CN107933963A - 一种曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构 - Google Patents
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Abstract
一种曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构，该折展机构的旋转机座上、下两层分别对应四个铰链座，支持杆一端通过铰链与铰链座连接，两侧通过铰链连接曲柄滑块机构，驱动杆一端通过铰链与支架杆连接，另一端通过铰链与从动杆连接，从动杆一端通过铰链与驱动杆连接，另一端通过铰链与第二滑块连接，最后一组曲柄滑块机构的从动杆一端通过铰链与驱动杆连接，另一端通过铰链与第一滑块连接，第一滑块与最后一组曲柄滑块机构的从动杆连接，第二滑块一端通过铰链与从动杆连接，另一端通过铰链与后一曲柄滑块机构的驱动杆连接，柔性铰链两端连接两个可展模块。本发明适用于空间折展臂、大口径折展天线、空间站基础骨架等航天工程。
Description
技术领域
本发明涉及一种折展机构，特别是一种曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构。
背景技术
随着航空航天技术的发展，国内外诸多学者对折展机构进行研究与探讨，哈尔滨工业大学邓宗全教授对折展机构按展开与收拢方式分为四类：依靠材料弹性变形展开方式、铰接构架式展开方式、固面展开方式、充气展开方式。本专利为主要针对铰接构架式展开方式进行发明创造。
中国专利201410538119.4公开了一种球面天线支撑机构，该发明可折展单元复杂，折展过程复杂，当折展机构进入空间轨道时，机构展开至工作状态较为困难；中国专利201210310876.7公布了一种正三角形平面阵列可展机构，该专利仅可在平面折叠，折叠比小；中国专利201410055564.5公布了一种空间可展机构，该专利的可展单元为10杆10副机构，机构冗余自由度较大，稳定性能较差。现在迫切需要一种结构简单、折叠过程简单、可在空间折叠、折叠比大、高稳定性、高可靠性的折展机构。
目前，尚未见到一种结构简单、折叠过程简单、可在空间折叠、折叠比大、高稳定性、高可靠性的折展机构发明设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构，它具有结构简单、折叠过程简单、可在空间折叠、折叠比大、高稳定性、高可靠性、高刚度、高强度、高定位精度等特点。
本发明的技术方案是：一种曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构，包括旋转机座、支架杆、驱动杆、从动杆、第一滑块、第二滑块和柔性铰链，具体结构和连接关系如下：
所述旋转机座为八边形机座，分上、下两层，上、下两层分别对应四个铰链座，铰链座嵌套在旋转机座内，铰链座能够在旋转机座上任意方位转动；所述支架杆一端通过铰链与铰链座连接，两侧通过铰链连接曲柄滑块机构；所述驱动杆一端通过铰链与支架杆连接，另一端通过铰链与从动杆连接；所述从动杆一端通过铰链与驱动杆连接，另一端通过铰链与第二滑块连接，最后一组曲柄滑块机构的从动杆一端通过铰链与驱动杆连接，另一端通过铰链与第一滑块连接；所述第一滑块与最后一组曲柄滑块机构的从动杆连接；所述第二滑块一端通过铰链与从动杆连接，另一端通过铰链与后一曲柄滑块机构的驱动杆连接；所述柔性铰链两端连接两个可展模块，两个可展模块能够通过柔性铰链的中间柔性体任意旋转。
所述铰链座为弧形铰链座，铰链座的弧形板嵌套在旋转机座的内侧，铰链座能够在弧形板的约束下，以旋转机座为中心进行360°旋转。
所述曲柄滑块机构为多组，不同组的相同构件通过一定比例缩放得到。
所述曲柄滑块机构包括驱动杆、从动杆和滑块，所述驱动杆一端通过铰链与支架杆连接，另一端通过铰链与从动杆连接，所述从动杆一端通过铰链与驱动杆连接，另一端通过铰链与滑块连接，所述滑块嵌套在支架杆上。
所述滑块包括第一滑块和第二滑块，滑块均为中空构件，嵌套在支架杆上，通过移动副与支架杆连接。
所述可展模块包括旋转机座、支架杆、驱动杆、从动杆、第一滑块和第二滑块。
所述柔性铰链为三自由度柔性铰链，能够沿任意方向弯曲变形，且不受力时会恢复原来形状。
所述曲柄滑块机构中滑块运动方向与从动杆的夹角大于90°，小于180°。
本发明的突出优点在于：
1、构件均由连杆构成，质量轻，结构简单，杆件加工容易，制作成本低，推广应用好；所有运动副均为转动副，可通过电机驱动，调节电机速度，增加折展机构的稳定性和可靠性；且机构先在平面折叠，再在空间折叠，折叠过程简单，折叠比大。
2、通过旋转机座的运动由八个可展模块变为四个可展模块，形成不同的可展模块，以适应不同的工作类型，满足复杂多变的航天工作的需求。
3、可展机构在完全折叠状态时，收拢体积小，便于火箭运载器的携带运输，且具有较高的刚度和强度，能够承受发射过程中的振动载荷；折展机构折叠过程简单，在进入空间轨道后，可轻易展开成预定的工作状态。
4、在可展模块之间应用柔性铰链，在可展模块收缩时，相互之间没有反冲力和摩擦，即使在持续的折叠状态下，也不会产生磨损。
附图说明
图1为本发明所述的曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构的结构示意图。
图2为本发明所述的曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构的可展模块完全展开状态的俯视图。
图3为本发明所述的曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构的可展模块完全展开状态的结构示意图。
图4为本发明所述的曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构的可展模块完全展开状态的主视图。
图5为本发明所述的曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构的可展模块半展开状态的结构示意图。
图6为本发明所述的曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构的可展模块完全折叠状态的结构示意图。
图7为本发明所述的曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构的变拓扑情况下完全展开状态的俯视图。
图8为本发明所述的曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构的变拓扑情况下完全展开状态的结构示意图。
图9为本发明所述的曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构的旋转机座的主视图。
图10为本发明所述的曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构的旋转机座的俯视图。
图11为本发明所述的曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构的旋转机座的结构示意图。
图12为本发明所述的曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构的可展单元完全展开状态的结构示意图。
图13为本发明所述的曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构的可展单元完全折叠状态的结构示意图。
图14为本发明所述的曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构的可展单元完全展开状态的主视图。
图15为本发明所述的曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构的第一滑块的结构示意图。
图16为本发明所述的曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构的第二滑块的结构示意图。
图17为本发明所述的曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构的柔性铰链的结构示意图。
图中标记为：1.旋转机座；2.支架杆；3.驱动杆；4.从动杆；5.第一滑块；6.第二滑块；7.柔性铰链。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
如图1至图17所示，本发明所述的曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构，包括旋转机座1、支架杆2、驱动杆3、从动杆4、第一滑块5、第二滑块6和柔性铰链7，具体结构和连接关系如下：
所述旋转机座1为八边形机座，分上、下两层设计，上、下两层分别对应四个铰链座，铰链座嵌套在旋转机座1内，铰链座能够在旋转机座1上任意方位转动；所述支架杆2一端通过铰链与铰链座连接，两侧通过铰链连接曲柄滑块机构；所述驱动杆3一端通过铰链与支架杆2连接，另一端通过铰链与从动杆4连接；所述从动杆4一端通过铰链与驱动杆3连接，另一端通过铰链与第二滑块6连接，最后一组曲柄滑块机构的从动杆4一端通过铰链与驱动杆3连接，另一端通过铰链与第一滑块5连接；所述第一滑块5与最后一组曲柄滑块机构的从动杆4连接；所述第二滑块6一端通过铰链与从动杆4连接，另一端通过铰链与后一曲柄滑块机构的驱动杆3连接；所述柔性铰链7两端连接两个可展模块，两个可展模块能够通过柔性铰链7的中间柔性体任意旋转。
所述铰链座为弧形铰链座，铰链座的弧形板嵌套在旋转机座1的内侧，铰链座能够在弧形板的约束下，以旋转机座1为中心进行360°旋转。
所述曲柄滑块机构为多组，不同组的相同构件可通过定比例缩放得到。
所述曲柄滑块机构包括驱动杆3、从动杆4和滑块，所述驱动杆3一端通过铰链与支架杆2连接，另一端通过铰链与从动杆4连接，所述从动杆4一端通过铰链与驱动杆3连接，另一端通过铰链与滑块连接，所述滑块嵌套在支架杆2上。
所述滑块包括第一滑块5和第二滑块6，滑块均为中空构件，嵌套在支架杆2上，通过移动副与支架杆2连接。
所述可展模块包括旋转机座1、支架杆2、驱动杆3、从动杆4、第一滑块5和第二滑块6。
所述柔性铰链7为三自由度柔性铰链，能够沿任意方向弯曲变形，且不受力时会恢复原来形状。
所述曲柄滑块机构中滑块运动方向与从动杆4的夹角大于90°，小于180°，防止曲柄滑块机构运动时，滑块沿支架杆向外运动。
工作原理及过程：
如图2、图3和图5所示，折展机构由完全展开状态到半展开状态，电机驱动驱动杆3使其向支架杆2方向转动，驱动杆3带动从动杆4向内侧运动，从动杆4带动滑块沿支持架2向内侧移动，滑块带动后一组曲柄滑块机构的驱动杆3向支架杆2方向运动，以此运动方式一直进行下去，进而使曲柄滑块机构收缩。
如图5和图6所示，折展机构由半展开状态到完全折叠状态，电机驱动支架杆2向旋转机座1运动，支持架2折叠90°时即可实现完全折叠。
如图2、图3、图7和图8所示，折展机构实现变拓扑情况，旋转机座1下层固定不动，上层做旋转运动，带动铰链座，进而带动支架杆2做旋转运动，旋转90°即可实现八个支架杆2变为四个支架杆2。
Claims (8)
1.一种曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构，包括旋转机座、支架杆、驱动杆、从动杆、第一滑块、第二滑块和柔性铰链，其特征在于，具体结构和连接关系如下：
所述旋转机座为八边形机座，分上、下两层，上、下两层分别对应四个铰链座，铰链座嵌套在旋转机座内，铰链座能够在旋转机座上任意方位转动；所述支架杆一端通过铰链与铰链座连接，两侧通过铰链连接曲柄滑块机构；所述驱动杆一端通过铰链与支架杆连接，另一端通过铰链与从动杆连接；所述从动杆一端通过铰链与驱动杆连接，另一端通过铰链与第二滑块连接，最后一组曲柄滑块机构的从动杆一端通过铰链与驱动杆连接，另一端通过铰链与第一滑块连接；所述第一滑块与最后一组曲柄滑块机构的从动杆连接；所述第二滑块一端通过铰链与从动杆连接，另一端通过铰链与后一曲柄滑块机构的驱动杆连接；所述柔性铰链两端连接两个可展模块，两个可展模块能够通过柔性铰链的中间柔性体任意旋转。
2.根据权利要求1所述的曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构，其特征在于，所述铰链座为弧形铰链座，铰链座的弧形板嵌套在旋转机座的内侧，铰链座能够在弧形板的约束下，以旋转机座为中心进行360°旋转。
3.根据权利要求1所述的曲柄滑块为可展单元刚性铰链连接的折展机构，其特征在于，所述曲柄滑块机构为多组，不同组的相同构件通过一定比例缩放得到。
4.根据权利要求1所述的曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构，其特征在于，所述曲柄滑块机构包括驱动杆、从动杆和滑块，所述驱动杆一端通过铰链与支架杆连接，另一端通过铰链与从动杆连接，所述从动杆一端通过铰链与驱动杆连接，另一端通过铰链与滑块连接，所述滑块嵌套在支架杆上。
5.根据权利要求1所述的一种曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构，其特征在于，所述滑块包括第一滑块和第二滑块，滑块均为中空构件，嵌套在支架杆上，通过移动副与支架杆连接。
6.根据权利要求1所述的曲柄滑块为折展单元柔性铰链连接的变拓扑折展机构，其特征在于，所述可展模块包括旋转机座、支架杆、驱动杆、从动杆、第一滑块和第二滑块。
7.根据权利要求1所述的曲柄滑块为可展单元刚性铰链连接的折展机构，其特征在于，所述柔性铰链为三自由度柔性铰链，能够沿任意方向弯曲变形，且不受力时会恢复原来形状。
8.根据权利要求1所述的曲柄滑块为可展单元刚性铰链连接的折展机构，其特征在于，所述曲柄滑块机构中滑块运动方向与从动杆的夹角大于90°，小于180°。
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