CN107933961A - 一种仿含羞草柔性铰链连接的变拓扑折展机构 - Google Patents

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袁吉伟
黄慕华
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Abstract

一种仿含羞草柔性铰链连接的变拓扑折展机构，包括柔性铰链和可展模块，所述柔性铰链连接两个可展模块，可展模块包括旋转机座、伸展臂和四杆机构，旋转机座上、下两层分别对应四个销轴座，伸展臂通过销轴与销轴座连接，伸展臂两侧通过销轴与多组四杆机构连接，四杆机构包括主动杆、从动杆和连架杆，主动杆一端通过销轴与伸展臂连接，另一端通过销轴与从动杆连接，从动杆一端通过销轴与主动杆连接，另一端通过销轴与连架杆连接，连架杆一端通过销轴与从动杆连接，另一端通过销轴与伸展臂连接。本发明具有折叠过程简单、折叠比大、质量轻、结构简单、高稳定性、高可靠性、结构强度大的特点，能够应用于太空望远镜、对地观测和星球探测等航天任务。

Description

一种仿含羞草柔性铰链连接的变拓扑折展机构
技术领域
本发明涉及一种折展机构，特别是一种仿含羞草柔性铰链连接的变拓扑折展机构。
背景技术
含羞草是一种喜欢生长在温暖湿润地区的豆科多年生草本或亚灌木，如果用手轻轻碰触它的叶片，叶片就会立即合在一起，人们也叫它感应草。含羞草细胞是由细小如网状的蛋白质“肌动蛋白”所支撑，产生闭合运动时，肌动蛋白的磷酸会脱落，当肌动蛋白散开时，细胞被破坏，结果水分跑出来，以致产生闭合运动。
在空间站、通信微型平台，太空望远镜、对地观测和星球探测等航天任务中，随处可见可折展机构的身影，折展机构已经在航天工程中扮演了不可替代的角色，如折展太阳能电池板、空间站基础骨架、空间机械臂、空间伸展臂和大口径折展天线等。
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201210310876.7公布了一种正三角形平面阵列可展机构，该专利仅可在平面折叠，折叠比小；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；中国专利201410055607.X公布了一种环形桁架式大型空间可展机构，该专利通过绳索或弹簧驱动，机构稳定性较低。现迫切需要一种折叠过程简单、折叠比大、质量轻、结构简单、高稳定性、高可靠性的折展机构。
目前，尚未见到一种折叠过程简单、折叠比大、质量轻、结构简单、高稳定性、高可靠性的折展机构发明设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种仿含羞草柔性铰链连接的变拓扑折展机构，它具有折叠过程简单、折叠比大、质量轻、结构简单、高稳定性、高可靠性、结构强度大等特点。
本发明的技术方案是：一种仿含羞草柔性铰链连接的变拓扑折展机构，包括柔性铰链和可展模块，具体结构和连接关系如下：
所述柔性铰链连接两个可展模块，两个可展模块能够通过柔性铰链的中间柔性体任意旋转；所述可展模块包括旋转机座、伸展臂和四杆机构，所述旋转机座为仿含羞草主杆部分，所述旋转机座分上、下两层设计，上、下两层分别对应四个销轴座，所述销轴座为弧形销轴座，销轴座的弧形板嵌套在旋转机座的内侧，销轴座能够在弧形板的约束下，以旋转机座为中心进行360°旋转，所述伸展臂为仿含羞草枝干部分，伸展臂通过销轴与销轴座连接，伸展臂两侧通过销轴与多组四杆机构连接，所述四杆机构为仿含羞草叶片部分，包括主动杆、从动杆和连架杆，所述主动杆一端通过销轴与伸展臂连接，另一端通过销轴与从动杆连接，所述从动杆一端通过销轴与主动杆连接，另一端通过销轴与连架杆连接，所述连架杆一端通过销轴与从动杆连接，另一端通过销轴与伸展臂连接。
所述旋转机座为多边形机座，机座的内角与柔性铰链两侧边的夹角相同，即所述旋转机座为正八边形机座，其内角为135°，则柔性铰链两侧边夹角也为135°。
所述伸展臂是四杆机构的机架，伸展臂两侧通过销轴与主动杆和连架杆连接，主动杆和连架杆之间连接从动杆。
所述四杆机构的折叠形如含羞草叶片的闭合，所述伸展臂的折叠形如含羞草枝干的弯曲。
所述柔性铰链为三自由度柔性铰链。
本发明的突出优点在于：
1、通过旋转机座的运动，由八个可展模块变为四个可展模块，形成不同的可展模块，以适应不同的工作类型，满足复杂多变的航天工作的需求。
2、可展机构在完全折叠状态时，收拢体积小，具有较高的刚度和强度，能够承受发射过程中的振动载荷。
3、折展机构折叠过程简单，在进入空间轨道后，能够轻易展开成预定的工作状态。
4、可展模块中所有构件之间均通过转动副连接，连接方式简单可通过电机驱动，通过控制电机的速度，控制杆件运动的速度，达到增加稳定性和可靠性的效果。
5、可展模块之间应用柔性铰链，在可展模块收缩时，相互之间没有反冲力和摩擦，即使在持续的折叠状态下，也不会产生磨损。
附图说明
图1为本发明所述的仿含羞草柔性铰链连接的变拓扑折展机构的结构示意图。
图2为本发明所述的仿含羞草柔性铰链连接的变拓扑折展机构的可展模块完全展开状态的俯视图。
图3为本发明所述的仿含羞草柔性铰链连接的变拓扑折展机构的可展模块完全展开状态的结构状态图。
图4为本发明所述的仿含羞草柔性铰链连接的变拓扑折展机构的可展模块完全展开状态的主视图。
图5为本发明所述的仿含羞草柔性铰链连接的变拓扑折展机构的可展模块半展开状态的结构示意图。
图6为本发明所述的仿含羞草柔性铰链连接的变拓扑折展机构的可展模块完全折叠状态的结构示意图。
图7为本发明所述的仿含羞草柔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8为本发明所述的仿含羞草柔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示意图。
图9为本发明所述的仿含羞草柔性铰链连接的变拓扑折展机构的旋转机座的主视图。
图10为本发明所述的仿含羞草柔性铰链连接的变拓扑折展机构的旋转机座的俯视图。
图11为本发明所述的仿含羞草柔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12为本发明所述的仿含羞草柔性铰链连接的变拓扑折展机构的可展单元的完全展开状态的结构状态图。
图13为本发明所述的仿含羞草柔性铰链连接的变拓扑折展机构的可展单元的完全折叠状态的结构示意图。
图14为本发明所述的仿含羞草柔性铰链连接的变拓扑折展机构的柔性铰链的结构示意图。
图中标记为：1.旋转机座；2.伸展臂；3.主动杆；4.从动杆；5.连架杆；6.柔性铰链。
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14所示，本发明所述的仿含羞草柔性铰链连接的变拓扑折展机构，包括柔性铰链6和可展模块，具体结构和连接关系如下，
所述柔性铰链6连接两个可展模块，两个可展模块能够通过柔性铰链6的中间柔性体任意旋转；所述可展模块包括旋转机座1、伸展臂2和四杆机构；所述旋转机座1为仿含羞草主杆部分，所述旋转机座1分上、下两层设计，上、下两层分别对应四个销轴座，所述销轴座为弧形销轴座，销轴座的弧形板嵌套在旋转机座1的内侧，销轴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为仿含羞草枝干部分，通过销轴与销轴座连接，伸展臂两侧通过销轴与多组四杆机构连接，所述四杆机构为仿含羞草叶片部分，包括主动杆3、从动杆4和连架杆5，所述主动杆3一端通过销轴与伸展臂2连接，另一端通过销轴与从动杆4连接，所述从动杆4一端通过销轴与主动杆3连接，另一端通过销轴与连架杆5连接，所述连架杆5一端通过销轴与从动杆4连接，另一端通过销轴与伸展臂2连接。
所述旋转机座1为多边形机座，机座1的内角与柔性铰链6两侧边的夹角相同，即所述旋转机座1为正八边形机座，其内角为135°，则柔性铰链6两侧边夹角也为135°。
所述伸展臂2是四杆机构的机架，伸展臂2两侧通过销轴与主动杆3和连架杆5连接，主动杆3和连架杆5之间连接从动杆4。
所述四杆机构的折叠形如含羞草叶片的闭合，所述伸展臂2的折叠形如含羞草枝干的弯曲。
所述柔性铰链6为三自由度柔性铰链。
工作原理及过程：
如图2、图3和图5所示，折展机构由完全展开状态到半展开状态，电机驱动四杆机构的主动杆3向伸展臂2方向靠拢，带动从动杆4，进而带动连架杆5，使四杆机构实现收缩。
如图5和图6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向机座1运动，支持架折叠90°时即可实现完全折叠。
如图2、图3、图7和图8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 (6)

1.一种仿含羞草柔性铰链连接的变拓扑折展机构，包括柔性铰链和可展模块，其特征在于，具体结构和连接关系如下：
所述柔性铰链连接两个可展模块，两个可展模块能够通过柔性铰链的中间柔性体任意旋转；所述可展模块包括旋转机座、伸展臂和四杆机构；所述旋转机座为仿含羞草主杆部分，所述旋转机座分上、下两层设计，上、下两层分别对应四个销轴座，所述销轴座为弧形销轴座，销轴座的弧形板嵌套在旋转机座的内侧，销轴座能够在弧形板的约束下，以旋转机座为中心进行360°旋转，所述伸展臂为仿含羞草枝干部分，伸展臂通过销轴与销轴座连接，伸展臂两侧通过销轴与多组四杆机构连接，所述四杆机构为仿含羞草叶片部分，包括主动杆、从动杆和连架杆，所述主动杆一端通过销轴与伸展臂连接，另一端通过销轴与从动杆连接，所述从动杆一端通过销轴与主动杆连接，另一端通过销轴与连架杆连接，所述连架杆一端通过销轴与从动杆连接，另一端通过销轴与伸展臂连接。
2.根据权利要求1所述的仿含羞草柔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，机座的内角与柔性铰链两侧边的夹角相同。
3.根据权利要求1所述的仿含羞草柔性铰链连接的变拓扑折展机构，其特征在于，所述旋转机座为正八边形机座，内角为135°，柔性铰链两侧边夹角为135°。
4.根据权利要求1所述的仿含羞草柔性铰链连接的变拓扑折展机构，其特征在于，所述伸展臂是四杆机构的机架，伸展臂两侧通过销轴与主动杆和连架杆连接，主动杆和连架杆之间连接从动杆。
5.根据权利要求1所述的仿含羞草柔性铰链连接的变拓扑折展机构，其特征在于，所述四杆机构的折叠形如含羞草叶片的闭合，所述伸展臂的折叠形如含羞草枝干的弯曲。
6.根据权利要求1所述的仿含羞草柔性铰链连接的变拓扑折展机构，其特征在于，所述柔性铰链为三自由度柔性铰链。
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