CN107696035B - 一种曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构 - Google Patents
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Abstract
一种曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构，包括折展单元和刚性铰链，所述折展单元包括旋转机座、伸展臂和曲柄滑块机构，旋转机座上、下两层分别对应四个铰链座，伸展臂一端通过铰链与铰链座连接，两侧通过铰链与曲柄滑块机构连接，曲柄滑块机构包括驱动杆、传动杆和滑块，驱动杆、传动杆、滑块之间通过转动副连接，滑块嵌套在伸展臂上；刚性铰链连接两个折展单元，两个折展单元能够通过刚性铰链的中间转动副进行相对转动。本发明具有多次折叠、折叠比大、折叠过程简单、驱动方式简单、刚度大、稳定性高、可靠性好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种折展机构，特别是一种曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构。
背景技术
随着航天事业的发展，折展机构在空间通信、载人航天、对地观测、深空探测等方面均有重要的应用前景，目前已成为航天领域的研究热点之一。然而，由于航天器空间的有限性，促使折展机构大折叠比的出现，目前，我国哈尔滨工业大学、北京理工大学、浙江大学和北京航空航天大学的许多学者都在对可展机构进行设计与研究。
中国专利201610556701.2公开了一种面向航天器多板可展天线的折展机构，该专利属于一种平面型折展天线机构，仅一次折叠，折叠比小；中国专利201210072572.1公开了一种剪刀基四边形单元平面阵列可展机构，该专利折展过程复杂，机构在展开过程中，杆件之间容易发生干涉现象，不能达到预定的结构形式；中国专利201210310520.3公开了一种基于正方形单元平面阵列可展机构，该专利所需杆件类型复杂，且仅在平面内折叠，折叠比小。现急需一种可多次折叠、折叠比大、折叠过程简单、结构简单、驱动方式简单、刚度大、稳定性高、可靠性好的折展机构。
目前，尚未见到一种可多次折叠、折叠比大、折叠过程简单、结构简单、驱动方式简单、刚度大、稳定性高、可靠性好的折展机构发明设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构，它同时兼具可多次折叠、折叠比大、折叠过程简单、结构简单、驱动方式简单、刚度大、稳定性高、可靠性好等特点。
本发明的技术方案是：一种曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构，包括折展单元和刚性铰链，具体结构和连接关系如下：
所述折展单元包括旋转机座、伸展臂和曲柄滑块机构，所述旋转机座分上、下两层，上、下两层分别对应四个铰链座，所述铰链座为弧形铰链座，铰链座的弧形板嵌套在旋转机座的内侧，铰链座能够在弧形板的约束下，以旋转机座为中心进行360°旋转，所述伸展臂一端通过铰链与铰链座连接，两侧通过铰链与曲柄滑块机构连接，所述曲柄滑块机构包括驱动杆、传动杆和滑块，驱动杆一端通过铰链与伸展臂连接，另一端通过铰链与传动杆连接，传动杆一端通过铰链与驱动杆连接，另一端通过铰链与滑块连接，滑块一端通过铰链与传动杆连接，另一端用过铰链与后一曲柄滑块机构的驱动杆连接；所述刚性铰链由两侧边和中间转动副组成，两侧边之间的夹角与旋转机座的内角相等，刚性铰链连接两个折展单元，两个折展单元能够通过刚性铰链的中间转动副进行相对转动。
所述折展单元为多个，折展单元之间通过刚性铰链连接。
所述曲柄滑块机构有多组，每一组均包括驱动杆、传动杆和滑块。
所述滑块包括第一滑块和第二滑块，最后一组曲柄滑块机构的滑块为第一滑块，其余曲柄滑块机构的滑块为第二滑块；所述滑块为中空构件，嵌套在伸展臂上，通过移动副在伸展臂上滑动。
所述滑块包括第一滑块和第二滑块，所述第一滑块通过铰链与最后一组曲柄滑块机构的传动杆连接，所述第二滑块一端通过铰链与所在曲柄滑块机构的传动杆连接，另一端通过铰链与后一组曲柄滑块机构的驱动杆连接。
所述旋转机座为多边形机座，旋转机座的边数与铰链座的数目相等。
所述旋转机座为八边形机座，内角为135°，刚性铰链两侧边的夹角为135°。
所述曲柄滑块机构中滑块运动方向与传动杆的夹角大于90°，小于180°。
本发明的突出优点在于：
1、经过二次折叠，实现空间折叠，折叠比大，折叠过程简单。
2、通过刚性铰链连接两个折展单元，通过阵列的方式，形成不同的大尺度折展机构，以满足不同航天任务的需求。
3、通过旋转机座的运动，由八个折展单元变为四个折展单元，形成不同的折展单元，以适应不同的工作类型，满足复杂多变的航天工作的需求。
4、在第一组曲柄滑块机构的驱动杆处安装电机，即可驱动这个曲柄滑块机构组的运动，驱动电机少，驱动方式简单，折展机构质量轻，便于在火箭运载器上运输。
5、折展单元之间采用刚性铰链，结构简单、加工制造方面，便于安装。
附图说明
图1为本发明所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构的俯视图。
图2为本发明所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构的结构示意图。
图3为本发明所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构的折展单元完全展开状态的俯视图。
图4为本发明所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构的折展单元完全展开状态的结构示意图。
图5为本发明所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构的折展单元完全展开状态主视图。
图6为本发明所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构的折展单元半展开状态的结构示意图。
图7为本发明所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构的折展单元完全折叠状态的结构示意图。
图8为本发明所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构的变拓扑情况下完全展开状态的俯视图。
图9为本发明所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构的变拓扑情况下完全展开状态的结构状态图。
图10为本发明所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构的旋转机座的主视图。
图11为本发明所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构的旋转机座的俯视图。
图12为本发明所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构的旋转机座的结构示意图。
图13为本发明所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构的折展单元完全展开状态的结构示意图。
图14为本发明所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构的折展单元完全展开状态的左视图。
图15为本发明所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构的折展单元完全折叠状态的结构示意图。
图16为本发明所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构的第一滑块的结构示意图。
图17为本发明所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构的第二滑块的结构示意图。
图18为本发明所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构的刚性铰链的结构示意图。
图中标记为：1.旋转机座；2.伸展臂；3.驱动杆；4.传动杆；5.第一滑块；6.第二滑块；7.刚性铰链。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
如图1至图18所示，本发明所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构，包括折展单元和刚性铰链7，具体结构和连接关系如下：
所述折展单元包括旋转机座1、伸展臂2和曲柄滑块机构，所述旋转机座1分为上、下两层，上、下两层分别对应四个铰链座，所述铰链座为弧形铰链座，铰链座的弧形板嵌套在旋转机座1的内侧，铰链座能够在弧形板的约束下，以旋转机座1为中心进行360°旋转，所述伸展臂2一端通过铰链与铰链座连接，两侧通过铰链与曲柄滑块机构连接，所述曲柄滑块机构包括驱动杆3、传动杆4和滑块，驱动杆3一端通过铰链与伸展臂2连接，另一端通过铰链与传动杆4连接，传动杆4一端通过铰链与驱动杆3连接，另一端通过铰链与滑块连接，滑块一端通过铰链与传动杆4连接，另一端用过铰链与后一曲柄滑块机构的驱动杆3连接；所述刚性铰链7由两侧边和中间转动副组成，两侧边之间的夹角与旋转机座1的内角相等，刚性铰链7连接两个折展单元，两个折展单元能够通过刚性铰链7的中间转动副进行相对转动。
所述折展单元为多个，折展单元之间均通过刚性铰链7连接。
所述铰链座为弧形铰链座，铰链座的弧形板嵌套在旋转机座1的内侧，铰链座能够在弧形板的约束下，以旋转机座1为中心进行360°旋转。
所述曲柄滑块机构有多组，每一组均包括驱动杆3、传动杆4和滑块。
所述滑块包括第一滑块5、第二滑块6，最后一组曲柄滑块机构的滑块为第一滑块5，其余曲柄滑块机构的滑块为第二滑块6；所述滑块为中空构件，嵌套在伸展臂2上，通过移动副在伸展臂2上滑动。
所述滑块包括第一滑块5和第二滑块6，所述第一滑块5通过铰链与最后一组曲柄滑块机构的传动杆4连接，所述第二滑块6一端通过铰链与所在曲柄滑块机构的传动杆4连接，另一端通过铰链与后一组曲柄滑块机构的驱动杆3连接。
所述旋转机座1为多边形机座，旋转机座1的边数与铰链座的数目相等。
所述旋转机座1为八边形机座，内角为135°，刚性铰链7两侧边的夹角为135°。
所述曲柄滑块机构中滑块运动方向与传动杆4的夹角大于90°，小于180°，防止曲柄滑块机构运动时，滑块沿伸展臂向外运动。
工作原理及过程：
如图3、图4和图6所示，折展机构由完全展开状态到半展开状态，电机驱动驱动杆3使其向伸展臂2方向转动，驱动杆3带动传动杆4向内侧运动，传动杆4带动滑块沿支持架2向内侧移动，滑块带动后一组曲柄滑块机构的驱动杆3向伸展臂2方向运动，以此运动方式一直进行下去，进而使曲柄滑块机构收缩。
如图6和图7所示，折展机构由半展开状态到完全折叠状态，电机驱动伸展臂2向旋转机座1运动，支持架折叠90°时即可实现完全折叠。
如图3、图4、图8和图9所示，折展机构实现变拓扑情况，旋转机座1下层固定不动，上层做旋转运动，带动铰链座，进而带动伸展臂2做旋转运动，旋转90°即可实现八个伸展臂2变为四个伸展臂2。
Claims (8)
1.一种曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构，包括折展单元和刚性铰链，其特征在于，具体结构和连接关系如下，
所述折展单元包括旋转机座、伸展臂和曲柄滑块机构，所述旋转机座分上、下两层，上、下两层分别对应四个铰链座，所述铰链座为弧形铰链座，铰链座的弧形板嵌套在旋转机座的内侧，铰链座能够在弧形板的约束下，以旋转机座为中心进行360°旋转，所述伸展臂一端通过铰链与铰链座连接，两侧通过铰链与曲柄滑块机构连接，所述曲柄滑块机构包括驱动杆、传动杆和滑块，驱动杆一端通过铰链与伸展臂连接，另一端通过铰链与传动杆连接，传动杆一端通过铰链与驱动杆连接，另一端通过铰链与滑块连接，滑块一端通过铰链与传动杆连接，另一端通 过铰链与后一曲柄滑块机构的驱动杆连接；所述刚性铰链由两侧边和中间转动副组成，两侧边之间的夹角与旋转机座的内角相等，刚性铰链连接两个折展单元，两个折展单元能够通过刚性铰链的中间转动副进行相对转动。
2.根据权利要求1所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构，其特征在于，所述折展单元为多个，折展单元之间通过刚性铰链连接。
3.根据权利要求1所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构，其特征在于，所述曲柄滑块机构有多组，每一组均包括驱动杆、传动杆和滑块。
4.根据权利要求1所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构，其特征在于，所述滑块包括第一滑块和第二滑块，最后一组曲柄滑块机构的滑块为第一滑块，其余曲柄滑块机构的滑块为第二滑块；所述滑块为中空构件，嵌套在伸展臂上，通过移动副在伸展臂上滑动。
5.根据权利要求1所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构，其特征在于，所述滑块包括第一滑块和第二滑块，所述第一滑块通过铰链与最后一组曲柄滑块机构的传动杆连接，所述第二滑块一端通过铰链与所在曲柄滑块机构的传动杆连接，另一端通过铰链与后一组曲柄滑块机构的驱动杆连接。
6.根据权利要求1所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构，其特征在于，所述旋转机座为多边形机座，旋转机座的边数与铰链座的数目相等。
7.根据权利要求1所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构，其特征在于，所述旋转机座为八边形机座，内角为135°，刚性铰链两侧边的夹角为135°。
8.根据权利要求1所述的曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的变拓扑折展机构，其特征在于，所述曲柄滑块机构中滑块运动方向与传动杆的夹角大于90°，小于180°。
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