；第四支链（IV）的另一端与可展平台B的平台第一顶点（D3）进行转动连接；

第五支链（V）的任意一端与可展平台A的平台第一顶点（A3）进行转动连接；第五支链（V）的另一端与可展平台B的平台第一顶点（C3）进行转动连接；

第六支链（VI）的任意一端与可展平台A的平台第一顶点（A2）进行转动连接；第六支链（VI）的另一端与可展平台B的平台第一顶点（D1）进行转动连接；

如图2所示，所述的可展平台A由平台第一顶点 （A1）、平台第二顶点（A2）、平台第三顶点（A3）、平台第一转轴 （A4）、平台第二转轴（A5）、平台驱动电机（A6）组成；

平台第一顶点（A1）中的平台第二连杆（A1-10） 通过平台第一转轴（A4）与平台第二顶点（A2）中的平台第一连杆（A2-4）转动连接，通过卡簧进行轴向固定，平台第二顶点（A2）中的平台第二连杆（A2-10）通过平台第二转轴（A5）与平台第三顶点（A3）中的平台第一连杆（A3-4）转动连接，通过卡簧进行轴向固定，平台第三顶点（A3）中的平台第一连杆（A3-10）通过平台驱动电机（A6）与平台第一顶点（A1）中的平台第一连杆（A1-4）转动连接，通过顶丝进行电机输出轴的轴向及周向固定；

如图3所示，平台第一顶点（A1）包括滑轨（A1-1）、滑块（A1-2）、第一转轴 （A1-3）、第二转轴（A1-6）、第三转轴（A1-9）、第四转轴（A1-12）、平台第一连杆（A1-4）、平台第二连杆（A1-10）、第一同步杆 （A1-5）、第二同步杆（A1-11）、平台顶点轴（A1-7）、支链连接轴（A1-8）；

滑块（A1-2）与滑轨（A1-1）的滑槽（A1-1a）进行移动配合，滑块（A1-2）与第一同步杆（A1-5）通过第一转轴（A1-3）进行转动连接，滑块（A1-2）与第一转轴（A1-3）以过盈配合进行轴向固定，滑块（A1-2）与第二同步杆（A1-11）通过第二转轴（A1-12）进行转动连接，滑块（A1-2）与第四转轴（A1-12）通过过盈配合进行轴向固定，平台第一连杆（A1-4）的小孔与第一同步杆（A1-5）通过第二转轴（A1-6）进行转动连接，第二转轴（A1-6）与平台第一连杆（A1-4）的小孔以过盈配合进行轴向固定，平台第二连杆（A1-10）的小孔与第二同步杆（A1-11）通过第三转轴（A1-9）进行转动连接，第三转轴（A1-9）与平台第二连杆（A1-10）的小孔以过盈配合进行轴向固定，滑轨（A1-1）的中间孔与平台第一连杆（A1-4）、平台第二连杆（A1-10）的大孔通过平台顶点轴（A1-7）进行转动连接，平台顶点轴（A1-7）通过卡簧进行轴向固定，支链连接轴（A1-8）与滑轨（A1-1）的下孔进行转动连接，通过卡簧进行轴向固定；

如图4所示，平台第一连杆（A1-4）的大孔（A1-4b）的轴线与远端孔（A1-4a）的轴线具有顺时针60°的异面夹角；

如图5所示，平台第二连杆（A1-10）的大孔（A1-10b）的轴线与远端孔（A1-10a）的轴线具有逆时针60°的异面夹角；

可展平台A的平台第二顶点（A2）、平台第三顶点（A3）中各零件的形状、尺寸以及装配关系均与平台第一顶点（A1）完全相同；平台第一连杆（A2-4）、平台第一连杆（A3-4）与平台第一连杆（A1-4）尺寸结构完全相同，平台第二连杆（A2-10）、平台第二连杆（A3-10）与平台第二连杆（A1-10）尺寸结构完全相同，

如图6所示，所述的可展平台B由平台第一顶点 （B1）、平台第二顶点（B2）、平台第三顶点（B3）、平台第一转轴 （B4）、平台第二转轴（B5）、平台驱动电机（B6）组成；

如图7所示，所述的可展平台C由平台第一顶点 （C1）、平台第二顶点（C2）、平台第三顶点（C3）、平台第一转轴 （C4）、平台第二转轴（C5）、平台驱动电机（C6）组成；

如图8所示，所述的可展平台D由平台第一顶点 （D1）、平台第二顶点（D2）、平台第三顶点（D3）、平台第一转轴 （D4）、平台第二转轴（D5）、平台驱动电机（D6）组成；

可展平台B、可展平台C、可展平台D中各零件的形状、尺寸以及装配关系均与可展平台A完全相同；

如图9所示，第一支链（I）包括支链第一杆 （I-1）、支链第二杆（I-2）、支链电机（I-3）；

支链第一杆（I-1）的连接孔（I-1a）与支链第二杆（I-2）的连接孔（I-2a）通过支链电机（I-3）进行转动连接，电机输出轴通过顶丝与支链第二杆（I-2）固定；

第二支链（II）、第三支链（III）、第四支链（IV）中各零件的形状、尺寸以及装配关系均与第一支链（I）完全相同；

如图10所示，第五支链（V）包括支链第一杆（V -1）、支链第二杆（V -2）、配重块（V -3），支链第一杆（V -1）的连接孔（V-1a）与支链第二杆（V -2）的连接孔（V -2a）通过配重块（V -3）上的转轴进行转动连接，并通过卡簧进行轴向固定；

第六支链（VI）中各零件的形状、尺寸以及装配关系均与第五支链（V）完全相同。

具体的使用方法：

如图11所示，通过调整各电机转角，使各支链的两根支链连杆处于同轴线、四个可缩放平台的连接支链的顶点伸出的两根平台连杆夹角互成60°时，可缩放平台呈等边三角形，各支链连接于三角形的顶点，整个机构呈现出最大伸展状态。

如图12所示，通过调整各电机转角，保持各支链的两根支链连杆处于同轴线，四个可缩放平台的连接支链的顶点伸出的两根平台连杆轴线共线时，整个机构呈现出可缩放平台呈等边三角形，各支链连接于三角形三条边的中点的状态。

如图1所示，通过调整各电机转角，使各支链的两根支链连杆处于同轴线，四个可缩放平台的连接支链的顶点伸出的两根平台连杆夹角超过180°并达到一定角度时，可缩放平台向内收缩，整个机构呈现出顶点收缩的四面体状态。

如图13所示，通过调整各电机转角，使各支链的两根支链连杆向机构中心折，保持四个可缩放平台向内收缩，整个机构呈现出最小的收缩状态。

除上述列举的四种机构的状态，通过分别调整各支链连杆间的夹角与分别调整缩放平台的缩放程度，亦组合出非常丰富的机构状态。

Claims (2)

1.顶点可展多面体折叠机构，其特征在于：

顶点可展多面体折叠机构包括可展平台A、可展平台B、可展平台C、可展平台D，第一支链（I）、第二支链（II）、第三支链（III）、第四支链（IV）、第五支链（V）、第六支链（VI）；

所述的可展平台A由平台第一顶点 （A1）、平台第二顶点（A2）、平台第三顶点（A3）、平台第一转轴 （A4）、平台第二转轴（A5）、平台驱动电机（A6）组成；

所述的可展平台B由平台第一顶点 （B1）、平台第二顶点（B2）、平台第三顶点（B3）、平台第一转轴 （B4）、平台第二转轴（B5）、平台驱动电机（B6）组成；

所述的可展平台C由平台第一顶点 （C1）、平台第二顶点（C2）、平台第三顶点（C3）、平台第一转轴 （C4）、平台第二转轴（C5）、平台驱动电机（C6）组成；

所述的可展平台D由平台第一顶点 （D1）、平台第二顶点（D2）、平台第三顶点（D3）、平台第一转轴 （D4）、平台第二转轴（D5）、平台驱动电机（D6）组成；

第一支链（I）的任意一端与可展平台A的平台第一顶点（A1）进行转动连接；第一支链（I）的另一端与可展平台B的平台第一顶点（B1）进行转动连接；

第二支链（II）的任意一端与可展平台B的平台第一顶点（B2）进行转动连接；第二支链（II）的另一端与可展平台B的平台第一顶点（D2）进行转动连接；

第三支链（III）的任意一端与可展平台A的平台第一顶点（B3）进行转动连接；第三支链（III）的另一端与可展平台B的平台第一顶点（C1）进行转动连接；

第四支链（IV）的任意一端与可展平台A的平台第一顶点（C2）进行转动连接；第四支链（IV）的另一端与可展平台B的平台第一顶点（D3）进行转动连接；

第五支链（V）的任意一端与可展平台A的平台第一顶点（A3）进行转动连接；第五支链（V）的另一端与可展平台B的平台第一顶点（C3）进行转动连接；

第六支链（VI）的任意一端与可展平台A的平台第一顶点（A2）进行转动连接；第六支链（VI）的另一端与可展平台B的平台第一顶点（D1）进行转动连接；

第一支链（I）包括支链第一杆 （I-1）、支链第二杆（I-2）、支链电机（I-3）；

支链第一杆（I-1）的连接孔（I-1a）与支链第二杆（I-2）的连接孔（I-2a）通过支链电机（I-3）进行转动连接，电机输出轴通过顶丝与支链第二杆（I-2）固定；

第二支链（II）、第三支链（III）、第四支链（IV）中各零件的形状、尺寸以及装配关系均与第一支链（I）完全相同；

第五支链（V）包括支链第一杆（V -1）、支链第二杆（V -2）、配重块（V -3），

支链第一杆（V -1）的连接孔（V -1a）与支链第二杆（V -2）的连接孔（V -2a）通过配重块（V -3）上的转轴进行转动连接，并通过卡簧进行轴向固定；

第六支链（VI）中各零件的形状、尺寸以及装配关系均与第五支链（V）完全相同。

2.根据权利要求1所述的顶点可展多面体折叠机构，其特征在于 ：

可展平台A包括平台第一顶点 （A1）、平台第二顶点（A2）、平台第三顶点（A3）、平台第一转轴 （A4）、平台第二转轴（A5）、平台驱动电机（A6）； 

平台第一顶点（A1）中的平台第二连杆（A1-10） 通过平台第一转轴（A4）与平台第二顶点（A2）中的平台第一连杆（A2-4）转动连接，通过卡簧进行轴向固定，平台第二顶点（A2）中的平台第二连杆（A2-10）通过平台第二转轴（A5）与平台第三顶点（A3）中的平台第一连杆（A3-4）转动连接，通过卡簧进行轴向固定，平台第三顶点（A3）中的平台第一连杆（A3-10）通过平台驱动电机（A6）与平台第一顶点（A1）中的平台第一连杆（A1-4）转动连接，通过顶丝进行电机输出轴的轴向及周向固定；

平台第一顶点（A1）包括滑轨（A1-1）、滑块（A1-2）、第一转轴 （A1-3）、第二转轴（A1-6）、第三转轴（A1-9）、第四转轴（A1-12）、平台第一连杆（A1-4）、平台第二连杆（A1-10）、第一同步杆 （A1-5）、第二同步杆（A1-11）、平台顶点轴（A1-7）、支链连接轴（A1-8）； 

滑块（A1-2）与滑轨（A1-1）的滑槽（A1-1a）进行移动配合，滑块（A1-2）与第一同步杆（A1-5）通过第一转轴（A1-3）进行转动连接，滑块（A1-2）与第一转轴（A1-3）以过盈配合进行轴向固定，滑块（A1-2）与第二同步杆（A1-11）通过第二转轴（A1-12）进行转动连接，滑块（A1-2）与第四转轴（A1-12）通过过盈配合进行轴向固定，平台第一连杆（A1-4）的小孔与第一同步杆（A1-5）通过第二转轴（A1-6）进行转动连接，第二转轴（A1-6）与平台第一连杆（A1-4）的小孔以过盈配合进行轴向固定，平台第二连杆（A1-10）的小孔与第二同步杆（A1-11）通过第三转轴（A1-9）进行转动连接，第三转轴（A1-9）与平台第二连杆（A1-10）的小孔以过盈配合进行轴向固定，滑轨（A1-1）的中间孔与平台第一连杆（A1-4）、平台第二连杆（A1-10）的大孔通过平台顶点轴（A1-7）进行转动连接，平台顶点轴（A1-7）通过卡簧进行轴向固定，支链连接轴（A1-8）与滑轨（A1-1）的下孔进行转动连接，通过卡簧进行轴向固定；

平台第一连杆（A1-4）的大孔（A1-4b）的轴线与远端孔（A1-4a）的轴线具有顺时针60°的异面夹角，平台第二连杆（A1-10）的大孔（A1-10b）的轴线与远端孔（A1-10a）的轴线具有逆时针60°的异面夹角；

可展平台A的平台第二顶点（A2）、平台第三顶点（A3）中各零件的形状、尺寸以及装配关系均与平台第一顶点（A1）完全相同；平台第一连杆（A2-4）、平台第一连杆（A3-4）与平台第一连杆（A1-4）尺寸结构完全相同，平台第二连杆（A2-10）、平台第二连杆（A3-10）与平台第二连杆（A1-10）尺寸结构完全相同，

可展平台B、可展平台C、可展平台D中各零件的形状、尺寸以及装配关系均与可展平台A完全相同。

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