CN107914897A - 一种以双气压缸为可展单元的空间折展机构 - Google Patents

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Abstract

一种以双气压缸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、斜边杆、第一垫圈、第一气压缸、第二垫圈和第二气压缸，所述八边形支座与三自由度铰链固定连接，所述斜边杆、气压缸和垫圈之间均通过转动副连接。当机构运动过程中，发生振动、碰撞情况时，垫圈会起到减振的作用，机构运动冲击小，且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，本发明可应用于空间站、通讯卫星平台、太空望远镜等航天任务中，具有应用范围广、实用性强的特点。

Description

一种以双气压缸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，特别是一种以双气压缸为可展单元的空间折展机构。
背景技术
随着卫星通讯、太空探测、对地观测技术的迅猛发展，对空间折展机构的应用需求变得愈加迫切。空间折展机构技术的发展，其实际尺寸越来越大，精度越来越高，但由于运载器空间尺寸的限制，折展机构必须收拢在运载器内，待折展机构进入空间轨道后，再自行展开至预定的结构状态。
中国专利201210310520.3公布了一种基于正方形单元平面阵列可展机构，该专利仅可在平面折叠，折叠比较小；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201410314526.7公布了一种新型剪刀基环形阵列可展机构，该专利接头组件结构复杂，制造成本高。现在迫切需要一种可在空间折叠、折叠比大、高稳定性、结构简单、加工制造成本低的空间折展机构。
目前，尚未见到一种同时兼具轻量化、大折叠比、高精度、高强度、高稳定性、运动冲击小、可靠性高、结构简单、制造成本低等特点，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双气压缸为可展单元的空间折展机构，它具有轻量化、大折叠比、高精度、高强度、高稳定性、运动冲击小、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：一种以双气压缸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、斜边杆、第一垫圈、第一气压缸、第二垫圈和第二气压缸，具体结构和连接方式如下，
所述八边形支座与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；所述斜边杆一端通过转动副与第一铰链连接，另一端通过转动副与第一垫圈和第一气压缸连接；所述第一垫圈通过转动副与斜边杆和第一气压缸连接；所述第一气压缸一端通过转动副与第一垫圈和斜边杆连接，另一端通过转动副与第二垫圈和第二气压缸连接；所述第二垫圈通过转动副与第一气压缸和第二气压缸连接；所述第二气压缸一端通过转动副与第二垫圈和第一气压缸连接，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。
所述的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。
所述的八边形支座有八条边，每一条边固定连接两个三自由度铰链。
所述的第一气压缸和第二气压缸具有相同机构，均由伸缩杆和伸缩缸构成。
所述的第一气压缸和第二气压缸具有相同机构，均由伸缩杆和伸缩缸构成，所述第一气压缸包括第一伸缩杆和第一伸缩缸，所述第一伸缩杆一端通过转动副与第二垫圈和第二伸缩缸连接，另一端嵌套在第一伸缩缸内部，所述第一伸缩缸一端通过转动副与第一垫圈和斜边杆连接，另一端包裹在第一伸缩杆外部；所述第二气压缸包括第二伸缩杆和第二伸缩缸，所述第二伸缩杆一端通过转动副与一个三自由度铰链的第一铰链连接，另一端嵌套在第二伸缩缸内部，所述第二伸缩缸一端通过转动副与第二垫圈和第一伸缩杆连接，另一端包裹在第二伸缩杆外部。
所述可展单元包括斜边杆、第一气压缸和第二气压缸。
可展机构完全展开时，所述斜边杆、第一气压缸和第二气压缸所在直线的交点构成一个等腰直角三角形。
可展机构半展开状态和完全折叠状态时，所述斜边杆的长度等于压缩后的第一气压缸和压缩后的第二气压缸的程度之和。
本发明的突出优点在于：
1、折展机构经过两次折叠，可实现机构的空间折叠，折叠比大；展开过程简单，平稳性好。
2、折展机构杆件为气压缸，当可展机构运动过程中，发生振动、碰撞等情况时，垫圈会起到减振的作用，机构运动冲击小。
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、第一气压缸和第二气压缸均可构成等腰三角形，机构稳定性好，可靠性高。
附图说明
图1为本发明所述的以双气压缸为可展单元的空间折展机构的完全展开状态的俯视图。
图2为本发明所述的以双气压缸为可展单元的空间折展机构的完全展开状态的结构示意图。
图3为本发明所述的以双气压缸为可展单元的空间折展机构的半展开状态的俯视图。
图4为本发明所述的以双气压缸为可展单元的空间折展机构的半展开状态的结构示意图。
图5为本发明所述的以双气压缸为可展单元的空间折展机构的完全收缩状态的结构示意图。
图6为本发明所述的以双气压缸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三视图。
图7为本发明所述的以双气压缸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为本发明所述的以双气压缸为可展单元的空间折展机构的第一气压缸的剖视图。
图9为本发明所述的以双气压缸为可展单元的空间折展机构的第一垫圈的结构示意图。
图10为本发明所述的以双气压缸为可展单元的空间折展机构的第二垫圈的结构示意图。
图11为本发明所述的以双气压缸为可展单元的空间折展机构的第二气压缸的三视图。
图12为本发明所述的以双气压缸为可展单元的空间折展机构的第二气压缸的结构示意图。
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.第一垫圈；5.第一气压缸；51.第一伸缩杆；52.第一伸缩缸；6.第二垫圈；7.第二气压缸；71.第二伸缩杆；72.第二伸缩缸。
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8至图12所示，本发明所述的以双气压缸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、斜边杆3、第一垫圈4、第一气压缸5、第二垫圈6和第二气压缸7，具体结构和连接方式如下：
所述八边形支座1与三自由度铰链2固定连接；所述三自由度铰链1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；所述斜边杆3一端通过转动副与第一铰链21连接，另一端通过转动副与第一垫圈4和第一气压缸5连接；所述第一垫圈4通过转动副与斜边杆3和第一气压缸5连接；所述第一气压缸5一端通过转动副与第一垫圈4和斜边杆3连接，另一端通过转动副与第二垫圈6和第二气压缸7连接；所述第二垫圈6通过转动副与第一气压缸5和第二气压缸7连接；所述第二气压缸7一端通过转动副与第二垫圈6和第一气压缸5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。
所述的八边形支座1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；所述的八边形支座1有八条边，每一条边固定连接两个三自由度铰链2。
所述的第一气压缸5和第二气压缸7具有相同机构，均由伸缩杆和伸缩缸构成。
所述的第一气压缸5和第二气压缸7具有相同机构，均由伸缩杆和伸缩缸构成，所述第一气压缸5包括第一伸缩杆51和第一伸缩缸52，所述第一伸缩杆51一端通过转动副与第二垫圈6和第二伸缩缸72连接，另一端嵌套在第一伸缩缸71内部，所述第一伸缩缸71一端通过转动副与第一垫圈4和斜边杆3连接，另一端包裹在第一伸缩杆51外部；所述第二气压缸7包括第二伸缩杆71和第二伸缩缸72，所述第二伸缩杆71一端通过转动副与一个三自由度铰链2的第一铰链21连接，另一端嵌套在第二伸缩缸72内部，所述第二伸缩缸72一端通过转动副与第二垫圈6和第一伸缩杆51连接，另一端包裹在第二伸缩杆71外部。
所述可展单元包括斜边杆3、第一气压缸5和第二气压缸7。
可展机构完全展开时，所述斜边杆3、第一气压缸5和第二气压缸7所在直线的交点，构成一个等腰直角三角形。
可展机构半展开状态和完全折叠状态时，所述斜边杆3的长度等于压缩后的第一气压缸5和压缩后的第二气压缸7的程度之和。
工作原理及过程：
如图1和图3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，再同时对两气压缸施加压力，使伸缩杆在伸缩缸内移动，直至第一气压缸5和第二气压缸7的长度之和等于斜边杆3的长度。此时斜边杆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°；此时第一气压缸5和第二气压缸7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和第二气压缸7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和第二气压缸7向内侧转动22.5°，此时斜边杆3、第一气压缸5和第二气压缸7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。
如图8、图11和图12所示，弹簧一端与伸缩杆连接，另一端与伸缩缸连接，通过对伸缩杆施加力使伸缩杆在伸缩缸内移动。

Claims (7)

1.一种以双气压缸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、斜边杆、第一垫圈、第一气压缸、第二垫圈和第二气压缸，其特征在于，具体结构和连接方式如下，
所述八边形支座与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；所述斜边杆一端通过转动副与第一铰链连接，另一端通过转动副与第一垫圈和第一气压缸连接；所述第一垫圈通过转动副与斜边杆和第一气压缸连接；所述第一气压缸一端通过转动副与第一垫圈和斜边杆连接，另一端通过转动副与第二垫圈和第二气压缸连接；所述第二垫圈通过转动副与第一气压缸和第二气压缸；所述第二气压缸一端通过转动副与第二垫圈和第一气压缸连接，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所述的以双气压缸为可展单元的空间折展机构，其特征在于，所述的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所述的以双气压缸为可展单元的空间折展机构，其特征在于，所述的八边形支座有八条边，每一条边固定连接两个三自由度铰链。
4.根据权利要求1所述的以双气压缸为可展单元的空间折展机构，其特征在于，所述的第一气压缸和第二气压缸具有相同机构，均由伸缩杆和伸缩缸构成，所述第一气压缸包括第一伸缩杆和第一伸缩缸，所述第一伸缩杆一端通过转动副与第二垫圈和第二伸缩缸连接，另一端嵌套在第一伸缩缸内部，所述第一伸缩缸一端通过转动副与第一垫圈和斜边杆连接，另一端包裹在第一伸缩杆外部；所述第二气压缸包括第二伸缩杆和第二伸缩缸，所述第二伸缩杆一端通过转动副与一个三自由度铰链的第一铰链连接，另一端嵌套在第二伸缩缸内部，所述第二伸缩缸一端通过转动副与第二垫圈和第一伸缩杆连接，另一端包裹在第二伸缩杆外部。
5.根据权利要求1所述的以双气压缸为可展单元的空间折展机构，其特征在于，所述可展单元包括斜边杆、第一气压缸和第二气压缸。
6.根据权利要求1所述的以双气压缸为可展单元的空间折展机构，其特征在于，可展机构完全展开时，所述斜边杆、第一气压缸和第二气压缸所在直线的交点构成一个等腰直角三角形。
7.根据权利要求1所述的以双气压缸为可展单元的空间折展机构，其特征在于，可展机构半展开状态和完全折叠状态时，所述斜边杆的长度等于压缩后的第一气压缸和压缩后的第二气压缸的程度之和。
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