CN114566781B - 一种含耦合杆的可展单元及其衍生的空间可展开机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含耦合杆的可展单元及其衍生的空间可展开机构，属于机构学应用技术领域，包括机架、U副连接件、支撑杆组、耦合杆组；所述机架设置有三个机架分支杆分别与所述支撑杆铰接连接；所述U副连接件设置有一个中间转动副轴I和一个外侧转动副轴II，外侧转动副轴II关于中间转动副轴I异面垂直；所述耦合杆组包括耦合杆I与耦合杆II，耦合杆组在所述支撑杆间成剪叉型布置，通过U副连接件与支撑杆铰接连接。机构通过支撑杆的转动驱动，可以实现在机构收拢和展开的过程中可展单元保持在同一平面，且该机构在折展的过程中控制简便。

Description

一种含耦合杆的可展单元及其衍生的空间可展开机构
技术领域
本发明属于机构学应用技术领域，特别是涉及到一种新型含耦合杆的可展单元及其衍生的空间可展开机构。
背景技术
由于空间可展开机构具有能够折叠成紧凑结构并展开成预定形状的特性，其在深空探测、空间可展支撑臂、太阳能电池阵列等领域有着非常广泛的应用。空间可展开机构目前朝着大型化、大折叠比、高刚度、模块化的方向发展，当前可展机构大多数由单环过约束单元或多面体单元组成，对于含有耦合杆单元的可展机构研究较少。由于单环过约束单元对杆件尺寸限制严格，其装配性能以及折叠性能会受到影响，限制了其发展的空间。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：提供一种新型含耦合杆的可展单元及其衍生的空间可展开机构，通过支撑杆的转动进行驱动，实现机构在折叠形态和展开形态之间的转换，且该机构在折展过程中，控制简便。
本发明采用的技术方案为一种新型含耦合杆的可展单元，其特征是：包括机架、U副连接件、支撑杆组、耦合杆组，所述U副连接件设置有一个中间转动副轴I和一个外侧转动副轴II，外侧转动副轴II关于过中间转动副轴I的异面垂直；
所述机架设置有三个机架分支杆，其中两相邻机架的机架分支杆与支撑杆组通过转动副铰接连接；
所述支撑杆组设置有两个，其中支撑杆件的一端与机架中的一个机架分支杆铰接连接；
所述U副连接件设置有四个，包含两个U副连接件I与两个U副连接件II，其中两个U副连接件I一组，两个U副连接件II一组，两组U副连接件分布在所述两支撑杆上。两组U副连接件通过中间转动副轴I与所述两支撑杆铰接连接，两组U副连接件通过外侧转动副轴II与耦合杆组铰接连接；
所述耦合杆组中包含两组耦合杆，两组耦合杆成剪叉型配置；所述耦合杆组两端与所述支撑杆组铰接连接；
所述耦合杆组中包含两个耦合杆I与两个耦合杆II，两个耦合杆I的一端分别于与所述两支撑杆下端的U副连接件I与U副连接件II的外侧转动副铰接连接，另一端与所述两耦合杆II滑动连接；所述两耦合杆II的一端与所述两耦合杆I的一端滑动连接，另一端与所述两支撑杆上端的U副连接件I与U副连接件II的外侧转动副铰接连接；
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A镜像对称；所述四个U副连接件两两一组关于对称平面A对称；所述两个支撑杆组件关于对称平面A镜像对称；所述两个耦合杆关于对称平面A对称；
所述U副连接件、支撑杆组、耦合杆组构成一共平面运动链。所述连接件的轴线，支撑杆组的轴线与耦合杆组的轴线位于共平面B上；
所述对称平面A与所述运动链共平面B为垂直关系；
一种新型含耦合杆的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B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B重合。
本发明采用的另一种技术方案为一种新型含耦合杆的可展单元及其衍生的空间可展开机构其特征是：包括机架、U副连接件、支撑杆组、耦合杆组；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；
所述空间可展开机构共包含三组单自由度对称含耦合杆的可展单元；
所述机架设置有三个机架分支杆，其中每个机架分支杆的末端与支撑杆组通过转动副铰接连接；
所述支撑杆组设置有三个，其中支撑杆组的一端与机架中的机架分支杆铰接连接；
所述U副连接件设置有十二个，每四个U副连接件一组，其中包含两个个U副连接件I与两个个U副连接件II，每组U副连接通过中间转动副轴I与所述支撑杆组铰接连接，通过外侧转动副轴II与所述耦合杆组铰接连接；
所述耦合杆组中包含六组耦合杆，每两组耦合杆构成一个可展单元的耦合杆组，每个可展单元中两组耦合杆成剪叉型配置；所述耦合杆组两端与所述支撑杆组铰接连接；
所述单个单元的耦合杆组中包含两个耦合杆I与两个耦合杆II，两个耦合杆I的一端分别于与所述两支撑杆下端的U副连接件I与U副连接件II的外侧转动副铰接连接，另一端与所述两耦合杆II滑动连接；所述两耦合杆II的一端与所述两耦合杆I的一端滑动连接，另一端与所述两支撑杆上端的U副连接件I与U副连接件II的外侧转动副铰接连接。剩余两个单元的耦合杆组连接方式与所述单元的耦合杆组连接方式相同；
所述机构由三个单自由度对称含耦合杆的可展单元构成，每个单元的对称关系与上述单个单自由度对称含耦合杆的可展单元的对称关系相同，其展开成平面后对称关系也相同。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：一种新型含耦合杆的可展单元及其衍生的空间可展开机构，通过支撑杆的转动副进行驱动实现整个机构的折展，机构可从折叠状态过度到伞形形态，最后形成一个平面。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。一种新型含耦合杆的可展单元及其衍生的空间可展开机构，可应用于深空探测中的大型天线以及大型可折叠太阳能电池板阵列，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为本发明一种新型含耦合杆的可展单元结构示意图。
图2为本发明一种新型含耦合杆的可展单元完全展开成平面构型状态结构示意图。
图3为本发明一种新型含耦合杆的可展单元及其衍生的空间可展开机构U副连接件I结构示意图。
图4为本发明一种新型含耦合杆的可展单元及其衍生的空间可展开机构U副连接件II结构示意图。
图5为本发明一种新型含耦合杆的可展单元及其衍生的空间可展开机构结构示意图。
图6为本发明一种新型含耦合杆的可展单元及其衍生的空间可展开机构完全展开成平面构型状态结构示意图。
图中1-机架、2-U副连接件、3-支撑杆组、4-耦合杆组、101-机架分支杆、201-U副连接件I、202-U副连接件II、301-支撑杆、401-耦合杆I、402-耦合杆II、A-对称平面、B-运动连共平面。
具体实施方式
具体实施方式一：一种新型含耦合杆的可展单元，如图1、图2，包括机架1、U副连接件2、支撑杆组3、耦合杆组4，所述U副连接件4设置有一个中间转动副轴I和一个外侧转动副轴II，外侧转动副轴II关于过中间转动副轴I的异面垂直；
所述机架1设置有三个机架分支杆101，其中两相邻机架的机架分支杆与支撑杆组3通过转动副铰接连接；
所述支撑杆组3设置有两个，其中支撑杆件的一端与机架1中的一个机架分支杆101铰接连接；
所述U副连接件2设置有四个，包含两个U副连接件I201与两个U副连接件II202，其中两个U副连接件I201一组，两个U副连接件II202一组，两组U副连接件分布在所述两支撑杆上。两组U副连接件通过中间转动副轴I与所述两支撑杆铰接连接，两组U副连接件通过外侧转动副轴II与耦合杆组铰接连接；
所述耦合杆组4中包含两组耦合杆，两组耦合杆成剪叉型配置；所述耦合杆组4两端与所述支撑杆组3铰接连接；
所述耦合杆组4中包含两个耦合杆I401与两个耦合杆II402，两个耦合杆I401的一端分别于与所述两支撑杆3下端的U副连接件I201与U副连接件II202的外侧转动副铰接连接，另一端与所述两耦合杆II402滑动连接；所述两耦合杆II402的一端与所述两耦合杆I401的一端滑动连接，另一端与所述两支撑杆3上端的U副连接件I201与U副连接件II202的外侧转动副铰接连接；
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A镜像对称；所述两个U副连接件I201与两个U副连接件II202关于对称平面A对称；所述两个支撑杆组3关于对称平面A镜像对称；所述两个耦合杆组4关于对称平面A对称；
所述U副连接件2、支撑杆组3、耦合杆组4构成一共平面运动链。所述连接件的轴线，支撑杆组3的轴线与耦合杆组4的轴线位于共平面B上；
所述对称平面A与所述运动链共平面B为垂直关系；
一种新型含耦合杆的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3铰接连接转动副轴线位于运动链共平面B上；所述机架分支杆101与所述支撑杆组3铰接连接转动副的两个轴线确定的平面与运动链共平面B重合。
具体实施方式二：一种新型含耦合杆的可展单元及其衍生的空间可展开机构，如图3、图4、图5，包括机架1、U副连接件2、支撑杆组3、耦合杆组4；机架1与支撑杆组3铰接连接；支撑杆组3通过连接件与耦合杆组4连接；
所述机架1设置有三个机架分支杆101，其中每个机架分支杆的末端与支撑杆组3通过转动副铰接连接；
所述支撑杆组3设置有三个，其中支撑杆组的一端与机架1中的机架分支杆101铰接连接；
所述U副连接件2设置有十二个，每四个U副连接件一组，其中包含两个个U副连接件I201与两个个U副连接件II202，每组U副连接通过中间转动副轴I与所述支撑杆组铰接连接，通过外侧转动副轴II与所述耦合杆组铰接连接；
所述耦合杆组4中包含六组耦合杆，每两组耦合杆构成一个可展单元的耦合杆组，每个可展单元中两组耦合杆成剪叉型配置；所述耦合杆组4两端与所述支撑杆组3铰接连接；
所述单个单元的耦合杆组4中包含两个耦合杆I401与两个耦合杆II402，两个耦合杆I401的一端分别于与所述两支撑杆3下端的U副连接件I201与U副连接件II202的外侧转动副铰接连接，另一端与所述两耦合杆II402滑动连接；所述两耦合杆II402的一端与所述两耦合杆I401的一端滑动连接，另一端与所述两支撑杆3上端的U副连接件I201与U副连接件II202的外侧转动副铰接连接。剩余两个单元的耦合杆组连接方式与所述单元的耦合杆组连接方式相同；
所述机构由三个单自由度对称含耦合杆的可展单元构成，每个单元的对称关系与上述单个单自由度对称含耦合杆的可展单元的对称关系相同，其展开成平面后对称关系也相同。
本发明的一种新型含耦合杆的可展单元及其衍生的空间可展开机构，通过支撑杆的转动副进行驱动实现整个机构的折展，机构可从折叠状态过度到伞形形态，最后形成一个平面。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。一种新型含耦合杆的可展单元及其衍生的空间可展开机构，可应用于深空探测中的大型天线以及大型可折叠太阳能电池板阵列，可以实现支撑载荷对于空间可展机构整体高刚度的要求。

Claims (5)

1.一种含耦合杆的可展单元，其特征在于：包括机架(1)、U副连接件(2)、支撑杆组(3)和耦合杆组(4)；所述U副连接件(2)设置有一个中间转动副轴I和一个外侧转动副轴II，外侧转动副轴II关于中间转动副轴I异面垂直；
所述机架(1)设置有三个机架分支杆(101)，其中两相邻机架的机架分支杆与支撑杆组(3)通过转动副铰接连接；
所述支撑杆组(3)设置有两个，其中支撑杆件的一端与机架(1)中的一个机架分支杆(101)铰接连接；
所述U副连接件(2)设置有四个，包含两个U副连接件I(201)与两个U副连接件II(202)，其中两个U副连接件I(201)一组，两个U副连接件II(202)一组，两组U副连接件分布在两个所述支撑杆组上；两组U副连接件通过中间转动副轴I与所述两支撑杆铰接连接，两组U副连接件通过外侧转动副轴II与耦合杆组铰接连接；
所述耦合杆组(4)中包含两组耦合杆，两组耦合杆成剪叉型配置；所述耦合杆组(4)两端与所述支撑杆组(3)铰接连接；
所述耦合杆组(4)中包含两个耦合杆I(401)与两个耦合杆II(402)，两个耦合杆I(401)的一端分别于与两所述支撑杆组(3)下端的U副连接件I(201)与U副连接件II(202)的外侧转动副铰接连接，另一端与所述两耦合杆II(402)滑动连接；所述两耦合杆II(402)的一端与所述两耦合杆I(401)的一端滑动连接，另一端与两所述支撑杆组(3)上端的U副连接件I(201)与U副连接件II(202)的外侧转动副铰接连接。
2.根据权利要求1所述的一种含耦合杆的可展单元，其特征在于：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A镜像对称；所述两个U副连接件I(201)与两个U副连接件II(202)关于对称平面A对称；所述两个支撑杆组(3)关于对称平面A镜像对称；所述两个耦合杆组(4)关于对称平面A对称；所述U副连接件(2)、支撑杆组(3)、耦合杆组(4)构成一共平面运动链；所述连接件的轴线，支撑杆组(3)的轴线与耦合杆组(4)的轴线位于共平面B上；所述对称平面A与所述运动链共平面B为垂直关系。
3.根据权利要求1所述的一种含耦合杆的可展单元，其特征在于：含耦合杆的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(3)铰接连接转动副轴线位于运动链共平面B上；所述机架分支杆(101)与所述支撑杆组(3)铰接连接转动副的两个轴线确定的平面与运动链共平面B重合。
4.一种含耦合杆的可展单元衍生的空间可展开机构，其特征在于：包括机架(1)、U副连接件(2)、支撑杆组(3)、耦合杆组(4)；机架(1)与支撑杆组(3)铰接连接；三个支撑杆组(3)通过连接件与耦合杆组(4)连接；
所述机架(1)设置有三个机架分支杆(101)，其中每个机架分支杆的末端与支撑杆组(3)通过转动副铰接连接；
所述支撑杆组(3)设置有三个，其中支撑杆组的一端与机架(1)中的机架分支杆(101)铰接连接；
所述U副连接件(2)设置有十二个，每四个U副连接件一组，其中包含两个个U副连接件I(201)与两个个U副连接件II(202)，每组U副连接通过中间转动副轴I与所述支撑杆组铰接连接，通过外侧转动副轴II与所述耦合杆组铰接连接；
所述耦合杆组(4)中包含六组耦合杆，每两组耦合杆构成一个可展单元的耦合杆组，每个可展单元中两组耦合杆成剪叉型配置；所述耦合杆组(4)两端与所述支撑杆组(3)铰接连接；
单个所述可展单元的耦合杆组(4)中包含两个耦合杆I(401)与两个耦合杆II(402)，两个耦合杆I(401)的一端分别于与两所述支撑杆组(3)下端的U副连接件I(201)与U副连接件II(202)的外侧转动副铰接连接，另一端与所述两耦合杆II(402)滑动连接；所述两耦合杆II(402)的一端与所述两耦合杆I(401)的一端滑动连接，另一端与两所述支撑杆组(3)上端的U副连接件I(201)与U副连接件II(202)的外侧转动副铰接连接；剩余两个单元的耦合杆组连接方式与所述单元的耦合杆组连接方式相同。
5.根据权利要求4所述的一种含耦合杆的可展单元衍生的空间可展开机构，其特征在于：所述机构由三个单自由度对称含耦合杆的可展单元构成，每个单元的对称关系与上述单个单自由度对称含耦合杆的可展单元的对称关系相同，其展开成平面后对称关系也相同。
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