CN108502212A - 一种具有大折展比的平板结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及单自由度、大折展比的可折叠平板结构，公开了一种具有大折展比的平板结构，包含六个单元，并且各单元和运动副满足一系列对称关系及约束条件，从而构建出该可折叠平板结构。本发明能够实现折叠和展开两种状态，折叠时面积较小便于运输，展开时具有较大的工作空间；整个结构只具有一个自由度，具有生产加工简单，运动控制方便，高可靠性等优点，在航空航天、土木工程等众多领域中具有重要意义和广泛的应用前景。

Description

一种具有大折展比的平板结构

技术领域

本发明涉及单自由度、大折展比的可折叠平板结构，具体的说，是涉及一种 由单一驱动类三角形平面与类六边形平面变换的可折叠平板结构。

背景技术

平板结构因其较好的对称性，在航空航天、建筑结构、艺术品和日常生活中 得到广泛地应用，但由于面积大、不利于运输，平板结构常常只能用于固定场合。

空间可折展结构是随着航天科技的发展而诞生的一种新型结构，它在发射过 程中处于折叠收纳状态，体积容量最小；入轨后，可折展结构可按设计展开成较 大的运营工作状态；返回或回收时，该结构可再次折叠收拢进入飞船。采用过约 束机构为基本单元的空间可展结构有着高刚性，制造简单，成本低，可靠性高等 优势。

现有的空间可折展结构主要涉及平面或曲面上的折展，如太阳能帆板、卫星 天线，存在折展比不足的问题，其中有些为非刚性折展，变形过程不利于控制且 不易重复操作。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种能够实现折叠和展开两种 状态的且安装和操作过程简单的可折展平板结构，该结构是含有刚性过约束机构 的拥有两种稳定状态的特殊平板结构，折叠时面积较小便于发射或运输，展开时 具有较大的工作空间；整个结构只具有一个自由度，运动控制简单；具有生产加 工简单，运动控制方便，高可靠性等优点，在航空航天、土木工程等众多领域中 具有重要意义和广泛的应用前景。

本发明所采用的技术方案是：

一种具有大折展比的平板结构，包括六个能折叠的单元，分别为第一单元、 第二单元、第三单元、第四单元、第五单元、第六单元；每个所述单元由七个面 构成，分别为第一面、第二面、第三面、第四面、第五面、第六面、第七面；所 述第一面为边长为a的正三角形，所述第一面的三条边分别为第一面第一边、第 一面第二边、第一面第三边；所述第三面为边长为a且两条邻边所在直线夹角为 60°的菱形，所述第三面的四条边分别为第三面第一边、第三面第二边、第三面 第三边、第三面第四边，所述第三面第二边与所述第一面第一边相邻并通过第一 转动副相互连接，所述第三面能沿所述第一转动副轴线向内或向外转动直至与所 述第一面重叠，所述第三面第四边作为单元的第四连接边；所述第五面为四边形， 所述第五面的四条边分别为第五面第一边、第五面第二边、第五面第三边、第五 面第四边，所述第五面第四边与所述第一面第一边位于同一条直线上，所述第五 面第一边边长和第五面第四边边长均为a，所述第五面第四边与相邻边第五面第 一边的夹角为120°、与相邻边第五面第三边的夹角为60°，所述第五面第一边 与相邻边第五面第二边的夹角称为第五面最小内角，所述第五面最小内角的数值 范围为大于30°、小于60°，所述第五面第一边与所述第一面第二边相邻并通 过第二转动副相连接，所述第五面能沿所述第二转动副向外或向内转动直至与所 述第一面重叠；所述第七面为五边形，所述第七面的五条边分别为第七面第一边、 第七面第二边、第七面第三边、第七面第四边、第七面第五边，所述第七面第一 边边长、第七面第二边边长、第七面第五边边长均为a，所述第七面第一边与相 邻边第七面第二边的夹角为60°、与相邻边第七面第五边的夹角为120°，所述 第七面第五边与相邻边第七面第四边的夹角为120°，所述第七面第二边长和相 邻边第七面第三边的夹角称为第七面最大内角，所述第七面最大内角与所述第五 面最小内角之和为180°，所述第七面第二边长与所述第一面第三边长相邻并通 过第三转动副相互连接，所述第七面能沿所述第三转动副轴线向外或向内转动直 至与所述第一面重叠，所述第七面第五边作为单元的第一连接边；所述第二面为 边长为a且两条邻边所在直线夹角为60°的菱形，所述第二面的四条边分别为 第二面第一边、第二面第二边、第二面第三边，第二面第四边，所述第二面第三 边与所述第七面第一边相邻并通过第四转动副相互连接，所述第二面能沿所述第四转动副轴线向内或向外转动直至与所述第七面重叠，所述第二面第四边与所述 第三面第一边相邻并通过第五转动副相互连接，所述第二面能沿所述第五转动副 轴线向内或向外转动直至与所述第三面重叠，所述第二面第二边作为单元的第二 连接边；所述第四面为边长为a且两条邻边所在直线夹角为60°的菱形，所述 第四面的四条边分别为第四面第一边、第四面第二边、第四面第三边，第四面第 四边，所述第四面第一边与所述第三面第三边相邻并通过第六转动副相互连接， 所述第三面能沿所述第六转动副轴线向外或向内转动直至与所述第四面重叠，所 述第四面第二边与所述第五面第四边相邻并通过第七转动副相互连接，所述第四 面能沿所述第七转动副轴线向外或向内转动直至与所述第五面重叠，所述第四面 第四边作为单元的第三连接边；所述第六面为四边形，所述第六面的四条边分别 为第六面第一边、第六面第二边、第六面第三边、第六面第四边，所述第六面第 一边与相邻边第六面第四边的夹角为120°，所述第六面第二边与相邻边第六面 第三边的夹角为120°，所述第六面第二边与所述第七面第四边位于同一条直线 上，并且，所述第六面第二边边长与所述第七面第四边边长之和为a，所述第六 面第三边与所述第五面第三边位于同一条直线上，并且，所述第六面第三边边长 与所述第五面第三边边长之和为2a，所述第六面第四边与所述第五面第二边相 邻并通过第八转动副相互连接，所述第五面能沿所述第八转动副轴线向内或向外 转动直至与所述第六面重叠，所述第六面第一边与所述第七面第三边相邻并通过 第九转动副相互连接，所述第六面能沿所述第九转动副轴线向外或向内转动直至 与所述第七面重叠；

所述第一单元与所述第二单元镜像对称，所述第一单元的第四连接边与所述 第二单元的第四连接边相邻并通过第十转动副相互连接，所述第一单元的第三连 接边与所述第二单元的第三连接边相邻并通过第十一转动副相互连接，构成子模 块一，所述第一单元的第三面或所述第二单元的第三面能沿所述第十转动副轴线 向外或向内转动，所述第一单元的第四面或所述第二单元的第四面能沿所述第十 一转动副轴线向内或向外转动；所述第一单元的第一连接边和第二连接边分别作 为所述子模块一的第一连接边和第二连接边，所述第二单元的第一连接边和第二 连接边分别作为所述子模块一的第三连接边和第四连接边；

所述第三单元与所述第四单元镜像对称，所述第三单元的第四连接边与所述 第四单元的第四连接边相邻并通过第十二转动副相互连接，所述第三单元的第三 连接边与所述第四单元的第三连接边相邻并通过第十三转动副相互连接，构成子 模块二，所述第三单元的第三面或所述第四单元的第三面能沿所述第十二转动副 轴线向外或向内转动，所述第三单元的第四面或所述第四单元的第四面能沿所述 第十三转动副轴线向内或向外转动；所述第三单元的第一连接边和第二连接边分 别作为所述子模块二的第一连接边和第二连接边，所述第四单元的第一连接边和 第二连接边分别作为所述子模块二的第三连接边和第四连接边；

所述第五单元与所述第六单元镜像对称，所述第五单元的第四连接边与所述 第六单元的第四连接边相邻并通过第十四转动副相互连接，所述第五单元的第三 连接边与所述第六单元的第三连接边相邻并通过第十五转动副相互连接，构成子 模块三，所述第五单元的第三面或所述第六单元的第三面能沿所述第十四转动副 轴线向外或向内转动，所述第五单元的第四面或所述第六单元的第四面能沿所述 第十五转动副轴线向内或向外转动；所述第五单元的第一连接边和第二连接边分 别作为所述子模块三的第一连接边和第二连接边，所述第六单元的第一连接边和 第二连接边分别作为所述子模块三的第三连接边和第四连接边；

所述子模块一的第三连接边与所述子模块二的第一连接边相邻并通过第十 六转动副相互连接，所述子模块一的第四连接边与所述子模块二的第二连接边相 邻并通过第十七转动副相互连接，所述子模块二的第三连接边与所述子模块三的 第一连接边相邻并通过第十八转动副相互连接，所述子模块二的第四连接边与所 述子模块三的第二连接边相邻并通过第十九转动副相互连接，所述子模块三的第 三连接边与所述子模块一的第一连接边相邻并通过第二十转动副相互连接，所述 子模块三的第四连接边与所述子模块一的第二连接边相邻并通过第二十一转动 副相互连接，形成一个封闭的类环形面；所述子模块一的第二单元的第七面或所 述子模块二的第三单元的第七面能沿所述第十六转动副轴线向内或向外转动，所 述子模块一的第二单元的第二面或所述子模块二的第三单元的第二面能沿所述 第十七转动副轴线向外或向内转动；所述子模块二的第四单元的第七面或所述子 模块三的第五单元的第七面能沿所述第十八转动副轴线向内或向外转动，所述子模块二的第四单元的第二面或所述子模块三的第五单元的第二面能沿所述第十 八转动副轴线向外或向内转动；所述子模块三的第六单元的第七面或所述子模块 一的第一单元的第七面能沿所述第二十转动副轴线向内或向外转动，所述子模块 三的第六单元的第二面或所述子模块一的第一单元的第二面能沿所述第二十一 转动副轴线向外或向内转动。

在每个所述单元的第二面第一边外设置第八面，所述第八面为边长为a的正 三角形，所述第八面的三条边分别为第八面第一边，第八面第二边，第八面第三 边，所述第八面第三边与第二面第一边相邻并通过第二十二转动副相互连接，所 述第八面能沿所述第二十二转动副轴线向外或向内转动直至与所述第二面重叠；

所述第二单元的第八面第一边与所述第三单元的第八面第一边通过第二十 三转动副相互连接，所述第二单元的第八面能沿所述第二十三转动副向内或向外 转动直至与所述第三单元的第八面重叠；所述第四单元的第八面第一边与所述第 五单元的第八面第一边通过第二十四转动副相互连接，所述第四单元的第八面能 沿所述第二十四转动副向内或向外转动直至与所述第五单元的第八面重叠；所述 第六单元的第八面第一边与所述第一单元的第八面第一边通过第二十五转动副 相互连接，所述第六单元的第八面能沿所述第二十五转动副向内或向外转动直至 与所述第一单元的第八面重叠；

在每个所述单元的第四面第三边外设置第九面，所述第九面为边长为a的正 三角形，所述第九面的三条边分别为第九面第一边，第九面第二边，第九面第三 边，所述第九面第一边与第四面第三边相邻并通过第二十六转动副相互连接，所 述第九面能沿所述第二十六转动副轴线向内或向外转动直至与所述第四面重叠；

所述第一单元的第九面第二边与所述第二单元的第九面第二边通过第二十 七转动副相互连接，所述第一单元的第九面能沿所述第二十七转动副向外或向内 转动直至与所述第二单元的第九面重叠；所述第三单元的第九面第二边与所述第 四单元的第九面第二边通过第二十八转动副相互连接，所述第三单元的第九面能 沿所述第二十八转动副向外或向内转动直至与所述第四单元的第九面重叠；所述 第五单元的第九面第二边与所述第六单元的第九面第二边通过第二十九转动副 相互连接，所述第五单元的第九面能沿所述第二十九转动副向外或向内转动直至 与所述第六单元的第九面重叠。

所述转动副为铰链、合页或轴承。所述转动副的长度不限，构成转动副即可。

每个所述单元的组成面为平面、曲面，或为由若干个面拼接成的面。每个所 述单元的组成面上根据需求设置有任意形状的空洞。

每个所述单元的外轮廓线为直线、曲线或折线。

所述的a为正数，根据所需的单元尺寸而定。

本发明的有益效果是：

(一)本发明为具有单一自由度的可折展结构，通过一个驱动可以实现一个 面的折叠和展开，安装及使用方便，且本发明不存在机构运动奇异现象，该驱动 可根据实际需求安装在任意运动副位置；

(二)本发明具有较大的折展比率，其折展比率可达约19.5倍，折叠后可 以得到面积较小的稳定状态，便于运输和保存；

(三)本发明可以根据实际需求设计折叠单元的形状和尺寸；

(四)本发明结构简单，以较少数目的运动副实现面积大小的变换，在展开 状态每个面边长处仅设置一个转动副即可，无需在边或面上安装其它连接结构， 这样可以减少因过多连接而产生的安装和操控的不稳定性；

(五)本发明结构为功能性设计，可根据实际需要设计不同外观轮廓，也可 以根据实际运用场合的需求设计各个单元的尺寸。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2-1为实施例一中第一单元及其连接边示意图；图2-2实施例一中第二单 元及其连接边示意图；图2-3实施例一中第三单元及其连接边示意图；图2-4实 施例一中第四单元及其连接边示意图；图2-5实施例一中第五单元及其连接边示 意图；图2-6实施例一中第六单元及其连接边示意图；

图3-1为实施例一中子模块一及其连接边示意图；图3-2为实施例一中子模 块二及其连接边示意图；图3-3为实施例一中子模块三及其连接边示意图；

图4-1为实施例一中其中一个单元示意图；图4-2为实施例一中其中一个单 元各个面边位置示意图；

图5为实施例一中其中一个单元折叠态的正面示意图；

图6为实施例一中其中一个单元折叠态的反面示意图；

图7为本发明实施例二(即实施例一优选后)的结构示意图；

图8-1为实施例二中其中一个单元优选后的示意图；图8-2为实施例二中其 中一个单元优选后的各个面边位置示意图；

附图标注：

N1-第一单元，N2-第二单元，N3-第三单元，N4-第四单元，N5-第五单元，N6-第六单元；

NL1-单元的第一连接边；NL2-单元的第二连接边；NL3-单元的第三连接边； NL4-单元的第四连接边；

B1-子模块一，B2-子模块二，B3-子模块三；

B1L1-子模块一的第一连接边；B1L2-子模块一的第二连接边；B1L3-子模块 一的第三连接边；B1L4-子模块一的第四连接边；B2L1-子模块二的第一连接边； B2L2-子模块二的第二连接边；B2L3-子模块二的第三连接边；B2L4-子模块二的 第四连接边；B3L1-子模块三的第一连接边；B3L2-子模块三的第二连接边；B3L3- 子模块三的第三连接边；B3L4-子模块三的第四连接边；

T1-第一面，T2-第二面；T3-第三面，T4-第四面；T5-第五面，T6-第六面， T7-第七面，T8-第八面，T9-第九面，

T1L1-第一面第一边，T1L2-第一面第二边，T1L3-第一面第三边，T2L1-第 二面第一边，T2L2-第二面第二边，T2L3-第二面第三边，T2L4-第二面第四边， T3L1-第三面第一边，T3L2-第三面第二边，T3L3-第三面第三边，T3L4-第三面 第四边，T4L1-第四面第一边，T4L2-第四面第二边，T4L3-第四面第三边，T4L4- 第四面第四边，T5L1-第五面第一边，T5L2-第五面第二边，T5L3-第五面第三边， T5L4-第五面第四边，T6L1-第六面第一边，T6L2-第六面第二边，T6L3-第六面 第三边，T6L4-第六面第四边，T7L1-第七面第一边，T7L2-第七面第二边，T7L3- 第七面第三边，T7L4-第七面第四边，T7L5-第七面第五边；T8L1-第八面第一边， T8L2-第八面第二边，T8L3-第八面第三边；；T9L1-第九面第一边，T9L2-第九面 第二边，T9L3-第九面第三边。

除轮廓以外的实线-山线，即组成折痕的两面所形成的二面角位于纸内方向 的折痕；

虚线-谷线，即组成折痕的两面所形成的二面角位于纸外方向的折痕。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附 图详细说明如下：

实施例一

如附图1至图6所示，一种具有大折展比的平板结构，包括六个能折叠的单 元，分别为第一单元N1、第二单元N2、第三单元N3、第四单元N4、第五单元 N5、第六单元N6；每个所述单元由七个面构成，分别为第一面T1、第二面T2、 第三面T3、第四面T4、第五面T5、第六面T6、第七面T7；所述第一面T1为 边长为a的正三角形，所述第一面T1的三条边分别为第一面第一边T1L1、第一 面第二边T1L2、第一面第三边T1L3；所述第三面T3为边长为a且两条邻边所 在直线夹角为60°的菱形，所述第三面T3的四条边分别为第三面第一边T3L1、 第三面第二边T3L2、第三面第三边T3L3、第三面第四边T3L4，所述第三面第 二边T3L2与所述第一面第一边T1L1相邻并通过第一转动副相互连接，所述第 三面T3能沿所述第一转动副轴线向内转动直至与所述第一面T1重叠，所述第 三面第四边T3L4作为单元的第四连接边NL4；所述第五面T5为四边形，所述 第五面T5的四条边分别为第五面第一边T5L1、第五面第二边T5L2、第五面第 三边T5L3、第五面第四边T5L4，所述第五面第四边T5L4与所述第一面第一边 T1L1位于同一条直线上，所述第五面第一边T5L1边长和第五面第四边T5L4边 长均为a，所述第五面第四边T5L4与相邻边第五面第一边T5L1的夹角为120°、 与相邻边第五面第三边T5L3的夹角为60°，所述第五面第一边T5L1与相邻边 第五面第二边T5L2的夹角称为第五面最小内角，所述第五面最小内角的数值范 围为大于30°、小于60°，所述第五面第一边T5L1与所述第一面第二边T1L2 相邻并通过第二转动副相连接，所述第五面T5能沿所述第二转动副向外转动直 至与所述第一面T1重叠；所述第七面T7为五边形，所述第七面T7的五条边分 别为第七面第一边T7L1、第七面第二边T7L2、第七面第三边T7L3、第七面第 四边T7L4、第七面第五边T7L5，所述第七面第一边T7L1边长、第七面第二边 T7L2边长、第七面第五边T7L5边长均为a，所述第七面第一边T7L1与相邻边 第七面第二边T7L2的夹角为60°、与相邻边第七面第五边T7L5的夹角为120°， 所述第七面第五边T7L5与相邻边第七面第四边T7L4的夹角为120°，所述第 七面第二边T7L2长和相邻边第七面第三边T7L3的夹角称为第七面最大内角， 所述第七面最大内角与所述第五面最小内角之和为180°，所述第七面第二边 T7L2长与所述第一面第三边T1L3长相邻并通过第三转动副相互连接，所述第 七面T7能沿所述第三转动副轴线向外转动直至与所述第一面T1重叠，所述第 七面第五边T7L5作为单元的第一连接边NL1；所述第二面T2为边长为a且两 条邻边所在直线夹角为60°的菱形，所述第二面T2的四条边分别为第二面第一 边T2L1、第二面第二边T2L2、第二面第三边T2L3，第二面第四边T2L4，所述 第二面第三边T2L3与所述第七面第一边T7L1相邻并通过第四转动副相互连接， 所述第二面T2能沿所述第四转动副轴线向内转动直至与所述第七面T7重叠， 所述第二面第四边T2L4与所述第三面第一边T3L1相邻并通过第五转动副相互 连接，所述第二面T2能沿所述第五转动副轴线向内转动直至与所述第三面T3 重叠，所述第二面第二边T2L2作为单元的第二连接边NL2；所述第四面T4为 边长为a且两条邻边所在直线夹角为60°的菱形，所述第四面T4的四条边分别 为第四面第一边T4L1、第四面第二边T4L2、第四面第三边T4L3，第四面第四 边T4L4，所述第四面第一边T4L1与所述第三面第三边T3L3相邻并通过第六转 动副相互连接，所述第三面T3能沿所述第六转动副轴线向外转动直至与所述第 四面T4重叠，所述第四面第二边T4L2与所述第五面第四边T5L4相邻并通过第 七转动副相互连接，所述第四面T4能沿所述第七转动副轴线向外转动直至与所 述第五面T5重叠，所述第四面第四边T4L4作为单元的第三连接边NL3；所述 第六面T6为四边形，所述第六面T6的四条边分别为第六面第一边T6L1、第六 面第二边T6L2、第六面第三边T6L3、第六面第四边T6L4，所述第六面第一边 T6L1与相邻边第六面第四边T6L4的夹角为120°，所述第六面第二边T6L2与 相邻边第六面第三边T6L3的夹角为120°，所述第六面第二边T6L2与所述第 七面第四边T7L4位于同一条直线上，并且，所述第六面第二边T6L2边长与所 述第七面第四边T7L4边长之和为a，所述第六面第三边T6L3与所述第五面第 三边T5L3位于同一条直线上，并且，所述第六面第三边T6L3边长与所述第五 面第三边T5L3边长之和为2a，所述第六面第四边T6L4与所述第五面第二边 T5L2相邻并通过第八转动副相互连接，所述第五面T5能沿所述第八转动副轴线 向内转动直至与所述第六面T6重叠，所述第六面第一边T6L1与所述第七面第 三边T7L3相邻并通过第九转动副相互连接，所述第六面T6能沿所述第九转动 副轴线向外转动直至与所述第七面T7重叠。

所述第一单元N1与所述第二单元N2镜像对称，所述第一单元N1的第四 连接边NL4与所述第二单元N2的第四连接边NL4相邻并通过第十转动副相互 连接，所述第一单元N1的第三连接边NL3与所述第二单元N2的第三连接边 NL3相邻并通过第十一转动副相互连接，构成子模块一B1，所述第一单元N1 的第三面T3或所述第二单元N2的第三面T3能沿所述第十转动副轴线向外转动， 所述第一单元N1的第四面T4或所述第二单元N2的第四面T4能沿所述第十一 转动副轴线向内转动；所述第一单元N1的第一连接边NL1和第二连接边NL2 分别作为所述子模块一B1的第一连接边B1L1和第二连接边B1L2，所述第二单 元N2的第一连接边NL1和第二连接边NL2分别作为所述子模块一B1的第三连 接边B1L3和第四连接边B1L4。

所述第三单元N3与所述第四单元N4镜像对称，所述第三单元N3的第四 连接边NL4与所述第四单元N4的第四连接边NL4相邻并通过第十二转动副相 互连接，所述第三单元N3的第三连接边NL3与所述第四单元N4的第三连接边 NL3相邻并通过第十三转动副相互连接，构成子模块二B2，所述第三单元N3 的第三面T3或所述第四单元N4的第三面T3能沿所述第十二转动副轴线向外转 动，所述第三单元N3的第四面T4或所述第四单元N4的第四面T4能沿所述第 十三转动副轴线向内转动；所述第三单元N3的第一连接边NL1和第二连接边NL2分别作为所述子模块二B2的第一连接边B2L1和第二连接边B2L2，所述第 四单元N4的第一连接边NL1和第二连接边NL2分别作为所述子模块二B2的第 三连接边B2L3和第四连接边B2L4。

所述第五单元N5与所述第六单元N6镜像对称，所述第五单元N5的第四 连接边NL4与所述第六单元N6的第四连接边NL4相邻并通过第十四转动副相 互连接，所述第五单元N5的第三连接边NL3与所述第六单元N6的第三连接边 NL3相邻并通过第十五转动副相互连接，构成子模块三B3，所述第五单元N5 的第三面T3或所述第六单元N6的第三面T3能沿所述第十四转动副轴线向外转 动，所述第五单元N5的第四面T4或所述第六单元N6的第四面T4能沿所述第 十五转动副轴线向内转动；所述第五单元N5的第一连接边NL1和第二连接边NL2分别作为所述子模块三B3的第一连接边B3L1和第二连接边B3L2，所述第 六单元N6的第一连接边NL1和第二连接边NL2分别作为所述子模块三B3的第 三连接边B3L3和第四连接边B3L4。

所述子模块一B1的第三连接边B1L3与所述子模块二B2的第一连接边B2L1相邻并通过第十六转动副相互连接，所述子模块一B1的第四连接边B1L4 与所述子模块二B2的第二连接边B2L2相邻并通过第十七转动副相互连接，所 述子模块二B2的第三连接边B2L3与所述子模块三B3的第一连接边B3L1相邻 并通过第十八转动副相互连接，所述子模块二B2的第四连接边B2L4与所述子 模块三B3的第二连接边B3L2相邻并通过第十九转动副相互连接，所述子模块 三B3的第三连接边B3L3与所述子模块一B1的第一连接边B1L1相邻并通过第 二十转动副相互连接，所述子模块三B3的第四连接边B3L4与所述子模块一B1 的第二连接边B1L2相邻并通过第二十一转动副相互连接，形成一个封闭的类环 形面；所述子模块一B1的第二单元N2的第七面T7或所述子模块二B2的第三 单元N3的第七面T7能沿所述第十六转动副轴线向内转动，所述子模块一B1 的第二单元N2的第二面T2或所述子模块二B2的第三单元N3的第二面T2能 沿所述第十七转动副轴线向外转动；所述子模块二B2的第四单元N4的第七面 T7或所述子模块三B3的第五单元N5的第七面T7能沿所述第十八转动副轴线向内转动，所述子模块二B2的第四单元N4的第二面T2或所述子模块三B3的 第五单元N5的第二面T2能沿所述第十八转动副轴线向外转动；所述子模块三 B3的第六单元N6的第七面T7或所述子模块一B1的第一单元N1的第七面T7 能沿所述第二十转动副轴线向内转动，所述子模块三B3的第六单元N6的第二 面T2或所述子模块一B1的第一单元N1的第二面T2能沿所述第二十一转动副 轴线向外转动。

所述转动副为铰链、合页或轴承。所述转动副的长度不限，构成转动副即可。

每个所述单元的组成面为平面、曲面，或为由若干个面拼接成的面。每个所 述单元的组成面上根据需求设置有任意形状的空洞。

每个所述单元的外轮廓线为直线、曲线或折线。

所述的a为正数，根据所需的单元尺寸而定。

三个子模块如上述方式首尾相接连接，形成一个如图1所示的封闭的类环形 面。其中，环线A1A2A3A4A5A6称为内环，环线B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B12B13B14B15B16B17B18称为外环。在类环形面的内环和外环之间选取恰 当的连线并断开，即可实现整个平板结构的单一自由度的刚性折叠。

在图1中，除内环和外环以外，所有实线代表山线，即组成折痕的两面所形 成的二面角位于纸内方向的折痕，也就是单元组成面沿转动副轴线向内转动；所 有虚线代表谷线，即组成折痕的两面所形成的二面角位于纸外方向的折痕，也就 是单元组成面沿转动副轴线向外转动；本文中所提到的山线和谷线都如此定义。

图4-1为所有面处于同一平面且无重叠的状态，将此状态定义为展开态，图 5为折叠后正面，图6为折叠后反面，各个交点字母的相对位置如图5、6所示， 将此状态定义为折叠态。由展开态到折叠态的过程中，各个转动副协调运动，第 七面T7沿转动副轴线AC逐步靠拢第一面T1直至重叠，第三面T3沿转动副轴 线AB逐步靠拢第一面T1直至重叠，第五面T5沿转动副轴线BC逐步靠拢第一 面T1直至重叠，第二面T2沿转动副轴线AL逐步靠拢第七面T7直至重叠，第 二面T2沿转动副轴线AD逐步靠拢第三面T3直至重叠，第三面T3沿转动副轴线BE逐步靠拢第四面T4直至重叠，第四面T4沿转动副轴线BG逐步靠拢第五 面T5直至重叠，第五面T5沿转动副轴线CH逐步靠拢第六面T6直至重叠，第 六面T6沿转动副轴线JC逐步靠拢第七面T7直至重叠，最终形成如图5、图6 所示的折叠态。

在内环和外环之间连接任意一条线并沿该线断开，即可实现整个平板结构的 折叠运动，折叠过程至所有单元形成折叠态为止。如若内环和外环之间的连线选 取得当，该平板结构可以实现单自由度、大折展比的折展运动，可以用作卫星天 线及太阳能翻板的支架结构等等。

可见，上述平板结构只要满足上述约束条件，即可达到本发明要求的折展效 果，其结构形式和折展方式并不受折叠单元的具体结构影响。另外，对于一个单 元，如果将其折痕山线变为谷线，谷线变为山线，也可实现与本平板结构相同的 折叠。因此单元的结构不限于各个面的轮廓，其形状、大小、尺寸、材料等均可 根据实际应用要求做一定的变换，应注意满足本种山线谷线的排布方式，且折展 过程中各个面不会相互造成干涉。

综上所述，由于本发明所提出的可折展平板结构具有单一自由度，折展比率 大，因此具有安装简单、操作方便、易于运输等方面的优点，尤其适于在航空航 天等领域中应用。

实施例二

如图7-8所示，在实施例一的基础上，在每个所述单元的第二面第一边T2L1 外设置第八面T8，所述第八面T8为边长为a的正三角形，所述第八面T8的三 条边分别为第八面第一边T8L1，第八面第二边T8L2，第八面第三边T8L3，所 述第八面第三边T8L3与第二面第一边T2L1相邻并通过第二十二转动副相互连 接，所述第八面T8能沿所述第二十二转动副轴线向外转动直至与所述第二面T2 重叠。

所述第二单元N2的第八面第一边T8L1与所述第三单元N3的第八面第一 边T8L1通过第二十三转动副相互连接，所述第二单元N2的第八面T8能沿所述 第二十三转动副向内转动直至与所述第三单元N3的第八面T8重叠；所述第四 单元N4的第八面第一边T8L1与所述第五单元N5的第八面第一边T8L1通过第 二十四转动副相互连接，所述第四单元N4的第八面T8能沿所述第二十四转动 副向内转动直至与所述第五单元N5的第八面T8重叠；所述第六单元N6的第八 面第一边T8L1与所述第一单元N1的第八面第一边T8L1通过第二十五转动副 相互连接，所述第六单元N6的第八面T8能沿所述第二十五转动副向内转动直 至与所述第一单元N1的第八面T8重叠。

在每个所述单元的第四面第三边外设置第九面T9，所述第九面T9为边长为 a的正三角形，所述第九面T9的三条边分别为第九面第一边T9L1，第九面第二 边T9L2，第九面第三边T9L3，所述第九面T9第一边T9L1与第四面T4第三边 T4L3相邻并通过第二十六转动副相互连接，所述第九面T9能沿所述第二十六转 动副轴线向内转动直至与所述第四面T4重叠；

所述第一单元N1的第九面第二边T9L2与所述第二单元N2的第九面第二 边T9L2通过第二十七转动副相互连接，所述第一单元N1的第九面T9能沿所述 第二十七转动副向外转动直至与所述第二单元N2的第九面T9重叠；所述第三 单元N3的第九面第二边T9L2与所述第四单元N4的第九面第二边T9L2通过第 二十八转动副相互连接，所述第三单元N3的第九面T9能沿所述第二十八转动 副向外转动直至与所述第四单元N4的第九面T9重叠；所述第五单元N5的第九 面第二边T9L2与所述第六单元N6的第九面第二边T9L2通过第二十九转动副 相互连接，所述第五单元N5的第九面T9能沿所述第二十九转动副向外转动直 至与所述第六单元N6的第九面T9重叠；

在图7所示O点和外环之间连接任意一条线并沿该线断开，即可实现整个 平板结构的折叠运动。如若内环和外环之间的连线选取得当，该平板结构可以实 现单自由度、大折展比的折展运动，可以用作卫星天线及太阳能翻板的支架结构 等等。

所述转动副为铰链、合页或轴承。所述转动副的长度不限，构成转动副即可。

每个所述单元的组成面为平面、曲面，或为由若干个面拼接成的面。每个所 述单元的组成面上根据需求设置有任意形状的空洞。

每个所述单元的外轮廓线为直线、曲线或折线。

所述的a为正数，根据所需的单元尺寸而定。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限 于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的， 本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保 护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有大折展比的平板结构，其特征在于，包括六个能折叠的单元，分别为第一单元、第二单元、第三单元、第四单元、第五单元、第六单元；每个所述单元由七个面构成，分别为第一面、第二面、第三面、第四面、第五面、第六面、第七面；所述第一面为边长为a的正三角形，所述第一面的三条边分别为第一面第一边、第一面第二边、第一面第三边；所述第三面为边长为a且两条邻边所在直线夹角为60°的菱形，所述第三面的四条边分别为第三面第一边、第三面第二边、第三面第三边、第三面第四边，所述第三面第二边与所述第一面第一边相邻并通过第一转动副相互连接，所述第三面能沿所述第一转动副轴线向内或向外转动直至与所述第一面重叠，所述第三面第四边作为单元的第四连接边；所述第五面为四边形，所述第五面的四条边分别为第五面第一边、第五面第二边、第五面第三边、第五面第四边，所述第五面第四边与所述第一面第一边位于同一条直线上，所述第五面第一边边长和第五面第四边边长均为a，所述第五面第四边与相邻边第五面第一边的夹角为120°、与相邻边第五面第三边的夹角为60°，所述第五面第一边与相邻边第五面第二边的夹角称为第五面最小内角，所述第五面最小内角的数值范围为大于30°、小于60°，所述第五面第一边与所述第一面第二边相邻并通过第二转动副相连接，所述第五面能沿所述第二转动副向外或向内转动直至与所述第一面重叠；所述第七面为五边形，所述第七面的五条边分别为第七面第一边、第七面第二边、第七面第三边、第七面第四边、第七面第五边，所述第七面第一边边长、第七面第二边边长、第七面第五边边长均为a，所述第七面第一边与相邻边第七面第二边的夹角为60°、与相邻边第七面第五边的夹角为120°，所述第七面第五边与相邻边第七面第四边的夹角为120°，所述第七面第二边长和相邻边第七面第三边的夹角称为第七面最大内角，所述第七面最大内角与所述第五面最小内角之和为180°，所述第七面第二边长与所述第一面第三边长相邻并通过第三转动副相互连接，所述第七面能沿所述第三转动副轴线向外或向内转动直至与所述第一面重叠，所述第七面第五边作为单元的第一连接边；所述第二面为边长为a且两条邻边所在直线夹角为60°的菱形，所述第二面的四条边分别为第二面第一边、第二面第二边、第二面第三边，第二面第四边，所述第二面第三边与所述第七面第一边相邻并通过第四转动副相互连接，所述第二面能沿所述第四转动副轴线向内或向外转动直至与所述第七面重叠，所述第二面第四边与所述第三面第一边相邻并通过第五转动副相互连接，所述第二面能沿所述第五转动副轴线向内或向外转动直至与所述第三面重叠，所述第二面第二边作为单元的第二连接边；所述第四面为边长为a且两条邻边所在直线夹角为60°的菱形，所述第四面的四条边分别为第四面第一边、第四面第二边、第四面第三边，第四面第四边，所述第四面第一边与所述第三面第三边相邻并通过第六转动副相互连接，所述第三面能沿所述第六转动副轴线向外或向内转动直至与所述第四面重叠，所述第四面第二边与所述第五面第四边相邻并通过第七转动副相互连接，所述第四面能沿所述第七转动副轴线向外或向内转动直至与所述第五面重叠，所述第四面第四边作为单元的第三连接边；所述第六面为四边形，所述第六面的四条边分别为第六面第一边、第六面第二边、第六面第三边、第六面第四边，所述第六面第一边与相邻边第六面第四边的夹角为120°，所述第六面第二边与相邻边第六面第三边的夹角为120°，所述第六面第二边与所述第七面第四边位于同一条直线上，并且，所述第六面第二边边长与所述第七面第四边边长之和为a，所述第六面第三边与所述第五面第三边位于同一条直线上，并且，所述第六面第三边边长与所述第五面第三边边长之和为2a，所述第六面第四边与所述第五面第二边相邻并通过第八转动副相互连接，所述第五面能沿所述第八转动副轴线向内或向外转动直至与所述第六面重叠，所述第六面第一边与所述第七面第三边相邻并通过第九转动副相互连接，所述第六面能沿所述第九转动副轴线向外或向内转动直至与所述第七面重叠；

所述第一单元与所述第二单元镜像对称，所述第一单元的第四连接边与所述第二单元的第四连接边相邻并通过第十转动副相互连接，所述第一单元的第三连接边与所述第二单元的第三连接边相邻并通过第十一转动副相互连接，构成子模块一，所述第一单元的第三面或所述第二单元的第三面能沿所述第十转动副轴线向外或向内转动，所述第一单元的第四面或所述第二单元的第四面能沿所述第十一转动副轴线向内或向外转动；所述第一单元的第一连接边和第二连接边分别作为所述子模块一的第一连接边和第二连接边，所述第二单元的第一连接边和第二连接边分别作为所述子模块一的第三连接边和第四连接边；

所述第三单元与所述第四单元镜像对称，所述第三单元的第四连接边与所述第四单元的第四连接边相邻并通过第十二转动副相互连接，所述第三单元的第三连接边与所述第四单元的第三连接边相邻并通过第十三转动副相互连接，构成子模块二，所述第三单元的第三面或所述第四单元的第三面能沿所述第十二转动副轴线向外或向内转动，所述第三单元的第四面或所述第四单元的第四面能沿所述第十三转动副轴线向内或向外转动；所述第三单元的第一连接边和第二连接边分别作为所述子模块二的第一连接边和第二连接边，所述第四单元的第一连接边和第二连接边分别作为所述子模块二的第三连接边和第四连接边；

所述第五单元与所述第六单元镜像对称，所述第五单元的第四连接边与所述第六单元的第四连接边相邻并通过第十四转动副相互连接，所述第五单元的第三连接边与所述第六单元的第三连接边相邻并通过第十五转动副相互连接，构成子模块三，所述第五单元的第三面或所述第六单元的第三面能沿所述第十四转动副轴线向外或向内转动，所述第五单元的第四面或所述第六单元的第四面能沿所述第十五转动副轴线向内或向外转动；所述第五单元的第一连接边和第二连接边分别作为所述子模块三的第一连接边和第二连接边，所述第六单元的第一连接边和第二连接边分别作为所述子模块三的第三连接边和第四连接边；

所述子模块一的第三连接边与所述子模块二的第一连接边相邻并通过第十六转动副相互连接，所述子模块一的第四连接边与所述子模块二的第二连接边相邻并通过第十七转动副相互连接，所述子模块二的第三连接边与所述子模块三的第一连接边相邻并通过第十八转动副相互连接，所述子模块二的第四连接边与所述子模块三的第二连接边相邻并通过第十九转动副相互连接，所述子模块三的第三连接边与所述子模块一的第一连接边相邻并通过第二十转动副相互连接，所述子模块三的第四连接边与所述子模块一的第二连接边相邻并通过第二十一转动副相互连接，形成一个封闭的类环形面；所述子模块一的第二单元的第七面或所述子模块二的第三单元的第七面能沿所述第十六转动副轴线向内或向外转动，所述子模块一的第二单元的第二面或所述子模块二的第三单元的第二面能沿所述第十七转动副轴线向外或向内转动；所述子模块二的第四单元的第七面或所述子模块三的第五单元的第七面能沿所述第十八转动副轴线向内或向外转动，所述子模块二的第四单元的第二面或所述子模块三的第五单元的第二面能沿所述第十八转动副轴线向外或向内转动；所述子模块三的第六单元的第七面或所述子模块一的第一单元的第七面能沿所述第二十转动副轴线向内或向外转动，所述子模块三的第六单元的第二面或所述子模块一的第一单元的第二面能沿所述第二十一转动副轴线向外或向内转动。

2.根据权利要求1所述的一种具有大折展比的平板结构，其特征在于，在每个所述单元的第二面第一边外设置第八面，所述第八面为边长为a的正三角形，所述第八面的三条边分别为第八面第一边，第八面第二边，第八面第三边，所述第八面第三边与第二面第一边相邻并通过第二十二转动副相互连接，所述第八面能沿所述第二十二转动副轴线向外或向内转动直至与所述第二面重叠；

所述第二单元的第八面第一边与所述第三单元的第八面第一边通过第二十三转动副相互连接，所述第二单元的第八面能沿所述第二十三转动副向内或向外转动直至与所述第三单元的第八面重叠；所述第四单元的第八面第一边与所述第五单元的第八面第一边通过第二十四转动副相互连接，所述第四单元的第八面能沿所述第二十四转动副向内或向外转动直至与所述第五单元的第八面重叠；所述第六单元的第八面第一边与所述第一单元的第八面第一边通过第二十五转动副相互连接，所述第六单元的第八面能沿所述第二十五转动副向内或向外转动直至与所述第一单元的第八面重叠；

在每个所述单元的第四面第三边外设置第九面，所述第九面为边长为a的正三角形，所述第九面的三条边分别为第九面第一边，第九面第二边，第九面第三边，所述第九面第一边与第四面第三边相邻并通过第二十六转动副相互连接，所述第九面能沿所述第二十六转动副轴线向内或向外转动直至与所述第四面重叠；

所述第一单元的第九面第二边与所述第二单元的第九面第二边通过第二十七转动副相互连接，所述第一单元的第九面能沿所述第二十七转动副向外或向内转动直至与所述第二单元的第九面重叠；所述第三单元的第九面第二边与所述第四单元的第九面第二边通过第二十八转动副相互连接，所述第三单元的第九面能沿所述第二十八转动副向外或向内转动直至与所述第四单元的第九面重叠；所述第五单元的第九面第二边与所述第六单元的第九面第二边通过第二十九转动副相互连接，所述第五单元的第九面能沿所述第二十九转动副向外或向内转动直至与所述第六单元的第九面重叠。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有大折展比的平板结构，其特征在于，所述转动副为铰链、合页或轴承。

4.根据权利要求1或2所述的一种具有大折展比的平板结构，其特征在于，所述转动副的长度不限，构成转动副即可。

5.根据权利要求1或2所述的一种具有大折展比的平板结构，其特征在于，每个所述单元的组成面为平面、曲面，或为由若干个面拼接成的面。

6.根据权利要求1或2所述的一种具有大折展比的平板结构，其特征在于，每个所述单元的组成面上根据需求设置有任意形状的空洞。

7.根据权利要求1或2所述的一种具有大折展比的平板结构，其特征在于，每个所述单元的外轮廓线为直线、曲线或折线。

8.根据权利要求1或2所述的一种具有大折展比的平板结构，其特征在于，所述的a为正数，根据所需的单元尺寸而定。