CN114865278A - 基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构，由多个结构相同的可展单元组成，上菱形斜棱柱机构通过连接杆和下菱形斜棱柱机构连接组成可展单元。第一个可展单元中外环支撑座的第一槽口通过第八转动副和外环周向折叠杆的第一端连接，外环周向折叠杆的第二端通过第八转动副和第二个可展单元中外环支撑座的第一槽口连接，第一个可展单元中内环支撑座的第二槽口通过第十五转动副和内环周向折叠杆的第一端连接，内环周向折叠杆的第二端通过第十五转动副和第二个可展单元中内环支撑座的第二槽口连接，组成多面式双环桁架。本发明具有刚度高、运动灵活、折叠比大的特点，有较大的收拢率和稳定性，广泛应用于通讯卫星和空间探测器。

Description

基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构

技术领域

本发明涉及卫星星载可展天线技术领域，特别涉及一种基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构。

背景技术

空间中各种类型的航天器与地球之间的通信和数据传输需要通过天线来实现，随着航空航天科学技术的快速发展，空间天线的增益要求越来越高，以满足不同空间任务的需求，提高天线增益的一种简单有效的方法是增大天线直径，由于运载火箭有效载荷舱空间有限，在存储和运输过程中可以折叠并在轨道上充分展开的可展开天线机构广泛应用于卫星平台、空间站、空间望远镜等航天器中，由于具有良好的应用前景，可展开天线已成为航空航天领域的研究热点之一。空间可展机构在航空航天领域的一个重要应用是作为星载天线的展开与支撑机构。网状反射面可展天线是星载天线中重要的一类，主要由可展开支撑机构和索网结构张拉形成的反射面构成，具有口径大、收拢率高以及质量轻的特点，在星载大口径天线领域得到广泛应用。目前研制成功的大口径星载空间可展天线类型主要有构架式可展天线、环形桁架式可展天线、伸展肋式可展天线以及环柱形可展天线等。在几种展开类型的空间可展开机构中，环形桁架式可展天线的应用范围可以完全覆盖空间一维、二维和三维的结构形式，不同于普通的并联机构或者混联机构，它是多闭环、少自由度、过约束的复杂空间多闭环耦合机构，环形桁架式可展天线机构在完全展开状态时表现为桁架结构，整体刚度较高，形面精度容易控制，因此，环形桁架式可展天线应用较为广泛，也是目前及未来较长时间内空间可展开机构的主要发展对象。以环形桁架式可展天线为研究主线开展一系列与之相关的创新性研究工作，对提升我国航天科学研究水平，加速发展为航天强国具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构，利用第一支撑座、外环支撑座、内环支撑座和中心支撑座上的不同槽口将第一折叠杆、第二折叠杆和径向腹杆组成上菱形斜棱柱机构和下菱形斜棱柱机构，同时将上菱形斜棱柱机构通过连接杆和下菱形斜棱柱机构组成可展单元，将结构相同的可展单元进行模块化重组，将折叠杆组成同时可展单元中菱形斜棱柱机构的结构布局，并通过转动副进行连接，使整个天线机构具有折叠比较大、制造工艺性好、结构刚度高、展开过程迅速、具有高反射率曲面的反射面以及整个机构的驱动件质量轻等特点。

本发明提供了一种基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构，其包括多个结构相同的可展单元，相邻两个可展单元分别通过外环周向折叠杆和内环周向折叠杆相互连接。在相邻两个可展单元中，第一个可展单元中外环支撑座的第一槽口和外环周向折叠杆的第一端连接，所述外环周向折叠杆的第二端和第二个可展单元中外环支撑座的第一槽口连接，第一个可展单元中内环支撑座的第二槽口和内环周向折叠杆的第一端连接，所述内环周向折叠杆的第二端和第二个可展单元中内环支撑座的第二槽口连接，第一个可展单元中第一支撑座的第二槽口和第二个可展单元中第一支撑座的第二槽口连接，第一个可展单元中第二支撑座的第二槽口和第二个可展单元中第二支撑座的第二槽口连接。所述可展单元，其包括上菱形斜棱柱机构、下菱形斜棱柱机构和连接杆，所述上菱形斜棱柱机构通过连接杆和所述下菱形斜棱柱机构连接；所述上菱形斜棱柱机构，其包括第一支撑座、外环支撑座、内环支撑座、中心支撑座、第一折叠杆、第二折叠杆和径向腹杆。所述第一支撑座左侧的两端分别设有第一槽口和第二槽口，所述第一槽口和所述第二槽口的中间平面的夹角为α(α<180°)，所述第二槽口的中间平面和对称平面的夹角为[45-(180/N)]°，N为可展单元的数量，所述第一支撑座的底部设有第三槽口；所述外环支撑座左侧的两端分别设有第一槽口和第二槽口，所述第一槽口和所述第二槽口的中间平面的夹角为[45-(180/N)]°，所述第二槽口的中间平面和对称平面的夹角为[90-(α/2)]°，所述外环支撑座的底部设有第三槽口，所述第三槽口的中间平面和对称平面重合。所述内环支撑座左侧的两端分别设有第一槽口和第二槽口，所述第一槽口的中间平面和对称平面的夹角为[90-(α/2)]°，所述第一槽口和第二槽口的中间平面的夹角为[45+(180/N)]°，所述内环支撑座的底部设有第三槽口，所述第三槽口的中间平面和对称平面重合；所述中心支撑座的第一端、第二端和第三端分别设有第一槽口、第二槽口和第三槽口，所述第一槽口和所述第三槽口的中间平面的夹角为180°，所述第一槽口的中间平面和对称平面重合。所述第一支撑座的第一槽口和第一折叠杆的第一端连接，所述第一折叠杆的第二端和所述外环支撑座的第二槽口连接，所述第一支撑座的第二槽口和第二折叠杆的第一端连接，所述第二折叠杆的第二端和所述内环支撑座的第一槽口连接，所述中心支撑座的第一槽口、第二槽口和第三槽口分别与第一径向腹杆、第二径向腹杆和第三径向腹杆的第一端连接，所述第一径向腹杆、所述第二径向腹杆和所述第三径向腹杆的第二端分别与所述外环支撑座、所述内环支撑座和所述第一支撑座的第三槽口连接。

可优选的是，在所述第一支撑座中，所述第一支撑座为左右对称结构，所述第一槽口、所述第二槽口和所述第三槽口的数量均为两个，所述第一槽口、所述第二槽口和所述第三槽口对称分布在对称平面的两侧；在所述外环支撑座中，所述外环支撑座为左右对称结构，所述第一槽口、所述第二槽口和所述第三槽口的数量均为两个，所述第一槽口、所述第二槽口和所述第三槽口对称分布在对称平面的两侧；在所述内环支撑座中，所述内环支撑座为左右对称结构，所述第一槽口和所述第二槽口的数量均为两个，所述第一槽口和所述第二槽口对称分布在对称平面的两侧，所述第三槽口的数量均为一个；在所述中心支撑座中，所述中心支撑座为左右对称结构，所述第二槽口的数量均为两个，所述第二槽口对称分布在对称平面的两侧。

可优选的是，所述第一折叠杆，其包括第一直杆、第二直杆和第三转动副，所述第一直杆和所述第二直杆的长度相等，所述第一直杆通过第三转动副和所述第二直杆连接；所述第二折叠杆，其包括第三直杆、第四直杆和第四转动副，所述第三直杆和所述第四直杆的长度相等，所述第三直杆通过第四转动副和所述第四直杆连接；所述外环周向折叠杆，其包括第五直杆、第六直杆和第一转动副，所述第五直杆和所述第六直杆的长度相等，所述第五直杆通过第一转动副和所述第六直杆连接；所述内环周向折叠杆，其包括第七直杆、第八直杆和第二转动副，所述第七直杆和所述第八直杆的长度相等，所述第七直杆通过第二转动副和所述第八直杆连接，折叠杆上的转动副使其只能具有一个方向的转动，从而在一个驱动输入的情况下，保证整个装置收展运动的可靠性和同步性。

可优选的是，在所述下菱形斜棱柱机构中，其包括第二支撑座、第一折叠杆、第二折叠杆、外环支撑座、中心支撑座、内环支撑座和径向腹杆，所述第二支撑座为左右对称结构，所述第二支撑座左侧的第一端和第二端分别设有第一槽口和第二槽口，所述第一槽口和所述第二槽口的中间平面的夹角为α(α<180°)，所述第二槽口的中间平面和对称平面的夹角为[45-(180/N)]°，N为可展单元的数量，所述第二支撑座的底部设有第三槽口，所述第一槽口、所述第二槽口和所述第三槽口的数量均为两个，所述第一槽口、所述第二槽口和所述第三槽口对称分布在对称平面的两侧。

可优选的是，在所述下菱形斜棱柱机构中，所述第二支撑座的第一槽口通过第十七转动副和所述第二折叠杆的第一端连接，所述第二折叠杆的第二端通过第九转动副和所述外环支撑座的第二槽口连接，所述第二支撑座的第二槽口通过第十九转动副和所述第一折叠杆的第一端连接，所述第一折叠杆的第二端通过第十四转动副和所述内环支撑座的第一槽口连接，所述中心支撑座的第一槽口、第二槽口和第三槽口分别通过第十二转动副、第十一转动副和第十三转动副与第四径向腹杆、第五径向腹杆和第六径向腹杆的第一端连接，所述第四径向腹杆、所述第五径向腹杆和所述第六径向腹杆的第二端分别通过第十转动副、第十六转动副和第十八转动副与所述外环支撑座的第三槽口、所述内环支撑座的第三槽口和所述第二支撑座的第三槽口连接。

可优选的是，在上菱形斜棱柱机构中，所述第一支撑座、所述外环支撑座、所述中心支撑座和所述内环支撑座所在的平面互相平行，在下菱形斜棱柱机构中，所述第二支撑座、所述外环支撑座、所述中心支撑座和所述内环支撑座所在的平面互相平行；所述外环支撑座和所述内环支撑座均在N边形的外接圆上，所述外环支撑座和所述内环支撑座的连线汇交于N边形的圆心。

可优选的是，在所述上菱形斜棱柱机构中，其包括两个结构相同的第一支撑座、两个结构相同的第一折叠杆、两个结构相同的第二折叠杆、四个结构相同的径向腹杆、一个外环支撑座、一个中间支撑座和一个内环支撑座，两个结构相同的第一支撑座、一个外环支撑座和一个内环支撑座在投影面上呈菱形布置，所述外环支撑座和两个结构相同的所述第一折叠杆组成菱形的上半边，所述内环支撑座和两个结构相同的所述第二折叠杆组成菱形的下半边。

可优选的是，在所述上菱形斜棱柱机构的展开状态中，两个结构相同的所述第一支撑座处于同一高度，所述中心支撑座和所述内环支撑座处于同一高度，所述外环支撑座的高度大于两个结构相同的所述第一支撑座的高度，两个结构相同的所述第一支撑座的高度大于所述中心支撑座和所述内环支撑座所处的高度。

可优选的是，在所述下菱形斜棱柱机构中，其包括两个结构相同的第二支撑座、两个结构相同的第一折叠杆、两个结构相同的第二折叠杆、四个结构相同的径向腹杆、一个外环支撑座、一个中间支撑座和一个内环支撑座，两个结构相同的第二支撑座、一个外环支撑座和一个内环支撑座在投影面上呈菱形布置，所述外环支撑座和两个结构相同的所述第二折叠杆组成菱形的上半边，所述内环支撑座和两个结构相同的所述第一折叠杆组成菱形的下半边。

可优选的是，在所述下菱形斜棱柱机构的任何状态中，两个结构相同的所述第二支撑座处于同一高度，所述中心支撑座和所述内环支撑座处于同一高度，所述外环支撑座的高度大于两个结构相同的所述第二支撑座的高度，两个结构相同的所述第二支撑座的高度大于所述中心支撑座和所述内环支撑座所处的高度。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明的双环桁架可展开天线机构是通过具有上菱形斜棱柱机构和下菱形斜棱柱机构组成的可展单元按一定的角度组合而成的，相较于单层环形桁架可展开天线机构刚度较高，具有展开迅速、折叠比较大的优点，可以应用于超大口径空间可展开天线中。

2、本发明展开时每个可展单元中菱形斜棱柱机构的支撑座的布置位置以及不同长度的折叠杆，使菱形斜棱柱机构具有四面体支撑机构，从而使整个装置具有更高的结构刚度，承载力较强，可满足大口径空间可展开天线机构的刚度要求。

3、本发明可展单元中的菱形斜棱柱机构的连接形式以及折叠杆上运动副的设置，使整个可展单元分为上菱形斜棱柱机构和下菱形斜棱柱机构，上菱形斜棱柱机构为单自由度机构，通过上菱形斜棱柱机构收拢可实现下菱形斜棱柱机构同步收拢。使整个菱形斜棱柱机构的运动具有同步性，导致整个可展单元只有一个自由度，从而整个装置为单自由度机构，因此在每个可展单元的收展过程中只需要一个驱动输入，实施方式简单，便可确保整个装置收展运动的可靠性和同步性。

4、本发明每个可展单元中的外环支撑座的高度均高于内环支撑座的高度，从而使组成的整个装置的反射面为抛物面，从而具有高方向性和较高的型面精度。

5、本发明是由N个结构相同的可展单元组成的双环桁架可展开天线机构，每个可展单元所含零件完全相同，整个装置机构运动的连续性高、结构简单，方便加工，可应用于通讯卫星、空间站和空间探测器上。

附图说明

图1是本发明基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构的半展开结构图；

图2是本发明基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构完全展开结构图；

图3是本发明基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构完全收拢结构图；

图4是本发明基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构的可展单元完全展开结构图；

图5是本发明基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构的可展单元半展开结构图；

图6是本发明基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构的可展单元完全收拢结构图；

图7是本发明基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构的两个相连接的可展单元完全展开结构图；

图8是本发明基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构的上菱形斜棱柱机构完全展开结构图；

图9是本发明基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构的下菱形斜棱柱机构完全展开结构图；

图10是本发明基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构的上菱形斜棱柱机构半展开结构图；

图11是本发明基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构的上菱形斜棱柱机构完全收拢俯视图；

图12是本发明基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构的第一支撑座的结构图；

图13是本发明基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构的第二支撑座的结构图；

图14是本发明基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构的外环支撑座的结构图；

图15是本发明基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构的中心支撑座的结构图；

图16是本发明基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构的内环支撑座的结构图。

主要附图标记：

可展单元A，上菱形斜棱柱机构B，下菱形斜棱柱机构C，连接杆1，外环周向折叠杆2，内环周向折叠杆3，第一支撑座4，径向腹杆5，第一折叠杆6，第二折叠杆7，外环支撑座8，中心支撑座9，内环支撑座10，第二支撑座11，第一转动副C1，第二转动副C2，第三转动副C3，第四转动副C4，第五转动副C5，第六转动副C6，第七转动副C7，第八转动副C8，第九转动副C9，第十转动副C10，第十一转动副C11，第十二转动副C12，第十三转动副C13，第十四转动副C14，第十五转动副C15，第十六转动副C16，第十七转动副C17，第十八转动副C18，第十九转动副C19。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构，如图1至3所示，包括多个结构相同的可展单元A，相邻两个可展单元A分别通过共用第一支撑座4、第二支撑座11、外环周向折叠杆2和内环周向折叠杆3相互连接。整个天线机构展开及收拢后均为多面式双环形桁架结构。

具体而言，可展单元A，其包括上菱形斜棱柱机构B、下菱形斜棱柱机构C和两根结构相同的连接杆1，上菱形斜棱柱机构B的外环支撑座8和内环支撑座10分别通过连接杆1与下菱形斜棱柱机构C的外环支撑座8和内环支撑座10连接，连接杆1用来固定同侧两个外环支撑座8和内环支撑座10在竖直方向上的相对关系保持不变。

如图4至图7所示，第一个可展单元A中外环支撑座8的第一槽口通过第八转动副C8和外环周向折叠杆2的第一端连接，外环周向折叠杆2的第二端通过第八转动副C8和第二个可展单元A中外环支撑座8的第一槽口连接，组成两个可展单元A的外环；第一个可展单元A中内环支撑座10的第二槽口通过第十五转动副C15和内环周向折叠杆3的第一端连接，内环周向折叠杆3的第二端通过第十五转动副C15和第二个可展单元A中内环支撑座10的第二槽口连接，组成两个可展单元A的内环。相邻两个可展单元A中上菱形斜棱柱机构B通过第一支撑座4的第二槽口连接，下菱形斜棱柱机构C通过第二支撑座11的第二槽口连接。具体而言，N个可展单元A通过外环周向折叠杆2和内环周向折叠杆3连接组成双环桁架可展开天线机构的内环和外环。

如图8所示，上菱形斜棱柱机构B，其包括第一支撑座4、第一折叠杆6、第二折叠杆7、外环支撑座8、中心支撑座9、内环支撑座10和径向腹杆5；第一支撑座4、第二支撑座11、外环支撑座8、中心支撑座9和内环支撑座10上分别设有分布位置不同且结构相同的槽口，用于分别连接第一折叠杆6或者第二折叠杆7或者外环周向折叠杆2或者内环周向折叠杆3，便于快速的通过转动副将相邻的上菱形斜棱柱机构B或者下菱形斜棱柱机构C或者两个可展单元A的组装，从而形成具有菱形斜棱柱的双环桁架结构。

如图10和图11所示，第一支撑座4的第一槽口通过第五转动副C5和第一折叠杆6的第一端连接，第一折叠杆6的第二端通过第九转动副C9和外环支撑座8的第二槽口连接，第一支撑座4的第二槽口通过第七转动副C7和第二折叠杆7的第一端连接，第二折叠杆7的第二端通过第十四转动副C14和内环支撑座10的第一槽口连接，中心支撑座9的第一槽口、第二槽口和第三槽口分别通过第十二转动副C12、第十一转动副C11和第十三转动副C13与第一径向腹杆、第二径向腹杆和第三径向腹杆的第一端连接，第一径向腹杆、第二径向腹杆和第三径向腹杆的第二端分别通过第十转动副C10、第十六转动副C16和第六转动副C6与外环支撑座8的第三槽口、内环支撑座10的第三槽口和第一支撑座4的第三槽口连接。

如图12所示，第一支撑座4为左右对称结构，第一支撑座4左侧的第一端和第二端分别设有第一槽口和第二槽口，第一槽口和第二槽口的中间平面的夹角为90°，第二槽口的中间平面和对称平面的夹角为[45-(180/N)]°，N为可展单元A的数量，第一支撑座4的底部设有第三槽口，第三槽口的中间平面和对称平面的夹角为90°。第一槽口、第二槽口和第三槽口的数量均为两个，第一槽口、第二槽口和第三槽口对称分布在对称平面的两侧。

如图14所示，外环支撑座8为左右对称结构，外环支撑座8左侧的第一端和第二端分别设有第一槽口和第二槽口，第一槽口和第二槽口的中间平面的夹角为[45-(180/N)]°，N为可展单元A的数量，第二槽口的中间平面和对称平面的夹角为45°，外环支撑座8的底部设有第三槽口，第三槽口的中间平面和对称平面重合。第一槽口、第二槽口和第三槽口的数量均为两个，第一槽口、第二槽口和第三槽口对称分布在对称平面的两侧。

如图15所示，中心支撑座9为左右对称结构，中心支撑座9的第一端、第二端和第三端分别设有第一槽口、第二槽口和第三槽口，第一槽口和第二槽口的中间平面的夹角为75°，第一槽口和第三槽口的中间平面的夹角为180°，第一槽口的中间平面和对称平面重合。第二槽口的数量均为两个，第二槽口对称分布在对称平面的两侧。

如图16所示，内环支撑座10为左右对称结构，内环支撑座10左侧的第一端和第二端分别设有第一槽口和第二槽口，第一槽口的中间平面和对称平面的夹角为45°，第一槽口和第二槽口的中间平面的夹角为[45+(180/N)]°，N为可展单元A的数量，内环支撑座10的底部设有第三槽口，第三槽口的中间平面和对称平面重合。第一槽口和第二槽口的数量均为两个，第一槽口和第二槽口对称分布在对称平面的两侧，第三槽口的数量均为一个。

第一折叠杆6，其包括第一直杆、第二直杆和第三转动副C3，第一直杆和第二直杆的长度相等，第一直杆通过第三转动副C3和第二直杆连接；第二折叠杆7，其包括第三直杆、第四直杆和第四转动副C4，第三直杆和第四直杆的长度相等，第三直杆通过第四转动副C4和第四直杆连接；外环周向折叠杆2，其包括第五直杆、第六直杆和第一转动副C1，第五直杆和第六直杆的长度相等，第五直杆通过第一转动副C1和第六直杆连接；内环周向折叠杆3，其包括第七直杆、第八直杆和第二转动副C2，第七直杆和第八直杆的长度相等，第七直杆通过第二转动副C2和第八直杆连接。

如图9所示，在下菱形斜棱柱机构C中，其包括第二支撑座11、第一折叠杆6、第二折叠杆7、外环支撑座8、中心支撑座9、内环支撑座10和径向腹杆5，如图13所示，第二支撑座11为左右对称结构，第二支撑座11左侧的第一端和第二端分别设有第一槽口和第二槽口，第一槽口和第二槽口的中间平面的夹角为90°，第二槽口的中间平面和对称平面的夹角为[45-180/N]°，N为可展单元A的数量，第二支撑座11的底部设有第三槽口，第三槽口的中间平面和对称平面的夹角为60°。第一槽口、第二槽口和第三槽口的数量均为两个，第一槽口、第二槽口和第三槽口对称分布在对称平面的两侧。

第二支撑座11的第一槽口通过第十七转动副C17和第二折叠杆7的第一端连接，第二折叠杆7的第二端通过第九转动副C9和外环支撑座8的第二槽口连接，第二支撑座11的第二槽口通过第十九转动副C19和第一折叠杆6的第一端连接，第一折叠杆6的第二端通过第十四转动副C14和内环支撑座10的第一槽口连接，中心支撑座9的第一槽口、第二槽口和第三槽口分别通过第十二转动副C12、第十一转动副C11和第十三转动副C13与第四径向腹杆、第五径向腹杆和第六径向腹杆的第一端连接，第四径向腹杆、第五径向腹杆和第六径向腹杆的第二端分别通过第十转动副C10、第十六转动副C16和第十八转动副C18与外环支撑座8的第三槽口、内环支撑座10的第三槽口和第二支撑座11的第三槽口连接。

在上菱形斜棱柱机构B中，第一支撑座4、外环支撑座8、中心支撑座9和内环支撑座10所在的平面互相平行，在下菱形斜棱柱机构C中，第二支撑座11、外环支撑座8、中心支撑座9和内环支撑座10所在的平面互相平行；外环支撑座8和内环支撑座10均在N边形的外接圆上，外环支撑座8和内环支撑座10的连线汇交于N边形的圆心，以完成上菱形斜棱柱机构B和下菱形斜棱柱机构C的同步收拢与展开。

在本发明的一个具体实施中，在上菱形斜棱柱机构B中，其包括两个结构相同的第一支撑座4、两个结构相同的第一折叠杆6、两个结构相同的第二折叠杆7、四个结构相同的径向腹杆5、一个外环支撑座8、一个中间支撑座9和一个内环支撑座10，两个结构相同的第一支撑座4、一个外环支撑座8和一个内环支撑座10在投影面上呈菱形布置，外环支撑座8和两个结构相同的第一折叠杆6组成菱形的上半边，内环支撑座10和两个结构相同的第二折叠杆7组成菱形的下半边，菱形的上半边的两端分别通过两个结构相同的第二支撑座11和菱形的下半边的两端连接。

在下菱形斜棱柱机构C中，其包括两个结构相同的第二支撑座11、两个结构相同的第一折叠杆6、两个结构相同的第二折叠杆7、四个结构相同的径向腹杆5、一个外环支撑座8、一个中间支撑座9和一个内环支撑座10，两个结构相同的第二支撑座11、一个外环支撑座8和一个内环支撑座10在投影面上呈菱形布置，外环支撑座8和两个结构相同的第二折叠杆7组成菱形的上半边，内环支撑座10和两个结构相同的第一折叠杆6组成菱形的下半边，菱形的上半边的两端分别通过两个结构相同的第二支撑座11和菱形的下半边的两端连接。

进一步地，为了使反射面布置在上菱形斜棱柱机构B的外环支撑座8所在面，提高此双环桁架可展开天线的利用率。在上菱形斜棱柱机构B的展开状态中，两个结构相同的第一支撑座4处于同一高度，中心支撑座9和内环支撑座10处于同一高度，外环支撑座8的高度大于两个结构相同的第一支撑座4的高度，两个结构相同的第一支撑座4的高度大于中心支撑座9和内环支撑座10所处的高度。在下菱形斜棱柱机构C的任何状态中，两个结构相同的第二支撑座11处于同一高度，中心支撑座9和内环支撑座10处于同一高度，外环支撑座8的高度大于两个结构相同的第二支撑座11的高度，两个结构相同的第二支撑座11的高度大于中心支撑座9和内环支撑座10所处的高度。

以下结合实施例对本发明一种基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构做进一步描述：

应用于空间大口径星载天线主要以单环桁架式可展开天线为主，当天线口径超过二十米量级之后，随着天线口径的增大，天线整体的结构刚度迅速下降，这时就会产生天线大型化与结构刚度之间的矛盾。鉴于单环桁架式可展开天线机构已经不能满足超大口径可展开天线工作刚度的要求，本发明提出了基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构，其较好的应用于超大口径空间可展开天线中，来提高空间超大口径天线展开后的刚度，基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构为单自由度机构，在上菱形斜棱柱机构B或下菱形斜棱柱机构C中的第三转动副C3或第十四转动副C4中任何一个转动副处添加驱动，当内环支撑座10相触碰时，基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构实现收拢。

在本具体实施例中，基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构由12个结构完全相同的可展单元A组成，相邻两个可展单元A中上菱形斜棱柱机构B通过第一支撑座4的第二槽口连接，下菱形斜棱柱机构C通过第二支撑座11的第二槽口连接；将相邻两个可展单元A中第一个可展单元A中外环支撑座8的第一槽口通过第八转动副C8和外环周向折叠杆2的第一端连接，外环周向折叠杆2的第二端通过第八转动副C8和相邻两个可展单元A中第二个可展单元A中外环支撑座8的第一槽口连接，组成相邻两个可展单元A的外环；将相邻两个可展单元A中第一个可展单元A中内环支撑座10的第二槽口通过第十五转动副C15和内环周向折叠杆3的第一端连接，内环周向折叠杆3的第二端通过第十五转动副C15和相邻两个可展单元A中第二个可展单元A中内环支撑座10的第二槽口连接，组成相邻两个可展单元A的内环。

基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构中12个结构完全相同的可展单元A中上菱形斜棱柱机构B的第一支撑座4以左右支叉的中间平面为对称平面，第一支撑座4左侧的第一支叉和第二支叉分别设有第一槽口和第二槽口，第一槽口和第二槽口的中间平面的夹角为90°，第二槽口的中间平面和对称平面的夹角为30°，第一支撑座4的底部支叉设有第三槽口，第三槽口的中间平面和对称平面的夹角为90°。

下菱形斜棱柱机构C的第二支撑座11以左右支叉的中间平面为对称平面，第二支撑座11左侧的第一支叉和第二支叉分别设有第一槽口和第二槽口，第一槽口和第二槽口的中间平面的夹角为90°，第二槽口的中间平面和对称平面的夹角为30°，第二支撑座11的底部支叉设有第三槽口，第三槽口的中间平面和对称平面的夹角为60°。

上菱形斜棱柱机构B和下菱形斜棱柱机构C的外环支撑座8以左右支叉的中间平面为对称平面，外环支撑座8左侧的第一支叉和第二支叉分别设有第一槽口和第二槽口，第一槽口和第二槽口的中间平面的夹角为30°，第二槽口的中间平面和对称平面的夹角为45°，外环支撑座8的底部支叉设有第三槽口，第三槽口的中间平面和对称平面重合。

上菱形斜棱柱机构B和下菱形斜棱柱机构C的中心支撑座9以左右支叉的中间平面为对称平面，有上下左右四个开口支叉，上下两侧支叉上的槽口与左右支叉的中间平面处于同一平面，左右支叉的槽口与左右支叉的中间平面间的夹角为75°。

上菱形斜棱柱机构B和下菱形斜棱柱机构C的内环支撑座10以左右支叉的中间平面为对称平面，内环支撑座10左侧的第一支叉和第二支叉分别设有第一槽口和第二槽口，第一槽口的中间平面和对称平面的夹角为45°，第一槽口和第二槽口的中间平面的夹角为60°，内环支撑座10的底部支叉设有第三槽口，第三槽口的中间平面和对称平面重合。

在本具体实施例中，基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构的收展或者收拢过程只需要一个驱动，整体天线机构的控制方式简单，确保收展或者收拢运动的可靠性和同步性，同时能够提高天线整体的结构刚度，承载力较强。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构，其包括多个结构相同的可展单元，相邻两个可展单元分别通过外环周向折叠杆和内环周向折叠杆相互连接，其特征在于，

在相邻两个可展单元中，第一个可展单元中外环支撑座的第一槽口和外环周向折叠杆的第一端连接，所述外环周向折叠杆的第二端和第二个可展单元中外环支撑座的第一槽口连接，第一个可展单元中内环支撑座的第二槽口和内环周向折叠杆的第一端连接，所述内环周向折叠杆的第二端和第二个可展单元中内环支撑座的第二槽口连接，第一个可展单元中第一支撑座的第二槽口和第二个可展单元中第一支撑座的第二槽口连接，第一个可展单元中第二支撑座的第二槽口和第二个可展单元中第二支撑座的第二槽口连接；

所述可展单元，其包括上菱形斜棱柱机构、下菱形斜棱柱机构和连接杆，所述上菱形斜棱柱机构通过连接杆和所述下菱形斜棱柱机构连接；所述上菱形斜棱柱机构，其包括第一支撑座、外环支撑座、内环支撑座、中心支撑座、第一折叠杆、第二折叠杆和径向腹杆；

所述第一支撑座左侧的两端分别设有第一槽口和第二槽口，所述第一槽口和所述第二槽口的中间平面的夹角定为α，且α<180°，所述第二槽口的中间平面和对称平面的夹角为[45-(180/N)]°，N为可展单元的数量，所述第一支撑座的底部设有第三槽口；所述外环支撑座左侧的两端分别设有第一槽口和第二槽口，所述第一槽口和所述第二槽口的中间平面的夹角为[45-(180/N)]°，所述第二槽口的中间平面和对称平面的夹角为[90-(α/2)]°，所述外环支撑座的底部设有第三槽口，所述第三槽口的中间平面和对称平面重合；

所述内环支撑座左侧的两端分别设有第一槽口和第二槽口，所述第一槽口的中间平面和对称平面的夹角为[90-(α/2)]°，所述第一槽口和第二槽口的中间平面的夹角为[45+(180/N)]°，所述内环支撑座的底部设有第三槽口，所述第三槽口的中间平面和对称平面重合；所述中心支撑座的第一端、第二端和第三端分别设有第一槽口、第二槽口和第三槽口，所述第一槽口和所述第三槽口的中间平面的夹角为180°，所述第一槽口的中间平面和对称平面重合；

所述第一支撑座的第一槽口和第一折叠杆的第一端连接，所述第一折叠杆的第二端和所述外环支撑座的第二槽口连接，所述第一支撑座的第二槽口和第二折叠杆的第一端连接，所述第二折叠杆的第二端和所述内环支撑座的第一槽口连接，所述中心支撑座的第一槽口、第二槽口和第三槽口分别与第一径向腹杆、第二径向腹杆和第三径向腹杆的第一端连接，所述第一径向腹杆、所述第二径向腹杆和所述第三径向腹杆的第二端分别与所述外环支撑座、所述内环支撑座和所述第一支撑座的第三槽口连接。

2.根据权利要求1所述的基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构，其特征在于，在所述第一支撑座中，所述第一支撑座为左右对称结构，所述第一槽口、所述第二槽口和所述第三槽口的数量均为两个，所述第一槽口、所述第二槽口和所述第三槽口对称分布在对称平面的两侧；在所述外环支撑座中，所述外环支撑座为左右对称结构，所述第一槽口、所述第二槽口和所述第三槽口的数量均为两个，所述第一槽口、所述第二槽口和所述第三槽口对称分布在对称平面的两侧；在所述内环支撑座中，所述内环支撑座为左右对称结构，所述第一槽口和所述第二槽口的数量均为两个，所述第一槽口和所述第二槽口对称分布在对称平面的两侧，所述第三槽口的数量均为一个；在所述中心支撑座中，所述中心支撑座为左右对称结构，所述第二槽口的数量均为两个，所述第二槽口对称分布在对称平面的两侧。

3.根据权利要求1所述的基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构，其特征在于，所述第一折叠杆，其包括第一直杆、第二直杆和第三转动副，所述第一直杆和所述第二直杆的长度相等，所述第一直杆通过第三转动副和所述第二直杆连接；所述第二折叠杆，其包括第三直杆、第四直杆和第四转动副，所述第三直杆和所述第四直杆的长度相等，所述第三直杆通过第四转动副和所述第四直杆连接；所述外环周向折叠杆，其包括第五直杆、第六直杆和第一转动副，所述第五直杆和所述第六直杆的长度相等，所述第五直杆通过第一转动副和所述第六直杆连接；所述内环周向折叠杆，其包括第七直杆、第八直杆和第二转动副，所述第七直杆和所述第八直杆的长度相等，所述第七直杆通过第二转动副和所述第八直杆连接，折叠杆上的转动副使其只能具有一个方向的转动，从而在一个驱动输入的情况下，保证整个装置收展运动的可靠性和同步性。

4.根据权利要求1所述的基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构，其特征在于，在所述下菱形斜棱柱机构中，其包括第二支撑座、第一折叠杆、第二折叠杆、外环支撑座、中心支撑座、内环支撑座和径向腹杆，所述第二支撑座为左右对称结构，所述第二支撑座左侧的第一端和第二端分别设有第一槽口和第二槽口，所述第一槽口和所述第二槽口的中间平面的夹角为α(α<180°)，所述第二槽口的中间平面和对称平面的夹角为[45-180/N]°，N为可展单元的数量，所述第二支撑座的底部设有第三槽口，所述第一槽口、所述第二槽口和所述第三槽口的数量均为两个，所述第一槽口、所述第二槽口和所述第三槽口对称分布在对称平面的两侧。

5.根据权利要求1或者4所述的基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构，其特征在于，在所述下菱形斜棱柱机构中，所述第二支撑座的第一槽口通过第十七转动副和所述第二折叠杆的第一端连接，所述第二折叠杆的第二端通过第九转动副和所述外环支撑座的第二槽口连接，所述第二支撑座的第二槽口通过第十九转动副和所述第一折叠杆的第一端连接，所述第一折叠杆的第二端通过第十四转动副和所述内环支撑座的第一槽口连接，所述中心支撑座的第一槽口、第二槽口和第三槽口分别通过第十二转动副、第十一转动副和第十三转动副与第四径向腹杆、第五径向腹杆和第六径向腹杆的第一端连接，所述第四径向腹杆、所述第五径向腹杆和所述第六径向腹杆的第二端分别通过第十转动副、第十六转动副和第十八转动副与所述外环支撑座的第三槽口、所述内环支撑座的第三槽口和所述第二支撑座的第三槽口连接。

6.根据权利要求1所述的基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构，其特征在于，在上菱形斜棱柱机构中，所述第一支撑座、所述外环支撑座、所述中心支撑座和所述内环支撑座所在的平面互相平行，在下菱形斜棱柱机构中，所述第二支撑座、所述外环支撑座、所述中心支撑座和所述内环支撑座所在的平面互相平行；所述外环支撑座和所述内环支撑座均在N边形的外接圆上，所述外环支撑座和所述内环支撑座的连线汇交于N边形的圆心。

7.根据权利要求1所述的基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构，其特征在于，在所述上菱形斜棱柱机构中，其包括两个结构相同的第一支撑座、两个结构相同的第一折叠杆、两个结构相同的第二折叠杆、四个结构相同的径向腹杆、一个外环支撑座、一个中间支撑座和一个内环支撑座，两个结构相同的第一支撑座、一个外环支撑座和一个内环支撑座在投影面上呈菱形布置，所述外环支撑座和两个结构相同的所述第一折叠杆组成菱形的上半边，所述内环支撑座和两个结构相同的所述第二折叠杆组成菱形的下半边。

8.根据权利要求6或者7所述的基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构，其特征在于，在所述上菱形斜棱柱机构的展开状态中，两个结构相同的所述第一支撑座处于同一高度，所述中心支撑座和所述内环支撑座处于同一高度，所述外环支撑座的高度大于两个结构相同的所述第一支撑座的高度，两个结构相同的所述第一支撑座的高度大于所述中心支撑座和所述内环支撑座所处的高度。

9.根据权利要求1所述的基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构，其特征在于，在所述下菱形斜棱柱机构中，其包括两个结构相同的第二支撑座、两个结构相同的第一折叠杆、两个结构相同的第二折叠杆、四个结构相同的径向腹杆、一个外环支撑座、一个中间支撑座和一个内环支撑座，两个结构相同的第二支撑座、一个外环支撑座和一个内环支撑座在投影面上呈菱形布置，所述外环支撑座和两个结构相同的所述第二折叠杆组成菱形的上半边，所述内环支撑座和两个结构相同的所述第一折叠杆组成菱形的下半边。

10.根据权利要求1或者9所述的基于菱形斜棱柱的单自由度双环桁架可展开天线机构，其特征在于，在所述下菱形斜棱柱机构的任何状态中，两个结构相同的所述第二支撑座处于同一高度，所述中心支撑座和所述内环支撑座处于同一高度，所述外环支撑座的高度大于两个结构相同的所述第二支撑座的高度，两个结构相同的所述第二支撑座的高度大于所述中心支撑座和所述内环支撑座所处的高度。

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