CN108858196B - 一种大空间四构态变换可展机构 - Google Patents

一种大空间四构态变换可展机构 Download PDF

Info

Publication number
CN108858196B
CN108858196B CN201810810309.5A CN201810810309A CN108858196B CN 108858196 B CN108858196 B CN 108858196B CN 201810810309 A CN201810810309 A CN 201810810309A CN 108858196 B CN108858196 B CN 108858196B
Authority
CN
China
Prior art keywords
degree
side link
pin shaft
freedom
shaft seat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810810309.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108858196A (zh
Inventor
王汝贵
李毅
张磊
张林贝子
方正
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangxi University
Original Assignee
Guangxi University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangxi University filed Critical Guangxi University
Priority to CN201810810309.5A priority Critical patent/CN108858196B/zh
Publication of CN108858196A publication Critical patent/CN108858196A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108858196B publication Critical patent/CN108858196B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1615—Programme controls characterised by special kind of manipulator, e.g. planar, scara, gantry, cantilever, space, closed chain, passive/active joints and tendon driven manipulators
    • B25J9/1623—Parallel manipulator, Stewart platform, links are attached to a common base and to a common platform, plate which is moved parallel to the base
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1615—Programme controls characterised by special kind of manipulator, e.g. planar, scara, gantry, cantilever, space, closed chain, passive/active joints and tendon driven manipulators
    • B25J9/1617—Cellular, reconfigurable manipulator, e.g. cebot

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pivots And Pivotal Connections (AREA)

Abstract

一种大空间四构态变换可展机构，包括连架杆、可伸缩剪叉单元、铰链和底盘，所述连架杆一端通过销轴与两自由度铰链一端连接，另一端通过销轴与三自由度铰链连接，所述可伸缩剪叉单元包括可伸缩连杆和导杆槽，可伸缩连杆一端通过销轴与三自由度铰链连接，另一端通过移动副与导杆槽连接，所述铰链分为两自由度铰链和三自由度铰链，两自由度铰链另一端通过销轴与底盘连接。本发明能够从平面构态向三棱柱、四棱柱和五棱柱构态变换，具有结构简单、展开稳定、折叠比大、可变四构态的特点，灵活应用于航空航天器支撑架。

Description

一种大空间四构态变换可展机构
技术领域
本发明涉及空间可展机构领域，特别是一种大空间四构态变换可展机构。
背景技术
随着航天事业的蓬勃发展，对外太空的探索也逐渐深入，需要运输一些大型的航天器支撑架比如雷达天线支撑架、大口径空间天线支撑架到外太空，一些在轨航天器根据任务不同选择不同的航天器支撑架以满足航天需求；目前许空间折展机构和航天器的支撑架均可通过折展单元的阵列或者拓扑来构成一种展开稳定、折叠比大的空间折展机构。
中国专利201010176640.X公开了一种空间剪叉式伸缩机构，该机构具有三边形单元的单一构态；中国专利201210310520.3公开了一种基于正方形单元平面阵列可展机构，该机构的折叠比小，且为平面折叠。
尚未见到一种具有结构简单、展开稳定、折叠比大、可变四构态的特点的一种大空间四构态变换可展机构的创新发明设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种大空间四构态变换可展机构，它具有结构简单、展开稳定、折叠比大、可变四构态的特点，灵活应用于航空航天器支撑架。
本发明的技术方案是：一种大空间四构态变换可展机构，包括上可展机构、下可展机构和五个可伸缩剪叉单元；
上可展机构包括上底盘、五个两自由度铰链、五个三自由度铰链、第一连架杆、第二连架杆、第三连架杆、第四连架杆和第五连架杆；所述三自由度铰链包括第一销轴座、第二销轴座和第三销轴座；
上底盘为梅花底盘且其上均匀分布有五个大小相同的销轴座，每个销轴座均通过销轴与一个两自由度铰链的一端连接，五个两自由度铰链的另一端分别与第一连架杆、第二连架杆、第三连架杆、第四连架杆和第五连架杆的一端通过销轴固定连接，所述第一连架杆、第二连架杆、第三连架杆、第四连架杆和第五连架杆的另一端分别与相应的三自由度铰链的第二销轴座通过销轴连接；
下可展机构包括下底盘、五个两自由度铰链、五个三自由度铰链、第一连架杆、第二连架杆、第三连架杆、第四连架杆和第五连架杆；所述三自由度铰链包括第一销轴座、第二销轴座和第三销轴座；
下底盘为梅花底盘且其上均匀分布有五个大小相同的销轴座，每个销轴座均通过销轴与一个两自由度铰链的一端连接，五个两自由度铰链的另一端分别与第一连架杆、第二连架杆、第三连架杆、第四连架杆和第五连架杆的一端通过销轴固定连接，所述第一连架杆、第二连架杆、第三连架杆、第四连架杆和第五连架杆的另一端分别与相应的三自由度铰链的第二销轴座通过销轴连接；
上可展机构和下可展机构通过所述五个可伸缩剪叉单元连接成为一个整体结构；
每个可伸缩剪叉单元由四根可伸缩连杆和两个导杆槽组成，所述四根伸缩连杆分别通过销轴与上可展机构的一个三自由度铰链的第一销轴座、与该所述一个三自由度铰链相邻的另一个三自由度铰链的第三销轴座、下可展机构的一个三自由度铰链的第一销轴座、与所述下可展机构的一个三自由度铰链相邻的另一个三自由度铰链的第三销轴座连接，四根伸缩连杆另一端分别通过移动副与导杆槽连接。
所述可伸缩剪叉单元组成棱柱面。
本发明的突出优点在于：
1.机构通过可伸缩剪叉单元的收拢或展开运动可以实现平面-空间的可折展，能够实现从平面构态变换成三棱柱、四棱柱和五棱柱构态等不同构态。
2.机构组成构件类别单一，结构装配简单，同时机构展开稳定、折叠比大。
附图说明
图1为本发明所述的一种大空间四构态变换可展机构的平面构态结构示意图。
图2为本发明所述的一种大空间四构态变换可展机构的平面构态结构主视图。
图3为本发明所述的一种大空间四构态变换可展机构的三棱柱构态结构示意图。
图4为本发明所述的一种大空间四构态变换可展机构的四棱柱构态结构示意图。
图5为本发明所述的一种大空间四构态变换可展机构的五棱柱构态结构示意图。
图6为本发明所述的一种大空间四构态变换可展机构的可伸缩剪叉单元结构示意图。
图7为本发明所述的一种大空间四构态变换可展机构的可伸缩连杆示意图。
图8为本发明所述的一种大空间四构态变换可展机构的两自由度铰链结构示意图。
图9为本发明所述的一种大空间四构态变换可展机构的连架杆与铰链连接示意图。
图10为本发明所述的一种大空间四构态变换可展机构的底盘结构示意图。
图11为本发明所述的一种大空间四构态变换可展机构的三自由度铰链结构示意图。
图中标记为：1.上底盘、2.下底盘、3.两自由度铰链、4.三自由度铰链、4-1.第一销轴座、4-2.第二销轴座、4-3.第三销轴座、5-1.第一连架杆、5-2.第二连架杆、5-3.第三连架杆、5-4.第四连架杆、5-5.第五连架杆、6.导杆槽、7.可伸缩连杆、101.第一组可伸缩剪叉单元、102.第二组可伸缩剪叉单元、103.第三组可伸缩剪叉单元、104.第四组可伸缩剪叉单元、105.第五组可伸缩剪叉单元、201.第一连架杆组、202.第二连架杆组。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行进一步描述。
如图1至图11所示，本发明所述的一种大空间四构态变换可展机构，包括连架杆、可伸缩剪叉单元、铰链和底盘，其特征在于，具体结构和连接关系如下：
所述连架杆包括第一连架杆5-1、第二连架杆5-2、第三连架杆5-3、第四连架杆5-4和第五连架杆5-5，第一连架杆5-1一端通过销轴与两自由度铰链3一端固定连接，另一端通过销轴与三自由度铰链4的第二销轴座4-2连接，其余四根连架杆与第一连架杆5-1的结构和连接关系完全相同；
所述可伸缩剪叉单元包括第一组可伸缩剪叉单元101、第二组可伸缩剪叉单元102、第三组可伸缩剪叉单元103、第四组可伸缩剪叉单元104和第五组可伸缩剪叉单元105，所述第一组可伸缩剪叉单元101包括可伸缩连杆7和导杆槽6，可伸缩连杆7一端通过销轴与三自由度铰链4的第一销轴座4-1连接，另一端通过移动副与导杆槽6连接，其余四组可伸缩剪叉单元与第一组可伸缩剪叉单元101的结构和连接关系完全相同；
所述铰链分为两自由度铰链3和三自由度铰链4，两自由度铰链3另一端通过销轴与上底盘1连接，三自由度铰链4的第三销轴座4-3通过销轴与相邻可伸缩剪叉单元的可伸缩连杆7一端连接；
所述底盘为梅花底盘，包括上底盘1和下底盘2，上底盘1上均匀分布有五个大小相同的销轴座，每个销轴座通过销轴与两自由度铰链3连接，下底盘2与上底盘1的结构和连接关系完全相同。
所述可伸缩剪叉单元由四根可伸缩连杆7和两个导杆槽6组成，两组相邻的可伸缩剪叉单元之间通过连架杆和三自由度铰链4作为共用件相互连接。
所述三自由度铰链4包括三个销轴座，分别是第一销轴座4-1、第二销轴座4-2和第三销轴座4-3。
所述长连杆组成棱柱骨架，可伸缩剪叉单元组成棱柱面。
工作原理及过程：
如图1至图2所示为机构的平面构态，第一组可伸缩剪叉单元101和第四组可伸缩剪叉单元104为最大展开状态，此时第二组可伸缩剪叉单元102、第三组可伸缩剪叉单元103和第五组可伸缩剪叉单元105为被压缩蓄积能量状态，其中第一连架杆组201压缩第五组可伸缩剪叉单元105、第二连架杆组202压缩第三组可伸缩剪叉单元103、第三连架杆5-3与第二连架杆组202压缩第二组可伸缩剪叉单元102。
如图3所示为机构的三棱柱构态，在平面构态的基础上释放第三连架杆5-3与第二连架杆组202压缩的第二组可伸缩剪叉单元102蓄积的能量，第二组可伸缩剪叉单元102作展开运动，带动可伸缩连杆7在导杆槽6内向外作被拉伸移动；此时第一组可伸缩剪叉单元101和第四组可伸缩剪叉单元104作收拢运动，同时带动可伸缩连杆7在导杆槽6内向里作被压缩移动，当三组可伸缩剪叉单元同步完成展开状态时机构完成从平面构态向三棱柱构态转变；此时第三组可伸缩剪叉单元103被第二连架杆组202压缩并蓄积能量、第五组可伸缩剪叉单元105被第一组连杆组201压缩并蓄积能量。
如图4所示为机构的四棱柱构态，在三棱柱构态的基础上释放第二连架杆组202压缩的第三组可伸缩剪叉单元103蓄积的能量，第三组可伸缩剪叉单元103作展开运动，带动可伸缩连杆7在导杆槽6内向外作被拉伸移动，同时第二连架杆组202展开为第一连架杆5-1和第二连架杆5-2；此时第一组可伸缩剪叉单元101、第二组可伸缩剪叉单元102和第四组可伸缩剪叉单元104作收拢运动，同时带动可伸缩连杆7在导杆槽6内向里作被压缩移动，当四组可伸缩剪叉单元同步完成展开状态时机构完成从三棱柱构态向四棱柱构态转变；此时第五组可伸缩剪叉单元105被第一组连杆组201压缩并蓄积能量。
如图5所示为机构的五棱柱构态，在四棱柱构态的基础上释放第一连杆组201压缩的第五组可伸缩剪叉单元105蓄积的能量，第五组可伸缩剪叉单元105作展开运动，带动可伸缩连杆7在导杆槽6内向外作被拉伸移动，同时第一连架杆组201展开为第四连架杆5-4和第五连架杆5-5；此时第一组可伸缩剪叉单元101、第二组可伸缩剪叉单元102、第三组可伸缩剪叉单元103和第四组可伸缩剪叉单元104作收拢运动，同时带动可伸缩连杆7在导杆槽6内向里作被压缩移动，当五组可伸缩剪叉单元同步完成展开状态时机构完成从四棱柱构态向五棱柱构态转变。

Claims (2)

1.一种大空间四构态变换可展机构，其特征在于，包括上可展机构、下可展机构和五个可伸缩剪叉单元；
上可展机构包括上底盘、五个两自由度铰链、五个三自由度铰链、第一连架杆、第二连架杆、第三连架杆、第四连架杆和第五连架杆；所述三自由度铰链包括第一销轴座、第二销轴座和第三销轴座；
上底盘为梅花底盘且其上均匀分布有五个大小相同的销轴座，每个销轴座均通过销轴与一个两自由度铰链的一端连接，五个两自由度铰链的另一端分别与第一连架杆、第二连架杆、第三连架杆、第四连架杆和第五连架杆的一端通过销轴固定连接，所述第一连架杆、第二连架杆、第三连架杆、第四连架杆和第五连架杆的另一端分别与相应的三自由度铰链的第二销轴座通过销轴连接；
下可展机构包括下底盘、五个两自由度铰链、五个三自由度铰链、第一连架杆、第二连架杆、第三连架杆、第四连架杆和第五连架杆；所述三自由度铰链包括第一销轴座、第二销轴座和第三销轴座；
下底盘为梅花底盘且其上均匀分布有五个大小相同的销轴座，每个销轴座均通过销轴与一个两自由度铰链的一端连接，五个两自由度铰链的另一端分别与第一连架杆、第二连架杆、第三连架杆、第四连架杆和第五连架杆的一端通过销轴固定连接，所述第一连架杆、第二连架杆、第三连架杆、第四连架杆和第五连架杆的另一端分别与相应的三自由度铰链的第二销轴座通过销轴连接；
上可展机构和下可展机构通过所述五个可伸缩剪叉单元连接成为一个整体结构；
每个可伸缩剪叉单元由四根可伸缩连杆和两个导杆槽组成，所述四根伸缩连杆分别通过销轴与上可展机构的一个三自由度铰链的第一销轴座、与该所述一个三自由度铰链相邻的另一个三自由度铰链的第三销轴座、下可展机构的一个三自由度铰链的第一销轴座、与所述下可展机构的一个三自由度铰链相邻的另一个三自由度铰链的第三销轴座连接，四根伸缩连杆另一端分别通过移动副与导杆槽连接。
2.根据权利要求1所述的一种大空间四构态变换可展机构，其特征在于，所述可伸缩剪叉单元组成棱柱面。
CN201810810309.5A 2018-07-20 2018-07-20 一种大空间四构态变换可展机构 Active CN108858196B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810810309.5A CN108858196B (zh) 2018-07-20 2018-07-20 一种大空间四构态变换可展机构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810810309.5A CN108858196B (zh) 2018-07-20 2018-07-20 一种大空间四构态变换可展机构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108858196A CN108858196A (zh) 2018-11-23
CN108858196B true CN108858196B (zh) 2021-07-20

Family

ID=64304554

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810810309.5A Active CN108858196B (zh) 2018-07-20 2018-07-20 一种大空间四构态变换可展机构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108858196B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112575901B (zh) * 2020-12-11 2021-10-19 长沙理工大学 一种单自由度的可展单元及其构成的圆柱面可展机构

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0959524A1 (en) * 1998-05-18 1999-11-24 TRW Inc. Folding perimeter truss reflector
RU2266592C1 (ru) * 2004-07-28 2005-12-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Развертываемый крупногабаритный космический рефлектор
CN1826453A (zh) * 2003-03-18 2006-08-30 彼得·A·卡尔内 具有多种结构用途的可折叠、可张开框架
WO2012065619A1 (en) * 2010-11-19 2012-05-24 European Space Agency Low weight, compactly deployable support structure
CN102593571A (zh) * 2012-03-19 2012-07-18 西北工业大学 剪刀基四边形单元平面阵列可展机构
WO2013135298A1 (en) * 2012-03-15 2013-09-19 European Space Agency Mechanical support ring structure
CN102672716B (zh) * 2012-05-22 2014-11-05 广西大学 一种可重构变胞式多面体机器人机构
CN106025483A (zh) * 2016-07-04 2016-10-12 燕山大学 剪叉联动式过约束可展单元及其组成的空间可展机构
CN106229602A (zh) * 2016-08-31 2016-12-14 燕山大学 完全剪铰式双层环形桁架可展开天线机构

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0959524A1 (en) * 1998-05-18 1999-11-24 TRW Inc. Folding perimeter truss reflector
CN1826453A (zh) * 2003-03-18 2006-08-30 彼得·A·卡尔内 具有多种结构用途的可折叠、可张开框架
RU2266592C1 (ru) * 2004-07-28 2005-12-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Развертываемый крупногабаритный космический рефлектор
WO2012065619A1 (en) * 2010-11-19 2012-05-24 European Space Agency Low weight, compactly deployable support structure
WO2013135298A1 (en) * 2012-03-15 2013-09-19 European Space Agency Mechanical support ring structure
CN102593571A (zh) * 2012-03-19 2012-07-18 西北工业大学 剪刀基四边形单元平面阵列可展机构
CN102672716B (zh) * 2012-05-22 2014-11-05 广西大学 一种可重构变胞式多面体机器人机构
CN106025483A (zh) * 2016-07-04 2016-10-12 燕山大学 剪叉联动式过约束可展单元及其组成的空间可展机构
CN106229602A (zh) * 2016-08-31 2016-12-14 燕山大学 完全剪铰式双层环形桁架可展开天线机构

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《大型环形桁架式可展开天线机构设计与分析》;史创;《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）》;20160215(第02期);全文 *
Malleability and optimization of tetrahedral metamorphic element for deployable truss antenna reflector;Fei Hu，et al.;《AIP ADVANCES》;20180517;第8卷(第5期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108858196A (zh) 2018-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107331939B (zh) 剪叉式六棱柱可展单元及其组成的空间可展机构
CN105799950B (zh) 单自由度过约束剪式可展单元及其组成的空间可展机构
US3710806A (en) Erectable building structure
CN209667394U (zh) 一种大空间可展机构
CN109119739B (zh) 一种基于剪叉单元三构态变换空间可展机构
CN107579332B (zh) 一种基于Bennett机构的同步展收圆柱面天线
CN106025483B (zh) 剪叉联动式过约束可展单元及其组成的空间可展机构
CN104466341B (zh) 一种球面天线支撑机构
CN106992353B (zh) 一种新型环形可展开桁架结构
CN106314826B (zh) 扭簧驱动剪叉式伸展臂
CN109860974B (zh) 复合剪铰式周边桁架可展开天线机构
CN106450649B (zh) 一种h构型星载天线可展机构
CN108858196B (zh) 一种大空间四构态变换可展机构
CN109687091A (zh) 棱锥单元阵列式环形桁架可展开天线机构
CN114566781B (zh) 一种含耦合杆的可展单元及其衍生的空间可展开机构
CN110116418A (zh) 一种剪叉弯曲变胞机构机械手
CN106450647A (zh) 剪叉式六棱柱可展单元及其组成的空间可展机构
CN107946724B (zh) 一种以六杆机构为可展单元的空间折展机构
CN109616737B (zh) 单自由度剪铰联动式双环桁架可展开天线机构
CN109050979B (zh) 一种剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构
CN106229603A (zh) 扭簧驱动剪叉式环形桁架可展开天线机构
CN111641020B (zh) 一种三棱柱单元模块化平面天线可展开机构
CN107902108B (zh) 一种曲柄滑块为折展单元刚性铰链连接的空间折展机构
CN109110156A (zh) 一种基于三棱柱可展单元变换刚性铰链连接空间可展机构
CN209133670U (zh) 棱锥单元阵列式环形桁架可展开天线机构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant