CN111089148B - 一种多模式无限翻转机构 - Google Patents

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Abstract

一种多模式无限翻转机构包括第一至第四反平行四边形单元(A、B、C、D)，第一与第二反平行四边形单元(A、B)通过第一、四末端杆(A‑1、B‑2)的第一、二、七、八连接关节(A‑1‑1、A‑1‑2、B‑2‑1、B‑2‑2)实现转动连接，第二与第三反平行四边形单元(B、C)通过第三、六末端杆(B‑1、C‑2)的第五、六、十一、十二连接关节(B‑1‑1、B‑1‑2、C‑2‑1、C‑2‑2)实现转动连接，第三与第四反平行四边形单元(C、D)通过第五、八末端杆(C‑1、D‑2)的第九、十、十五、十六连接关节(C‑1‑1、C‑1‑2、D‑2‑1、D‑2‑2)实现转动连接，第四与第一反平行四边形单元(D、A)通过第七、二末端杆(D‑1、A‑2)的第十三、十四、三、四连接关节(D‑1‑1、D‑1‑2、A‑2‑1、A‑2‑2)实现转动连接；该机构可实现无限翻转，具有面对称、球面、平面运动模式，均可折叠成一个平面。

Description

一种多模式无限翻转机构
技术领域
本发明涉及空间折展、航空航天领域，尤其涉及一种多模式无限翻转机构。
背景技术
中国专利CN101915292B公开了“一种单动力滚动球面四杆机构”，利用结构简单的空间闭链四杆机构，用一个电机进行驱动和控制，实现平面内圆周运动轨迹的滚动，但其只能在一个圆周上滚动。中国专利CN103738426A公开了“一种双模式16杆滚动机构”，该机构具有球面机构和平面机构两种模式的滚动机构，但是该设计不能无限翻转以及平面运动模式。本发明把四个反平行四边形单元首尾顺次连接，从而得到一个空间机构，该机构为多模式无限翻转机构，具有面对称运动模式、球面运动模式、平面运动模式，在不同模式下均可以折叠成一个平面。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种多模式无限翻转机构，可保持折叠优势的同时，通过机构的设计可以实现无限翻转并具面对称运动模式、球面运动模式、平面运动模式，在不同模式下均可以折叠成一个平面。
本发明的技术方案：
一种多模式无限翻转机构包括第一至第四反平行四边形单元A、B、C、D，第一与第二反平行四边形单元A、B通过第一、第四末端杆件A-1、B-2的第一、第二、第七、第八连接关节A-1-1、A-1-2、B-2-1、B-2-2实现转动连接，第二与第三反平行四边形单元B、C通过第三、第六末端杆件B-1、C-2的第五、第六、第十一、第十二连接关节B-1-1、B-1-2、C-2-1、C-2-2实现转动连接，第三与第四反平行四边形单元C、D通过第五、第八末端杆件C-1、D-2的第九、第十、第十五、第十六连接关节C-1-1、C-1-2、D-2-1、D-2-2实现转动连接，第四与第一反平行四边形单元D、A通过第七、第二末端杆件D-1、A-2的第十三、第十四、第三、第四连接关节D-1-1、D-1-2、A-2-1、A-2-2实现转动连接；该多模式无限翻转机构可实现无限翻转，具有面对称运动模式、球面运动模式、平面运动模式，在不同模式下均可以折叠成一个平面。
所述的第一反平行四边形单元A包括：第一末端杆件A-1、第二末端杆件A-2、第一中间连接杆件A-3、第二中间连接杆件A-4。
所述的第一反平行四边形单元A分为三层，第一层为第一中间连接杆件A-3,第二层为第一、第二末端杆件A-1、A-2，第三层为第二中间连接杆件A-4；所述的第一与第二末端杆件A-1、A-2分别与第一与第二中间连接杆件A-3、A-4实现转动连接，第一末端杆件A-1的第二孔A-1-4与第二中间连接杆件A-4的第八孔A-4-2实现转动连接，第一末端杆件A-1的第一孔A-1-3与第一中间连接杆件A-3的第五孔A-3-1实现转动连接，第二末端杆件A-2的第四孔A-2-4与第一中间连接杆件A-3的第六孔A-3-2实现转动连接，第二末端杆件A-2的第三孔A-2-3与第二中间连接杆件A-4的第七孔A-4-1实现转动连接。
所述的第一、第二中间连接杆件A-3、A-4外形、结构完全相同，其分别包括第五、第六孔A-3-1、A-3-2和第七、第八孔A-4-1、A-4-2。
所述的第一与第二末端杆件A-1、A-2长度、厚度相同，第一末端杆件A-1包括第一、第二孔A-1-3、A-1-4和第一、第二连接关节A-1-1、A-1-2,第二末端杆件A-2包括第三、第四孔A-2-3、A-2-4和第三、第四连接关节A-2-1、A-2-2,第一末端杆件A-1的第一连接关节A-1-1下底面到第一孔A-1-3的距离等于第二末端杆件A-2的第三连接关节A-2-1上底面到第三孔A-2-3的距离、第一末端杆件A-1的第二连接关节A-1-2下底面到第二孔A-1-4的距离等于第二末端杆件A-2的第四连接关节A-2-2上底面到第四孔A-2-4的距离，当第一末端杆件A-1的厚度为d2,第一中间连接杆件A-3的厚度为d1，第一末端杆件A-1的第一、第二连接关节A-1-1、A-1-2到第一末端连杆A-1的垂直距离为l。第一与第二末端杆件A-1、A-2的第一、第二、第三、第四连接关节A-1-1、A-1-2、A-2-1、A-2-2的偏置角度
Figure GDA0002699941170000022
满足：
Figure GDA0002699941170000021
所述的第二至第四反平行四边形单元B、C、D与第一反平行四边形单元A的外形、机械结构以及装配方式完全相同。
通过上述连接，完成第一至第四反平行四边形单元A、B、C、D的组装。
本发明的有益效果：
本发明所述的多模式无限翻转机构，可保持折叠优势的同时，通过机构的设计可以实现无限翻转并具有面对称运动模式、球面运动模式、平面运动模式，在不同模式下均可以折叠成一个平面。通过机构的构型设计能够使机构只存在转动副，并且反平行四边形单元对比单纯连杆具有更高的刚度。此机构也可以拓展应用到折展机构或者航天航空等。
附图说明
图1一种多模式无限翻转机构的整体三维图；
图2反平行四边形单元三维图一；
图3反平行四边形单元三维图二；
图4反平行四边形单元中间杆件三维图；
图5反平行四边形单元末端杆件三维图；
图6反平行四边形单元末端杆件转动关节偏置角度示意图；
图7多模式无限翻转机构的无限翻转示意图；
图8多模式无限翻转机构的面对称运动示意图。
图9多模式无限翻转机构的球面运动示意图。
图10多模式无限翻转机构的平面运动示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种多模式无限翻转机构包括第一至第四反平行四边形单元A、B、C、D，第一与第二反平行四边形单元A、B通过第一、第四末端杆件A-1、B-2的第一、第二、第七、第八连接关节A-1-1、A-1-2、B-2-1、B-2-2实现转动连接，第二与第三反平行四边形单元B、C通过第三、第六末端杆件B-1、C-2的第五、第六、第十一、第十二连接关节B-1-1、B-1-2、C-2-1、C-2-2实现转动连接，第三与第四反平行四边形单元C、D通过第五、第八末端杆件C-1、D-2的第九、第十、第十五、第十六连接关节C-1-1、C-1-2、D-2-1、D-2-2实现转动连接，第四与第一反平行四边形单元D、A通过第七、第二末端杆件D-1、A-2的第十三、第十四、第三、第四连接关节D-1-1、D-1-2、A-2-1、A-2-2实现转动连接；该多模式无限翻转机构可实现无限翻转，具有面对称运动模式、球面运动模式、平面运动模式，在不同模式下均可以折叠成一个平面。
如图2所示，所述的第一反平行四边形单元A包括：：第一末端杆件A-1、第二末端杆件A-2、第一中间连接杆件A-3、第二中间连接杆件A-4。
如图2所示，所述的第一反平行四边形单元A分为三层，第一层为第一中间连接杆件A-3,第二层为第一、第二末端杆件A-1、A-2，第三层为第二中间连接杆件A-4；所述的第一与第二末端杆件A-1、A-2分别与第一与第二中间连接杆件A-3、A-4实现转动连接，第一末端杆件A-1的第二孔A-1-4与第二中间连接杆件A-4的第八孔A-4-2实现转动连接，第一末端杆件A-1的第一孔A-1-3与第一中间连接杆件A-3的第五孔A-3-1实现转动连接，第二末端杆件A-2的第四孔A-2-4与第一中间连接杆件A-3的第六孔A-3-2实现转动连接，第二末端杆件A-2的第三孔A-2-3与第二中间连接杆件A-4的第七孔A-4-1实现转动连接。
如图4所示，所述的第一、第二中间连接杆件A-3、A-4外形、结构完全相同，其分别包括第五、第六孔A-3-1、A-3-2和第七、第八孔A-4-1、A-4-2。
如图5所示，所述的第一与第二末端杆件A-1、A-2长度、厚度相同，第一末端杆件A-1包括第一、第二孔A-1-3、A-1-4和第一、第二连接关节A-1-1、A-1-2,第二末端杆件A-2包括第三、第四孔A-2-3、A-2-4和第三、第四连接关节A-2-1、A-2-2,第一末端杆件A-1的第一连接关节A-1-1下底面到第一孔A-1-3的距离等于第二末端杆件A-2的第三连接关节A-2-1上底面到第三孔A-2-3的距离、第一末端杆件A-1的第二连接关节A-1-2下底面到第二孔A-1-4的距离等于第二末端杆件A-2的第四连接关节A-2-2上底面到第四孔A-2-4的距离，当第一末端杆件A-1的厚度为d2,第一中间连接杆件A-3的厚度为d1，第一末端杆件A-1的第一、第二连接关节A-1-1、A-1-2到第一末端连杆A-1的垂直距离为l。第一与第二末端杆件A-1、A-2的第一、第二、第三、第四连接关节A-1-1、A-1-2、A-2-1、A-2-2的偏置角度
Figure GDA0002699941170000031
满足：
Figure GDA0002699941170000032
所述的第二至第四反平行四边形单元B、C、D与第一反平行四边形单元A的外形、机械结构以及装配方式完全相同。
通过上述连接，完成第一至第四反平行四边形单元A、B、C、D的组装。
本发明所述的多模式无限翻转机构，可保持折叠优势的同时，通过机构的设计可以实现无限翻转并具有面对称运动模式、球面运动模式、平面运动模式，在不同模式下均可以折叠成一个平面。
如图7所示，为该多模式无限翻转机构实现无限翻转运动的示意图。
如图8所示，为该多模式无限翻转机构实现面对称运动模式的示意图。
如图9所示，为该多模式无限翻转机构实现球面运动模式的示意图。
如图10所示，为该多模式无限翻转机构实现平面运动模式的示意图。

Claims (1)

1.一种多模式无限翻转机构，其特征在于：
该多模式无限翻转机构包括第一至第四反平行四边形单元(A、B、C、D)，第一与第二反平行四边形单元(A、B)通过第一、第四末端杆件(A-1、B-2)的第一、第二、第七、第八连接关节(A-1-1、A-1-2、B-2-1、B-2-2)实现转动连接，第二与第三反平行四边形单元(B、C)通过第三、第六末端杆件(B-1、C-2)的第五、第六、第十一、第十二连接关节(B-1-1、B-1-2、C-2-1、C-2-2)实现转动连接，第三与第四反平行四边形单元(C、D)通过第五、第八末端杆件(C-1、D-2)的第九、第十、第十五、第十六连接关节(C-1-1、C-1-2、D-2-1、D-2-2)实现转动连接，第四与第一反平行四边形单元(D、A)通过第七、第二末端杆件(D-1、A-2)的第十三、第十四、第三、第四连接关节(D-1-1、D-1-2、A-2-1、A-2-2)实现转动连接；该多模式无限翻转机构可实现无限翻转，具有面对称运动模式、球面运动模式、平面运动模式，在不同模式下均可以折叠成一个平面；
所述的第一反平行四边形单元(A)包括：第一末端杆件(A-1)、第二末端杆件(A-2)、第一中间连接杆件(A-3)、第二中间连接杆件(A-4)；
所述的第一反平行四边形单元(A)分为三层，第一层为第一中间连接杆件(A-3),第二层为第一、第二末端杆件(A-1、A-2)，第三层为第二中间连接杆件(A-4)；所述的第一与第二末端杆件(A-1、A-2)分别与第一与第二中间连接杆件(A-3、A-4)实现转动连接，第一末端杆件(A-1)的第二孔(A-1-4)与第二中间连接杆件(A-4)的第八孔(A-4-2)实现转动连接，第一末端杆件(A-1)的第一孔(A-1-3)与第一中间连接杆件(A-3)的第五孔(A-3-1)实现转动连接，第二末端杆件(A-2)的第四孔(A-2-4)与第一中间连接杆件(A-3)的第六孔(A-3-2)实现转动连接，第二末端杆件(A-2)的第三孔(A-2-3)与第二中间连接杆件(A-4)的第七孔(A-4-1)实现转动连接；
所述的第一、第二中间连接杆件(A-3、A-4)外形、结构完全相同，其分别包括第五、第六孔(A-3-1、A-3-2)和第七、第八孔(A-4-1、A-4-2)；
所述的第一与第二末端杆件(A-1、A-2)长度、厚度相同，第一末端杆件(A-1)包括第一、第二孔(A-1-3、A-1-4)和第一、第二连接关节(A-1-1、A-1-2),第二末端杆件(A-2)包括第三、第四孔(A-2-3、A-2-4)和第三、第四连接关节(A-2-1、A-2-2),第一末端杆件(A-1)的第一连接关节(A-1-1)下底面到第一孔(A-1-3)的距离等于第二末端杆件(A-2)的第三连接关节(A-2-1)上底面到第三孔(A-2-3)的距离、第一末端杆件(A-1)的第二连接关节(A-1-2)下底面到第二孔(A-1-4)的距离等于第二末端杆件(A-2)的第四连接关节(A-2-2)上底面到第四孔(A-2-4)的距离，当第一末端杆件(A-1)的厚度为d2,第一中间连接杆件(A-3)的厚度为d1，第一末端杆件(A-1)的第一、第二连接关节(A-1-1、A-1-2)到第一末端连杆(A-1)的垂直距离为l， 第一与第二末端杆件(A-1、A-2)的第一、第二、第三、第四连接关节(A-1-1、A-1-2、A-2-1、A-2-2)的偏置角度θ满足：
Figure FDA0002699941160000011
所述的第二至第四反平行四边形单元(B、C、D)与第一反平行四边形单元(A)的外形、机械结构以及装配方式完全相同；
通过上述连接，完成第一至第四反平行四边形单元(A、B、C、D)的组装。
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