CN109080853A - 一种基于菱形单元仿蜘蛛网空间可展机构 - Google Patents

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王汝贵
李毅
张磊
张林贝子
方正
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    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/222—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles for deploying structures between a stowed and deployed state

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Abstract

一种基于菱形单元仿蜘蛛网空间可展机构，该机构的机座通过销轴与连架杆一端连接，连架杆另一端通过转动副与铰链连接，铰链上的销轴座通过销轴与菱形单元连接，两个相邻连架杆之间连接有两个菱形单元。本发明的菱形单元之间通过连架杆和铰链作为共用件彼此连接并环形阵列组成单自由度空间折可展机构，机构的连架杆上仅嵌套一个铰链，使机构在折叠与展开过程简单，本发明具有结构简单、轻量化、制造成本低、展开和折叠易于控制、空间折叠比大、型面精度高的特点，且机构单元具有可拓展性。

Description

一种基于菱形单元仿蜘蛛网空间可展机构
技术领域
本发明涉及空间可展机构领域，特别是一种基于菱形单元仿蜘蛛网空间可展机构。
背景技术
蜘蛛网通常有对称性和非对称性，是一种极其规则的网。在等同的体积下网的柔韧性和强度比钢丝大，由于具有很大的柔韧性，故可以延伸更长。蜘蛛网可以根据不同环境的形成不同的形状，全网结构稳定牢固，可以使每一种对称性网受到的撞击力均匀的分布在全网上。
随着航天事业的蓬勃发展，对外太空的探索也逐渐深入，更需要一些大型航天器在轨结构和可展开机构，比如星载天线、大口径空间天线、通讯卫星平台等，以满足不同的航天需求；但由于火箭运输空间有限，这就要求机构要以折叠或者收拢的状态固定在运输载荷仓内，等到进入预定轨迹后再展开机构，所以机构可展开成为很多航天器或者大口径天线的一个显著特征，目前许多空间折展机构均可通过可展单元的阵列或者拓展构成。
中国专利201510253962.2公开了一种正六边形平面展开机构，该机构为平面展开和折展机构、折叠比小、机构展开不稳定；中国专利201210397908.1公布了一种正四面体对称型可展机构单元，该机构虽然展开和折叠方便，但是机构单元不具有拓展性，不易控制。
目前未见有一种具有结构简单、轻量化、制造成本低、展开和折叠易于控制、空间折叠比大、型面精度高的特点，且机构单元具有可拓展性。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于菱形单元仿蜘蛛网空间可展机构，它具有结构简单、轻量化、制造成本低、展开和折叠易于控制、空间折叠比大、型面精度高的特点，且机构单元具有可拓展性。
本发明的技术方案是：一种基于菱形单元仿蜘蛛网空间可展机构，包括机座、连架杆、铰链和菱形单元，具体结构和连接关系如下：
所述机座通过销轴与连架杆一端连接，连架杆另一端通过通过转动副与铰链连接，所述连架杆包括第一连架杆、第二连架杆、第三连架杆、第四连架杆和第五连架杆，所述铰链包括第一铰链、第二铰链、第三铰链、第四铰链和第五铰链，所述菱形单元由第一菱形单元和第二菱形单元组成，所述第一菱形单元包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，第一连杆一端通过销轴与第一铰链连接，第一连杆的另一端通过销轴与第四连杆第一销轴座连接，第二连杆的一端通过销轴与第一铰链连接，第二连杆的另一端通过销轴与第三连杆第一销轴座连接，所述第二菱形单元包括第五连杆、第六连杆、第三连杆和第四连杆，第五连杆一端通过销轴与第二铰链连接，第五连杆的另一端通过销轴与第四连杆第三销轴座连接，第六连杆的一端通过销轴与第二铰链连接，第六连杆的另一端通过销轴与第三连杆第三销轴座连接，第三连杆第二销轴座通过销轴与第四连杆第二销轴座连接。
所述机座为五边形机座，机座的每一边均有一个销轴座。
所述铰链嵌套在连架杆上，通过转动副与连架杆连接，且每个连架杆上仅嵌套一个铰链。
所述第一菱形单元和第二菱形单元共用第三连杆、第四连杆，且第三连杆和第四连杆的结构完全相同，均包括三个销轴座。
所述菱形单元之间通过连架杆和铰链作为共用件彼此连接并环形阵列在同一个机座上组成空间可展机构。
本发明的突出优点在于：
1.机构的连架杆上仅嵌套一个铰链，使机构在折叠与展开过程简单、折叠比大、收拢体积小。
2.机构为单一自由度，展开和折叠所需驱动少，易于控制，展开型面精度高。
3.机构的结构简单，轻量化，且组成机构的构件类型单一，制作方便，所需成本低。
4.机构单元具有拓展性，通过不同阵列形式可构成不同尺度的空间折展机构，满足多种拓展需求。
附图说明
图1为本发明所述的一种基于菱形单元仿蜘蛛网空间可展机构的结构示意图。
图2为本发明所述的一种基于菱形单元仿蜘蛛网空间可展机构的半折叠结构示意图。
图3为本发明所述的一种基于菱形单元仿蜘蛛网空间可展机构的完全折叠结构示意图。
图4为本发明所述的一种基于菱形单元仿蜘蛛网空间可展机构的菱形单元结构示意图。
图5为本发明所述的一种基于菱形单元仿蜘蛛网空间可展机构的铰链结构示意图。
图6为本发明所述的一种基于菱形单元仿蜘蛛网空间可展机构的机座结构示意图。
图7为本发明所述的一种基于菱形单元仿蜘蛛网空间可展机构的连架杆结构示意图。
图8为本发明所述的一种基于菱形单元仿蜘蛛网空间可展机构的第三连杆结构示意图。
图9为本发明所述的一种基于菱形单元仿蜘蛛网空间可展机构的第四连杆结构示意图。
图中标记为：1.机座、2.第一连架杆、3.第一铰链、4.第一菱形单元、4-1.第一连杆、4-2.第二连杆、5-1.第三连杆、5-1-1.第三连杆第一销轴座、5-1-2.第三连杆第二销轴座、5-1-3.第三连杆第三销轴座、5-2.第四连杆、5-2-1.第四连杆第一销轴座、5-2-2.第四连杆第二销轴座、5-2-3.第四连杆第三销轴座、6.第二菱形单元、6-1.第五连杆、6-2.第六连杆、7.第二铰链、8.第二连架杆、9.第三连架杆、10.第三铰链、11.第四连架杆、12.第四铰链、13.第五连架杆、14.第五铰链。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行进一步描述。
如图1至图8所示，本发明所述的基于菱形单元仿蜘蛛网空间可展机构，包括机座1、连架杆、铰链和菱形单元，具体结构和连接关系如下：
所述机座1通过销轴与连架杆一端连接，连架杆另一端通过通过转动副与铰链连接，所述连架杆包括第一连架杆2、第二连架杆8、第三连架杆9、第四连架杆11和第五连架杆13，所述铰链包括第一铰链3、第二铰链7、第三铰链10、第四铰链12和第五铰链14，所述菱形单元包括第一菱形单元4和第二菱形单元6，所述第一菱形单元4包括第一连杆4-1、第二连杆4-2、第三连杆5-1和第四连杆5-2，第一连杆4-1一端通过销轴与第一铰链3连接，第一连杆4-1的另一端通过销轴与第四连杆第一销轴座5-2-1连接，第二连杆4-2的一端通过销轴与第一铰链3连接，第二连杆4-2的另一端通过销轴与第三连杆第一销轴座5-1-1连接，所述第二菱形单元6包括第五连杆6-1、第六连杆6-2、第三连杆5-1和第四连杆5-2，第五连杆6-1一端通过销轴与第二铰链7连接，第五连杆6-1的另一端通过销轴与第四连杆第三销轴座5-2-3连接，第六连杆6-2的一端通过销轴与第二铰链7连接，第六连杆6-2的另一端通过销轴与第三连杆第三销轴座5-1-3连接，第三连杆第二销轴座5-1-2通过销轴与第四连杆第二销轴座5-2-2连接。
所述机座1为五边形机座，机座1的每一边均有一个销轴座。
所述铰链嵌套在连架杆上，通过转动副与连架杆连接，且每个连架杆上仅嵌套一个铰链。
所述第一菱形单元4和第二菱形单元6共用第三连杆5-1、第四连杆5-2，且第三连杆5-1和第四连杆5-2的结构完全相同，均包括三个销轴座。
所述菱形单元之间通过连架杆和铰链作为共用件彼此连接并环形阵列在同一个机座1上组成空间可展机构。
工作原理及过程：
如图1至图3所示,机构由完全展开状态到半折叠状态再到完全折叠状态，当驱动连架杆做收拢运动时，嵌套在连架杆上的铰链做旋转运动，从而带动第一菱形单元4和第二菱形单元6相对移动并收拢，直至机构收拢完成形成完全折叠状态，如图3所示；当反方向驱动时，机构做展开运动，直至完全展开，如图1所示。

Claims (5)

1.一种基于菱形单元仿蜘蛛网空间可展机构，包括机座、连架杆、铰链和菱形单元，其特征在于，具体结构和连接关系如下：
所述机座通过销轴与连架杆一端连接，连架杆另一端通过通过转动副与铰链连接，所述连架杆包括第一连架杆、第二连架杆、第三连架杆、第四连架杆和第五连架杆，所述铰链包括第一铰链、第二铰链、第三铰链、第四铰链和第五铰链，所述菱形单元由第一菱形单元和第二菱形单元组成，第一菱形单元包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，第一连杆一端通过销轴与第一铰链连接，第一连杆的另一端通过销轴与第四连杆第一销轴座连接，第二连杆的一端通过销轴与第一铰链连接，第二连杆的另一端通过销轴与第三连杆第一销轴座连接，所述第二菱形单元包括第五连杆、第六连杆、第三连杆和第四连杆，第五连杆一端通过销轴与第二铰链连接，第五连杆的另一端通过销轴与第四连杆第三销轴座连接，第六连杆的一端通过销轴与第二铰链连接，第六连杆的另一端通过销轴与第三连杆第三销轴座连接，第三连杆第二销轴座通过销轴与第四连杆第二销轴座连接。
2.根据权利要求1所述的基于菱形单元仿蜘蛛网空间可展机构，其特征在于，所述机座为五边形机座，机座的每一边均有一个销轴座。
3.根据权利要求1所述的基于菱形单元仿蜘蛛网空间可展机构，其特征在于，所述铰链嵌套在连架杆上，通过转动副与连架杆连接，且每个连架杆上仅嵌套一个铰链。
4.根据权利要求1所述的基于菱形单元仿蜘蛛网空间可展机构，其特征在于，所述第一菱形单元和第二菱形单元共用第三连杆、第四连杆，且第三连杆和第四连杆的结构完全相同，均包括三个销轴座。
5.根据权利要求1所述的基于菱形单元仿蜘蛛网空间可展机构，其特征在于，所述菱形单元之前通过连架杆和铰链作为共用件彼此连接并环形阵列在同一个机座上组成空间可展机构。
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