CN114962438A - 基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，属于空间可展开机构领域。本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，包括：柔性铰链、折痕杆以及斜撑杆；本发明的基本构成单元包括：1个中央柔性铰链、1个第一类边柔性铰链、1个第二类边柔性铰链、1个第三类边柔性铰链、1个第四类边柔性铰链、2个第一类角柔性铰链、2个第二类角柔性铰链、12个折痕杆以及4个斜撑杆；将边柔性铰链替换为中央柔性铰链，将角柔性铰链替换为边柔性铰链，能够实现基本构成单元的扩展。本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构折展比大，结构简单，且具有扩展性。

Description

基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构

技术领域

本发明涉及一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，属于空间可展开机构领域。

背景技术

在航天领域，受限于火箭发射体积的限制，大型空间天线在发射过程中需要事先收拢起来，待入轨后进行展开，空间可展机构是支撑大型空间天线的关键装备。空间可展开机构必须兼顾结构的刚度以及结构的固有频率，同时还要满足轻量化以及高精度的要求。目前空间可展开机构多为机械式展开，常见的形式包括：环形桁架式、单元构架式、折叠肋式、缠绕肋式、索杆张拉式、环住式以及柔性自回弹式，但是上述形式的空间可展开机构存在机构复杂以及质量大的缺陷。

折纸是一种将二维平面的纸折成三维状态的艺术活动，折纸技术已应用于航天工程的空间可展开机构中，常见的折纸样式包括：“Z”型折叠、六边形Flasher折叠以及吉村折纸。其中，“Z”型折叠能够将大平面沿着横向或者是纵向压缩成为较小的体积，多应用于太阳翼展开机构，但是折叠效率有限；六边形Flasher折纸具有非常高的折展比，能够应用于大型空间太阳能电站，但是将厚度较薄的纸替换为具有一定厚度的板时，必须通过在板与板之间预留间隙以保证机构的顺利折叠与展开；吉村折纸是一种沿着轴向运动的筒状折纸，能够用作航天桁架结构的充气管路，但是在折痕顶点处产生的微小孔使得气体在管路中的滞留，从而造成展开过程的不稳定性。

综上所述，折纸技术已应用于空间可展开机构中，但是依然存在以下问题：基于折纸技术的空间可展开机构的主要对象不再是柔软的平面纸张，考虑实际应用，整个机构必须具备一定的刚度、强度以及质量；以板为基础的基于折纸技术的空间可展开机构，不仅要考虑几何折叠过程，为了实现顺利展开，还需要解决运动干涉、铰链设置的问题；以薄膜为基础的基于折纸技术的空间可展开机构空间折纸机构容易在折痕顶点处产生应力集中，在多次折展的情况下极易发生疲劳破坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，通过将折纸技术与柔性铰链相结合，使得所构建的柔性可展开机构具有一般折纸机构折展比大的特点，且结构简单，具有扩展性，解决折纸技术在空间可展开机构应用中的问题。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明公开的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，包括：柔性铰链、折痕杆以及斜撑杆；

进一步的，所述柔性铰链按照结构不同分为：中央柔性铰链、边柔性铰链以及角柔性铰链；

所述中央柔性铰链包括：4个折痕杆接头、4个斜撑杆接头、4个折痕杆接头末端杆套以及4个斜撑杆接头末端杆套；

其中，4个所述折痕杆接头以及4个所述斜撑杆接头的一端固定连接为一点，4个所述折痕杆接头以及4个所述斜撑杆接头的另一端分别固定连接4个所述折痕杆接头末端杆套以及4个所述斜撑杆接头末端杆套；

所述边柔性铰链按照结构不同分为：第一类边柔性铰链、第二类边柔性铰链、第三类边柔性铰链以及第四类边柔性铰链；

所述第一类边柔性铰链、所述第二类边柔性铰链、所述第三类边柔性铰链以及所述第四类边柔性铰链都各包括：3个所述折痕杆接头、2个所述斜撑杆接头、3个所述折痕杆接头杆套以及2个所述斜撑杆接头末端杆套；

其中，3个所述折痕杆接头以及2个所述斜撑杆接头的一端固定连接为一点，3个所述折痕杆接头以及2个所述斜撑杆接头的另一端分别固定连接3个所述折痕杆接头末端杆套以及2个所述斜撑杆接头末端杆套；

进一步的，所述第一类边柔性铰链、所述第二类边柔性铰链、所述第三类边柔性铰链以及所述第四类边柔性铰链中的3个所述折痕杆接头以及2个所述斜撑杆接头的空间分布形式不同；

所述角柔性铰链按照结构不同分为：第一类角柔性铰链以及第二类角柔性铰链；

所述第一类角柔性铰链以及所述第二类角柔性铰链都各包括：2个所述折痕杆接头、1个所述斜撑杆接头、2个所述折痕杆接头末端杆套以及1个所述斜撑杆接头末端杆套；

其中，2个所述折痕杆接头以及1个所述斜撑杆接头的一端固定连接为一点，2个所述折痕杆接头以及1个所述斜撑杆接头的另一端分别固定连接2个所述折痕杆接头末端杆套以及1个所述斜撑杆接头末端杆套；

进一步的，所述第一类角柔性铰链以及所述第二类角柔性铰链中的2个所述折痕杆接头以及1个所述斜撑杆接头的空间分布形式不同；

所述折痕杆接头主要作用是以Miura折纸中的几何关系连接具有相邻关系的折痕杆；

所述斜撑杆接头主要作用是以Miura折纸中的几何关系连接具有相邻关系的斜撑杆；

作为优选，所述折痕杆接头以及所述斜撑杆接头的材料为8400软胶，能够在大范围内进行变形，为整个所述一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构提供柔性活动的能力；

所述折痕杆接头末端杆套用于柔性的所述折痕杆接头和刚性的所述折痕杆紧固连接；

所述斜撑杆接头末端杆套用于柔性的所述斜撑杆接头和刚性的所述斜撑杆紧固连接；

所述折痕杆是一段等截面细长杆，并具有一定的刚性，负责为所述一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构在展开与收拢过程中提供刚度；

所述斜撑杆是由两根等截面细长杆组成的十字交叉杆，每个所述斜撑杆均与4个相邻的且能够组成闭合回路的所述柔性铰链相连接，4个所述柔性铰链中的8个所述折痕杆接头和与其连接的4个所述折痕杆组成一个“菱形平面”，在所述一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构的运动以及展开过程中，所述斜撑杆负责保持“菱形平面”的稳定性，并为所述一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构提供刚度；

更进一步的，本发明公开的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，基本构成单元包括：1个所述中央柔性铰链、1个所述第一类边柔性铰链、1个所述第二类边柔性铰链、1个所述第三类边柔性铰链、1个所述第四类边柔性铰链、2个所述第一类角柔性铰链、2个所述第二类角柔性铰链、12个所述折痕杆以及4个所述斜撑杆；

所述中央柔性铰链的4个所述折痕杆接头末端杆套分别与4根所述折痕杆的一端固定连接，4根所述折痕杆的另一端分别与4个所述边柔性铰链的4个所述折痕杆接头末端杆套固定连接，4个所述边柔性铰链剩余的8个所述折痕杆接头末端杆套分别与剩余的8根所述折痕杆的一端固定连接，剩余的8根所述折痕杆的另一端每两个一组通过所述角柔性铰链的两个折痕杆接头末端杆套固定连接；

所述第一类边柔性铰链的3个所述折痕杆接头末端杆套与基本构成单元上边的2个所述折痕杆以及与其具有相邻位置关系的1个所述折痕杆固定连接，剩余的2个所述斜撑杆接头末端杆套分别与所述斜撑杆固定连接；

所述第二类边柔性铰链的3个所述折痕杆接头末端杆套与基本构成单元下边的2个所述折痕杆以及与其具有相邻位置关系的1个所述折痕杆固定连接，剩余的2个所述斜撑杆接头末端杆套分别与所述斜撑杆固定连接；

所述第三类边柔性铰链的3个所述折痕杆接头末端杆套与基本构成单元左边的2个所述折痕杆以及与其具有相邻位置关系的1个所述折痕杆固定连接，剩余的2个所述斜撑杆接头末端杆套分别与所述斜撑杆固定连接；

所述第四类边柔性铰链的3个所述折痕杆接头末端杆套与基本构成单元右边的2个所述折痕杆以及与其具有相邻位置关系的1个所述折痕杆固定连接，剩余的2个所述斜撑杆接头末端杆套分别与所述斜撑杆固定连接；

所述第一类角柔性铰链的2个所述折痕杆接头末端杆套与基本构成单元左上角或者左下角的2个所述折痕杆固定连接，剩余的1个所述斜撑杆接头末端杆套与所述斜撑杆固定连接；

所述第二类角柔性铰链的2个所述折痕杆接头末端杆套与基本构成单元右上角或者右下角的2个所述折痕杆固定连接，剩余的1个所述斜撑杆接头末端杆套与所述斜撑杆固定连接；

本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，不受外力作用的自然状态下为展开状态，收拢时，首先固定所述中央柔性铰链，并在上部的所述第一类角柔性铰链、所述第二类角柔性铰链以及机构下部的所述第一类角柔性铰链、所述第二类角柔性铰链提供水平面内的推力，所述边柔性铰链发生变形，带动相连的所述折痕杆发生刚体运动，内部的所述折痕杆将力传导到所述中央柔性铰链处，并使所述中央柔性铰链变形，实现折叠收拢；

本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，收拢后，各个所述柔性铰链内部储存弹性势能，释放施加在机构上部的所述第一类角柔性铰链、所述第二类角柔性铰链以及机构下部的所述第一类角柔性铰链、所述第二类角柔性铰链水平面内的推力，所述柔性铰链内部储存弹性势能释放，所述中央柔性铰链、所述边柔性铰链恢复自然状态，并带动与其相连的折痕杆发生刚体运动，实现展开；

本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，通过将所述边柔性铰链替换为所述中央柔性铰链，将所述角柔性铰链替换为所述边柔性铰链，能够实现基本构成单元的扩展，进而实现本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构的扩展。

有益效果：

1、本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，基于Miura折纸原理，通过刚性的折痕杆以及斜撑杆和柔性的中央柔性铰链、边柔性铰链以及角柔性铰链的组合，实现Miura折纸的运动模式，具有较大的折展比，并且相较于传统的薄膜折纸结构，提高刚度以及强度，从而保证对型面精度的要求；

2、本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，通过刚性的折痕杆以及斜撑杆和柔性的中央柔性铰链、边柔性铰链以及角柔性铰链的组合，避免以板为基础的折纸机构在运动过程中存在的干涉问题以及复杂的铰链设置问题；

3、本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，通过边柔性铰链以及角柔性铰链与中央柔性铰链的替换，能够实现基本构成单元的无限扩展，实现超大规模的应用；

4、本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，折痕杆通过中央柔性铰链、边柔性铰链以及角柔性铰链相连，避免薄膜折纸机构在折痕交汇处的应力集中，在多次折展后仍然不会产生疲劳破坏。

附图说明

图1为本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构基本组成单元示意图；

其中，1-中央柔性铰链、2-第一类边柔性铰链、3-第二类边柔性铰链、4-第三类边柔性铰链、5-第四类边柔性铰链、6-第一类角柔性铰链、7-第二类角柔性铰链、8-折痕杆、9-斜撑杆；

图2为本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构中央柔性铰链示意图；

其中，101-折痕杆接头、102-折痕杆接头末端杆套、103-斜撑杆接头以及104-斜撑杆接头末端杆套；

图3为本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构第一类边柔性铰链示意图；

图4为本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构第二类边柔性铰链示意图；

图5为本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构第三类边柔性铰链示意图；

图6为本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构第四类边柔性铰链示意图；

图7为本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构第一类角柔性铰链示意图；

图8为本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构第二类角柔性铰链示意图；

图9为本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构折痕杆示意图；

图10为本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构斜撑杆示意图；

图11为本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构基本构成单元收拢示意图；

图12为本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构基本构成单元扩展示意图。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。

实施例1：

应用本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构构建空间可展开机构，空间可展开机构的展开尺寸为600mm×520mm，确定基本构成单元个数为4，按照2×2的方式分布。

如图1所示，基本构成单元包括：1个中央柔性铰链1、1个第一类边柔性铰链2、1个第二类边柔性铰链3、1个第三类边柔性铰链4、1个第四类边柔性铰链5、2个第一类角柔性铰链6、2个第二类角柔性铰链7、12个折痕杆8以及4个斜撑杆9；

如图2所示，中央柔性铰链1包括：4个折痕杆接头101、4个斜撑杆接头103、4个折痕杆接头末端杆套102以及4个斜撑杆接头末端杆套104；

其中，4个折痕杆接头101以及4个斜撑杆接头103的一端固定连接为一点，4个折痕杆接头101以及4个斜撑杆接头103的另一端分别固定连接4个折痕杆接头末端杆套102以及4个斜撑杆接头末端杆套104；

实施例中，中央柔性铰链1的两对相对的折痕杆接头101之间的夹角分别为112.62°以及128.68°，4个斜撑杆接头103位于4对相邻折痕杆接头101轴线的角平分线处，其中2个斜撑杆接头103位于2对折痕杆接头101轴线所夹角为120°的角平分线处，长度为20mm，剩余2个斜撑杆接头103位于2对折痕杆接头101轴线所夹角为60°的角平分线处，长度为10mm；

折痕杆接头的圆截面直径为6mm，长度为15mm，

如图3、图4、图5以及图6所示，第一类边柔性铰链2、第二类边柔性铰链3、第三类边柔性铰链4以及第四类边柔性铰链5都各包括：3个折痕杆接头101、2个斜撑杆接头103、3个折痕杆接头末端杆套102以及2个斜撑杆接头末端杆套104；

其中，3个折痕杆接头101以及2个斜撑杆接头103的一端固定连接为一点，3个折痕杆接头101以及2个斜撑杆接头103的另一端分别固定连接3个折痕杆接头末端杆套102以及2个斜撑杆接头末端杆套104；

如图3所示，第一类边柔性铰链2中的3个折痕杆接头101以及2个斜撑杆接头103的空间分布形式：第一类边柔性铰链2中的1对折痕杆接头101轴线之间的夹角为128.68°，第三个折痕杆接头101位于这对折痕杆接头101轴线所成平面的右侧，并且其轴线与另外两个折痕杆接头101轴线的夹角分别为120°与60°，其中1个斜撑杆接头103位于1对折痕杆接头101轴线所成角为120°的角平分线处，长度为10mm，另1个斜撑杆接头103位于1对折痕杆接头101轴线所成角为60°的角平分线处，长度为20mm；

如图4所示，第二类边柔性铰链3中的3个折痕杆接头101以及2个斜撑杆接头103的空间分布形式：第二类边柔性铰链3中的1对折痕杆接头101轴线之间的夹角为128.68°，第三个折痕杆接头101位于这对折痕杆接头101轴线所成平面的左侧，并且其轴线与另外两个折痕杆接头101轴线的夹角分别为120°与60°，其中1个斜撑杆接头103位于1对折痕杆接头101轴线所成角为120°的角平分线处，长度为10mm，另1个斜撑杆接头103位于1对折痕杆接头101轴线所成角为60°的角平分线处，长度为20mm；

如图5所示，第三类边柔性铰链4中的3个折痕杆接头101以及2个斜撑杆接头103的空间分布形式：第三类边柔性铰链4中其中1对折痕杆接头101轴线之间的夹角为112.62°，第三个折痕杆接头101位于这对折痕杆接头101轴线所成平面的上侧，并且其轴线与另外两个折痕杆接头101轴线的夹角均为120°，2个斜撑杆接头位于2对折痕杆接头轴线所成角为120°的角平分线处，长度为10mm；

如图6所示，第四类边柔性铰链5中的3个折痕杆接头101以及2个斜撑杆接头103的空间分布形式：第四类边柔性铰链5中其中1对折痕杆接头101轴线之间的夹角为112.62°，第三个折痕杆接头101位于这对折痕杆接头101轴线所成平面的上侧，并且其轴线与另外两个折痕杆接头101轴线的夹角均为60°，2个斜撑杆接头103位于2对折痕杆接头101轴线所成角为60°的角平分线处，长度为20mm；

如图7以及图8所示，第一类角柔性铰链6以及第二类角柔性铰链7都各包括：2个折痕杆接头101、1个斜撑杆接头103、2个折痕杆接头末端杆套102以及1个斜撑杆接头末端杆套104；

其中，2个折痕杆接头101以及1个斜撑杆接头103的一端固定连接为一点，2个折痕杆接头101以及1个斜撑杆接头103的另一端分别固定连接2个折痕杆接头末端杆套102以及1个斜撑杆接头末端杆套104；

如图7所示，第一类角柔性铰链6中的2个折痕杆接头101以及1个斜撑杆接头103的空间分布形式：第一类角柔性铰链6的1对折痕杆接头101轴线之间的夹角为60°，斜撑杆接头103位于折痕杆接头101轴线所成角的角平分线处，长度为20mm；

如图8所示，第二类角柔性铰链7中的2个折痕杆接头以及1个斜撑杆接头103的空间分布形式：第二类角柔性铰链7的1对折痕杆接头101轴线之间的夹角为120°，斜撑杆接头103位于折痕杆接头101轴线所成角的角平分线处，长度为10mm；

折痕杆接头101主要作用是以Miura折纸中的几何关系连接具有相邻关系的折痕杆8；

实施例中，折痕杆接头101的圆截面直径为6mm，长度为15mm，边柔性铰链中的折痕杆接头101轴线圆角半径为6mm；

斜撑杆接头103主要作用是以Miura折纸中的几何关系连接具有相邻关系的斜撑杆9；

实施例中，斜撑杆接头103圆截面直径为3mm；

实施例中，折痕杆接头101以及斜撑杆接头103的材料为8400软胶，复模工艺成型，能够在大范围内进行变形，为整个空间可展开机构提供柔性活动的能力；

折痕杆接头末端杆套102用于柔性的折痕杆接头101和刚性的折痕杆8紧固连接；

实施例中，折痕杆接头末端杆套102长度为11mm，外径为9mm，内径为5.9mm，孔深为10mm；

斜撑杆接头末端杆套104用于柔性的斜撑杆接头103和刚性的斜撑杆9紧固连接；

实施例中，斜撑杆接头末端杆套104长度为8mm，外径为5mm，内径为2.9mm，孔深为7mm。

如图9所示，折痕杆8是一段直径6mm、长度120mm的圆柱形等截面细长杆，并具有一定的刚性，负责为空间可展开机构在展开与收拢过程中提供刚度；

如图10所示，斜撑杆9是由两根直径3mm、长度分别为219.8mm以及130mm的圆柱形等截面细长杆组成的十字交叉杆，每个斜撑杆9均与4个相邻的且能够组成闭合回路的柔性铰链相连接，4个柔性铰链中的8个折痕杆接头101和与其连接的4个折痕杆8组成一个“菱形平面”，在空间可展开机构的运动以及展开过程中，斜撑杆9负责保持“菱形平面”的稳定性，并为空间可展开机构提供刚度；

折痕杆8以及斜撑杆9的材料为光敏树脂，光固化3D打印方式成型；

如图1所示，中央柔性铰链1的4个折痕杆接头末端杆套102分别与4根折痕杆8的一端固定连接，4根折痕杆8的另一端分别与4个边柔性铰链的4个折痕杆接头末端杆套102固定连接，4个边柔性铰链剩余的8个折痕杆接头末端杆套102分别与剩余的8根折痕杆8的一端固定连接，剩余的8根折痕杆8的另一端每两个一组通过角柔性铰链的两个折痕杆接头末端杆套102固定连接；

第一类边柔性铰链2的3个折痕杆接头末端杆套102与基本构成单元上边的2个折痕杆8以及与其具有相邻位置关系的1个折痕杆8固定连接，剩余的2个斜撑杆接头末端杆套104分别与斜撑杆9固定连接；

第二类边柔性铰链3的3个折痕杆接头末端杆套102与基本构成单元下边的2个折痕杆8以及与其具有相邻位置关系的1个折痕杆8固定连接，剩余的2个斜撑杆接头末端杆套104分别与斜撑杆9固定连接；

第三类边柔性铰链4的3个折痕杆接头末端杆套102与基本构成单元左边的2个折痕杆8以及与其具有相邻位置关系的1个折痕杆8固定连接，剩余的2个斜撑杆接头末端杆套104分别与斜撑杆9固定连接；

第四类边柔性铰链5的3个折痕杆接头末端杆套102与基本构成单元右边的2个折痕杆8以及与其具有相邻位置关系的1个折痕杆8固定连接，剩余的2个斜撑杆接头末端杆套104分别与斜撑杆9固定连接；

第一类角柔性铰链6的2个折痕杆接头末端杆套102与基本构成单元左上角或者左下角的2个折痕杆8固定连接，剩余的1个斜撑杆接头末端杆套104与斜撑杆9固定连接；

第二类角柔性铰链7的2个折痕杆接头末端杆套102与基本构成单元右上角或者右下角的2个折痕杆8固定连接，剩余的1个斜撑杆接头末端杆套104与斜撑杆9固定连接；

本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，不受外力作用的自然状态下为展开状态，收拢时，首先固定中央柔性铰链1，并在机构上部的第一类角柔性铰链6、第二类角柔性铰链7以及机构下部的第一类角柔性铰链6、第二类角柔性铰链7处提供水平面内的推力，边柔性铰链发生变形，带动相连的折痕杆8发生刚体运动，内部的折痕杆8将力传导到中央柔性铰链1处，并使中央柔性铰链1变形，实现折叠收拢，如图11所示；

本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，收拢后，各个柔性铰链内部储存弹性势能，释放施加在机构上部的第一类角柔性铰链6、第二类角柔性铰链7以及机构下部的第一类角柔性铰链6、第二类角柔性铰链7处水平面内的推力，柔性铰链内部储存弹性势能释放，中央柔性铰链1以及边柔性铰链恢复到自然状态，并带动与其相连的折痕杆8发生刚体运动，实现展开；

如图12所示，将左上角基本构成单元右边以及下边的边柔性铰链以及角柔性铰链拆卸下来，将右上角基本构成单元左边以及下边的边柔性铰链以及角柔性铰链拆卸下来，将左下角基本构成单元右边以及上边的边柔性铰链以及角柔性铰链拆卸下来，将左下角基本构成单元左边以及上边的边柔性铰链以及角柔性铰链拆卸下来，形成4个基本构成单元的中间体，边缘处的折痕杆8通过边柔性铰链固定连接，内部的折痕杆8通过中央柔性铰链1固定连接；将新接入的边柔性铰链以及中央柔性铰链1剩余的斜撑杆接头末端杆套与斜撑杆固定连接；实现2×2形式的空间可展开机构扩展。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，其特征在于：包括：柔性铰链、折痕杆以及斜撑杆；

进一步的，柔性铰链按照结构不同分为：中央柔性铰链(1)、边柔性铰链以及角柔性铰链；

中央柔性铰链(1)包括：4个折痕杆接头(101)、4个斜撑杆接头(103)、4个折痕杆接头末端杆套(102)以及4个斜撑杆接头末端杆套(104)；

其中，4个折痕杆接头(101)以及4个斜撑杆接头(103)的一端固定连接为一点，4个折痕杆接头(101)以及4个斜撑杆接头(103)的另一端分别固定连接4个折痕杆接头末端杆套(102)以及4个斜撑杆接头末端杆套(104)；

边柔性铰链按照结构不同分为：第一类边柔性铰链(2)、第二类边柔性铰链(3)、第三类边柔性铰链(4)以及第四类边柔性铰链(5)；

第一类边柔性铰链(2)、第二类边柔性铰链(3)、第三类边柔性铰链(4)以及第四类边柔性铰链(5)都各包括：3个折痕杆接头(101)、2个斜撑杆接头(103)、3个折痕杆接头末端杆套(102)以及2个斜撑杆接头末端杆套(104)；

其中，3个折痕杆接头(101)以及2个斜撑杆接头(103)的一端固定连接为一点，3个折痕杆接头(101)以及2个斜撑杆接头(103)的另一端分别固定连接3个折痕杆接头末端杆套(102)以及2个斜撑杆接头末端杆套(104)；

进一步的，第一类边柔性铰链(2)、第二类边柔性铰链(3)、第三类边柔性铰链(4)以及第四类边柔性铰链(5)中的3个折痕杆接头(101)以及2个斜撑杆接头(103)的空间分布形式不同；

角柔性铰链按照结构不同分为：第一类角柔性铰链(6)以及第二类角柔性铰链(7)；

第一类角柔性铰链(6)以及第二类角柔性铰链(7)都各包括：2个折痕杆接头(101)、1个斜撑杆接头(103)、2个折痕杆接头末端杆套(102)以及1个斜撑杆接头末端杆套(104)；

其中，2个折痕杆接头(101)以及1个斜撑杆接头(103)的一端固定连接为一点，2个折痕杆接头(101)以及1个斜撑杆接头(103)的另一端分别固定连接2个折痕杆接头末端杆套(102)以及1个斜撑杆接头末端杆套(104)；

进一步的，第一类角柔性铰链(6)以及第二类角柔性铰链(7)中的2个折痕杆接头(101)以及1个斜撑杆接头(103)的空间分布形式不同；

折痕杆接头(101)主要作用是以Miura折纸中的几何关系连接具有相邻关系的折痕杆(8)；

斜撑杆接头(103)主要作用是以Miura折纸中的几何关系连接具有相邻关系的斜撑杆(9)；

折痕杆接头末端杆套(102)用于柔性的折痕杆接头(101)和刚性的折痕杆(8)紧固连接；

斜撑杆接头末端杆套(104)用于柔性的斜撑杆接头(103)和刚性的斜撑杆(9)紧固连接；

折痕杆(8)是一段等截面细长杆，并具有一定的刚性，负责为一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构在展开与收拢过程中提供刚度；

斜撑杆(9)是由两根等截面细长杆组成的十字交叉杆，每个斜撑杆(9)均与4个相邻的且能够组成闭合回路的柔性铰链相连接；

4个柔性铰链中的8个折痕杆接头(101)和与其连接的4个折痕杆(8)组成一个“菱形平面”，在一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构的运动以及展开过程中，斜撑杆(9)负责保持“菱形平面”的稳定性，并为一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构提供刚度；

更进一步的，本发明公开的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，基本构成单元包括：1个中央柔性铰链(1)、1个第一类边柔性铰链(2)、1个第二类边柔性铰链(3)、1个第三类边柔性铰链(4)、1个第四类边柔性铰链(5)、2个第一类角柔性铰链(6)、2个第二类角柔性铰链(7)、12个折痕杆(8)以及4个斜撑杆(9)；

中央柔性铰链(1)的4个折痕杆接头末端杆套(102)分别与4根折痕杆(8)的一端固定连接，4根折痕杆(8)的另一端分别与4个边柔性铰链的4个折痕杆接头末端杆套(102)固定连接，4个边柔性铰链剩余的8个折痕杆接头末端杆套(102)分别与剩余的8根折痕杆(8)的一端固定连接，剩余的8根折痕杆(8)的另一端每两个一组通过角柔性铰链的两个折痕杆接头末端杆套(102)固定连接；

第一类边柔性铰链(2)的3个折痕杆接头末端杆套(102)与基本构成单元上边的2个折痕杆(8)以及与其具有相邻位置关系的1个折痕杆(8)固定连接，剩余的2个斜撑杆接头末端杆套(104)分别与斜撑杆(9)固定连接；

第二类边柔性铰链(3)的3个折痕杆接头末端杆套(102)与基本构成单元下边的2个折痕杆(8)以及与其具有相邻位置关系的1个折痕杆(8)固定连接，剩余的2个斜撑杆接头末端杆套(104)分别与斜撑杆(9)固定连接；

第三类边柔性铰链(4)的3个折痕杆接头末端杆套(102)与基本构成单元左边的2个折痕杆(8)以及与其具有相邻位置关系的1个折痕杆(8)固定连接，剩余的2个斜撑杆接头末端杆套(104)分别与斜撑杆(9)固定连接；

第四类边柔性铰链(5)的3个折痕杆接头末端杆套(102)与基本构成单元右边的2个折痕杆(8)以及与其具有相邻位置关系的1个折痕杆(8)固定连接，剩余的2个斜撑杆接头末端杆套(104)分别与斜撑杆(9)固定连接；

第一类角柔性铰链(6)的2个折痕杆接头末端杆套(102)与基本构成单元左上角或者左下角的2个折痕杆(8)固定连接，剩余的1个斜撑杆接头末端杆套(104)与斜撑杆(9)固定连接；

第二类角柔性铰链(7)的2个折痕杆接头末端杆套(102)与基本构成单元右上角或者右下角的2个折痕杆(8)固定连接，剩余的1个斜撑杆接头末端杆套(104)与斜撑杆(9)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，其特征在于：不受外力作用的自然状态下为展开状态，收拢时，首先固定中央柔性铰链(1)，并在上部的第一类角柔性铰链(6)、第二类角柔性铰链(7)以及机构下部的第一类角柔性铰链(6)、第二类角柔性铰链(7)提供水平面内的推力，边柔性铰链发生变形，带动相连的折痕杆(8)发生刚体运动，内部的折痕杆(8)将力传导到中央柔性铰链(1)处，并使中央柔性铰链(1)变形，实现折叠收拢；

收拢后，各个柔性铰链内部储存弹性势能，释放施加在机构上部的第一类角柔性铰链(6)、第二类角柔性铰链(7)以及机构下部的第一类角柔性铰链(6)、第二类角柔性铰链(7)水平面内的推力，柔性铰链内部储存弹性势能释放，中央柔性铰链(1)以及边柔性铰链恢复自然状态，并带动与其相连的折痕杆(8)发生刚体运动，实现展开。

3.根据权利要求1所述的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，其特征在于：通过将边柔性铰链替换为中央柔性铰链(1)，将角柔性铰链替换为边柔性铰链，能够实现基本构成单元的扩展，进而实现本发明的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构的扩展。

4.根据权利要求1所述的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，其特征在于：折痕杆接头(101)以及斜撑杆接头(103)的材料为8400软胶，能够在大范围内进行变形，为整个一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构提供柔性活动的能力。

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