CN114150925B - 一种基于刚性折纸的可折展帐篷 - Google Patents

一种基于刚性折纸的可折展帐篷 Download PDF

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Abstract

一种基于刚性折纸的可折展帐篷，包括可展拱形棚顶、左帘、右帘和底板；所述可展拱形棚顶由若干折叠层纵向拼接组合而成，所述折叠层包含两个对称分布的可展单元；所述可展单元包括第一等腰梯形面板、第二等腰梯形面板、第一直角梯形面板、第二直角梯形面板、第三等腰梯形面板、第四等腰梯形面板、第五等腰梯形面板和第六等腰梯形面板；所述可展拱形棚顶为一体式结构，包括外层的疏水布、中间层的刚性面板和内层的阻燃布，由层压成型加工制作；所述可展拱形棚顶由完全折叠时的扁平状完全展开成拱形半管状；所述可折展帐篷无需额外覆盖篷布，展开后仅需固定在所述底板上，再安装所述左帘和所述右帘即可投入使用，搭建过程简单，速度快。

Description

一种基于刚性折纸的可折展帐篷
技术领域
本发明涉及可展机构领域，具体涉及一种基于刚性折纸的可折展帐篷。
背景技术
折纸，指的是从简单的二维纸张中按设定折痕形成三维复杂空间结构形状的创作过程，它最早作为一种艺术形式为大家所知。近年来，随着数学和自然科学的发展，折纸技术也逐渐引起了许多工程领域的关注，给工程技术问题提供了无数设计灵感。刚性折纸，即纸张在折叠过程中，各折痕之间的面板不能出现拉伸或扭转变形，此时各面板属于刚性状态，只能绕折痕作旋转运动。由于刚性折纸技术具有极大的折展比以及低廉的价格，其发展潜力被越来越多领域发掘，主要包括航空航天，汽车安全，生物医疗，吸能结构以及机械超材料。
可折展帐篷作为人类生活中不可或缺的工具，为野外露营，抢险救灾等临时活动带来了巨大便利。但现有技术还存在以下不足。
1.现有技术的可折展帐篷往往由可展骨架、立柱、门帘和覆盖在骨架外的篷布等多个部分组成，搭建过程繁琐，速度慢。
2.现有技术的可折展帐篷中的可展机构往往通过铰接杆件两端得到，这使得可展机构整体刚性较差，若通过增加杆件和铰链的尺寸来提高刚性则会损失一部分折展比及便携性，使机构的实用性受限。
3.现有技术的可折展帐篷中的可展机构往往具有多个自由度，需要多人协同操作，展开和收拢过程繁琐。
4.现有技术的可折展帐篷中的可展机构往往由较多的杆件连接得到，虽然能实现较大的折展比，但容易发生错误折叠。
5.现有技术的可折展帐篷中的可展机构在收纳时，杆件往往分布较散乱，造成空间利用率不足，收纳性不强。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提出同时解决上述多种问题的方案。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于刚性折纸的可折展帐篷；所述可折展帐篷包括可展拱形棚顶、左帘、右帘和底板；所述可展拱形棚顶由若干折叠层纵向拼接组合而成，所述折叠层包含两个对称分布的可展单元；所述可展单元包括第一等腰梯形面板、第二等腰梯形面板、第一直角梯形面板、第二直角梯形面板、第三等腰梯形面板、第四等腰梯形面板、第五等腰梯形面板和第六等腰梯形面板。
所述可展单元为左右对称结构，由4对相同结构的面板拼接而成；其中，
所述第一等腰梯形面板和所述第二等腰梯形面板为所述可展单元中的第1对结构相同的面板，所述第一等腰梯形面板和第二等腰梯形面板均为等腰梯形，两者通过所述等腰梯形的下底边相连。
所述第一直角梯形面板和所述第二直角梯形面板为所述可展单元中的第2对结构相同的面板，所述第一直角梯形面板和第二直角梯形面板均为直角梯形，两者通过所述直角梯形的上底边相连。
所述第三等腰梯形面板和所述第四等腰梯形面板为所述可展单元中的第3对结构相同的面板，所述第一等腰梯形面板和第二等腰梯形面板均为等腰梯形，两者通过所述等腰梯形的下底边相连。
所述第五等腰梯形面板和所述第六等腰梯形面板为所述可展单元中的第4对结构相同的面板，所述第一等腰梯形面板和第二等腰梯形面板均为等腰梯形，两者通过所述等腰梯形的下底边相连。
所述第一等腰梯形面板的下底边、第一直角梯形面板的上底边、所述第三等腰梯形面板的下底边和所述第五等腰梯形面板下底边位于同一平面，且所述平面为所述可展单元的对称平面。
所述第一等腰梯形面板一腰与所述第一直角梯形面板的倾斜腰相连；所述第一直角梯形面板的竖直腰与所述第三等腰梯形面板的一腰相连；所述第三等腰梯形面板的另一腰与所述第五等腰梯形面板的一腰相连。
所述第一等腰梯形面板、所述第二等腰梯形面板、所述第一直角梯形面板、所述第二直角梯形面板、所述第三等腰梯形面板、所述第四等腰梯形面板、所述第五等腰梯形面板和所述第六等腰梯形面板之间的连接关系均为转动连接。
所述可展单元展开时，所述第一等腰梯形面板和所述第二等腰梯形面板绕二者连接边转动并相互远离；所述第一直角梯形面板和所述第二直角梯形面板绕二者连接边转动并相互远离；所述第三等腰梯形面板和所述第四等腰梯形面板绕二者连接边转动并相互远离；所述第五等腰梯形面板和所述第六等腰梯形面板绕二者连接边转动并相互远离；上述相互远离同时发生。
两个所述可展单元通过共用面板的方式组合得到所述折叠层，所述共用面板包括：所述第一等腰梯形面板和所述第二等腰梯形面板；若干所述折叠层纵向拼接得到所述可展拱形棚顶；在所述可展拱形棚顶两端施加驱动力F，则所述可展拱形棚顶展开，此时位于同一折叠层的两个所述可展单元绕所述第一等腰梯形面板和所述第二等腰梯形面板转动并相互远离；所述可折展帐篷由完全折叠时的扁平状完全展开成拱形半管状，将其两端固定在所述底板上，再安装所述左帘和所述右帘即完成所述可折展帐篷的搭建。
进一步的，所述可展拱形棚顶为一体式结构，包括外层的疏水布、中间层的刚性面板和内层的阻燃布，由层压成型加工制作。
进一步的，所述可展拱形棚顶中的所述转动连接处不设置所述刚性面板。
进一步的，位于所述转动连接处的所述疏水布和所述阻燃布可弯折，相邻面板之间依靠所述转动连接处的所述疏水布和所述阻燃布的弯折实现柔性转动，故所述可折展帐篷无需设置铰链。
进一步的，所述第一等腰梯形面板的底角为α，且满足0°<α<90°；所述第一直角梯形面板的上底角为β，且满足90°<β<180°；所述α和所述β角度之和为180°。
进一步的，第三等腰梯形面板的底角为γ，且满足0°<γ<90°。
进一步的，所述第三等腰梯形面板、所述第四等腰梯形面板、所述第五等腰梯形面板和所述第六等腰梯形面板结构相同。
进一步的，所述左帘和所述右帘均设置有拉链。
进一步的，所述第一等腰梯形面板、所述第二等腰梯形面板、所述第一直角梯形面板、所述第二直角梯形面板、所述第三等腰梯形面板、所述第四等腰梯形面板、所述第五等腰梯形面板和所述第六等腰梯形面板均是刚性的。
进一步的，所述可折展帐篷的使用无需额外覆盖篷布，展开后仅需固定在所述底板上，再安装所述左帘和所述右帘即可投入使用。
本发明具有以下有益效果。
1.针对背景技术中所描述的现有技术的不足点1，本发明设计的所述可折展帐篷的所述可展拱形棚顶采用一体式设计，相邻面板依靠所述疏水布和所述阻燃布的弯折实现柔性转动；所述可折展帐篷的所述的使用无需额外覆盖篷布，展开后仅需固定在所述底板上，再安装所述左帘和所述右帘即可使用即可，搭建过程简单，速度快。
2.针对背景技术中所描述的现有技术的不足点2，本发明设计的所述可折展帐篷的展开骨架由不同的刚性板连接得到，机构整体刚性好，实用性强。
3.针对背景技术中所描述的现有技术的不足点3，本发明设计的所述可折展帐篷展开和收拢过程是单自由度运动，单人即可完成帐篷的搭建。
4.针对背景技术中所描述的现有技术的不足点4，本发明设计的所述可折展帐篷折叠时面板之间紧密贴合，空间利用率高，收纳性强。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所述可展单元的示意图。
图2是本发明所述可展单元展开过程中各面板的运动方向示意图。
图3是本发明所述可展单元展开状态下的示意图。
图4是本发明所述可展单元折叠状态下的示意图。
图5是本发明相邻面板之间连接处的层压结构示意图。
图6是本发明所述可展拱形棚顶完全折叠状态下的示意图。
图7是本发明所述可展拱形棚顶完全展开状态下的示意图。
图8是本发明所述可展帐篷搭建完成时的示意图。
图中：101-第一等腰梯形面板 102-第二等腰梯形面板 201-第一直角梯形面板202-第二直角梯形面板 103-第三等腰梯形面板 104-第四等腰梯形面板 105-第五等腰梯形面板 106-第六等腰梯形面板 301-左帘 302-右帘 303-底板 401-疏水布 402-刚性面板 403-阻燃布。
具体实施方式
本发明提出了一种基于刚性折纸的可折展帐篷；如图所示，所述可折展帐篷包括可展拱形棚顶、左帘301、右帘302和底板303；所述可展拱形棚顶由若干折叠层纵向拼接组合而成，所述折叠层包含两个对称分布的可展单元；所述可展单元包括第一等腰梯形面板101、第二等腰梯形面板102、第一直角梯形面板201、第二直角梯形面板202、第三等腰梯形面板103、第四等腰梯形面板104、第五等腰梯形面板105和第六等腰梯形面板106。
如图所示，所述可展单元为左右对称结构，由4对相同结构的面板拼接而成；其中，所述第一等腰梯形面板101和所述第二等腰梯形面板102为所述可展单元中的第1对结构相同的面板，所述第一等腰梯形面板101和第二等腰梯形面板102均为等腰梯形，两者通过所述等腰梯形的下底边相连。
所述第一直角梯形面板201和所述第二直角梯形面板202为所述可展单元中的第2对结构相同的面板，所述第一直角梯形面板201和第二直角梯形面板202均为直角梯形，两者通过所述直角梯形的上底边相连。
所述第三等腰梯形面板103和所述第四等腰梯形面板104为所述可展单元中的第3对结构相同的面板，所述第一等腰梯形面板103和第二等腰梯形面板104均为等腰梯形，两者通过所述等腰梯形的下底边相连。
所述第五等腰梯形面板105和所述第六等腰梯形面板106为所述可展单元中的第4对结构相同的面板，所述第一等腰梯形面板105和第二等腰梯形面板106均为等腰梯形，两者通过所述等腰梯形的下底边相连。
所述第一等腰梯形面板101、所述第二等腰梯形面板102、所述第一直角梯形面板201、所述第二直角梯形面板202、所述第三等腰梯形面板103、所述第四等腰梯形面板104、所述第五等腰梯形面板105和所述第六等腰梯形面板106均为刚性面板。
所述第一等腰梯形面板101的下底边、第一直角梯形面板201的上底边、所述第三等腰梯形面板103的下底边和所述第五等腰梯形面板105下底边位于同一平面，且所述平面为所述可展单元的对称平面。
所述第一等腰梯形面板101一腰与所述第一直角梯形面板201的倾斜腰相连；所述第一直角梯形面板201的竖直腰与所述第三等腰梯形面板103的一腰相连；所述第三等腰梯形面板103的另一腰与所述第五等腰梯形面板105的一腰相连。
所述第一等腰梯形面板101的底角为α，且满足0°<α<90°；所述第一直角梯形面板201的上底角为β，且满足90°<β<180°；所述α和所述β角度之和为180°；第三等腰梯形面板103的底角为γ，且满足0°<γ<90°。
所述第一等腰梯形面板101、所述第二等腰梯形面板102、所述第一直角梯形面板201、所述第二直角梯形面板202、所述第三等腰梯形面板103、所述第四等腰梯形面板104、所述第五等腰梯形面板105和所述第六等腰梯形面板106之间的连接关系均为转动连接。
所述第三等腰梯形面板103、所述第四等腰梯形面板104、所述第五等腰梯形面板105和所述第六等腰梯形面板106结构相同。
如图所示，所述可展单元展开时，所述第一等腰梯形面板101和所述第二等腰梯形面板102绕二者连接边转动并相互远离；所述第一直角梯形面板201和所述第二直角梯形面板202绕二者连接边转动并相互远离；所述第三等腰梯形面板103和所述第四等腰梯形面板104绕二者连接边转动并相互远离；所述第五等腰梯形面板105和所述第六等腰梯形面板106绕二者连接边转动并相互远离；上述相互远离同时发生。
如图所示，两个所述可展单元通过共用面板的方式组合得到所述折叠层，所述共用面板包括：所述第一等腰梯形面板101和所述第二等腰梯形面板102；若干所述折叠层纵向拼接得到所述可展拱形棚顶；在所述可展拱形棚顶两端施加驱动力F，则所述可展拱形棚顶展开，此时位于同一折叠层的两个所述可展单元绕所述第一等腰梯形面板101和所述第二等腰梯形面板102转动并相互远离；所述可折展帐篷由完全折叠时的扁平状完全展开成拱形半管状，将其两端固定在所述底板303上，再安装所述左帘301和所述右帘302即完成所述可折展帐篷的搭建，所述左帘301和所述右帘302均设置有拉链。
如图所示，所述可展拱形棚顶为一体式结构，包括外层的疏水布401、中间层的刚性面板402和内层的阻燃布403，由层压成型加工制作；所述可展拱形棚顶中的所述转动连接处不设置所述刚性面板402；位于所述转动连接处的所述疏水布401和所述阻燃布403可弯折；相邻面板之间依靠所述疏水布401和所述阻燃布403的弯折实现柔性转动，故所述可折展帐篷无需额外设计刚性铰链。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围内。

Claims (3)

1.一种基于刚性折纸的可折展帐篷，其特征在于：所述可折展帐篷包括可展拱形棚顶、左帘(301)、右帘(302)和底板(303)；所述可展拱形棚顶由若干折叠层纵向拼接组合而成，所述折叠层包含两个对称分布的可展单元；所述可展单元包括第一等腰梯形面板(101)、第二等腰梯形面板(102)、第一直角梯形面板(201)、第二直角梯形面板(202)、第三等腰梯形面板(103)、第四等腰梯形面板(104)、第五等腰梯形面板(105)和第六等腰梯形面板(106)；
所述可展单元为左右对称结构，由4对相同结构的面板拼接而成；其中，
所述第一等腰梯形面板(101)和所述第二等腰梯形面板(102)为所述可展单元中的第1对结构相同的面板，所述第一等腰梯形面板(101)和第二等腰梯形面板(102)均为等腰梯形，两者通过所述等腰梯形的下底边相连；
所述第一直角梯形面板(201)和所述第二直角梯形面板(202)为所述可展单元中的第2对结构相同的面板，所述第一直角梯形面板(201)和第二直角梯形面板(202)均为直角梯形，两者通过所述直角梯形的上底边相连；
所述第三等腰梯形面板(103)和所述第四等腰梯形面板(104)为所述可展单元中的第3对结构相同的面板，所述第一等腰梯形面板(103)和第二等腰梯形面板(104)均为等腰梯形，两者通过所述等腰梯形的下底边相连；
所述第五等腰梯形面板(105)和所述第六等腰梯形面板(106)为所述可展单元中的第4对结构相同的面板，所述第一等腰梯形面板(105)和第二等腰梯形面板(106)均为等腰梯形，两者通过所述等腰梯形的下底边相连；
所述第一等腰梯形面板(101)的下底边、第一直角梯形面板(201)的上底边、所述第三等腰梯形面板(103)的下底边和所述第五等腰梯形面板(105)下底边位于同一平面，且所述平面为所述可展单元的对称平面；
所述第一等腰梯形面板(101)一腰与所述第一直角梯形面板(201)的倾斜腰相连；所述第一直角梯形面板(201)的竖直腰与所述第三等腰梯形面板(103)的一腰相连；所述第三等腰梯形面板(103)的另一腰与所述第五等腰梯形面板(105)的一腰相连；
所述第一等腰梯形面板(101)的底角为α，且满足0°<α<90°；所述第一直角梯形面板(201)的上底角为β，且满足90°<β<180°；所述α和所述β角度之和为180°；所述第三等腰梯形面板(103)的底角为γ，且满足0°<γ<90°；
所述第三等腰梯形面板(103)、所述第四等腰梯形面板(104)、所述第五等腰梯形面板(105)和所述第六等腰梯形面板(106)结构相同；
所述第一等腰梯形面板(101)、所述第二等腰梯形面板(102)、所述第一直角梯形面板(201)、所述第二直角梯形面板(202)、所述第三等腰梯形面板(103)、所述第四等腰梯形面板(104)、所述第五等腰梯形面板(105)和所述第六等腰梯形面板(106)均是刚性的；
所述第一等腰梯形面板(101)、所述第二等腰梯形面板(102)、所述第一直角梯形面板(201)、所述第二直角梯形面板(202)、所述第三等腰梯形面板(103)、所述第四等腰梯形面板(104)、所述第五等腰梯形面板(105)和所述第六等腰梯形面板(106)之间的连接关系均为转动连接；
所述可展单元展开时，所述第一等腰梯形面板(101)和所述第二等腰梯形面板(102)绕二者连接边转动并相互远离；所述第一直角梯形面板(201)和所述第二直角梯形面板(202)绕二者连接边转动并相互远离；所述第三等腰梯形面板(103)和所述第四等腰梯形面板(104)绕二者连接边转动并相互远离；所述第五等腰梯形面板(105)和所述第六等腰梯形面板(106)绕二者连接边转动并相互远离；上述相互远离同时发生；
两个所述可展单元通过共用面板的方式组合得到所述折叠层，所述共用面板包括：所述第一等腰梯形面板(101)和所述第二等腰梯形面板(102)；若干所述折叠层纵向拼接得到所述可展拱形棚顶；所述可展拱形棚顶为一体式结构，包括外层的疏水布(401)、中间层的刚性面板(402)和内层的阻燃布(403)，由层压成型加工制作；所述可展拱形棚顶中的所述转动连接处不设置所述刚性面板(402)；位于所述转动连接处的所述疏水布(401)和所述阻燃布(403)可弯折，相邻面板依靠所述转动连接处的所述疏水布(401)和所述阻燃布(403)的弯折实现柔性转动；
在所述可展拱形棚顶两端施加驱动力F，则所述可展拱形棚顶展开，此时位于同一折叠层的两个所述可展单元绕所述第一等腰梯形面板(101)和所述第二等腰梯形面板(102)转动并相互远离；所述可折展帐篷由完全折叠时的扁平状完全展开成拱形半管状，将其两端固定在所述底板(303)上，再安装所述左帘(301)和所述右帘(302)即完成所述可折展帐篷的搭建。
2.根据权利要求1所述的一种基于刚性折纸的可折展帐篷，其特征在于：所述左帘(301)和所述右帘(302)均设置有拉链。
3.根据权利要求1所述的一种基于刚性折纸的可折展帐篷，其特征在于：所述可折展帐篷的使用无需额外覆盖篷布，展开后仅需固定在所述底板(303)上，再安装所述左帘(301)和所述右帘(302)即可投入使用。
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