CN116477069A - 一种单自由度三球面四杆回环机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单自由度三球面四杆回环机构，包括三个球面四杆单元：第一球面四杆单元、第二球面四杆单元和第三球面四杆单元；每个球面四杆单元包括四个杆件，四个杆件依次首尾相接，且相接处为转动连接；在其中两个相邻的杆件中部设有连接关节；第一球面四杆单元通过自身的两个连接关节分别与第二球面四杆单元和第三球面四杆单元的一个连接关节相连并实现转动连接，第二球面四杆单元的另一个连接关节和第三球面四杆单元的另一个连接关节相连并实现转动连接。本发明提出一种单自由度三球面四杆回环机构，使机构不仅具有单自由度的特性、还具有展开为一个平面、折叠为伞状的一束、具有往复折展运动等特点。
Description
技术领域
本发明属于空间折展、航空、航天、折展帐篷等技术领域，具体涉及一种单自由度三球面四杆回环机构。
背景技术
航空、航天、户外装置等经常会用到连杆结构，例如太阳能帆板的收纳和外展，帐篷的收纳和搭建。公开号为CN202210364243.8的中国专利申请公开了一种单自由度球面翻转机构，该机构可以在空间实现多个角度的翻转运动，同时保证其具有一个自由度，但是该机构的运动模式相对单一，不能折叠为一束，存放时占用空间大，且不能展开为一个平面。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种单自由度三球面四杆回环机构，在保持折展优势的同时，通过机构的设计可以具有单自由度的特性，还具有展开为一个平面、折叠为伞状的一束、具有往复折展运动等特点。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种单自由度三球面四杆回环机构，其特殊之处在于：
包括三个球面四杆单元：第一球面四杆单元、第二球面四杆单元和第三球面四杆单元；
每个球面四杆单元包括四个杆件，四个杆件依次首尾相接，且相接处为转动连接；在其中两个相邻的杆件中部设有连接关节；
第一球面四杆单元通过自身的两个连接关节分别与第二球面四杆单元和第三球面四杆单元的一个连接关节相连并实现转动连接，第二球面四杆单元的另一个连接关节和第三球面四杆单元的另一个连接关节相连并实现转动连接。
进一步地，上述第一球面四杆单元、第二球面四杆单元和第三球面四杆单元的结构相同。
进一步地，上述第一球面四杆单元包括长度相同的四个杆件：第一杆件、第二杆件、第三杆件和第四杆件；每个杆件的两端分别设有一个用于连接的孔，两个孔的的轴线交于一点；相邻两个杆件通过其对应的孔插入销轴后实现转动连接。
进一步地，上述第一球面四杆单元的两个连接关节分别为：第一连接关节、第二连接关节，第一连接关节、第二连接关节分别设置在第一杆件、第四杆件的中部。
进一步地，上述第一连接关节、第二连接关节均为圆管，圆管内的孔的轴线与其所在杆的长度方向平行。
进一步地，上述第一连接关节的上底面分别到第一杆件两端的孔的距离相等。
进一步地，上述第二连接关节的下底面分别到第四杆件两端的孔的距离相等。
进一步地，上述相连接的两个关节通过销轴进行连接。
本发明的优点：
本发明提出一种单自由度三球面四杆回环机构，使机构不仅具有单自由度的特性、还具有展开为一个平面、折叠为伞状的一束、具有往复折展运动等特点，此机构将三个球面四杆单元回环连接，只包含转动副可使结构相对简单、易于加工和制造；基于此机构的折展特性，可进一步应用到折展帐篷或者航天航空领域等。
附图说明
图1为本发明提出的单自由度三球面四杆回环机构的整体三维图；
图2为图1中球面四杆单元的三维图；
图3为图1中球面四杆单元末端杆件三维图一；
图4为图1中球面四杆单元末端杆件三维图二；
图5为图1中球面四杆单元连接杆件三维图一；
图6为图1中球面四杆单元连接杆件三维图二；
图7为本发明提出的单自由度三球面四杆回环机构往复折展运动的示意图。
附图标号：
第一球面四杆单元A，第二球面四杆单元B，第三球面四杆单元C，
第一杆件A-1，第二杆件A-2，第三杆件A-3，第四杆件A-4，第五杆件B-1，第六杆件B-2，第七杆件B-3，第八杆件B-4，第九杆件C-1，第十杆件C-2，第十一杆件C-3，第十二杆件C-4，
第一孔A-1-1,第二孔A-1-2,第三孔A-2-1,第四孔A-2-2,第五孔A-3-1,第六孔A-3-2,第七孔A-4-1,第八孔A-4-2,
第一连接关节A-1-3,第二连接关节A-4-3，第三连接关节B-1-3，第四连接关节B-4-3，第五连接关节C-1-3，第六连接关节C-4-3。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
参照图1，本发明提出一种单自由度三球面四杆回环机构，包括结构相同的第一球面四杆单元A、第二球面四杆单元B和第三球面四杆单元C。
参见图1和图2，所述第一球面四杆单元A包括第一杆件A-1、第二杆件A-2、第三杆件A-3和第四杆件A-4；第二球面四杆单元B包括第五杆件B-1、第六杆件B-2、第七杆件B-3和第八杆件B-4；第三球面四杆单元C包括第九杆件C-1、第十杆件C-2、第十一杆件C-3和第十二杆件C-4，各杆件的长度和厚度均相同。
每个球面四杆单元的四个杆件依次首尾相接，且相接处为转动连接；在其中两个相邻的杆件中部设有连接关节。第一球面四杆单元A通过自身的两个连接关节分别与第二球面四杆单元B和第三球面四杆单元C的一个连接关节相连并实现转动连接，第二球面四杆单元B的另一个连接关节和第三球面四杆单元C的另一个连接关节相连并实现转动连接。该单自由度三球面四杆回环机构可实现展开为一个平面、折叠为伞状的一束、具有往复折展运动的特点。
第一球面四杆单元A、第二球面四杆单元B和第三球面四杆单元C的结构均相同，以下以第一球面四杆单元A为例进行详细介绍：
参见图1，所述第一球面四杆单元A中，第一杆件A-1的中部设有第一连接关节A-1-3，第四杆件A-4的中部设有第二连接关节A-4-3，第五杆件B-1上设有第三连接关节B-1-3，第八杆件B-4上设有第四连接关节B-4-3，第九杆件C-1上设有第五连接关节C-1-3，第十二杆件C-4上设有第六连接关节C-4-3。第一球面四杆单元A与第二球面四杆单元B通过第四杆件A-4、第五杆件B-1的第二连接关节A-4-3、第三连接关节B-1-3实现转动连接，第二球面四杆单元B与第三球面四杆单元C通过第八杆件B-4与第九杆件C-1的第四连接关节B-4-3、第五连接关节C-1-3实现转动连接，第三球面四杆单元C与第一球面四杆单元A通过第十二杆件C-4与第一杆件A-1的第六连接关节C-4-3、第一连接关节A-1-3实现转动连接。所述相连接的两个关节通过销轴进行转动连接。
如图2所示，所述的第一球面四杆单元A的第一杆件A-1分别与第二杆件A-2和第四杆件A-4实现转动连接、第二杆件A-2与第三杆件A-3实现转动连接，第三杆件A-3和第四杆件A-4实现转动连接。第一杆件A-1的第一孔A-1-1与第四杆件A-4的第八孔A-4-2插入销轴实现转动连接，第一杆件A-1的第二孔A-1-2与第二杆件A-2的第三孔A-2-1插入销轴实现转动连接，第二杆件A-2的第四孔A-2-2与第三杆件A-3的第五孔A-3-1插入销轴实现转动连接，第三杆件A-3的第六孔A-3-2与第四杆件A-4的第七孔A-4-1插入销轴实现转动连接。上述第一杆件A-1、第二杆件A-2、第三杆件A-3、第四杆件A-4上所有孔的轴线交于空间一点，构成球面四杆机构。
如图3和图4所示，所述的第二杆件A-2、第三杆件、A-3完全相同，其上分别包括第三孔A-2-1、第四孔A-2-2和第五孔A-3-1、第六孔A-3-2，且第三孔A-2-1、第四孔A-2-2的夹角等于第五孔A-3-1、第六孔A-3-2的夹角，孔的偏置大于等于孔的半径。
如图5所示，所述的第一杆件A-1包括第一孔A-1-1、第二孔A-1-2和第一连接关节A-1-3。第一孔A-1-1、第二孔A-1-2的轴线交于一点，第一连接关节连接关节为圆管，第一连接关节A-1-3的轴线与该关节所在面平行，并且第一连接关节A-1-3的上底面到第一孔A-1-1、第二孔A-1-2的距离相等。
如图6所示，所述的第四杆件A-4包括第七孔A-4-1、第八孔A-4-2和第二连接关节A-4-3，第七孔A-4-1、第八孔A-4-2的轴线交于一点，第二连接关节连接关节为圆管，第二连接关节A-4-3的轴线与该关节所在面平行，且第二连接关节A-4-3的下底面到第七孔A-4-1、第八孔A-4-2的距离相等；第一杆件A-1中第一孔A-1-1、第二孔A-1-2的轴线夹角与第四杆件A-4中第七孔A-4-1、第八孔A-4-2的轴线夹角相等。
所述第二球面四杆单元B与第三球面四杆单元C与第一球面四杆单元A的外形、机械结构以及装配方式完全相同，此处不再赘述。
通过上述连接，完成第一至第三球面四杆单元的组装。
如图7所示，本发明提出的单自由度三球面四杆回环机构通过机构的构型设计能够使机构不仅具有单自由度的特性、还具有展开为一个平面、折叠为伞状的一束、具有往复折展运动等特点，本发明提出的单自由度三球面四杆回环机构只存在转动副，不仅具有单自由度的特性、还具有展开为一个平面、折叠为一束、具有上下翻涌运动且结构简单等特点。本发明提出的单自由度三球面四杆回环机构将三个球面四杆单元回环连接，只包含转动副可使结构相对简单、易于加工和制造。基于此机构的折展特性，可进一步应用到折展帐篷或者航天航空领域等。
以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种单自由度三球面四杆回环机构，其特征在于：
包括三个球面四杆单元：第一球面四杆单元、第二球面四杆单元和第三球面四杆单元；
每个球面四杆单元包括四个杆件，四个杆件依次首尾相接，且相接处为转动连接；在其中两个相邻的杆件中部设有连接关节；
第一球面四杆单元通过自身的两个连接关节分别与第二球面四杆单元和第三球面四杆单元的一个连接关节相连并实现转动连接，第二球面四杆单元的另一个连接关节和第三球面四杆单元的另一个连接关节相连并实现转动连接。
2.根据权利要求1所述的一种单自由度三球面四杆回环机构，其特征在于：
所述第一球面四杆单元、第二球面四杆单元和第三球面四杆单元的结构相同。
3.根据权利要求1所述的一种单自由度三球面四杆回环机构，其特征在于：
所述第一球面四杆单元包括长度相同的四个杆件：第一杆件、第二杆件、第三杆件和第四杆件；每个杆件的两端分别设有一个用于连接的孔，两个孔的的轴线交于一点；相邻两个杆件通过其对应的孔插入销轴后实现转动连接。
4.根据权利要求3所述的一种单自由度三球面四杆回环机构，其特征在于：
所述第一球面四杆单元的两个连接关节分别为：第一连接关节、第二连接关节，第一连接关节、第二连接关节分别设置在第一杆件、第四杆件的中部。
5.根据权利要求4所述的一种单自由度三球面四杆回环机构，其特征在于：
所述第一连接关节、第二连接关节均为圆管，圆管内的孔的轴线与其所在杆的长度方向平行。
6.根据权利要求5所述的一种单自由度三球面四杆回环机构，其特征在于：
所述第一连接关节的上底面分别到第一杆件两端的孔的距离相等。
7.根据权利要求6所述的一种单自由度三球面四杆回环机构，其特征在于：
所述第二连接关节的下底面分别到第四杆件两端的孔的距离相等。
8.根据权利要求7所述的一种单自由度三球面四杆回环机构，其特征在于：
所述相连接的两个关节通过销轴进行连接。
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Legal Events
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