CN105244629B - 3r‑3rsr单自由度四面体可展单元 - Google Patents

Abstract

一种3R‑3RSR单自由度四面体可展单元，它包括一个顶花盘、三个等长的摇摆杆、六个连杆、九个转动副和三个球副。三个摇摆杆上端通过三个共面的转动副与顶花盘连接且每个转动副轴线分别垂直于由三个摇摆杆上端的交点、该四面体单元的底面三角形的外心以及相应的摇摆杆下端点确定的平面，每根摇摆杆下端通过两个转动副分别与两个折叠杆连接，每个折叠杆由两根等长的连杆和1个球副组成，单元完全展开状态，每根折叠杆两端的转动副轴线相互平行且垂直于两转动副中心的连线；驱动任意一个转动副可使单元收拢或展开。本发明具有单自由度、铰链数目少、结构简单、收拢体积小等优点，适用于大口径桁架式可展天线中。

Description

3R-3RSR单自由度四面体可展单元

技术领域

本发明涉及一种可展机构，特别是一种单自由度四面体可展单元。

背景技术

可展机构起源于20世纪60年代，其由预制单元集成，能够在初始的紧密构形与工作状态的展开构形之间转换，其一般有两种稳定状态：完全收拢状态和完全展开状态(工作状态)。为满足电子侦察、数据中继、对地导航等航天关键技术对星载天线的高增益要求，直接增大反射器口径是最行之有效的途径，但受到运载工具的有效载荷空间的限制，这些大口径反射器不可避免的采用可展机构，在储存和运输时，处于完全收拢状态，待发射入轨后再逐步展开到工作状态。因此，可展机构在大口径反射器中得到了广泛应用。

目前，国内外航天研究机构提出了多种大口径天线反射器的可展机构形式，其中桁架式可展机构应用较多。桁架式可展机构按照其构造形式的不同可分为单元桁架式可展机构、环形桁架式可展机构和肋式可展机构。单元桁架式可展机构通过与反射器网面划分一致的单元底面组网构成反射器网面，这种机构具有收拢率高、刚度大、易于展开以及可模块化扩展等优点；环形桁架式可展机构作为刚性背架和反射面锁网共同构成环形桁架式可展天线，此种天线一般都是偏置反馈，刚度比较低；肋式可展天线以均匀布置的肋作为主要支撑结构实现天线的展开与收拢，肋与肋之间布置天线张拉反射网，肋条越多，天线型面精度越高，但结构越复杂同时重量也会增加。因此，单元桁架式可展机构受到了越来越多的关注。

作为大尺度可展机构，桁架式可展机构一般由基本可展单元组成，目前国内外研究的桁架式可展机构中采用的基本可展单元主要有平行四边形单元、剪叉式单元、四面体单元、四棱锥单元以及六面体单元等。平行四边形单元因具有对角可伸缩的特点广泛应用于环形桁架式可展机构中，如1990年TRW Astro Aerospac公司为北美移动通讯卫星研制的环形桁架式可展天线；剪叉式单元有平面式和非平面式两种，已成功应用于可展开/折叠的魔术花球、可折叠变胞月球车的车轮和车身、新型EGS天线以及高精度球形展开雷达校准设备等结构中；四面体单元、四棱锥单元以及六面体单元等属于空间基本单元，可用于三维可展机构中，如俄罗斯“联盟号”飞船上的四面体构架天线、日本菊8号卫星上的六面体可展单元桁架式抛物面天线、日本JAXA为工程实验卫星ETS-VIII研制的由14个六棱柱钢化结构单元组成的桁架式天线反射器等。

绝大多数桁架式反射器的基本可展单元是由铰链和连杆构成的，而铰链中的间隙、摩擦等因素容易使可展机构失稳、定位精度变差、展开或收拢失灵等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铰链数量少、结构简单、自由度少的3R-3RSR单自由度四面体可展单元。

本发明包括一个顶花盘、三个等长的摇摆杆、六个连杆、九个转动副和三个球副。其中，第一摇摆杆上端通过第一转动副与顶花盘连接，第二摇摆杆上端通过第二转动副与顶花盘连接，第三摇摆杆上端通过第三转动副与顶花盘连接，三个摇摆杆上端相交于一点，第一转动副、第二转动副和第三转动副轴线处于同一平面内且分别垂直于由上述三个摇摆杆上端的交点、三个摇摆杆下端点两两连线形成的三角形的外接圆圆心以及相应的摇摆杆下端点确定的平面；第一连杆的一端通过第四转动副与第一摇摆杆下端连接，该第一连杆的另一端通过第一球副与第二连杆的一端连接，该第二连杆的另一端通过第五转动副与第二摇摆杆下端连接，第一连杆和第二连杆等长且其组成第一可折叠杆，第三连杆的一端通过第六转动副与第二摇摆杆下端连接，该第三连杆的另一端通过第二球副与第四连杆的一端连接，该第四连杆另一端通过第七转动副与第三摇摆杆下端连接，第三连杆和第四连杆等长且其组成第二可折叠杆，第五连杆的一端通过第八转动副与第三摇摆杆下端连接，该第五连杆的另一端通过第三球副与第六连杆的一端连接，该第六连杆的另一端通过第九转动副与第一摇摆杆下端连接，第五连杆和第六连杆等长且其组成第三可折叠杆；在3R-3RSR四面体单元完全展开状态，第四转动副和第五转动副轴线平行且垂直于第一和第二摇摆杆下端的连线，第六转动副和第七转动副轴线平行且垂直于第二和第三摇摆杆下端的连线，第八转动副和第九转动副轴线平行且垂直于第三和第一摇摆杆下端的连线。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、只需一个驱动就能实现单元的展开与收拢运动，展开性能好，可靠性高，可用于构造大尺度空间桁架式可展天线。

2、所含构件数和运动副数少，结构简单，易于实现工程制造。

附图说明

图1是本发明完全展开状态的立体示意简图；

图2是本发明半展开状态的立体示意简图；

图3是本发明完全收拢状态的立体示意简图。

图中：1.顶花盘、2.第一转动副、3.第一摇摆杆、4.第八转动副、5.第五连杆、6.第三球副、7.第六连杆、8.第九转动副、9.第四转动副、10.第一连杆、11.第一球副、12.第二连杆、13.第五转动副、14.第六转动副、15.第三连杆、16.第二球副、17.第四连杆、18.第七转动副、19.第二摇摆杆、20.第三摇摆杆、21.第二转动副、22.第三转动副。

具体实施方式

在图1、图2和图3所示的3R-3RSR单自由度四面体可展单元示意图中，第一摇摆杆3上端通过第一转动副2与顶花盘1连接，第二摇摆杆19上端通过第二转动副21与顶花盘连接，第三摇摆杆20上端通过第三转动副22与顶花盘连接，三根摇摆杆等长且其上端相交于点D，下端点A、B、C分布在一个圆心为O的圆上，第一转动副、第二转动副和第三转动副的轴线共面且分别垂直于平面DAO、DBO和DCO；第一连杆10的一端通过第四转动副9与第一摇摆杆下端连接，该第一连杆的另一端通过第一球副11与第二连杆12的一端连接，该第二连杆的另一端通过第五转动副13与第二摇摆杆下端连接，第一连杆和第二连杆等长且其组成第一可折叠杆，第三连杆15的一端通过第六转动副14与第二摇摆杆下端连接，该第三连杆的另一端通过第二球副16与第四连杆17的一端连接，该第四连杆另一端通过第七转动副18与第三摇摆杆下端连接，第三连杆和第四连杆等长且其组成第二可折叠杆，第五连杆5的一端通过第八转动副4与第三摇摆杆下端连接，该第五连杆的另一端通过第三球副6与第六连杆7的一端连接，该第六连杆的另一端通过第九转动副8与第一摇摆杆下端连接，第五连杆和第六连杆等长且其组成第三可折叠杆；在完全展开状态，第四转动副和第五转动副的轴线平行且垂直于连线AB，第六转动副和第七转动副的轴线平行且垂直于连线BC，第八转动副和第九转动副的轴线平行且垂直于连线AC。

Claims (1)

1.一种3R-3RSR单自由度四面体可展单元，其特征在于：它包括一个顶花盘、三个等长的摇摆杆、六个连杆、九个转动副和三个球副，其中，第一摇摆杆上端通过第一转动副与顶花盘连接，第二摇摆杆上端通过第二转动副与顶花盘连接，第三摇摆杆上端通过第三转动副与顶花盘连接，三个摇摆杆上端相交于一点，第一转动副、第二转动副和第三转动副轴线处于同一平面内且分别垂直于由上述三个摇摆杆上端的交点、三个摇摆杆下端点两两连线形成的三角形的外接圆圆心以及相应的摇摆杆下端点确定的平面；第一连杆的一端通过第四转动副与第一摇摆杆下端连接，该第一连杆的另一端通过第一球副与第二连杆的一端连接，该第二连杆的另一端通过第五转动副与第二摇摆杆下端连接，第一连杆和第二连杆等长且其组成第一可折叠杆，第三连杆的一端通过第六转动副与第二摇摆杆下端连接，该第三连杆的另一端通过第二球副与第四连杆的一端连接，该第四连杆另一端通过第七转动副与第三摇摆杆下端连接，第三连杆和第四连杆等长且其组成第二可折叠杆，第五连杆的一端通过第八转动副与第三摇摆杆下端连接，该第五连杆的另一端通过第三球副与第六连杆的一端连接，该第六连杆的另一端通过第九转动副与第一摇摆杆下端连接，第五连杆和第六连杆等长且其组成第三可折叠杆；在该四面体单元完全展开状态，第四转动副和第五转动副轴线平行且垂直于第一和第二摇摆杆下端的连线，第六转动副和第七转动副轴线平行且垂直于第二和第三摇摆杆下端的连线，第八转动副和第九转动副轴线平行且垂直于第三和第一摇摆杆下端的连线。