CN109103560A - 一种基于菱形可展单元剪叉连接双层可展开天线机构 - Google Patents

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Abstract

一种基于菱形可展单元剪叉连接双层可展开天线机构，第一菱形可展单元通过剪叉杆件与第二菱形可展单元连接，所述剪叉杆件包括第一剪叉杆和第二剪叉杆，所述第一菱形可展单元包括第一层可展单元、第二层可展单元和支撑构件，所述第一层可展单元由第一机座、支架杆、铰链和小菱形单元组成，所述支撑构件包括第一组支撑构件、第二组支撑构件、第三组支撑构件和第四组支撑构件，支撑构件上下支撑着第一层可展单元和第二层可展单元。本发明具有折叠比大、结构刚度大、稳定性好、制作成本低、组成构件类别少的特点，适用于太空卫星平面发射天线等领域。

Description

一种基于菱形可展单元剪叉连接双层可展开天线机构
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可展单元剪叉连接双层可展开天线机构。
背景技术
随着航天事业的蓬勃发展，对外太空的探索也逐渐深入，需要运载不同的航天器支撑架到外太空执行相应的任务，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成机构，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折展单元的组合阵列或者拓扑构成。
中国专利201710876469.5公开了一种花瓣式可展开固面天线展开机构，该机构的弧形面板与支撑杆采用球面副连接，通过单一电机驱动实现机构展开，但是机构的折叠与展开稳定性不高、收拢体积较大、折叠比较小；中国专利201721286275.1公开了一种车辆扩展空间升降机构，该机构通过驱动电机带动链轮链条实现机构的升降功能，增加了制作成本；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、展开和折叠方便，但是机构强度和刚度较低。
目前未见有一种具有折叠比大、结构刚度大、稳定性好、制作成本低、组成构件类别少的特点的一种基于菱形可展单元剪叉连接双层可展开天线机构的创新发明设计。
发明内容
为了避免现有技术的不足，克服其机构刚度强度低、平面折叠比小、制作成本高的缺点，本发明提供一种基于菱形可展单元剪叉连接双层可展开天线机构，它具有折叠比大、结构刚度大、稳定性好、制作成本低、组成构件类别少的特点，适用于太空卫星平面发射天线等领域。
本发明的技术方案是：一种基于菱形可展单元剪叉连接双层可展开天线机构，包括菱形可展单元和剪叉杆件，具体结构和连接关系为：
所述菱形可展单元包括第一菱形可展单元和第二菱形可展单元，第一菱形可展单元包括第一层可展单元、第二层可展单元和支撑构件；所述第一层可展单元由第一机座、支架杆、铰链和小菱形单元组成，所述第一机座为双层五边形机座，机座上下层五边形机座的每一边均有一个销轴座，在上层的销轴座处通过销轴与支架杆连接，在下层的销轴座处通过销轴与支撑构件连接；所述支架杆包括第一支架杆、第二支架杆、第三支架杆、第四支架杆和第五支架杆，第一支架杆一端通过销轴与第一机座连接，另一端通过转动副与第一铰链连接，第二支架杆一端通过销轴与第一机座连接，另一端通过销轴与第二铰链连接，第三支架杆一端通过销轴与第一机座连接，另一端通过销轴与第三铰链连接，第四支架杆一端通过销轴与第一机座连接，另一端通过销轴与第四铰链连接，第五支架杆一端通过销轴与第一机座连接，另一端通过销轴与第五铰链连接；所述铰链为三自由度铰链，包括第一铰链、第二铰链、第三铰链、第四铰链和第五铰链，所述小菱形单元包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆和第六连杆，第一连杆一端通过销轴与第一铰链连接，另一端通过销轴与第四连杆第一销轴座连接，第二连杆一端通过销轴与第一铰链连接，另一端通过销轴与第三连杆第一销轴座连接，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，第三连杆第三销轴座通过销轴与第六连杆一端连接，第六连杆另一端通过销轴与第二铰链连接，第四连杆第三销轴座通过销轴与第五连杆一端连接，第五连杆另一端通过销轴与第二铰链连接；所述第二层可展单元的结构及连接关系与第一层可展单元完全相同；所述支撑构件包括第一组支撑构件、第二组支撑构件、第三组支撑构件和第四组支撑构件，第一组支撑构件包括第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆和第四支撑杆，第一支撑杆一端通过销轴与第一层可展单元的第四支架杆连接，第一支撑杆另一端通过销轴与第二支撑杆一端连接，第二支撑杆另一端通过销轴与第一机座连接，第三支撑杆一端通过销轴与第二机座连接，第三支撑杆另一端通过销轴与第二支撑杆连接，第四支撑杆一端通过销轴与第二层可展单元的第四支架杆连接，第四支撑杆另一端通过销轴与第三支撑杆连接，其余第二组支撑构件、第三组支撑构件和第四组支撑构件的结构及连接关系与第一组支撑构件完全相同；所述第二菱形可展单元的结构及连接关系与第一菱形可展单元完全相同；
所述剪叉杆件包括第一剪叉杆和第二剪叉杆，所述第一剪叉杆一端通过销轴与第一机座连接，另一端通过销轴与第四机座连接，所述第二剪叉杆一端通过销轴与第二机座连接，另一端通过销轴与第三机座连接，第一剪叉杆和第二剪叉杆通过销轴互相连接。
所述第一连杆、第二连杆、第五连杆和第六连杆的结构完全相同；第三连杆和第四连杆的结构完全相同，设有三个销轴座，分别为第三连杆第一销轴座、第三连杆第二销轴座、第三连杆第三销轴座和第四连杆第一销轴座、第四连杆第二销轴座、第四连杆第三销轴座。
所述第一机座、第二机座、第三机座和第四机座的结构完全相同。
本发明的突出优点在于：
1.该机构只含转动副，避免了齿轮等啮合出现，降低了制作成本。
2.该机构组成构件类别少，装配简单，能大批量生产，实用性较高。
3.机构具有大折叠比，由剪叉杆件连接，提高了机构在折叠与展开过程中的稳定性，并可通过不同的阵列形式组成不同尺度和构型的大空间可展机构，满足不同的天线展开需求。
附图说明
图1为本发明所述的基于菱形可展单元剪叉连接双层可展开天线机构的结构示意图。
图2为本发明所述的基于菱形可展单元剪叉连接双层可展开天线机构的第一菱形可展单元结构示意图。
图3为本发明所述的基于菱形可展单元剪叉连接双层可展开天线机构的第一菱形可展单元结构主视图。
图4为本发明所述的基于菱形可展单元剪叉连接双层可展开天线机构的支撑构件结构示意图。
图5为本发明所述的基于菱形可展单元剪叉连接双层可展开天线机构的半折叠状态结构示意图。
图6为本发明所述的基于菱形可展单元剪叉连接双层可展开天线机构的完全折叠状态结构示意图。
图7为本发明所述的基于菱形可展单元剪叉连接双层可展开天线机构的第一层可展单元完全展开状态结构示意图。
图8为本发明所述的基于菱形可展单元剪叉连接双层可展开天线机构的第一层可展单元完全折叠状态结构示意图。
图9为本发明所述的基于菱形可展单元剪叉连接双层可展开天线机构的铰链结构示意图。
图10为本发明所述的基于菱形可展单元剪叉连接双层可展开天线机构的第三连杆结构示意图。
图11为本发明所述的基于菱形可展单元剪叉连接双层可展开天线机构的第四连杆结构示意图。
图12为本发明所述的基于菱形可展单元剪叉连接双层可展开天线机构的支架杆结构示意图。
图13为本发明所述的基于菱形可展单元剪叉连接双层可展开天线机构的机座结构示意图。
图中标记为：1.第一菱形可展单元、1-1.第一机座、1-2.第一支架杆、1-3.第一铰链、1-4.第一连杆、1-5.第二连杆、1-6.第三连杆、1-6-1.第三连杆第一销轴座、1-6-2.第三连杆第二销轴座、1-6-3.第三连杆第三销轴座、1-7.第四连杆、1-7-1.第四连杆第一销轴座、1-7-2.第四连杆第二销轴座、1-7-3.第四连杆第三销轴座、1-8.第五连杆、1-9.第六连杆、1-10.第二铰链、1-11.第二支架杆、1-12.第三支架杆、1-13.第三铰链、1-14第四铰链、1-15.第四支架杆、1-16.第五支架杆、1-17.第五铰链、1-18.第一支撑杆、1-19.第四支撑杆、1-20.第二支撑杆、1-21.第三支撑杆、1-22.第二机座、2.剪叉杆件、2-1.第一剪叉杆、2-2.第二剪叉杆、3.第二菱形可展单元、3-1.第三机座、3-2.第四机座、I.第一层可展单元、II.支撑构件、III.第二层可展单元、A.第一组支撑构件、B.第二组支撑构件、C.第三组支撑构件、D.第四组支撑构件、P1.小菱形单元。
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13所示，本发明所述的基于菱形可展单元剪叉连接双层可展开天线机构，包括菱形可展单元和剪叉杆件2，具体结构和连接关系为：所述菱形可展单元包括第一菱形可展单元1和第二菱形可展单元3，第一菱形可展单元1包括第一层可展单元I、第二层可展单元III和支撑构件II；所述第一层可展单元I由第一机座1-1、支架杆、铰链和小菱形单元P1组成，所述第一机座1-1为双层五边形机座，机座上下层五边形机座的每一边均有一个销轴座，在上层的销轴座处通过销轴与支架杆连接，在下层的销轴座处通过销轴与支撑构件II连接；所述支架杆包括第一支架杆1-2、第二支架杆1-11、第三支架杆1-12、第四支架杆1-15和第五支架杆1-16，第一支架杆1-2一端通过销轴与第一机座1-1连接，另一端通过转动副与第一铰链1-3连接，第二支架杆1-11一端通过销轴与第一机座1-1连接，另一端通过销轴与第二铰链1-10连接，第三支架杆1-12一端通过销轴与第一机座1-1连接，另一端通过销轴与第三铰链1-13连接，第四支架杆1-15一端通过销轴与第一机座1-1连接，另一端通过销轴与第四铰链1-14连接，第五支架杆1-16一端通过销轴与第一机座1-1连接，另一端通过销轴与第五铰链1-17连接；所述铰链为三自由度铰链，包括第一铰链1-3、第二铰链1-10、第三铰链1-13、第四铰链1-14和第五铰链1-17，所述小菱形单元P1包括第一连杆1-4、第二连杆1-5、第三连杆1-6、第四连杆1-7、第五连杆1-8和第六连杆1-9，第一连杆1-4一端通过销轴与第一铰链1-3连接，另一端通过销轴与第四连杆第一销轴座1-7-1连接，第二连杆1-5一端通过销轴与第一铰链1-3连接，另一端通过销轴与第三连杆第一销轴座1-6-1连接，第三连杆第二销轴座1-6-2通过销轴与第四连杆第二销轴座1-7-2连接，第三连杆第三销轴座1-6-3通过销轴与第六连杆1-9一端连接，第六连杆1-9另一端通过销轴与第二铰链1-10连接，第四连杆第三销轴座1-7-3通过销轴与第五连杆1-9一端连接，第五连杆1-9另一端通过销轴与第二铰链1-10连接；所述第二层可展单元III的结构及连接关系与第一层可展单元I完全相同；所述支撑构件II包括第一组支撑构件A、第二组支撑构件B、第三组支撑构件C和第四组支撑构件D，第一组支撑构件A包括第一支撑杆1-18、第二支撑杆1-20、第三支撑杆1-21和第四支撑杆1-19，第一支撑杆1-18一端通过销轴与第一层可展单元I的第四支架杆1-15连接，第一支撑杆1-18另一端通过销轴与第二支撑杆1-20一端连接，第二支撑杆1-20另一端通过销轴与第一机座1-1连接，第三支撑杆1-21一端通过销轴与第二机座1-22连接，第三支撑杆1-21另一端通过销轴与第二支撑杆1-20连接，第四支撑杆1-19一端通过销轴与第二层可展单元III的第四支架杆1-15连接，第四支撑杆1-19另一端通过销轴与第三支撑杆1-21连接，其余第二组支撑构件B、第三组支撑构件C和第四组支撑构件D的结构及连接关系与第一组支撑构件A完全相同；所述第二菱形可展单元3的结构及连接关系与第一菱形可展单元1完全相同；
所述剪叉杆件2包括第一剪叉杆2-1和第二剪叉杆2-2，所述第一剪叉杆2-1一端通过销轴与第一机座1-1连接，另一端通过销轴与第四机座3-2连接，所述第二剪叉杆2-2一端通过销轴与第二机座1-22连接，另一端通过销轴与第三机座3-1连接，第一剪叉杆2-1和第二剪叉杆2-2通过销轴互相连接。
所述第一连杆1-4、第二连杆1-5、第五连杆1-8和第六连杆1-9的结构完全相同；第三连杆1-6和第四连杆1-7的结构完全相同，设有三个销轴座，分别为第三连杆第一销轴座1-6-1、第三连杆第二销轴座1-6-2、第三连杆第三销轴座1-6-3和第四连杆第一销轴座1-7-1、第四连杆第二销轴座1-7-2、第四连杆第三销轴座1-7-3。
所述第一机座1-1、第二机座1-22、第三机座3-1和第四机座3-2的结构完全相同。
工作原理及过程：
如图1至图6所示,机构实现完全展开状态到半折叠状态再到完全折叠状态，支撑构件II支撑第一层可展单元I和第二层可展单元III，通过剪叉杆件2连接第一菱形可展单元1和第二菱形可展单元3，剪叉杆件2的第一剪叉杆2-1通过销轴与第一机座1-1和第四机座3-2连接，第二剪叉杆2-2通过销轴与第二机座1-22和第三机座3-1连接，当驱动支撑构件II作收拢运动时，剪叉杆件2同步作收拢运动，从而带动第一菱形可展单元1和第二菱形可展单元3作折叠运动，直至运动到完全折叠状态，如图6所示；通过反方向驱动即可实现该机构的展开状态，如图1所示。

Claims (3)

1.一种基于菱形可展单元剪叉连接双层可展开天线机构，包括菱形可展单元和剪叉杆件，其特征在于，具体结构和连接关系为：
所述菱形可展单元包括第一菱形可展单元和第二菱形可展单元，第一菱形可展单元包括第一层可展单元、第二层可展单元和支撑构件；所述第一层可展单元由第一机座、支架杆、铰链和小菱形单元组成，所述第一机座为双层五边形机座，机座上下层五边形机座的每一边均有一个销轴座，在上层的销轴座处通过销轴与支架杆连接，在下层的销轴座处通过销轴与支撑构件连接；所述支架杆包括第一支架杆、第二支架杆、第三支架杆、第四支架杆和第五支架杆，第一支架杆一端通过销轴与第一机座连接，另一端通过转动副与第一铰链连接，第二支架杆一端通过销轴与第一机座连接，另一端通过销轴与第二铰链连接，第三支架杆一端通过销轴与第一机座连接，另一端通过销轴与第三铰链连接，第四支架杆一端通过销轴与第一机座连接，另一端通过销轴与第四铰链连接，第五支架杆一端通过销轴与第一机座连接，另一端通过销轴与第五铰链连接；所述铰链为三自由度铰链，包括第一铰链、第二铰链、第三铰链、第四铰链和第五铰链，所述小菱形单元包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆和第六连杆，第一连杆一端通过销轴与第一铰链连接，另一端通过销轴与第四连杆第一销轴座连接，第二连杆一端通过销轴与第一铰链连接，另一端通过销轴与第三连杆第一销轴座连接，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，第三连杆第三销轴座通过销轴与第六连杆一端连接，第六连杆另一端通过销轴与第二铰链连接，第四连杆第三销轴座通过销轴与第五连杆一端连接，第五连杆另一端通过销轴与第二铰链连接；所述第二层可展单元的结构及连接关系与第一层可展单元完全相同；所述支撑构件包括第一组支撑构件、第二组支撑构件、第三组支撑构件和第四组支撑构件，第一组支撑构件包括第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆和第四支撑杆，第一支撑杆一端通过销轴与第一层可展单元的第四支架杆连接，第一支撑杆另一端通过销轴与第二支撑杆一端连接，第二支撑杆另一端通过销轴与第一机座连接，第三支撑杆一端通过销轴与第二机座连接，第三支撑杆另一端通过销轴与第二支撑杆连接，第四支撑杆一端通过销轴与第二层可展单元的第四支架杆连接，第四支撑杆另一端通过销轴与第三支撑杆连接，其余第二组支撑构件、第三组支撑构件和第四组支撑构件的结构及连接关系与第一组支撑构件完全相同；所述第二菱形可展单元的结构及连接关系与第一菱形可展单元完全相同；
所述剪叉杆件包括第一剪叉杆和第二剪叉杆，所述第一剪叉杆一端通过销轴与第一机座连接，另一端通过销轴与第四机座连接，所述第二剪叉杆一端通过销轴与第二机座连接，另一端通过销轴与第三机座连接，第一剪叉杆和第二剪叉杆通过销轴互相连接。
2.根据权利要求1所述的基于菱形可展单元剪叉连接双层可展开天线机构，其特征在于：所述第一连杆、第二连杆、第五连杆和第六连杆的结构完全相同；第三连杆和第四连杆的结构完全相同，设有三个销轴座，分别为第三连杆第一销轴座、第三连杆第二销轴座、第三连杆第三销轴座和第四连杆第一销轴座、第四连杆第二销轴座、第四连杆第三销轴座。
3.根据权利要求1所述的基于菱形可展单元剪叉连接双层可展开天线机构，其特征在于：所述第一机座、第二机座、第三机座和第四机座的结构完全相同。
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