CN107914896A - 一种以五连杆机构为可展单元的空间折展机构 - Google Patents

Abstract

一种以五连杆机构为可展单元的空间折展机构，包括八边形支座、三自由度铰链、销轴、斜边杆、L形杆、短杆和直边杆，所述八边形支座与三自由度铰链固定连接，所述斜边杆通过转动副与三自由度铰链连接，所述斜边杆、L形杆、短杆和直边杆之间通过销轴连接，所述直边杆通过转动副与另一个三自由度铰链连接。本发明杆件均由二副杆构成，且运动副均为转动副，则结构简单、可通过电机驱动，且电机驱动可对展开速度进行控制，各可展单元稳定性好，同步性高，本发明具有质量小、折叠比大、定位精度高、结构强度大、稳定性高、可靠性高、结构简单、制造成本低的特点，且空间折叠过程简单。

Description

一种以五连杆机构为可展单元的空间折展机构

技术领域

本发明涉及空间折展机构，特别是一种以五连杆机构为可展单元的空间折展机构。

背景技术

随着航天事业的发展，空间折展机构在空间站、通讯卫星平台、太空望远镜、对地观测、星球探测等航天任务中，扮演这举足轻重的角色。然后由于受到航天运载工具的空间限制，这就要求空间折展机构在发射阶段必须折叠起来并收拢于整流罩内，待航天器进入轨道后，在依靠自带动力源将其展开至工作状态。

中国专利201410055564.5公布了一种空间可展机构，该专利的可展单元为10杆10副机构，机构冗余自由度较大，稳定性能较差；中国专利201210072572.1公布了一种剪刀基四边形单元平面阵列可展机构，该机构空间折叠过程复杂，当可展机构进入空间轨道时，机构展开成预定的结构形式较困难；中国专利201210397908.1公布了一种正四面体对称型可展机构单元，该机构虽然结构简单、构件质量轻，但是可展单元阵列困难，无法实现大折叠比。现在迫切需要一种结构简单、结构强度大、稳定性能好、可靠性能高、折叠比大的空间折展机构。

目前，尚未见到一种同时兼具质量小、折叠比大、定位精度高、结构强度大、稳定性高、可靠性高、结构简单等特点，且空间折叠过程简单的空间折展机构发明设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种以五连杆机构为可展单元的空间折展机构，它具有质量小、折叠比大、定位精度高、结构强度大、稳定性高、可靠性高、结构简单、制造成本低的特点，且空间折叠过程简单。

本发明的技术方案是：一种以五连杆机构为可展单元的空间折展机构，包括八边形支座、三自由度铰链、销轴、斜边杆、L形杆、短杆和直边杆，具体结构和连接方式如下：

所述八边形支座有八条边，每一条边均与两个三自由度铰链固定连接；所述三自由度铰链包括第一铰链，第二铰链和第三铰链，所述第一铰链一端通过转动副与斜边杆连接，另一端通过转动副与第二铰链连接，所述第二铰链一端通过转动副与第一铰链连接，另一端通过转动副与第三铰链连接，所述第三铰链一端通过转动副与第二铰链连接，另一端与八边形支座固定连接；所述销轴包括第一销轴、第二销轴和第三销轴；所述斜边杆一端通过转动副与第一铰链连接，另一端通过第一销轴与L形杆连接；所述L形杆一端通过第一销轴与斜边杆连接，另一端通过第二销轴与短杆连接；所述短杆一端通过第二销轴与L形杆连接，另一端通过第三销轴与直边杆连接；所述直边杆一端通过第三销轴与短杆连接，另一端通过转动副与另一个三自由度铰链的第一铰链连接。

所述八边形支座仅为其中一种形状，其支座还可为四边形支座、六边形支座等多边形支座。

所述五连杆机构包括八边形支座、斜边杆、L形杆、短杆和直边杆，所述八边形支座通过三自由度铰链与斜边杆连接，所述斜边杆、L形杆、短杆和直边杆之间通过销轴连接，所述直边杆通过另一个三自由度铰链与八边形支座连接。

可展单元完全展开状态时，所述的斜边杆所在直线，L形杆和短杆所在直线和直边杆所在直线的交点，构成一个等腰直角三角形。

可展单元半展开状态和完全折叠状态时，所述的斜边杆的杆长等于L形杆的杆长加上直边杆的杆长减去短杆的杆长。

本发明的突出优点在于：

1、折展机构均由二副杆构成，结构简单、重量轻、制造成本低、性价比高。

2、折展机构运动副均为转动副，可通过电机驱动，驱动方式简单；电机驱动可对展开速度进行控制，各可展单元稳定性好，同步性高。

3、折展机构具有高度的结构对称性，通过对各可展机构的阵列，可形成不同的大尺度空间折展机构。

4、折展机构完全展开状态，半展开状态和完全折叠状态时，斜边杆、L形杆、短杆和直边杆均可构成等腰三角形，机构结构强度大、稳定性好、可靠性高。

附图说明

图1为本发明所述的以五连杆机构为可展单元的空间折展机构的整机完全展开的结构示意图。

图2为本发明所述的以五连杆机构为可展单元的空间折展机构的整机完全展开的结构示意图。

图3为本发明所述的以五连杆机构为可展单元的空间折展机构的整机半展开的结构示意图。

图4为本发明所述的以五连杆机构为可展单元的空间折展机构的整机半展开的结构示意图。

图5为本发明所述的以五连杆机构为可展单元的空间折展机构的整机完全折叠的结构示意图。

图6为本发明所述的以五连杆机构为可展单元的空间折展机构的八边形支座和三自由度铰链连接的俯视图。

图7为本发明所述的以五连杆机构为可展单元的空间折展机构的八边形支座和三自由度铰链连接的结构示意图。

图8为本发明所述的以五连杆机构为可展单元的空间折展机构的斜边杆的结构示意图。

图9为本发明所述的以五连杆机构为可展单元的空间折展机构的L形杆的三视图。

图10为本发明所述的以五连杆机构为可展单元的空间折展机构的短杆的结构示意图。

图11为本发明所述的以五连杆机构为可展单元的空间折展机构的直边杆的结构示意图。

图中标记为：1.八边形支座；2.三自由度铰链；21.第一铰链；22.第二铰链；23.第三铰链；3.斜边杆；4.第一销轴；5.L形杆；6.第二销轴；7.短杆；8.第三销轴；9.直边杆。

具体实施方式

下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步描述。

如图1、图3、图4、图7至图11所示，本发明所述的以五连杆机构为可展单元的空间折展机构，包括八边形支座1、三自由度铰链2、销轴、斜边杆3、L形杆5、短杆7和直边杆9，具体结构和连接方式如下：

所述八边形支座1有八条边，每一条边均与两个三自由度铰链2固定连接；所述三自由度铰链2包括第一铰链21，第二铰链22和第三铰链23，所述第一铰链21一端通过转动副与斜边杆3连接，另一端通过转动副与第二铰链22连接，所述第二铰链22一端通过转动副与第一铰链21连接，另一端通过转动副与第三铰链23连接，所述第三铰链23一端通过转动副与第二铰链22连接，另一端与八边形支座1固定连接；所述销轴包括第一销轴4、第二销轴6和第三销轴8；所述斜边杆3一端通过转动副与第一铰链21连接，另一端通过第一销轴4与L形杆5连接；所述L形杆5一端通过第一销轴4与斜边杆3连接，另一端通过第二销轴6与短杆7连接；所述短杆7一端通过第二销轴6与L形杆5连接，另一端通过第三销轴8与直边杆9连接；所述直边杆9一端通过第三销轴8与短杆7连接，另一端通过转动副与另一个三自由度铰链2的第一铰链21连接。

所述八边形支座1仅为其中一种形状，支座还可为四边形支座、六边形支座或多边形支座。

所述五连杆机构包括八边形支座1、斜边杆3、L形杆5、短杆7和直边杆9，所述八边形支座1通过三自由度铰链2与斜边杆3连接，所述斜边杆3、L形杆5、短杆7和直边杆9之间通过销轴连接，所述直边杆9通过另一个三自由度铰链2与八边形支座1连接。

可展单元完全展开状态时，所述的斜边杆3所在直线，L形杆5和短杆7所在直线和直边杆9所在直线的交点构成一个等腰直角三角形。

可展单元半展开状态和完全折叠状态时，所述的斜边杆3的杆长等于L形杆5的杆长加上直边杆9的杆长减去短杆7的杆长。

工作原理及过程：

如图1、图3和图4所示：可展机构由完全展开状态到半展开状态，首先固定三自由度铰链2中的第二铰链22和第三铰链23，仅使第一铰链21转动，再同时对短杆和L形杆向三角形内侧施加外力，直至短杆、L形杆和直边杆处于一条直线上，此时斜边杆3的杆长等于L形杆5的杆长加上直边杆9的杆长减去短杆7的杆长，斜边杆3所在直线与三自由度铰链2中三个转动副轴线所在的平面夹角为22.5°；此时L形杆5、短杆7和直边杆9所在直线与三自由度铰链2中三个转动副轴线所在的平面夹角为22.5°。

如图3、图4和图5所示：可展机构由半展开状态到完全折叠状态，首先将斜边杆3和直边杆9与三自由度铰链2连接中的第一铰链21和第二铰链22固定，仅使第三铰链23转动，再同时使斜边杆3和直边杆9向内侧转动22.5°，此时斜边杆3、L形杆5、短杆7和直边杆9位于同一平面内，然后固定三自由度铰链2中的第一铰链21和第三铰链23，仅使第二铰链22转动90°，即可实现完全折叠。

Claims (5)

1.一种以五连杆机构为可展单元的空间折展机构，包括八边形支座、三自由度铰链、销轴、斜边杆、L形杆、短杆和直边杆，其特征在于，具体结构和连接方式如下：

所述八边形支座有八条边，每一条边均与两个三自由度铰链固定连接；所述三自由度铰链包括第一铰链，第二铰链和第三铰链，所述第一铰链一端通过转动副与斜边杆连接，另一端通过转动副与第二铰链连接，所述第二铰链一端通过转动副与第一铰链连接，另一端通过转动副与第三铰链连接，所述第三铰链一端通过转动副与第二铰链连接，另一端与八边形支座固定连接；所述销轴包括第一销轴、第二销轴和第三销轴；所述斜边杆一端通过转动副与第一铰链连接，另一端通过第一销轴与L形杆连接；所述L形杆一端通过第一销轴与斜边杆连接，另一端通过第二销轴与短杆连接；所述短杆一端通过第二销轴与L形杆连接，另一端通过第三销轴与直边杆连接；所述直边杆一端通过第三销轴与短杆连接，另一端通过转动副与另一个三自由度铰链的第一铰链连接。

2.根据权利要求1所述的以五连杆机构为可展单元的空间折展机构，其特征在于，所述八边形支座仅为其中一种形状，支座还可为四边形支座、六边形支座或多边形支座。

3.根据权利要求1所述的以五连杆机构为可展单元的空间折展机构，其特征在于，所述五连杆机构包括八边形支座、斜边杆、L形杆、短杆和直边杆，所述八边形支座通过三自由度铰链与斜边杆连接，所述斜边杆、L形杆、短杆和直边杆之间通过销轴连接，所述直边杆通过另一个三自由度铰链与八边形支座连接。

4.根据权利要求1所述的以五连杆机构为可展单元的空间折展机构，其特征在于，可展单元完全展开状态时，所述的斜边杆所在直线，L形杆和短杆所在直线和直边杆所在直线的交点，构成一个等腰直角三角形。

5.根据权利要求1所述的以五连杆机构为可展单元的空间折展机构，其特征在于，可展单元半展开状态和完全折叠状态时，所述的斜边杆的杆长等于L形杆的杆长加上直边杆的杆长减去短杆的杆长。