JP2579676B2 - 同期展開型トラス構造モジュール及び同期展開型トラス構造 - Google Patents
同期展開型トラス構造モジュール及び同期展開型トラス構造Info
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- JP2579676B2 JP2579676B2 JP63278341A JP27834188A JP2579676B2 JP 2579676 B2 JP2579676 B2 JP 2579676B2 JP 63278341 A JP63278341 A JP 63278341A JP 27834188 A JP27834188 A JP 27834188A JP 2579676 B2 JP2579676 B2 JP 2579676B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は１回転自由度を持つピンヒンジで構成され、
１つのアクチュエータによって同期展開可能である展開
トラス構造に関するものである。
１つのアクチュエータによって同期展開可能である展開
トラス構造に関するものである。
従来、宇宙ステーション構造等に用いられる代表的な
展開トラスのモジュールとして第７図（展開途中）に示
すものが下記の文献１に開示されている。これらのモジ
ュールとトラス部材を結合するヒンジは基本的には３つ
の回転自由度を持つ。そのためにヒンジ部の構成が複雑
になりヒンジ部でのがたつき等の製造誤差からくる不具
合を完全に抑えることは困難となる。また、下記の文献
２に開示されているもので、第８図に示したように展開
が複数の段階（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）を持つ展
開構造は、複数の（少なくとも展開の各段階の）アクチ
ュエータが必要であり重量の面からも好ましくない。ま
た従来のトラス構造の安全に関する基準はMaxwellの条
件と言われるものであり、これは空間内に安定なトラス
構造を構成する場合のトラス部材の数とノードの数との
関係であり次の様に書かれる。
展開トラスのモジュールとして第７図（展開途中）に示
すものが下記の文献１に開示されている。これらのモジ
ュールとトラス部材を結合するヒンジは基本的には３つ
の回転自由度を持つ。そのためにヒンジ部の構成が複雑
になりヒンジ部でのがたつき等の製造誤差からくる不具
合を完全に抑えることは困難となる。また、下記の文献
２に開示されているもので、第８図に示したように展開
が複数の段階（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）を持つ展
開構造は、複数の（少なくとも展開の各段階の）アクチ
ュエータが必要であり重量の面からも好ましくない。ま
た従来のトラス構造の安全に関する基準はMaxwellの条
件と言われるものであり、これは空間内に安定なトラス
構造を構成する場合のトラス部材の数とノードの数との
関係であり次の様に書かれる。
Ｎ（トラス部材の数）≧3M （ノードの自由度:Mはノードの数） これはすべてのトラスが３自由度のピンヒンジで結合
された場合の安定条件であって、３つの回転自由度のう
ち１つないし２つの回転自由度を拘束した場合、この安
定条件によって構成されている従来のトラスモジュール
は安定に必要のないトラス部材を持っていることにな
る。例えば第９図に示すトラス構造でピンヒンジP,Q,R
がそれぞれ３つの回転自由度をもっている場合、このト
ラス構造は不安定であるが、P,Q,Rがそれぞれ平面内の
回転１自由度のみをもっている場合にはこの構造は安定
となる。また従来のトラス構造のモジュールはそのモジ
ュールを複数製作してそれを組み合わせるといったもの
でなく隣同士のモジュールで共有する部材が存在してい
る。構造物が大形になるにつれて全体での調整、及び試
験は重力、大気などの影響によって実質上不可能となる
が、従来のトラス構造モジュールの考え方では個々のモ
ジュールあるいはいくつかのモジュールを組み合わせた
状態での調整、試験が不可能であり、基本モジュールの
利点を十分に活用していないといえる。
された場合の安定条件であって、３つの回転自由度のう
ち１つないし２つの回転自由度を拘束した場合、この安
定条件によって構成されている従来のトラスモジュール
は安定に必要のないトラス部材を持っていることにな
る。例えば第９図に示すトラス構造でピンヒンジP,Q,R
がそれぞれ３つの回転自由度をもっている場合、このト
ラス構造は不安定であるが、P,Q,Rがそれぞれ平面内の
回転１自由度のみをもっている場合にはこの構造は安定
となる。また従来のトラス構造のモジュールはそのモジ
ュールを複数製作してそれを組み合わせるといったもの
でなく隣同士のモジュールで共有する部材が存在してい
る。構造物が大形になるにつれて全体での調整、及び試
験は重力、大気などの影響によって実質上不可能となる
が、従来のトラス構造モジュールの考え方では個々のモ
ジュールあるいはいくつかのモジュールを組み合わせた
状態での調整、試験が不可能であり、基本モジュールの
利点を十分に活用していないといえる。
〔発明が解決しようとする課題〕 このように従来の多くのトラス構造ではヒンジ部に必
要以上の自由度があるためにその安定性が失なわれてい
る。またモジュール単位での組立、調整が不可能であ
る。本発明の目的はより少ない部材で安定し、同期した
展開が可能で、モジュールの連結によって大形に拡張可
能な展開トラス構造を提供することにある。
要以上の自由度があるためにその安定性が失なわれてい
る。またモジュール単位での組立、調整が不可能であ
る。本発明の目的はより少ない部材で安定し、同期した
展開が可能で、モジュールの連結によって大形に拡張可
能な展開トラス構造を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明はトラス構造のヒ
ンジをすべて１つの回転自由度のみに拘束するもので、
正六角形の六辺および該六角形の中心から各頂点へ引い
た六本の線にそって12本のトラス部材H1〜H12を配し、
この12本のトラス部材のうち、六角形のある一辺上のト
ラス部材T3とそれに平行な３本のトラス部材T6,T7,T110
とが中間で折り曲げ可能でかつ伸展時には折れ曲がる部
分をロックする機構を持ち、各々のトラス部材の結合部
は六角形を含む平面上でトラス部材に垂直な軸回りにの
み回転する１自由度のピンヒンジH1〜H7で結合される平
面トラス構造を六角形が平行になるように２つ配し対応
する頂点および中心同士を折れ曲がらないトラス部材T
41〜T47でつなぐことによって構成したトラス構造と、
このトラス構造内の１つのピンヒンジの回転角を操作す
るアクチュエータあるいは複数のピンヒンジの回転角を
統括的に操作するアクチュエータを有し、１つのピンヒ
ンジの回転角によって展開から収納までトラス構造全体
の形状が一意に決定できる事を特徴とする同期展開型ト
ラス構造モジュールを提供する。
ンジをすべて１つの回転自由度のみに拘束するもので、
正六角形の六辺および該六角形の中心から各頂点へ引い
た六本の線にそって12本のトラス部材H1〜H12を配し、
この12本のトラス部材のうち、六角形のある一辺上のト
ラス部材T3とそれに平行な３本のトラス部材T6,T7,T110
とが中間で折り曲げ可能でかつ伸展時には折れ曲がる部
分をロックする機構を持ち、各々のトラス部材の結合部
は六角形を含む平面上でトラス部材に垂直な軸回りにの
み回転する１自由度のピンヒンジH1〜H7で結合される平
面トラス構造を六角形が平行になるように２つ配し対応
する頂点および中心同士を折れ曲がらないトラス部材T
41〜T47でつなぐことによって構成したトラス構造と、
このトラス構造内の１つのピンヒンジの回転角を操作す
るアクチュエータあるいは複数のピンヒンジの回転角を
統括的に操作するアクチュエータを有し、１つのピンヒ
ンジの回転角によって展開から収納までトラス構造全体
の形状が一意に決定できる事を特徴とする同期展開型ト
ラス構造モジュールを提供する。
上述した本発明による展開トラス構造モジュールの構
成を第１図、第２図に示す。このモジュール内のすべて
のヒンジは例えば蝶番のような一自由度のピンヒンジ
で、図中Ａは折れ曲がり可能なトラスメンバーである。
このモジュール内の１つ以上のピンヒンジに例えば回転
バネのようなアクチュエータによって展開力が与えられ
たとき、他のピンヒンジは駆動されるピンヒンジに同期
して展開する。この特性を第３図に示すこのモジュール
の基本要素を用いて説明する。この部材Ｏ−Ｏ′は固定
されており、各部材間は１自由度をもつピンヒンジでつ
ながれている。また部材OQは折れ曲がり部材であり、Ｑ
点は図中のXZ平面内のみ動くことが可能である。簡単の
為に三角形OPQは正三角形、Ｐ′Ｑ′Ｏ′は図に示す−
Ｚ方向にPQOを平行移動した点とし、OP−PQ−QOは長さ
ｒとする。このとき角POQ、角OPQのXY平面への投影θは
常に60degである。またφを部材OPの展開角度とする。
成を第１図、第２図に示す。このモジュール内のすべて
のヒンジは例えば蝶番のような一自由度のピンヒンジ
で、図中Ａは折れ曲がり可能なトラスメンバーである。
このモジュール内の１つ以上のピンヒンジに例えば回転
バネのようなアクチュエータによって展開力が与えられ
たとき、他のピンヒンジは駆動されるピンヒンジに同期
して展開する。この特性を第３図に示すこのモジュール
の基本要素を用いて説明する。この部材Ｏ−Ｏ′は固定
されており、各部材間は１自由度をもつピンヒンジでつ
ながれている。また部材OQは折れ曲がり部材であり、Ｑ
点は図中のXZ平面内のみ動くことが可能である。簡単の
為に三角形OPQは正三角形、Ｐ′Ｑ′Ｏ′は図に示す−
Ｚ方向にPQOを平行移動した点とし、OP−PQ−QOは長さ
ｒとする。このとき角POQ、角OPQのXY平面への投影θは
常に60degである。またφを部材OPの展開角度とする。
４角形OPP′Ｏ′Ｏを考えた場合、つねにこの４角形
は一平面上にあるため、展開状態で平行であるOO′とP
P′はφの値によらず平行である。同様にPP′とQQ′も
常に平行である。よって上面（OPQ）動きを解析するこ
とで下面の（Ｏ′Ｐ′Ｑ′）の位置は決定される。
は一平面上にあるため、展開状態で平行であるOO′とP
P′はφの値によらず平行である。同様にPP′とQQ′も
常に平行である。よって上面（OPQ）動きを解析するこ
とで下面の（Ｏ′Ｐ′Ｑ′）の位置は決定される。
いまＰがφの展開角度をもつとすると、Ｐの座標は （r cosθcosφ,r cosφsinθ,r sinφ） で与えられる。するとＱの座標は次の連立方程式の解で
与えられる。
与えられる。
（Ｘ−r cosφcosθ）２＋（Ｙ−r cosφsinθ）２＋（Ｚ−r sinφ）２＝r2 （PQ間の距離がｒ） Ｙ＝Ｏ （ＱはYZ平面上） Ycosθ＋Xsinθ＝2r cosφsinθ （角OPQのXY平面への投影は常にθ） この解は Ｑ（2r cosφcosθ,O,O）or Q（2r cosφcosθ,O,2r si
nφ） でありφ＝π/2で後者はOQが2rとなり折れ曲がり部材で
は実現できないためＱは（2r cosφcosθ,O,O）であ
る。このように１つのリブの展開角度を動かすことです
べてのノードの位置が一意に決定できる。こういった一
つの三角柱の展開運動が隣接する三角柱に伝わりモジュ
ール全体が１自由度展開可能となる。つまり一つのアク
チュエータによって同期した展開、収納が行える。もち
ろん複数のピンヒンジを干渉しないように相互に調整し
ながら操作することでも展開、収納は可能である。また
ヒンジの自由度が拘束されることでトラスの安定条件も
変化し少ないトラス部材で同じ形状を構成できる。また
モジュールどうしの連結を行えるようにする。
nφ） でありφ＝π/2で後者はOQが2rとなり折れ曲がり部材で
は実現できないためＱは（2r cosφcosθ,O,O）であ
る。このように１つのリブの展開角度を動かすことです
べてのノードの位置が一意に決定できる。こういった一
つの三角柱の展開運動が隣接する三角柱に伝わりモジュ
ール全体が１自由度展開可能となる。つまり一つのアク
チュエータによって同期した展開、収納が行える。もち
ろん複数のピンヒンジを干渉しないように相互に調整し
ながら操作することでも展開、収納は可能である。また
ヒンジの自由度が拘束されることでトラスの安定条件も
変化し少ないトラス部材で同じ形状を構成できる。また
モジュールどうしの連結を行えるようにする。
第４図は本発明による同期展開型トラス構造モジュー
ルの第１の実施例を示すもので、後述する第２の実施例
とトポロジーは等しいが幾何学的寸法を異とするトラス
構造モジュールである。図中上面Ｕと下面Ｄは平行で縦
のトラス部材（Ｌ）はすべて平行である。展開メッシュ
アンテナの支持構造としてトラス構造を考えた場合、本
実施例のように“ゆがんだ”モジュールを用いることに
よってトラス構造がパラボラの曲率を荒く近似する事が
可能となる。
ルの第１の実施例を示すもので、後述する第２の実施例
とトポロジーは等しいが幾何学的寸法を異とするトラス
構造モジュールである。図中上面Ｕと下面Ｄは平行で縦
のトラス部材（Ｌ）はすべて平行である。展開メッシュ
アンテナの支持構造としてトラス構造を考えた場合、本
実施例のように“ゆがんだ”モジュールを用いることに
よってトラス構造がパラボラの曲率を荒く近似する事が
可能となる。
第５図は本発明による同期展開型トラス構造モジュー
ルの第２の実施例を示すものである。このトラスモジュ
ール内のヒンジはすべて１つの回転自由度のみを持つ例
えば蝶番のようなピンヒンジである。図中Ａは折れ曲が
り可能で展開状態ではロックするトラス部材、AXはスラ
イダー軸、Ｓはスライダー軸を軸回りに回転しないで移
動するスライダーで展開状態でスライダー軸に例えばマ
グネットのようなロック機構によってロックされる。Ｒ
はスライダーに回転１自由度のピンヒンジで取り付けら
れたスライダーリブである。スライダーリブは複数のピ
ンヒンジの統括的な制御とトラス構造の剛性、強度向上
のために取り付けられた部材であり、本発明に必ずしも
必要なものではない。このトラス構造の展開収納はスラ
イダーに取り付けられた例えばボールねじのようなアク
チュエータによってスライダーがスライダー軸を移動す
る事によって行なわれる。この場合アクチュエータは複
数のピンヒンジをスライダーリブを用いて統括的に制御
していることになる。収納状態ではスライダーはスライ
ダー軸上のＰに位置し、Ｆまで移動することで展開する
事ができる。この間スライダーリブは幾何学的拘束から
ピンヒンジの回転角θ１−θ４を同一の展開角θｄにす
る。完全展開状態でスライダーリブはトラス構造モジュ
ール内で斜め材となって、モジュールの強度、剛性を高
める働きをする。
ルの第２の実施例を示すものである。このトラスモジュ
ール内のヒンジはすべて１つの回転自由度のみを持つ例
えば蝶番のようなピンヒンジである。図中Ａは折れ曲が
り可能で展開状態ではロックするトラス部材、AXはスラ
イダー軸、Ｓはスライダー軸を軸回りに回転しないで移
動するスライダーで展開状態でスライダー軸に例えばマ
グネットのようなロック機構によってロックされる。Ｒ
はスライダーに回転１自由度のピンヒンジで取り付けら
れたスライダーリブである。スライダーリブは複数のピ
ンヒンジの統括的な制御とトラス構造の剛性、強度向上
のために取り付けられた部材であり、本発明に必ずしも
必要なものではない。このトラス構造の展開収納はスラ
イダーに取り付けられた例えばボールねじのようなアク
チュエータによってスライダーがスライダー軸を移動す
る事によって行なわれる。この場合アクチュエータは複
数のピンヒンジをスライダーリブを用いて統括的に制御
していることになる。収納状態ではスライダーはスライ
ダー軸上のＰに位置し、Ｆまで移動することで展開する
事ができる。この間スライダーリブは幾何学的拘束から
ピンヒンジの回転角θ１−θ４を同一の展開角θｄにす
る。完全展開状態でスライダーリブはトラス構造モジュ
ール内で斜め材となって、モジュールの強度、剛性を高
める働きをする。
第６図は本発明による第３の実施例を示すもので、上
記第１の実施例及び第２の実施例を組み合わせて構成し
た大型トラス構造である。図中Ｃのモジュールは第２の
実施例で示したトラスで、Ｃ以外のモジュールA,B,D;E,
Fは第１の実施例で示した“ゆがんだ”トラスである。
このように組み合わせることで曲面を構成することが可
能でさらに組み合わせ状態でもトラスの同期展開性能は
変わらない。
記第１の実施例及び第２の実施例を組み合わせて構成し
た大型トラス構造である。図中Ｃのモジュールは第２の
実施例で示したトラスで、Ｃ以外のモジュールA,B,D;E,
Fは第１の実施例で示した“ゆがんだ”トラスである。
このように組み合わせることで曲面を構成することが可
能でさらに組み合わせ状態でもトラスの同期展開性能は
変わらない。
以上説明したように本発明による同期展開型トラス構
造ではヒンジをすべて１つの回転自由度に拘束すること
で従来のトラスより少ない部材で安定なトラス構造を構
成することが可能で、さらに１つのヒンジのコントロー
ルによってトラス構造全体の同期した展開も可能とす
る。
造ではヒンジをすべて１つの回転自由度に拘束すること
で従来のトラスより少ない部材で安定なトラス構造を構
成することが可能で、さらに１つのヒンジのコントロー
ルによってトラス構造全体の同期した展開も可能とす
る。
第１図は本発明によるトラス構造モジュールを示す外観
図、第２図は第１図の1/2モジュール展開過程を示す
図、第３図は第１図に用いるヒンジの一次元展開を説明
する図、第４図は本発明による第１実施例を示す斜視
図、第５図は本発明による第２の実施例を示す斜視図、
第６図は本発明による第３の実施例を示す斜視図、第７
図は従来の代表的なトラス構造のモジュールを示す図、
第８図は複数の展開ステージをもつ従来のトラス構造を
示す図、第９図はピンヒンジの自由度とトラス構造の安
定を説明する図である。 T1〜T12,T11〜T32……トラス部材、H1〜H7,H11〜H17…
…ヒンジ、Ａ……中折れトラス部材
図、第２図は第１図の1/2モジュール展開過程を示す
図、第３図は第１図に用いるヒンジの一次元展開を説明
する図、第４図は本発明による第１実施例を示す斜視
図、第５図は本発明による第２の実施例を示す斜視図、
第６図は本発明による第３の実施例を示す斜視図、第７
図は従来の代表的なトラス構造のモジュールを示す図、
第８図は複数の展開ステージをもつ従来のトラス構造を
示す図、第９図はピンヒンジの自由度とトラス構造の安
定を説明する図である。 T1〜T12,T11〜T32……トラス部材、H1〜H7,H11〜H17…
…ヒンジ、Ａ……中折れトラス部材
Claims (3)
- 【請求項１】正六角形の六辺および該六角形の中心から
各頂点へ引いた六本の線にそって12本のトラス部材を配
し、この12本のトラス部材のうち、六角形のある一辺上
のトラス部材とそれに平行な３本のトラス部材とが中間
で折り曲げ可能でかつ伸展時には折れ曲がる部分をロッ
クする機構を持ち、各々のトラス部材の結合部は六角形
を含む平面上でトラス部材に垂直な軸回りにのみ回転す
る１自由度のピンヒンジで結合される平面トラス構造を
六角形が平行になるように２つ配し対応する頂点および
中心同士を折れ曲がらないトラス部材でつなぐことによ
って構成したトラス構造と、このトラス構造内の１つの
ピンヒンジの回転角を操作するアクチュエータあるいは
複数のピンヒンジの回転角を統括的に操作するアクチュ
エータを有し、１つのピンヒンジの回転角によって展開
から収納までトラス構造全体の形状が一意に決定できる
事を特徴とする同期展開型トラス構造モジュール。 - 【請求項２】上記トラス構造にトポロジーが等しい構成
を持つ請求項（１）に記載の同期型トラス構造モジュー
ル。 - 【請求項３】上記請求項（１）および（２）のトラス構
造モジュールの少なくともいずれか一方を複数個組み合
わせて構成した同期展開型トラス構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63278341A JP2579676B2 (ja) | 1988-11-02 | 1988-11-02 | 同期展開型トラス構造モジュール及び同期展開型トラス構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63278341A JP2579676B2 (ja) | 1988-11-02 | 1988-11-02 | 同期展開型トラス構造モジュール及び同期展開型トラス構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02127197A JPH02127197A (ja) | 1990-05-15 |
| JP2579676B2 true JP2579676B2 (ja) | 1997-02-05 |
Family
ID=17595981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63278341A Expired - Fee Related JP2579676B2 (ja) | 1988-11-02 | 1988-11-02 | 同期展開型トラス構造モジュール及び同期展開型トラス構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2579676B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105350646B (zh) * | 2015-10-23 | 2018-05-15 | 东南大学 | 一种基于六边形几何的二维张拉整体结构单元 |
-
1988
- 1988-11-02 JP JP63278341A patent/JP2579676B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02127197A (ja) | 1990-05-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |