CN216641626U - 一种基于4d打印的智能便携式帐篷 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于4D打印的智能便携式帐篷。包括支撑架、覆盖在支撑架外部的篷布、端盖和地锥，支撑架的顶部设置有端盖，位于支撑架顶部的篷布卡扣于端盖中，地锥卡扣在支撑架的底部上，地锥的底部垂直插入泥土中；支撑架包括竖直支撑组件、第三智能铰链、下支撑杆、第二智能铰链和第一智能铰链，长方形每个角的第三智能铰链剩余的一个连接端朝上且均经竖直支撑组件和端盖连接，竖直支撑组件包括上支撑杆、第四智能铰链、中支撑杆和连接杆，所述的端盖包括金属上盖、金属中盖和金属下盖。本实用新型可由4D打印机打印而成，会由一个小巧的长方体展开成一个稳固的立体结构。断开电源后就可继续端盖、篷布和地锥的安装，节省了安装的时间。

Description

一种基于4D打印的智能便携式帐篷

技术领域

本实用新型涉及了一种帐篷，具体涉及了一种基于4D打印的可折叠帐篷。

背景技术

在野外露营，帐篷是撑在地上遮风挡雨、休息的棚子，由支撑架和防水的帆布做成。帐篷以散件的形式携带，到达目的地后拼装成整体。但是拼装者需要熟悉帐篷的构造，搭建完整个帐篷需要耗费很长的时间，并且携带时占用空间大，比较笨重。4D打印是一种新型技术，目前一个显著的特点是可折叠。通过打印编辑好的初始形状，后续在光、热、电等的刺激下可以完全恢复到原状。这个特点完全可以与露营帐篷相结合，制造一种方便携带、拼装的帐篷。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种4D打印智能便携式帐篷，本实用新型的帐篷与地面连接可靠，可以自动折叠，携带占用空间小，组装方便，密封效果好，适用于在室外、郊游等户外休息。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型的智能便携式帐篷包括支撑架、覆盖在支撑架外部的篷布、端盖和地锥，支撑架的顶部设置有端盖，位于支撑架顶部的篷布卡扣于端盖中，位于支撑架底部的篷布包覆在支撑架底部，地锥卡扣在支撑架的底部上，地锥的底部垂直插入泥土中。地锥由普通的钢材制成，两个支撑脚呈锯齿状，方便深入地下且不容易拔出，有很好的稳定作用。

所述的支撑架主要由4D打印的智能铰链和支撑杆组合而成，智能铰链和支撑杆连接，支撑架包括竖直支撑组件、第三智能铰链、下支撑杆、第二智能铰链和第一智能铰链，支撑架展开时，支撑架的底部呈长方形，长方形的每个角布置一个第三智能铰链，长方形的每条边均主要由两根下支撑杆以及连接在两根下支撑杆一端之间的下支撑杆智能铰链构成，两根下支撑杆另一端分别连接到长方形两个角上的两个第三智能铰链的一个连接端，每个第三智能铰链其中两个连接端分别连接长方形的两条边；长方形每个角的第三智能铰链剩余的一个连接端朝上且均经竖直支撑组件和端盖连接，竖直支撑组件包括上支撑杆、第四智能铰链、中支撑杆和连接杆，第三智能铰链剩余的一个连接端和中支撑杆下端连接，中支撑杆上端经第四智能铰链后与上支撑杆下端连接，上支撑杆上端经连接杆和端盖的金属下盖连接；长方形四个角的第三智能铰链所连接的竖直支撑组件中的连接杆连接到端盖的金属上盖沿周向均布的四处；

所述的端盖包括金属上盖、金属中盖和金属下盖，金属中盖呈两层阶梯状圆柱，主要由两个半径不同的圆柱同轴固定连接而成，两个半径不同的圆柱之间形成凸台，半径较小的圆柱位于下部，半径较小的圆柱的周向上布置有螺纹，与金属下盖通过螺母固定连接，沿半径较大的圆柱的一端面上间隔均匀地布置若干个连接钉，连接钉连接钉用于和篷布连接结合，沿半径较大的圆柱的周向设有环形槽，金属上盖底端卡扣在环形槽中，使得处在支撑架顶部的篷布卡扣在金属上盖和金属中盖之间，增加密封性。

具体实施中，连接杆可以为弯折结构，第四智能铰链、第二智能铰链和第一智能铰链可弯折形变。

沿所述的金属下盖的周向间隔均匀地开有四个圆孔，每个圆孔中均固定安装一个连接杆的上端，每个连接杆的下端与上支撑杆的上端固定连接。

所述的上支撑杆与水平面之间具有夹角，夹角的大小为30°～70°。第四智能铰链能弯曲，第四智能铰链与上支撑杆连接的一端与水平面的夹角等于上支撑杆与水平面的夹角。第四智能铰链与中支撑杆连接的一端与水平面的夹角等于中支撑杆与水平面的夹角，且第四智能铰链与中支撑杆连接的一端与水平面垂直。

所述的第三智能铰链具有三个连接端，三个连接端相互垂直；第四智能铰链、第二智能铰链和第一智能铰链均具有两个连接端，两个连接端平行。

所述的地锥呈U字型，地锥中部为光滑段，地锥两端内侧呈锯齿状，向外展开的最大角度是30°让锯齿段顺利通过下支撑杆，地锥的光滑段卡扣在下支撑杆上，地锥呈锯齿状的部分插入泥土中，用于固定智能便携式帐篷，增加智能便携式帐篷的稳定性。

所述的下支撑杆智能铰链为第二智能铰链或者第一智能铰链，长方形四条边中一对对称布置的两条边的下支撑杆智能铰链均为第二智能铰链，长方形四条边中另一对对称布置的两条边的下支撑杆智能铰链均为第一智能铰链。

所述的第四智能铰链、第三智能铰链、第二智能铰链和第一智能铰链采用形状记忆聚合物材料制成。

每个所述的上支撑杆的中间端均布置有拉环，拉环用于连接固定篷布。

所述的上支撑杆、中支撑杆、和下支撑杆均采用轻质高强度材料，如碳纤维增强的碳基复合材料制备而成，例如碳纤维增强陶瓷基复合材料，碳纤维增强金属基复合材料，碳纤维增强的树脂基复合材料。

所述的第四智能铰链、第三智能铰链、第二智能铰链和第一智能铰链具有不同的玻璃化温度，第四智能铰链、第三智能铰链、第二智能铰链和第一智能铰链的玻璃化温度依次降低。

所述的篷布是新型防水布，篷布的顶端有四个环，四个环分别套在各自的连接钉上，在篷布内接有多条拉绳，拉绳的方向沿着半径方向，篷布上的拉绳一端绑在拉环10上，用于将篷布固定在支撑架上，拉绳的另一端固定在支撑架四边上，在篷布的一侧面上设有一条拉链做成的接缝，方便人的进出。

所述的4D打印的智能铰链是一种由现在4D打印技术打印出来的新型构件。 4D打印是在3D打印的基础上增加了时间的维度，具有形状记忆的性质，可以记住智能构件之前的形状。随着时间的推移，此智能构件在外部电流的刺激下，能够自发驱动发生形状的改变，即在电流的作用下，折叠成长方体的支撑架将会展开，其中第一智能铰链先展开，然后第二智能铰链展开，接着第三智能铰链展开，最后上方第四智能铰链会呈现弯曲用于承载篷布。

本实用新型4D打印智能便携式帐篷，搭建简单，携带轻巧占用空间小，搭建之前只有一个四边形、一个篷布、端盖和地锥，带有倒刺的地锥使得帐篷更加牢固，能轻松应付于各种场景，智能构件内部设置电路，只需要连接上蓄电池加以电流的刺激，便可搭建支撑架。

所述的4D打印的智能铰链是一种由现在4D打印技术打印出来的新型构件。 4D打印是在3D打印的基础上增加了时间的维度，具有形状记忆的性质，可以记住智能构件之前的形状。随着时间的推移，此智能构件在外部电流的刺激下，能够自发驱动发生形状的改变，即在电流的作用下，折叠成长方体的支撑架将会展开，其中第一智能铰链先展开，然后第二智能铰链展开，接着第三智能铰链展开，最后上方第四智能铰链会呈现弯曲用于承载篷布。

本实用新型4D打印智能便携式帐篷，搭建简单，携带轻巧占用空间小，搭建之前只有一个四边形、一个篷布、端盖和地锥，带有倒刺的地锥使得帐篷更加牢固，能轻松应付于各种场景，智能构件内部设置电路，只需要连接上蓄电池加以电流的刺激，便可搭建支撑架。

所述的地锥由弹簧钢制成，两个支撑脚呈锯齿状，方便深入地下且不容易拔出，有很好的稳定作用。

本实用新型的智能铰链是一种由现在4D打印技术打印出来的新型构件，由VeroWhitePlus和TangOblackPlus混合而成的4种不同形状记忆聚合物制成，它们具有不同的玻璃化温度。形状记忆聚合物达到它的玻璃化温度会软化，此时可对它进行形状编辑。当降温冷却后仍保持编辑后的形状，若对它加热到玻璃化温度则会恢复原状。第四智能铰链、第三智能铰链、第二智能铰链和第一智能铰链的玻璃化温度由低到高排列是：第一智能铰链，第二智能铰链，第三智能铰链，第四智能铰链。4D打印是在3D打印的基础上增加了智能材料，形状记忆聚合物是智能材料的一种。因此4D打印相比3D打印多了时间的维度，具有形状记忆的性质，可以记住智能构件之前的形状。随着时间的推移，此智能构件在外部电流的刺激下，能够自发驱动发生形状的改变，即在电流的作用下，折叠成长方体的支撑架将会展开，其中第一智能铰链先展开，然后铰链C 展开，接着铰链B展开，最后上方第四智能铰链会呈现弯曲用于承载篷布。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型的支撑杆和智能铰链是由3D打印机打印而成的整体，在未展开成立体的形状时是一个小巧的长方体，携带方便。

2.本实用新型在使用时只需接通电源，智能便携式帐篷就会就会由一个小巧的长方体展开成一个稳固的立体结构。断开电源后就可继续端盖、篷布和地锥的安装，节省了安装的时间。当不使用帐篷时，只需再通电进行折叠成长方体就可以。

附图说明

图1是本实用新型4D打印智能构件便携式帐篷结构示意图；

图2是本实用新型4D打印智能构件便携式帐篷的端盖示意图；

图3是本实用新型4D打印智能构件便携式帐篷的地锥示意图。

图中，1金属上盖，2连接杆，3上支撑杆，4第四智能铰链，5中支撑杆， 6第三智能铰链，7下支撑杆，8第二智能铰链，9第一智能铰链，10拉环，11 连接钉，12金属中盖，13金属下盖，14地锥。

具体实施方式

以下配合本实用新型的较佳实施例，进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段。

为了更好的理解本实用新型的功能和结构以及展开方式，下面结合附图来详细阐述实施方式。

如图1所示，本实用新型的智能便携式帐篷包括支撑架、覆盖在支撑架外部的篷布、端盖和地锥14，支撑架的顶部设置有端盖，位于支撑架顶部的篷布卡扣于端盖中，位于支撑架底部的篷布包覆在支撑架底部，地锥14卡扣在支撑架的底部上，地锥14的底部垂直插入泥土中。地锥14由普通的钢材制成，两个支撑脚呈锯齿状，方便深入地下且不容易拔出，有很好的稳定作用。

支撑架主要由4D打印的智能铰链和支撑杆组合而成，智能铰链和支撑杆连接，支撑架包括竖直支撑组件、第三智能铰链6、下支撑杆7、第二智能铰链8 和第一智能铰链9，支撑架展开时，支撑架的底部呈长方形，长方形的每个角布置一个第三智能铰链6，长方形的每条边均主要由两根下支撑杆7以及连接在两根下支撑杆7一端之间的下支撑杆智能铰链构成，两根下支撑杆7另一端分别连接到长方形两个角上的两个第三智能铰链6的一个连接端，每个第三智能铰链6其中两个连接端分别连接长方形的两条边；长方形每个角的第三智能铰链6 剩余的一个连接端朝上且均经竖直支撑组件和端盖连接，竖直支撑组件包括上支撑杆3、第四智能铰链4、中支撑杆5和连接杆2，第三智能铰链6剩余的一个连接端和中支撑杆5下端连接，中支撑杆5上端经第四智能铰链4后与上支撑杆3下端连接，上支撑杆3上端经连接杆2和端盖的金属下盖13连接；长方形四个角的第三智能铰链6所连接的竖直支撑组件中的连接杆2连接到端盖的金属上盖1沿周向均布的四处；

如图1和图2所示，端盖包括金属上盖1、金属中盖12和金属下盖13，金属中盖12呈两层阶梯状圆柱，主要由两个半径不同的圆柱同轴固定连接而成，两个半径不同的圆柱之间形成凸台，半径较小的圆柱位于下部，半径较小的圆柱的周向上布置有螺纹，与金属下盖13通过螺母固定连接，沿半径较大的圆柱的一端面上间隔均匀地布置若干个连接钉11，连接钉11连接钉11用于和篷布连接结合，沿半径较大的圆柱的周向设有环形槽，金属上盖1底端卡扣在环形槽中，使得处在支撑架顶部的篷布卡扣在金属上盖1和金属中盖12之间，增加密封性。

具体实施中，连接杆2可以为弯折结构，第四智能铰链4、第二智能铰链8 和第一智能铰链9可弯折形变。

沿金属下盖13的周向间隔均匀地开有四个圆孔，每个圆孔中均固定安装一个连接杆2的上端，每个连接杆2的下端与上支撑杆3的上端固定连接。

上支撑杆3与水平面之间具有夹角，夹角的大小为30°～70°。第四智能铰链4能弯曲，第四智能铰链4与上支撑杆3连接的一端与水平面的夹角等于上支撑杆3与水平面的夹角。第四智能铰链4与中支撑杆5连接的一端与水平面的夹角等于中支撑杆5与水平面的夹角，且第四智能铰链4与中支撑杆5连接的一端与水平面垂直。

第三智能铰链6具有三个连接端，三个连接端相互垂直；第四智能铰链4、第二智能铰链8和第一智能铰链9均具有两个连接端，两个连接端平行。

地锥14呈U字型，地锥14中部为光滑段，地锥14两端内侧呈锯齿状，向外展开的最大角度是30°让锯齿段顺利通过下支撑杆，地锥14的光滑段卡扣在下支撑杆7上，地锥14呈锯齿状的部分插入泥土中，用于固定智能便携式帐篷，增加智能便携式帐篷的稳定性。

下支撑杆智能铰链为第二智能铰链8或者第一智能铰链9，长方形四条边中一对对称布置的两条边的下支撑杆智能铰链均为第二智能铰链8，长方形四条边中另一对对称布置的两条边的下支撑杆智能铰链均为第一智能铰链9。

第四智能铰链4、第三智能铰链6、第二智能铰链8和第一智能铰链9采用形状记忆聚合物材料制成。

每个上支撑杆3的中间端均布置有拉环10，拉环10用于连接固定篷布。

上支撑杆3、中支撑杆5、和下支撑杆7均采用轻质高强度材料，如碳纤维增强的碳基复合材料制备而成。

第四智能铰链4、第三智能铰链6、第二智能铰链8和第一智能铰链9具有不同的玻璃化温度，第四智能铰链4、第三智能铰链6、第二智能铰链8和第一智能铰链9的玻璃化温度依次降低。

篷布是新型防水布，篷布的顶端有四个环，四个环分别套在各自的连接钉上，在篷布内接有多条拉绳，拉绳的方向沿着半径方向，篷布上的拉绳一端绑在拉环10上，用于将篷布固定在支撑架上，拉绳的另一端固定在支撑架四边上，在篷布的一侧面上设有一条拉链做成的接缝，方便人的进出。

4D打印的智能铰链是一种由现在4D打印技术打印出来的新型构件。4D打印是在3D打印的基础上增加了时间的维度，具有形状记忆的性质，可以记住智能构件之前的形状。随着时间的推移，此智能构件在外部电流的刺激下，能够自发驱动发生形状的改变，即在电流的作用下，折叠成长方体的支撑架将会展开，其中第一智能铰链9先展开，然后第二智能铰链8展开，接着第三智能铰链6展开，最后上方第四智能铰链4会呈现弯曲用于承载篷布。

本实用新型4D打印智能便携式帐篷，搭建简单，携带轻巧占用空间小，搭建之前只有一个四边形、一个篷布、端盖和地锥，带有倒刺的地锥使得帐篷更加牢固，能轻松应付于各种场景，智能构件内部设置电路，只需要连接上蓄电池加以电流的刺激，便可搭建支撑架。

本实用新型4D打印智能便携式帐篷支撑架结构如图1所示。便携式智能帐篷在打印完成后是一个长方体。到达目的地后，将携带的蓄电池与智能帐篷连接。按下智能帐篷上的开关，第一智能铰链9在受热后达到玻璃化转变温度会首先展开，待第一智能铰链9完全展开至水平状后，第二智能铰链8受热后达到它的玻璃化转变温度后开始展开，当第二智能铰链8完全展开至水平状，然后第三智能铰链6受热后达到它的玻璃化转变温度后展开，第一智能铰链9、第二智能铰链8、第三智能铰链6展开后与下支撑杆7构成了一个长方体底座，竖直方向上的第三智能铰链6的展开，带动中支撑杆5至竖直状态，最后第四智能铰链4受热后达到它的玻璃化转变温度后开始展开，带动上支撑杆3和水平面呈45°。

然后用连接杆2将下金属盖13与上支撑杆3螺纹连接，金属中盖12与金属下盖13采用螺纹连接，将篷布的四个环分别套在各自对应的连接钉11上，再将上金属盖1压着篷布卡扣在金属中盖12中的环形槽中，接着，将篷布套在支撑架上，并将篷布上的细绳绑在拉环10上，最后将地锥14插在下支撑杆7 上，提高整体的稳定性。

当不使用智能便携式帐篷时，先将连接杆2与上支撑杆3拆卸，将端盖取下，然后，将携带的蓄电池与智能帐篷连接，当智能铰链达到它的玻璃化温度后就会软化，可以将它折叠，折叠的顺序与展开的顺序相反，第四智能铰链4、第三智能铰链6、第二智能铰链8、第一智能铰链9依次折叠后就可以形成一个小巧的长方体，上支撑杆3的长度等于中支撑杆5的长度，沿着第四智能铰链4 的中部对折折叠，使得上支撑杆3与中支撑杆5重合，然后将竖直的第三智能铰链6与下支撑杆7连接的第三智能铰链6重叠，第四智能铰链4长度的一半和中支撑杆5的长度之和等于下支撑杆7的长度，从而使得已经对折后的第四智能铰链4的一半和中支撑杆5与下支撑杆7重叠，然后再沿着第二智能铰链8 的中部对折，使得智能便携式帐篷左右部分重叠，最后再沿着第一智能铰链9 的中部折叠，使得智能便携式帐篷的前后部分重叠，最终形成一个小巧的长方体。

以上所述仅是本实用新型的优选实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，虽然本实用新型已以优选实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种基于4D打印的智能便携式帐篷，其特征在于：

包括支撑架、覆盖在支撑架外部的篷布、端盖和地锥(14)，支撑架的顶部设置有端盖，位于支撑架顶部的篷布卡扣于端盖中，地锥(14)卡扣在支撑架的底部上，地锥(14)的底部垂直插入泥土中；

所述的支撑架包括竖直支撑组件、第三智能铰链(6)、下支撑杆(7)、第二智能铰链(8)和第一智能铰链(9)，支撑架展开时，支撑架的底部呈长方形，长方形的每个角布置一个第三智能铰链(6)，长方形的每条边均主要由两根下支撑杆(7)以及连接在两根下支撑杆(7)一端之间的下支撑杆智能铰链构成，两根下支撑杆(7)另一端分别连接到长方形两个角上的两个第三智能铰链(6)的一个连接端，每个第三智能铰链(6)其中两个连接端分别连接长方形的两条边；

所述的长方形每个角的第三智能铰链(6)剩余的一个连接端朝上且均经竖直支撑组件和端盖连接，竖直支撑组件包括上支撑杆(3)、第四智能铰链(4)、中支撑杆(5)和连接杆(2)，第三智能铰链(6)剩余的一个连接端和中支撑杆(5)下端连接，中支撑杆(5)上端经第四智能铰链(4)后与上支撑杆(3)下端连接，上支撑杆(3)上端经连接杆(2)和端盖连接；长方形四个角的第三智能铰链(6)所连接的竖直支撑组件中的连接杆(2)连接到端盖沿周向均布的四处；

所述的第四智能铰链(4)、第三智能铰链(6)、第二智能铰链(8)和第一智能铰链(9)采用形状记忆聚合物材料制成。

2.根据权利要求1所述的基于4D打印的智能便携式帐篷，其特征在于：

所述的端盖包括金属上盖(1)、金属中盖(12)和金属下盖(13)，金属中盖(12)呈两层阶梯状圆柱，主要由两个半径不同的圆柱同轴固定连接而成，两个半径不同的圆柱之间形成凸台，半径较小的圆柱位于下部，半径较小的圆柱与金属下盖(13)固定连接，沿半径较大的圆柱的一端面上间隔均匀地布置若干个连接钉(11)，连接钉(11)用于和篷布连接结合，沿半径较大的圆柱的周向设有环形槽，金属上盖(1)底端卡扣在环形槽中。

3.根据权利要求2所述的基于4D打印的智能便携式帐篷，其特征在于：

沿所述的金属下盖(13)的周向间隔均匀地开有四个圆孔，每个圆孔中均固定安装一个连接杆(2)的上端，每个连接杆(2)的下端与上支撑杆(3)的上端固定连接。

4.根据权利要求2所述的基于4D打印的智能便携式帐篷，其特征在于：

所述的上支撑杆(3)与水平面之间具有夹角，夹角的大小为30°～70°。

5.根据权利要求2所述的基于4D打印的智能便携式帐篷，其特征在于：

所述的第三智能铰链(6)具有三个连接端，三个连接端相互垂直；第四智能铰链(4)、第二智能铰链(8)和第一智能铰链(9)均具有两个连接端，两个连接端平行。

6.根据权利要求1所述的基于4D打印的智能便携式帐篷，其特征在于：

所述的地锥(14)呈U字型，地锥(14)中部为光滑段，地锥(14)两端内侧呈锯齿状，地锥(14)的光滑段卡扣在下支撑杆(7)上，地锥(14)呈锯齿状的部分插入泥土中。

7.根据权利要求2所述的基于4D打印的智能便携式帐篷，其特征在于：

所述的下支撑杆智能铰链为第二智能铰链(8)或者第一智能铰链(9)，长方形四条边中一对对称布置的两条边的下支撑杆智能铰链均为第二智能铰链(8)，长方形四条边中另一对对称布置的两条边的下支撑杆智能铰链均为第一智能铰链(9)。

8.根据权利要求2所述的基于4D打印的智能便携式帐篷，其特征在于：每个所述的上支撑杆(3)的中间端均布置有拉环(10)，拉环(10)用于连接固定篷布。

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