CN116221256B - 一种单自由度对称七杆闭环可展单元及基于此的正五角星-正五棱柱转换机构 - Google Patents

一种单自由度对称七杆闭环可展单元及基于此的正五角星-正五棱柱转换机构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单自由度对称七杆闭环可展单元及基于此的正五角星‑正五棱柱转换机构，属于机构学应用技术领域，包括机架，连架杆、连杆、I型偏置连杆、II型偏置连杆，I型橡胶软垫、II型橡胶软垫，所述机架设置有五个分支杆，所述连架杆一端设置有两个平行的转动副I和转动副II，所述I型偏置连杆和II型偏置连杆各有一个偏置的转动副。通过任意一个连架杆进行驱动，实现转换机构在完全展开的平面正五角星构型和完全闭合的正五棱柱构型之间连续转换，且控制方便，运动平稳。

Description

一种单自由度对称七杆闭环可展单元及基于此的正五角星- 正五棱柱转换机构
技术领域
本发明属于机构学应用技术领域，特别涉及到一种单自由度对称七杆闭环可展单元及基于此的正五角星-正五棱柱转换机构。
背景技术
空间可折展机构具有从收拢状态折展成预定构态的性质，具有高刚度、高可靠性、高稳定性等优点，在航空航天领域有着非常广泛的应用。随着科学技术的发展，对可展机构提出了多功能性的要求，然而现有的可展机构的折展模式较为单一，大多只能实现体积的缩放，很少能有机构可以在平面构型和空间构型之间灵活切换，限制了可展机构的发展及应用。因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种单自由度对称七杆闭环可展单元及基于此的正五角星-正五棱柱转换机构，通过连架杆进行驱动，实现转换机构在完全展开的平面正五角星构型和完全闭合的空间正五棱柱构型之间连续转换，且该机构在构型转换过程中，控制简便。
本发明采用的技术方案为一种单自由度对称七杆闭环可展单元及基于此的正五角星-正五棱柱转换机构其特征是：包括机架，连架杆、连杆、I型偏置连杆、II型偏置连杆，所述连架杆一端设置有两个平行的转动副I和转动副II；所述I型偏置连杆和II型偏置连杆各有一个偏置的转动副；
所述机架设置有五个分支杆，相邻两分支杆之间的夹角为72度，分别与连架杆铰接连接；
所述连架杆设置有两个，包括连架杆I和连架杆II，其中连架杆I的一端与机架分支杆铰接连接，连架杆I的转动副II与连杆铰接连接，这两个转动副的轴线相互垂直；连架杆II的一端与机架分支杆铰接连接，连架杆II的转动副I与连杆铰接连接，这两个转动副的轴线相互垂直；
所述连杆设置有两个，连杆两端的转动副的轴线相互垂直,其一端与连架杆I的转动副II或连架杆II的转动副I铰接连接，另外一端与I型偏置连杆或II型偏置连杆铰接连接；
所述I型偏置连杆设置有一个，连杆两端的转动副的轴线相互垂直，其一端与连杆铰接连接，另外一端的偏置转动副与II型偏置连杆的偏置转动副铰接连接；
所述II型偏置连杆设置有一个，连杆两端的转动副的轴线相互垂直，其一端与连杆铰接连接，另外一端的偏置转动副与I型偏置连杆的偏置转动副铰接连接；
所述两个相邻机架分支杆关于过这两个机架分支杆轴线夹角角平分线的对称平面A镜像对称；所述两个连架杆关于对称平面A镜像对称；所述两个连杆关于对称平面A镜像对称；所述I型偏置连杆和II型偏置连杆关于对称平面A镜像对称；
所述对称平面A与机架所在的平面B相互垂直；
所述相邻机架分支杆与两个连架杆、两个连杆、I型偏置连杆和II型偏置连杆形成单闭环；
一种单自由度对称七杆闭环可展单元在完全展开的平面构型状态下，所述机架分支杆、连架杆、连杆、I型偏置连杆和II型偏置连杆转动副的轴线都位于机架平面B上；
本发明采用的另一种技术方案为一种单自由度对称七杆闭环可展单元及基于此的正五角星-正五棱柱转换机构其特征是：包括机架、连架杆、连杆、I型偏置连杆、II型偏置连杆、I型橡胶软垫、II型橡胶软垫，所述连架杆一端设置有两个平行的转动副I和转动副II，所述I型偏置连杆和II型偏置连杆各有一个偏置的转动副；
所述正五角星-正五棱柱转换机构共包含五组单自由度对称七杆闭环可展单元；
所述机架设置有五个分支杆，相邻两分支杆之间的夹角为72度，其中每个分支杆都与连架杆铰接连接；
所述连架杆设置有五个，其中连架杆的一端与机架分支杆铰接连接，另外一端有两个平行的转动副I和转动副II，都与连杆铰接连接，转动副的几何中心分布在圆上，且这两个转动副的轴线都与连杆另外一端的轴线垂直；
所述连杆设置有十个，连杆两端的转动副的轴线相互垂直,其一端与连架杆转动副I或转动副II连杆铰接连接，另外一端与I型偏置连杆或II型偏置连杆铰接连接，转动副的几何中心分布在圆上；
所述I型偏置连杆设置有五个，连杆两端的转动副的轴线相互垂直，其一端与连杆铰接连接，另外一端的偏置转动副与II型偏置连杆的偏置转动副铰接连接，转动副的几何中心分布在圆上，且与I型橡胶软垫固定连接；
所述II型偏置连杆设置有五个，连杆两端的转动副的轴线相互垂直，其一端与连杆铰接连接，另外一端的偏置转动副与I型偏置连杆的偏置转动副铰接连接，且与II型橡胶软垫固定连接；
所述I型橡胶软垫设置有五个，其与I型偏置连杆固定连接；
所述II型橡胶软垫设置有十个，其与II型偏置连杆固定连接；
所述机构由五个单自由度对称七杆闭环可展单元构成，每个单元的对称关系与上述单个单自由度对称七杆闭环可展单元的对称关系相同，其转换过程中对称关系也相同。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明的一种单自由度对称七杆闭环可展单元及基于此的正五角星-正五棱柱转换机构，通过连架杆进行驱动，实现转换机构在完全展开的平面正五角星构型和完全闭合的正五棱柱构型之间连续转换，该机构整体具有较高的刚度，且在转换的过程中控制方便，运动平稳连续。
一种单自由度对称七杆闭环可展单元及基于此的正五角星-正五棱柱转换机构，向完全展开的平面构型转换时具有较大的面积和规则的形状、向完全闭合的空间构型转换时具有较强的承载能力和较广的空间体积，可应用于多形态模式的工作场合。该机构在太空探索、大型建筑、工业生产等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
图1为本发明一种单自由度对称七杆闭环可展单元整体结构示意图。
图2为本发明一种单自由度对称七杆闭环可展单元完全展开成平面构型状态结构示意图。
图3为本发明一种单自由度对称七杆闭环可展单元及基于此的正五角星-正五棱柱转换机构连架杆结构示意图。
图4为本发明一种单自由度对称七杆闭环可展单元及基于此的正五角星-正五棱柱转换机构整体结构示意图。
图5为本发明一种单自由度对称七杆闭环可展单元及基于此的正五角星-正五棱柱转换机构完全展开成平面五角星构型示意图。
图6为本发明一种单自由度对称七杆闭环可展单元及基于此的正五角星-正五棱柱转换机构完全闭合成正五棱柱构型示意图。
图中1-机架，2-连架杆、3-连杆、4-I型偏置连杆、5-II型偏置连杆、6-I型橡胶软垫、7-II型橡胶软垫、101-机架分支杆、A-对称平面、B-基座平面，Ci-转动副几何中心分布圆，i＝1,2,3,4。
具体实施方式
具体实施方式一：一种单自由度对称七杆闭环可展单元，如图1、图2，图3，包括机架1，连架杆2、连杆3、I型偏置连杆4、II型偏置连杆5，所述连架杆2的一端设置有两个平行的转动副I和转动副II，所述I型偏置连杆4和II型偏置连杆5各有一个偏置的转动副；
所述机架1设置有五个分支杆101，相邻两分支杆之间的夹角为72度，分别与连架杆2铰接连接；
所述连架杆2设置有两个，包括连架杆I201和连架杆II202，其中连架杆I201的一端与机架分支杆101铰接连接，连架杆I201的转动副II与连杆3铰接连接，这两个转动副的轴线相互垂直；连架杆II202的一端与机架分支杆101铰接连接，连架杆II202的转动副I与连杆3铰接连接，这两个转动副的轴线相互垂直；
所述连杆3设置有两个，连杆两端的转动副的轴线相互垂直,其一端与连架杆I201的转动副II或连架杆II202的转动副I铰接连接，另外一端与I型偏置连杆4或II型偏置5连杆铰接连接；
所述I型偏置4连杆设置有一个，连杆两端的转动副的轴线相互垂直，其一端与连杆3铰接连接，另外一端的偏置转动副与II型偏置连杆5的偏置转动副铰接连接；
所述II型偏置连杆5设置有一个，连杆两端的转动副的轴线相互垂直，其一端与连杆铰接连接，另外一端的偏置转动副与I型偏置连杆4的偏置转动副铰接连接；
所述两个相邻机架分支杆101关于过这两个机架分支杆101轴线夹角角平分线的对称平面A镜像对称；所述两个连架杆2关于对称平面A镜像对称；所述两个连杆3关于对称平面A镜像对称；所述I型偏置连杆4和II型偏置连杆5关于对称平面A镜像对称
所述对称平面A与机架所在的平面B相互垂直；
所述相邻机架分支杆101与两个连架杆2、两个连杆3、I型偏置连杆4和II型偏置连杆5形成单闭环；
一种单自由度对称七杆闭环可展单元在完全展开的平面构型状态下，所述机架分支杆、连架杆、连杆、I型偏置连杆和II型偏置连杆转动副的轴线都位于机架平面B上；
具体实施方式二：一种单自由度对称七杆闭环可展单元及基于此的正五角星-正五棱柱转换机构，如图4、图5、图6，包括机架1，连架杆2、连杆3、I型偏置连杆4、II型偏置连杆5、I型橡胶软垫6、II型橡胶软垫7，所述连架杆2的一端设置有两个平行的转动副I和转动副II，所述I型偏置连杆4和II型偏置连杆5各有一个偏置的转动副；
所述机架1设置有五个分支杆101，相邻两分支杆之间的夹角为72度，其中每个分支杆101都与连架杆2铰接连接，转动副的几何中心分布在圆C1上；
所述连架杆2设置有五个，其中连架杆2的一端与机架分支杆101铰接连接，另外一端有两个平行的转动副I和转动副II，都与连杆3铰接连接，转动副的几何中心分布在圆C2上，且这两个转动副的轴线都与连杆另外一端的轴线垂直；
所述连杆3设置有十个,连杆两端的转动副的轴线相互垂直，其一端与连架杆2转动副I或转动副II连杆铰接连接，另外一端与I型偏置连杆4或II型偏置连杆5铰接连接，转动副的几何中心分布在圆C3上；
所述I型偏置连杆4设置有五个，连杆两端的转动副的轴线相互垂直，其一端与连杆3铰接连接，另外一端的偏置转动副与II型偏置连杆5的偏置转动副铰接连接，转动副的几何中心分布在圆C4上，且与I型橡胶软垫6固定连接；
所述II型偏置连杆5设置有五个，连杆两端的转动副的轴线相互垂直，其一端与连杆3铰接连接，另外一端的偏置转动副与I型偏置连杆4的偏置转动副铰接连接，且与II型橡胶软垫7固定连接；
所述I型橡胶软垫6设置有五个，其与I型偏置连杆4固定连接；
所述II型橡胶软垫7设置有十个，其与II型偏置连杆5固定连接；
所述机构由五个单自由度对称七杆闭环可展单元构成，每个单元的对称关系与上述单个单自由度对称七杆闭环可展单元的对称关系相同，其转换过程中对称关系也相同。
本发明的一种单自由度对称七杆闭环可展单元及基于此的正五角星-正五棱柱转换机构，通过连架杆进行驱动，实现转换机构在完全展开的平面正五角星构型和完全闭合的正五棱柱构型之间连续转换，该机构整体具有较高的刚度，且在转换的过程中控制方便，运动平稳。
一种单自由度对称七杆闭环可展单元及基于此的正五角星-正五棱柱转换机构，向完全展开的平面构型转换时具有较大的面积和规则的形状、向完全闭合的空间构型转换时具有较强的承载能力和较广的空间体积，可应用于多形态模式的工作场合。该机构在太空探索、大型建筑、工业生产等领域具有广阔的应用前景。

Claims (3)

1.一种单自由度对称七杆闭环可展单元,其特征在于：包括机架（1）、连架杆（2）、连杆（3）、I型偏置连杆（4）和II型偏置连杆（5）；
所述机架（1）设置有五个分支杆（101），相邻两分支杆之间的夹角为72度，分别与连架杆（2）铰接连接；
所述连架杆（2）设置有两个，包括连架杆I（201）和连架杆II（202），连架杆（2）的一端设置有两个平行的转动副I和转动副II，其中连架杆I（201）的一端与机架分支杆（101）铰接连接，连架杆I（201）的转动副II与连杆（3）铰接连接，这两个转动副的轴线相互垂直，连架杆II（202）的一端与机架分支杆（101）铰接连接，连架杆II（202）的转动副I与连杆（3）铰接连接，这两个转动副的轴线相互垂直；
所述连杆（3）设置有两个，连杆两端的转动副的轴线相互垂直,其一端与连架杆I（201）的转动副II或连架杆II（202）的转动副I铰接连接，另外一端与I型偏置连杆（4）或II型偏置连杆（5）铰接连接；
所述I型偏置连杆（4）设置有一个，连杆两端的转动副的轴线相互垂直，其一端与连杆（3）铰接连接，另外一端的偏置转动副与II型偏置连杆（5）的偏置转动副铰接连接；
所述II型偏置连杆（5）设置有一个，连杆两端的转动副的轴线相互垂直，其一端与连杆铰接连接，另外一端的偏置转动副与I型偏置连杆（4）的偏置转动副铰接连接；
两个相邻所述机架分支杆（101）关于过这两个机架分支杆（101）轴线夹角角平分线的对称平面A镜像对称；所述两个连架杆（2）关于对称平面A镜像对称；所述两个连杆（3）关于对称平面A镜像对称；所述I型偏置连杆（4）和II型偏置连杆（5）关于对称平面A镜像对称；所述对称平面A与机架所在的平面B相互垂直；
相邻所述机架分支杆（101）与两个连架杆（2）、两个连杆（3）、I型偏置连杆（4）和II型偏置连杆（5）形成单闭环；
在单自由度对称七杆闭环可展单元在完全展开的平面构型状态下，所述机架分支杆、连架杆、连杆、I型偏置连杆和II型偏置连杆转动副的轴线都位于机架平面B上。
2.一种单自由度对称七杆闭环可展单元的正五角星-正五棱柱转换机构，其特征在于：包括机架（1）、连架杆（2）、连杆（3）、I型偏置连杆（4）、II型偏置连杆（5）、I型橡胶软垫（6）、II型橡胶软垫（7）；
所述机架（1）设置有五个分支杆（101），相邻两分支杆之间的夹角为72度，其中每个分支杆（101）都与连架杆（2）铰接连接，转动副的几何中心分布在圆C1上；
所述连架杆（2）设置有五个，其中连架杆（2）的一端与机架分支杆（101）铰接连接，另外一端有两个平行的转动副I和转动副II，都与连杆（3）铰接连接，转动副的几何中心分布在圆C2上，且这两个转动副的轴线都与连杆另外一端的轴线垂直；
所述连杆（3）设置有十个,连杆两端的转动副的轴线相互垂直，其一端与连架杆（2）转动副I或转动副II连杆铰接连接，另外一端与I型偏置连杆（4）或II型偏置连杆（5）铰接连接，转动副的几何中心分布在圆C3上；
所述I型偏置连杆（4）设置有五个，连杆两端的转动副的轴线相互垂直，其一端与连杆（3）铰接连接，另外一端的偏置转动副与II型偏置连杆（5）的偏置转动副铰接连接，转动副的几何中心分布在圆C4上，且与I型橡胶软垫（6）固定连接；
所述II型偏置连杆（5）设置有五个，连杆两端的转动副的轴线相互垂直，其一端与连杆（3）铰接连接，另外一端的偏置转动副与I型偏置连杆（4）的偏置转动副铰接连接，且与II型橡胶软垫（7）固定连接；
所述I型橡胶软垫（6）设置有十个，其与I型偏置连杆（4）固定连接；所述II型橡胶软垫（7）设置有五个，其与II型偏置连杆（5）固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种单自由度对称七杆闭环可展单元的正五角星-正五棱柱转换机构，其特征在于：所述机构由五个单自由度对称七杆闭环可展单元构成，每个单元的对称关系与单个上述单自由度对称七杆闭环可展单元的对称关系相同，其转换过程中对称关系也相同。
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