CN112550763A - 一种基于折纸变胞构型的可展开空间支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于折纸变胞构型的可展开空间支撑装置，包括基座和设在基座上的多个可展开分支，多个可展开分支呈圆周阵列或相对设置地安装在基座上，可展开分支包括驱动模块、多个展开模块以及变胞模块，相邻的展开模块通过变胞模块连接，其中变胞模块包括两个折叠板、两个展开杆、四个折弯杆；本发明具有较大的展开比、能够提供较大的工作空间、便于航天器携带、稳定性高的优点。

Description

一种基于折纸变胞构型的可展开空间支撑装置

技术领域

本发明属于空间支撑技术领域，具体涉及一种基于折纸变胞构型的可展开空间支撑装置。

背景技术

随着航天事业的发展，载人航天、深空探测、星际通讯等航天工程中对大型可展开机构的需求越来越高，其中诸如空间太阳能电池板，远航飞行器的太阳帆等应用要求也日益提高，都需要更加轻质、展开比更大的展开机构对其进行展开与支撑，使其能在装载与运输时尽可能减小体积，展开时又能在稳定可靠的前提下保证足够大的面积。传统的桁架式展开机构稳定性高，刚度大，但受限于展开方式，其展开比恒定且仍有待提高；气动和弹性豆荚杆支撑的轻质结构则在稳定性上需要进一步提升。

基于此，本申请提供了一种基于折纸变胞构型的可展开空间支撑装置，其主要特点在于结合桁架式和大折展比轻质结构优点，具有折展比较大，可根据使用需求增加模块数量，且折展比随模块数增多而增大，稳定性高等优点，可适应应用需求。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于折纸变胞构型的可展开空间支撑装置，其具有较大的展开比、可模块化增加模块数量从而增大展开面积且折展比随之增大、能够提供较大的工作空间、便于航天器携带、稳定性高的优点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于折纸变胞构型的可展开空间支撑装置，包括基座和设在基座上的多个可展开分支，多个可展开分支呈圆周阵列或相对设置地安装在基座上，可展开分支包括：

驱动模块；

多个展开模块；以及

变胞模块，相邻的展开模块通过变胞模块连接；

展开模块包括两个相同的支架板，两个支架板之间通过位于第一方向的第一转轴相铰接；

变胞模块包括两个折叠板、两个展开杆、四个折弯杆；

其中折叠板能够从对折伸直形态展开至平整展开形态，折叠板具有侧边，折弯杆的首端通过第二转轴铰接在支架板上，折弯杆的末端通过第三转轴铰接在折叠板的侧边上，第二转轴与第一转轴之间平行；

其中展开杆包括第一连杆和第二连杆，第一连杆与第二连杆的首端通过第四转轴相铰接，第一连杆的末端通过第五转轴铰接在其中一个折叠板上，第二连杆的末端通过第六转轴铰接在另一个折叠板上，两个折叠板处于平整形态时第三转轴、第五转轴和第六转轴之间平行。

根据本发明的另一种具体实施方式，驱动模块驱动两个支架板围绕第一转轴转动，此时折叠板均围绕第二方向对向展开至平整形态，接着驱动模块驱动第一连杆与第二连杆围绕第四转轴转动，此时两个折叠板围绕第三方向展开呈V型，带动相邻的展开模块弯曲；其中第一方向、第二方向与第三方向之间两两垂直。

根据本发明的另一种具体实施方式，基座上设有导向杆、滑块和两个连接杆，导向杆沿着第二方向设置，滑块设置在导向杆上，其中连接杆分别与滑块、支架板铰接，通过滑块在导向杆上的滑动以打开两个支架板至最大位置。

根据本发明的另一种具体实施方式，基座上进一步设有能够围绕导向杆回转的摆动连接件，摆动连接件与展开模块之间铰接，通过驱动摆动连接件进行围绕导向杆转动，将可展开分支从收拢形态展开至伸直形态。

根据本发明的另一种具体实施方式，摆动连接件套装在第一转轴上。

根据本发明的另一种具体实施方式，变胞模块进一步包括用于驱使折叠板展开的弹性件，弹性件设置于折叠板上并能够进行对折。

根据本发明的另一种具体实施方式，弹性件为片弹簧，这里的片弹簧可以在支架板展开过程中为折叠板的展开提供动力，大大降低驱动模块所提供的力，并且有效减缓了折叠板展开过程的阻力。

根据本发明的另一种具体实施方式，驱动模块包括绳索，每一支架板上均设有用于绳索穿过的支脚。

根据本发明的另一种具体实施方式，绳索为弹性绳，例如皮筋。

根据本发明的另一种具体实施方式，不同的展开模块中的支架板的长度相同和/或不相同。

本发明具备以下有益效果：

本发明具有较大的折展比，并且非工作状态(折叠装载)时所占空间体积小，便于运输携带，并且在展开后具有较大的工作空间，以进行诸如空间太阳能电池板、抛物面反射镜等的安装支撑，灵活性好，稳定性高。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明空间支撑装置的结构示意图，其示出了展开形态；

图2是本发明空间支撑装置单个可展开分支的结构示意图；

图3是本发明两个展开模块与变胞模块的配合结构示意图；

图4是本发明单个展开模块的结构示意图；

图5是本发明单个变胞模块的结构示意图，其示出了展开形态；

图6是本发明单个变胞模块的结构示意图，其示出了收拢形态；

图7是本发明单个变胞模块的结构示意图，其示出了伸直形态；

图8是本发明单个变胞模块的结构示意图，其示出了弯曲形态；

图9是本发明基座的结构示意图；

图10是本发明空间支撑装置收拢形态的示意图；

图11是本发明空间支撑装置伸直形态的示意图；

图12是本发明空间支撑装置弯曲支撑形态示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。

实施例1

一种基于折纸变胞构型的可展开空间支撑装置，如图1－10所示，包括基座100和三个可展开分支200，三个可展开分支200呈圆周阵列安装在基座100的周边。

其中三个可展开分支200相同，每个可展开分支200均包括驱动模块、四个依次相连的展开模块220，相邻的展开模块220之间通过变胞模块210相连接，展开模块220依次为第一展开模块220a、第二展开模块220b、第三展开模块220c和第四展开模块220d，驱动模块驱动以进行各个展开模块220在收拢形态、伸直形态、展开形态和弯曲支撑形态的切换。

本实施例中的展开模块220结构相同或者接近，仅存在长度尺寸的变化，下面以第一展开模块220为例进行介绍其结构：

如图4所示，展开模块220包括两个相同的支架板221，两个支架板221之间通过位于第一方向X1的第一转轴L1相铰接，其中初始状态下，两个支架板221之间层叠，在驱动模块的作用下，两个支架板221可以围绕第一转轴L1转动，形成图2所示出的展开形态。

变胞模块210如图5－8所示，其包括两个折叠板211、两个展开杆212、四个折弯杆213和弹性件214。

折叠板211能够从对折的收拢形态、伸直形态展开至平整的展开形态，本实施例中的弹性件214为片弹簧，折叠板211优选采用平板拼接而成，例如折叠板211a采用两个平板拼接而成a，折叠板211b采用三个平板拼接而成，在其他示例中折叠板211也可以为两个以上的平板进行铰接。

其中四个折弯杆213两两一组分别位于折叠板211的两侧，折弯杆213具有呈直角折弯的两段，折弯杆213的首端通过第二转轴L2铰接在支架板221上，折叠板211具有安装用的侧边2111，折弯杆213的末端通过第三转轴L3铰接在折叠板211的侧边2111上，第二转轴L2与第一转轴L1之间平行；

具体的，折弯杆213主要用于连接展开模块和变胞模块，并传递运动。

其中两个展开杆212分别位于折叠板211的两侧，折弯杆212包括第一连杆212a和第二连杆212b，第一连杆212a与第二连杆212b的首端通过第四转轴L4相铰接，第一连杆212a的末端通过第五转轴L5铰接在其中一个折叠板211b上，第二连杆212b的末端通过第六转轴L6铰接在另一个折叠板211a上。两个折叠板211完全折叠时，单个变胞模块处于收拢形态或伸直形态，两个展开杆212中的两个第一连杆212a与折叠板211铰接的第五转轴L5同轴；两个折叠板211层叠时，两个折叠板211处于平整展开形态，此时第三转轴L3、第五转轴L5和第六转轴L6之间平行；

再具体的，展开杆212在两个展开模块220从收拢形态切换成伸直形态及展开形态切换成弯曲支撑形态时使用。

驱动模块驱动两个相邻展开模块220绕第五转轴(第二方向X2)转动，实现由收拢形态到伸直形态切换；驱动模块驱动两个支架板221围绕第一转轴L1(第一方向X1)转动，此时两个折叠板211均围绕第二方向X2对向展开至平整展开形态，接着驱动模块驱动第一连杆212a与第二连杆212b围绕第四转轴L4转动，此时两个折叠板211围绕第三方向X3展开呈V型，带动相邻的展开模块220弯曲，由展开形态切换为弯曲支撑形态；

如图3所示，第一方向X1、第二方向X2与第三方向X3之间两两垂直。

如图9所示，基座100上设有导向杆110、滑块120、两个连接杆130和摆动连接件140；

导向杆110沿着第二方向X2设置，滑块120设置在导向杆110上，其中连接杆130分别与滑块120、支架板221铰接，通过滑块120在导向杆110上的滑动以打开两个支架板221至最大位置。

摆动连接件140能够围绕导向杆110回转，摆动连接件140与展开模块220之间铰接，通过驱动摆动连接件140进行围绕导向杆110转动，将可展开分支200从收拢形态展开至伸直形态。

进一步的，摆动连接件140套装在第一转轴L1上，如图3所示。

本实施例中的驱动模块采用绳索，例如为弹性绳，具体例如为皮筋，在每一支架板221设有用于绳索穿过的支脚215，在摆动连接件140、滑块120上设有用于绳索穿过的孔，相应在基座100上设有绳索安装座150，通过依次穿出的绳索，可以将本实施例的可展开空间支撑装置从图10所示的收拢形态切换至图11所示的伸直形态、再切换图1所示的展开形态，最终切换至图12弯曲支撑形态。

其中，本实施例中的弹性件214采用片弹簧的方式，可以在支架板221展开过程中为折叠板211的展开提供动力，大大降低驱动模块所提供的力，并且有效减缓了折叠板211展开过程的阻力。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于折纸变胞构型的可展开空间支撑装置，包括基座和设在所述基座上的多个可展开分支，多个所述可展开分支呈圆周阵列或相对设置地安装在所述基座上，其特征在于，所述可展开分支包括：

驱动模块；

多个展开模块；以及

变胞模块，相邻的所述展开模块通过所述变胞模块连接；

所述展开模块包括两个相同的支架板，两个所述支架板之间通过位于第一方向的第一转轴相铰接；

所述变胞模块包括两个折叠板、两个展开杆、四个折弯杆；

其中所述折叠板能够从对折形态展开至平整形态，所述折叠板具有侧边，所述折弯杆的首端通过第二转轴铰接在所述支架板上，所述折弯杆的末端通过第三转轴铰接在所述折叠板的侧边上，所述第二转轴与所述第一转轴之间平行；

其中所述展开杆包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆与所述第二连杆的首端通过第四转轴相铰接，所述第一连杆的末端通过第五转轴铰接在其中一个所述折叠板上，所述第二连杆的末端通过第六转轴铰接在另一个所述折叠板上，两个所述折叠板处于平整形态时所述第三转轴、所述第五转轴和所述第六转轴之间平行。

2.如权利要求1所述的基于折纸变胞构型的可展开空间支撑装置，其特征在于，所述驱动模块驱动两个所述支架板围绕第一转轴转动，此时所述折叠板均围绕第二方向对向展开至平整形态，接着所述驱动模块驱动所述第一连杆与所述第二连杆围绕第四转轴转动，此时两个所述折叠板围绕第三方向展开呈V型，带动相邻的所述展开模块弯曲；其中所述第一方向、所述第二方向与所述第三方向之间两两垂直。

3.如权利要求2所述的基于折纸变胞构型的可展开空间支撑装置，其特征在于，所述基座上设有导向杆、滑块和两个连接杆，所述导向杆沿着所述第二方向设置，所述滑块设置在所述导向杆上，其中所述连接杆分别与所述滑块、所述支架板铰接。

4.如权利要求3所述的基于折纸变胞构型的可展开空间支撑装置，其特征在于，所述基座上进一步设有能够围绕所述导向杆回转的摆动连接件，所述摆动连接件与所述展开模块之间铰接。

5.如权利要求4所述的基于折纸变胞构型的可展开空间支撑装置，其特征在于，所述摆动连接件套装在所述第一转轴上。

6.如权利要求1所述的基于折纸变胞构型的可展开空间支撑装置，其特征在于，所述变胞模块进一步包括用于驱使所述折叠板展开的弹性件，所述弹性件设置于所述折叠板上并能够进行对折。

7.如权利要求6所述的基于折纸变胞构型的可展开空间支撑装置，其特征在于，所述弹性件为片弹簧。

8.如权利要求1所述的基于折纸变胞构型的可展开空间支撑装置，其特征在于，所述驱动模块包括绳索，每一所述支架板上均设有用于所述绳索穿过的支脚。

9.如权利要求8所述的基于折纸变胞构型的可展开空间支撑装置，其特征在于，所述绳索为弹性绳。

10.如权利要求1所述的基于折纸变胞构型的可展开空间支撑装置，其特征在于，不同的所述展开模块中的所述支架板的长度相同和/或不相同。

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