CN111293403B - 一种单自由度对称空间耦合可展单元及基于此的空间可展机构 - Google Patents

一种单自由度对称空间耦合可展单元及基于此的空间可展机构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单自由度对称空间耦合可展单元及基于此的空间可展机构，包括机架、支撑杆组件、连接件、耦合杆；机架与支撑杆组件铰接连接；支撑杆组件通过连接件与耦合杆连接。支撑杆进行驱动实现空间可展机构收拢和展开成为伞形形状以及成为一个平面，该机构整体具有较高的刚度，且在收拢和展开过程中，控制简便。

Description

一种单自由度对称空间耦合可展单元及基于此的空间可展 机构
技术领域
本发明属于机构学应用技术领域，特别是涉及到一种单自由度对称空间耦合可展单元及基于此的空间可展机构。
背景技术
空间可展机构在开合屋顶、大型空间可展天线、空间可展支撑臂、太阳能电池列阵等领域具有非常广泛的应用。当前，大型空间可展机构存在整体刚度不足的缺点，这进一步限制了空间可展机构对载荷的支撑作用及其工作性能。因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种单自由度对称空间耦合可展单元及基于此的空间可展机构，支撑杆进行驱动实现空间可展机构收拢和展开成为伞形形状以及成为一个平面，该机构整体具有较高的刚度，且在收拢和展开过程中，控制简便。
本发明采用的技术方案为一种单自由度对称空间耦合可展单元其特征是：包括机架、支撑杆组件、连接件、耦合杆；机架与支撑杆组件铰接连接；支撑杆组件通过连接件与耦合杆连接；
所述机架设置有三个机架分支杆，其中两个相邻的机架分支杆与所述支撑杆组件铰接连接；
所述支撑杆组件设置有两个；
所述连接件设置有四个，两两一组一端与所述支撑杆组件铰接连接，另一端与所述耦合杆铰接连接；
所述耦合杆设置有两个，两个耦合杆交叉布置；所述耦合杆的两端分别与所述连接件铰接连接；
所述支撑杆组件包括支撑杆I和支撑杆II；所述支撑杆I的一端与所述机架分支杆铰接连接，另一端与所述支撑杆II滑动连接，所述支撑杆I的杆身与所述两两一组中其中一个连接件铰接连接；所述支撑杆II的一端与所述支撑杆I滑动连接，另一端与所述两两一组中另一个连接件铰接；
所述两个支撑杆组件与所述两个相邻机架分支杆铰接连接转动副轴线的交点位于对称平面B上；
所述两个相邻机架分支杆关于过这两个机架分支杆轴线夹角角平分线的对称平面B镜像对称；所述两个支撑杆组件关于对称平面B镜像对称；所述四个连接件两两一组关于对称平面B对称；所述两个耦合杆关于对称平面B对称；
所述对称平面B与所述运动链共平面A为垂直关系；
所述支撑杆组件的轴线、连接件的轴线、耦合杆的轴线位于运动链共平面A上；
所述支撑杆组件与所述连接件铰接连接转动副的轴线位于运动链共平面A上；所述连接件与所述耦合杆铰接连接转动副的轴线与运动链共平面A为垂直关系；
在本发明一种单自由度对称空间耦合可展单元完全展开成为平面构形状态下，所述机架分支杆与所述支撑杆组件铰接连接转动副轴线位于运动链共平面A上；所述机架分支杆与所述支撑杆组件铰接连接转动副的两个轴线确定的平面与运动链共平面A重合。
本发明采用的另一种技术方案为一种基于单自由度对称空间耦合可展单元的空间可展机构其特征是：包括机架、支撑杆组件、连接件、耦合杆；机架与支撑杆组件铰接连接；支撑杆组件通过连接件与耦合杆连接；
所述机架设置有三个机架分支杆，所述机架分支杆与所述支撑杆组件铰接连接；
所述支撑杆组件设置有三个；
所述连接件设置有十二个，每四个一组一端与所述支撑杆组件铰接连接，另一端与所述耦合杆铰接连接；
所述耦合杆设置有六个，每两个一组交叉分布；所述耦合杆的两端分别与所述连接件铰接连接；
所述支撑杆组件包括支撑杆I和支撑杆II；所述支撑杆I的一端与所述机架分支杆铰接连接，另一端与所述支撑杆II滑动连接，所述支撑杆I的杆身与所述四个一组中的两个连接件铰接连接；所述支撑杆II的一端与所述支撑杆I滑动连接，另一端与所述四个一组中的另两个连接件铰接连接；
所述机架分支杆的数量与所述支撑杆组件的数量相同；所述连接件的数量是所述支撑杆组件数量的四倍；所述耦合杆的数量是所述支撑杆组件数量的两倍。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：一种单自由度对称空间耦合可展单元及基于此的空间可展机构，支撑杆进行驱动实现空间可展机构收拢和展开成为伞形形状以及成为一个平面，该机构整体具有较高的刚度，且在收拢和展开过程中，控制简便。一种单自由度对称空间耦合可展单元及基于此的空间可展机构，应用于大型空间可展天线以及大型空间设备的支撑，可以实现支撑载荷对于空间可展机构整体高刚度的要求。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
图1为本发明一种单自由度对称空间耦合可展单元结构示意图。
图2为本发明一种单自由度对称空间耦合可展单元完全展开成为平面构形状态示意图。
图3为本发明一种基于单自由度对称空间耦合可展单元的空间可展机构。
图4为本发明一种基于单自由度对称空间耦合可展单元的空间可展机构完全展开成为平面形态示意图。
图中1-机架、2-支撑杆组件、3-连接件、4-耦合杆、101-机架分支杆、201-支撑杆I、202-支撑杆II、A-运动链共平面、B-对称平面
具体实施方式
具体实施方式一：一种单自由度对称空间耦合可展单元，如图1、图2，包括机架1、支撑杆组件2、连接件3、耦合杆4；机架1与支撑杆组件2铰接连接；支撑杆组件2通过连接件3与耦合杆4连接；
所述机架1设置有三个机架分支杆101，其中两个相邻的机架分支杆101与所述支撑杆组件2铰接连接；
所述支撑杆组件2设置有两个；
所述连接件3设置有四个，两两一组一端与所述支撑杆组件2铰接连接，另一端与所述耦合杆4铰接连接；
所述耦合杆4设置有两个，两个耦合杆4交叉布置；所述耦合杆4的两端分别与所述连接件3铰接连接；
所述支撑杆组件2包括支撑杆I201和支撑杆II202；所述支撑杆I201的一端与所述机架分支杆101铰接连接，另一端与所述支撑杆II202滑动连接，所述支撑杆I201的杆身与所述两两一组中其中一个连接件3铰接连接；所述支撑杆II202的一端与所述支撑杆I201滑动连接，另一端与所述两两一组中另一个连接件3铰接连接；
所述两个支撑杆组件2与所述两个相邻机架分支杆101铰接连接转动副轴线的交点位于对称平面B上；
所述两个相邻机架分支杆101关于过这两个机架分支杆101轴线夹角角平分线的对称平面B镜像对称；所述两个支撑杆组件2关于对称平面B镜像对称；所述四个连接件3两两一组关于对称平面B对称；所述两个耦合杆4关于对称平面B对称；
所述对称平面B与所述运动链共平面A为垂直关系；
所述支撑杆组件2的轴线、连接件3的轴线、耦合杆4的轴线位于运动链共平面A上；
所述支撑杆组件2与所述连接件3铰接连接转动副的轴线位于运动链共平面A上；所述连接件3与所述耦合杆4铰接连接转动副的轴线与运动链共平面A为垂直关系；
在本发明一种单自由度对称空间耦合可展单元完全展开成为平面构形状态下，所述机架分支杆101与所述支撑杆组件2铰接连接转动副轴线位于运动链共平面A上；所述机架分支杆101与所述支撑杆组件2铰接连接转动副的两个轴线确定的平面与运动链共平面A重合。
具体实施方式二：一种基于单自由度对称空间耦合可展单元的空间可展机构，如图3、图4，包括机架1、支撑杆组件2、连接件3、耦合杆4；机架1与支撑杆组件2铰接连接；支撑杆组件2通过连接件3与耦合杆4连接；
所述机架1设置有三个机架分支杆101；机架分支杆101与所述支撑杆组件2铰接连接；
所述支撑杆组件2设置有三个；
所述连接件3设置有十二个；每四个一组一端与所述支撑杆组件2铰接连接，另一端与所述耦合杆4铰接连接；
所述耦合杆4设置有六个，每两个一组交叉分布；所述耦合杆4的两端分别与所述连接件3铰接连接；
所述支撑杆组件2包括支撑杆I201和支撑杆II202；所述支撑杆I201的一端与所述机架分支杆101铰接连接，另一端与所述支撑杆II202滑动连接，所述支撑杆I201的杆身与所述四个一组中的两个连接件3铰接连接；所述支撑杆II202的一端与所述支撑杆I201滑动连接，另一端与所述四个一组中的另两个连接件3铰接连接；
所述机架分支杆101的数量与所述支撑杆组件2的数量相同；所述连接件3的数量是所述支撑杆组件2数量的四倍；所述耦合杆4的数量是所述支撑杆组件2数量的两倍。
本发明的一种单自由度对称空间耦合可展单元及基于此的空间可展机构，支撑杆进行驱动实现空间可展机构收拢和展开成为伞形形状以及成为一个平面，该机构整体具有较高的刚度，且在收拢和展开过程中，控制简便。
该结构可用于应用于大型空间可展天线以及大型空间设备的支撑，可以实现支撑载荷对空间可展机构整体高刚度的要求，在可展屋顶、大型空间可展天线、太阳能电池列阵等领域具有广阔的应用前景。

Claims (5)

1.一种单自由度对称空间耦合可展单元，其特征在于：包括机架（1）、支撑杆组件（2）、连接件（3）、耦合杆（4）；机架（1）与支撑杆组件（2）铰接连接；支撑杆组件（2）通过连接件（3）与耦合杆（4）连接；
所述机架（1）设置有三个机架分支杆（101），其中两个相邻的机架分支杆（101）与所述支撑杆组件（2）铰接连接；
所述支撑杆组件（2）设置有两个；
所述连接件（3）设置有四个，两两一组一端与所述支撑杆组件（2）铰接连接，另一端与所述耦合杆（4）铰接连接；
所述耦合杆（4）设置有两个，两个耦合杆（4）交叉布置；所述耦合杆（4）的两端分别与所述连接件（3）铰接连接。
2.根据权利要求1所述的一种单自由度对称空间耦合可展单元，其特征在于：所述支撑杆组件（2）包括支撑杆I（201）和支撑杆II（202）；所述支撑杆I（201）的一端与所述机架分支杆（101）铰接连接，另一端与所述支撑杆II（202）滑动连接，所述支撑杆I（201）的杆身与所述两两一组中其中一个连接件铰（3）铰接连接；所述支撑杆II（202）的一端与所述支撑杆I（201）滑动连接，另一端与所述两两一组中另一个连接件（3）铰接。
3.根据权利要求1所述的一种单自由度对称空间耦合可展单元，其特征在于：所述两个支撑杆组件（2）与所述两个相邻机架分支杆（101）铰接连接转动副轴线的交点位于对称平面B上；所述两个相邻机架分支杆（101）关于过这两个机架分支杆（101）轴线夹角角平分线的对称平面B镜像对称；所述两个支撑杆组件（2）关于对称平面B镜像对称；所述四个连接件（3）两两一组关于对称平面B对称；所述两个耦合杆（4）关于对称平面B对称；所述对称平面B与运动链共平面A为垂直关系；所述支撑杆组件（2）的轴线、连接件（3）的轴线、耦合杆（4）的轴线位于运动链共平面A上；所述支撑杆组件（2）与所述连接件（3）铰接连接转动副的轴线位于运动链共平面A上；所述连接件（3）与所述耦合杆（4）铰接连接转动副的轴线与运动链共平面A为垂直关系。
4.根据权利要求1所述的一种单自由度对称空间耦合可展单元，其特征在于：在单自由度对称空间耦合可展单元完全展开成为平面构形状态下，所述机架分支杆（101）与所述支撑杆组件（2）铰接连接转动副轴线位于运动链共平面A上；所述机架分支杆（101）与所述支撑杆组件（2）铰接连接转动副的两个轴线确定的平面与运动链共平面A重合。
5.一种基于单自由度对称空间耦合可展单元的空间可展机构，其特征在于：包括机架（1）、支撑杆组件（2）、连接件（3）、耦合杆（4）；机架（1）与支撑杆组件（2）铰接连接；支撑杆组件（2）通过连接件（3）与耦合杆（4）连接；
所述机架（1）设置有三个机架分支杆（101），所述机架分支杆（101）与所述支撑杆组件（2）铰接连接；
所述支撑杆组件（2）设置有三个；
所述连接件（3）设置有十二个，每四个一组一端与所述支撑杆组件（2）铰接连接，另一端与所述耦合杆（4）铰接连接；
所述耦合杆（4）设置有六个，每两个一组交叉分布；所述耦合杆（4）的两端分别与所述连接件（3）铰接连接；
所述支撑杆组件（2）包括支撑杆I（201）和支撑杆II（202）；所述支撑杆I（201）的一端与所述机架分支杆（101）铰接连接，另一端与所述支撑杆II（202）滑动连接，所述支撑杆I（201）的杆身与所述四个一组中的两个连接件（3）铰接连接；所述支撑杆II（202）的一端与所述支撑杆I（201）滑动连接，另一端与所述四个一组中的另两个连接件（3）铰接连接；
所述机架分支杆（101）的数量与所述支撑杆组件（2）的数量相同；所述连接件（3）的数量是所述支撑杆组件（2）数量的四倍；所述耦合杆（4）的数量是所述支撑杆组件（2）数量的两倍。
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