頂點可展多面體摺疊機構的製作方法

2023-09-21 05:40:30 5

專利名稱：頂點可展多面體摺疊機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種摺疊機構，具體涉及一種頂點可展多面體摺疊機構。本發明可以應用於教學教具，兒童玩具，軍事偵察，展覽參觀等用途。
背景技術：
一直以來，可縮放可摺疊機構以其佔用空間小、重量輕、便於存儲、攜帶方便變形程度很大，展開形狀豐富等優良特性，無論是在軍事、航天、探測、以及教育教學，藝術展示等方面都有著很高的運用價值。可動平臺相對於靜平臺的位置、姿態與工作空間計算在並聯機構領域內已經過大量的分析與研究，並綜合出了大量的機械構型。少自由度並聯機器人由於驅動件少、結構緊湊、造價低廉且較串聯機構剛度高等優點具有較高的使用價值。如著名的六自由度stewart平臺，在飛行器模擬，輪胎測試機器等有著成熟應用。但為獲得較好的負載性能、精度要求，使得並聯平臺的工作空間減小。當前，並聯機構中的靜平臺與動平臺分別整體為一固定構件，儘管平臺的設計形狀各異，但平臺尺寸結構一般不能進行變換。本發明結合了摺疊四面體機構大縮放比與可縮放平臺強大的變形能力，弱化靜平臺與動平臺的區別，獲得了大縮放比、高靈活性等各種優異性能，提出了一種頂點可展多面體摺疊機構。

發明內容
本發明所要解決的技術問題:並聯機構中的靜平臺與動平臺分別整體為一固定構件，儘管平臺的設計形狀各異，但平臺尺寸結構固定一般不能進行變換，導致無法獲得大縮放比並同時具有靈活操作的特性。本發明的技術方案:頂點可展多面體摺疊機構包括可展平臺A、可展平臺B、可展平臺C、可展平臺D，第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈、第四支鏈、第五支鏈、第六支鏈；所述的可展平臺A由平臺第一頂點平臺第二頂點、平臺第三頂點、平臺第一轉軸、平臺第二轉軸、平臺驅動電機組成；所述的可展平臺B由平臺第一頂點、平臺第二頂點、平臺第三頂點、平臺第一轉軸、平臺第二轉軸、平臺驅動電機組成；所述的可展平臺C由平臺第一頂點、平臺第二頂點、平臺第三頂點、平臺第一轉軸、平臺第二轉軸、平臺驅動電機組成；所述的可展平臺D由平臺第一頂點、平臺第二頂點、平臺第三頂點、平臺第一轉軸、平臺第二轉軸、平臺驅動電機組成；第一支鏈的任意一端與可展平臺A的平臺第一頂點進行轉動連接；第一支鏈的另一端與可展平臺B的平臺第一頂點進行轉動連接；第二支鏈的任意一端與可展平臺B的平臺第一頂點進行轉動連接；第二支鏈的另一端與可展平臺B的平臺第一頂點進行轉動連接；第三支鏈的任意一端與可展平臺A的平臺第一頂點進行轉動連接；第三支鏈的另一端與可展平臺B的平臺第一頂點進行轉動連接；第四支鏈的任意一端與可展平臺A的平臺第一頂點進行轉動連接；第四支鏈的另一端與可展平臺B的平臺第一頂點進行轉動連接；第五支鏈的任意一端與可展平臺A的平臺第一頂點進行轉動連接；第五支鏈的另一端與可展平臺B的平臺第一頂點進行轉動連接；第六支鏈的任意一端與可展平臺A的平臺第一頂點進行轉動連接；第六支鏈的另一端與可展平臺B的平臺第一頂點進行轉動連接；可展平臺A包括平臺第一頂點、平臺第二頂點、平臺第三頂點、平臺第一轉軸、平臺第二轉軸、平臺驅動電機；平臺第一頂點中的平臺第二連杆通過平臺第一轉軸與平臺第二頂點中的平臺第一連杆轉動連接，通過卡簧進行軸向固定，平臺第二頂點中的平臺第二連杆通過平臺第二轉軸與平臺第三頂點中的平臺第一連杆轉動連接，通過卡簧進行軸向固定，平臺第一頂點中的平臺第二連杆通過平臺第一轉軸與平臺第二頂點中的平臺第一連杆轉動連接，通過卡簧進行軸向固定，平臺第三頂點中的平臺第一連杆通過平臺驅動電機與平臺第一頂點中的平臺第一連杆轉動連接，通過頂絲進行電機輸出軸的軸向及周向固定;臺第一頂點包括滑軌、滑塊、第一轉軸、第二轉軸、第三轉軸、第四轉軸、平臺第一連杆、平臺第二連杆、第一同步杆、第二同步杆、平臺頂點軸、支鏈連接軸；滑塊與滑軌的滑槽進行移動配合，滑塊與第一同步杆通過第一轉軸進行轉動連接，滑塊與第一轉軸以過盈配合進行軸向固定，滑塊與第二同步杆通過第二轉軸進行轉動連接，滑塊與第四轉軸通過過盈配合進行軸向固定，平臺第一連杆的小孔與第一同步杆通過第二轉軸進行轉動連接，第二轉軸與平臺第一連杆的小孔以過盈配合進行軸向固定，平臺第二連杆的小孔與第二同步杆通過第三轉軸進行轉動連接，第三轉軸與平臺第二連杆的小孔以過盈配合進行軸向固定，滑軌的中間孔與平臺第一連杆、平臺第二連杆的大孔通過平臺頂點軸進行轉動連接，平臺頂點軸通過卡簧進行軸向固定，支鏈連接軸與滑軌的下孔進行轉動連接，通過卡簧進行軸向固定；平臺第一連杆的大孔的軸線與遠端孔的軸線具有順時針60°的異面夾角，平臺第二連杆的大孔的軸線與遠端孔的軸線具有逆時針60°的異面夾角；可展平臺A的平臺第二頂點、平臺第三頂點中各零件的形狀、尺寸以及裝配關係均與平臺第一頂點完全相同；平臺第一連杆、平臺第一連杆與平臺第一連杆尺寸結構完全相同，平臺第二連杆、平臺第二連杆與平臺第二連杆尺寸結構完全相同，可展平臺B、可展平臺C、可展平臺D中各零件的形狀、尺寸以及裝配關係均與可展平臺A完全相同；第一支鏈包括支鏈第一桿、支鏈第二桿、支鏈電機；支鏈第一桿的連接孔與支鏈第二桿的連接孔通過支鏈電機進行轉動連接，電機輸出軸通過頂絲與支鏈第二桿固定；第二支鏈、第三支鏈、第四支鏈中各零件的形狀、尺寸以及裝配關係均與第一支鏈完全相同；第五支鏈包括支鏈第一桿、支鏈第二桿、配重塊，支鏈第一桿的連接孔與支鏈第二桿的連接孔通過配重塊上的轉軸進行轉動連接，並通過卡簧進行軸向固定；第六支鏈中各零件的形狀、尺寸以及裝配關係均與第五支鏈完全相同。本發明的有益效果，通過摺疊四面體與單自由度可縮放平臺的高效結合，使得對於每一個平臺，由六根連杆通過一定的轉動副扭角布局安裝，不僅僅增加了平臺的工作空間，且擴展了平臺更多功能，每個可縮放平臺均可以做為一個子平臺進行單獨操作，且整個平臺的摺疊僅需要單個自由度，四個可縮放平臺分別配備一個驅動使得機構不僅在摺疊後空間上可以實現伸縮，也可實現平面三角形與空間六邊形的不同變換，可以用於軍事偵察、資源探測，教育教學，以及用於藝術創作。


圖1頂點可展多面體摺疊機構整體結構2可縮放平臺A結構3可縮放平臺B結構4可縮放平臺C結構5可縮放平臺D結構6第一支鏈I裝配關係示意7第五支鏈V裝配關係示意8平臺頂點Al結構示意9平臺第一連杆A1-4示意10平臺第二連杆A1-10示意11支鏈與縮放平臺同時伸展狀態示意12支鏈伸展，支鏈連接於縮放平臺邊中點示意13支鏈與縮放平臺同時收縮狀態示意圖
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。如圖1所示，頂點可展多面體摺疊機構包括可展平臺A、可展平臺B、可展平臺C、可展平臺D，第一支鏈(I)、第二支鏈(II)、第三支鏈(III)、第四支鏈(IV)、第五支鏈(V)、第六支鏈(VI)；第一支鏈(I)的任意一端與可展平臺A的平臺第一頂點(Al)進行轉動連接；第一支鏈(I)的另一端與可展平臺B的平臺第一頂點(BI)進行轉動連接；第二支鏈(II)的任意一端與可展平臺B的平臺第一頂點(B2)進行轉動連接；第二支鏈(II)的另一端與可展平臺B的平臺第一頂點(D2)進行轉動連接；第三支鏈(III)的任意一端與可展平臺A的平臺第一頂點(B3)進行轉動連接；第三支鏈(III)的另一端與可展平臺B的平臺第一頂點(Cl)進行轉動連接；第四支鏈(IV)的任意一端與可展平臺A的平臺第一頂點(C2)進行轉動連接；第四支鏈(IV)的另一端與可展平臺B的平臺第一頂點(D3)進行轉動連接；第五支鏈(V)的任意一端與可展平臺A的平臺第一頂點(A3)進行轉動連接；第五支鏈(V)的另一端與可展平臺B的平臺第一頂點(C3)進行轉動連接；第六支鏈(VI)的任意一端與可展平臺A的平臺第一頂點(A2)進行轉動連接；第六支鏈(VI)的另一端與可展平臺B的平臺第一頂點(Dl)進行轉動連接；如圖2所示，所述的可展平臺A由平臺第一頂點(Al)、平臺第二頂點(A2)、平臺第三頂點(A3)、平臺第一轉軸(A4)、平臺第二轉軸(A5)、平臺驅動電機(A6)組成；平臺第一頂點(Al)中的平臺第二連杆(A1-10)通過平臺第一轉軸(A4)與平臺第二頂點(A2)中的平臺第一連杆(A2-4)轉動連接，通過卡簧進行軸向固定，平臺第二頂點(A2)中的平臺第二連杆(A2-10)通過平臺第二轉軸(A5)與平臺第三頂點(A3)中的平臺第一連杆(A3-4)轉動連接，通過卡簧進行軸向固定，平臺第三頂點(A3)中的平臺第一連杆(A3-10)通過平臺驅動電機(A6)與平臺第一頂點(Al)中的平臺第一連杆(A1-4)轉動連接，通過頂絲進行電機輸出軸的軸向及周向固定；如圖3所示，平臺第一頂點(Al)包括滑軌(A1-1)、滑塊(A1-2)、第一轉軸(Al_3)、第二轉軸(A1-6)、第三轉軸(A1-9)、第四轉軸(A1-12)、平臺第一連杆(A1-4)、平臺第二連杆(A1-10)、第一同步杆(A1-5)、第二同步杆(A1-11)、平臺頂點軸(A1-7)、支鏈連接軸(A1-8)；滑塊(A1-2)與滑軌(Al-1)的滑槽(Al-1a)進行移動配合，滑塊(Al_2)與第一同步杆(A1-5)通過第一轉軸(A1-3)進行轉動連接，滑塊(A1-2)與第一轉軸(A1-3)以過盈配合進行軸向固定，滑塊(A1-2)與第二同步杆(Al-1l)通過第二轉軸(A1-12)進行轉動連接，滑塊(A1-2)與第四轉軸(A1-12)通過過盈配合進行軸向固定，平臺第一連杆(A1-4)的小孔與第一同步杆(A1-5)通過第二轉軸(A1-6)進行轉動連接，第二轉軸(A1-6)與平臺第一連杆(A1-4)的小孔以過盈配合進行軸向固定，平臺第二連杆(A1-10)的小孔與第二同步杆(Al-1l)通過第三轉軸(A1-9)進行轉動連接，第三轉軸(A1-9)與平臺第二連杆(A1-10)的小孔以過盈配合進行軸向固定，滑軌(Al-1)的中間孔與平臺第一連杆(A1-4)、平臺第二連杆(A1-10)的大孔通過平臺頂點軸(A1-7)進行轉動連接，平臺頂點軸(A1-7)通過卡簧進行軸向固定，支鏈連接軸(A1-8)與滑軌(Al-1)的下孔進行轉動連接，通過卡簧進行軸向固定;如圖4所示，平臺第一連杆(A1-4)的大孔(Al_4b)的軸線與遠端孔(Al_4a)的軸線具有順時針60°的異面夾角；如圖5所示，平臺第二連杆(A1-10)的大孔(Al-1Ob)的軸線與遠端孔(Al-1Oa)的軸線具有逆時針60°的異面夾角；可展平臺A的平臺第二頂點(A2)、平臺第三頂點(A3)中各零件的形狀、尺寸以及裝配關係均與平臺第一頂點(Al)完全相同；平臺第一連杆(A2-4)、平臺第一連杆(A3-4)與平臺第一連杆(A1-4)尺寸結構完全相同，平臺第二連杆(A2-10)、平臺第二連杆(A3-10)與平臺第二連杆(A1-10)尺寸結構完全相同，如圖6所示，所述的可展平臺B由平臺第一頂點(BI)、平臺第二頂點(B2)、平臺第三頂點(B3)、平臺第一轉軸(B4)、平臺第二轉軸(B5)、平臺驅動電機(B6)組成；如圖7所示，所述的可展平臺C由平臺第一頂點(Cl)、平臺第二頂點(C2)、平臺第三頂點(C3)、平臺第一轉軸(C4)、平臺第二轉軸(C5)、平臺驅動電機(C6)組成；如圖8所示，所述的可展平臺D由平臺第一頂點(D1)、平臺第二頂點(D2)、平臺第三頂點(D3)、平臺第一轉軸(D4)、平臺第二轉軸(D5)、平臺驅動電機(D6)組成；可展平臺B、可展平臺C、可展平臺D中各零件的形狀、尺寸以及裝配關係均與可展平臺A完全相同；如圖9所示，第一支鏈(I)包括支鏈第一桿(1-1)、支鏈第二桿(1-2)、支鏈電機(1-3)；支鏈第一桿(1-1)的連接孔(1-1a)與支鏈第二桿(1_2)的連接孔(I_2a)通過支鏈電機(1-3)進行轉動連接，電機輸出軸通過頂絲與支鏈第二桿(1-2)固定；第二支鏈(II)、第三支鏈(III)、第四支鏈(IV)中各零件的形狀、尺寸以及裝配關係均與第一支鏈(I)完全相同；
如圖10所示，第五支鏈(V)包括支鏈第一桿(V -1)、支鏈第二桿(V -2)、配重塊(V-3)，支鏈第一桿(V -1)的連接孔(V -1a)與支鏈第二桿(V -2)的連接孔(V _2a)通過配重塊(V -3)上的轉軸進行轉動連接，並通過卡簧進行軸向固定；第六支鏈(VI)中各零件的形狀、尺寸以及裝配關係均與第五支鏈(V)完全相同。具體的使用方法:如圖11所示，通過調整各電機轉角，使各支鏈的兩根支鏈連杆處於同軸線、四個可縮放平臺的連接支鏈的頂點伸出的兩根平臺連杆夾角互成60°時，可縮放平臺呈等邊三角形，各支鏈連接於三角形的頂點，整個機構呈現出最大伸展狀態。如圖12所示，通過調整各電機轉角，保持各支鏈的兩根支鏈連杆處於同軸線，四個可縮放平臺的連接支鏈的頂點伸出的兩根平臺連杆軸線共線時，整個機構呈現出可縮放平臺呈等邊三角形，各支鏈連接於三角形三條邊的中點的狀態。如圖1所示，通過調整各電機轉角，使各支鏈的兩根支鏈連杆處於同軸線，四個可縮放平臺的連接支鏈的頂點伸出的兩根平臺連杆夾角超過180°並達到一定角度時，可縮放平臺向內收縮，整個機構呈現出頂點收縮的四面體狀態。如圖13所示，通過調整各電機轉角，使各支鏈的兩根支鏈連杆向機構中心折，保持四個可縮放平臺向內收縮，整個機構呈現出最小的收縮狀態。除上述列舉的四種機構的狀態，通過分別調整各支鏈連杆間的夾角與分別調整縮放平臺的縮放程度，亦組合出非常豐富的機構狀態。
權利要求
1.頂點可展多面體摺疊機構，其特徵在於: 頂點可展多面體摺疊機構包括可展平臺A、可展平臺B、可展平臺C、可展平臺D，第一支鏈(I)、第二支鏈(II)、第三支鏈(III)、第四支鏈(IV)、第五支鏈(V)、第六支鏈(VI)； 所述的可展平臺A由平臺第一頂點(Al)、平臺第二頂點(A2)、平臺第三頂點(A3)、平臺第一轉軸(A4)、平臺第二轉軸(A5)、平臺驅動電機(A6)組成； 所述的可展平臺B由平臺第一頂點(BI)、平臺第二頂點(B2)、平臺第三頂點(B3)、平臺第一轉軸(B4)、平臺第二轉軸(B5)、平臺驅動電機(B6)組成； 所述的可展平臺C由平臺第一頂點(Cl)、平臺第二頂點(C2)、平臺第三頂點(C3)、平臺第一轉軸(C4)、平臺第二轉軸(C5)、平臺驅動電機(C6)組成； 所述的可展平臺D由平臺第一頂點(D1)、平臺第二頂點(D2)、平臺第三頂點(D3)、平臺第一轉軸(D4)、平臺第二轉軸(D5)、平臺驅動電機(D6)組成； 第一支鏈(I)的任意一端與可展平臺A的平臺第一頂點(Al)進行轉動連接；第一支鏈(I)的另一端與可展平臺B的平臺第一頂點(BI)進行轉動連接； 第二支鏈(II)的任意一端與可展平臺B的平臺第一頂點(B2)進行轉動連接；第二支鏈(II)的另一端與可展平臺B的平臺第一頂點(D2)進行轉動連接； 第三支鏈(III)的任意一端與可展平臺A的平臺第一頂點(B3)進行轉動連接；第三支鏈(III)的另一端與可展平臺B的平臺第一頂點(Cl)進行轉動連接； 第四支鏈(IV)的任意一端與可展平臺A的平臺第一頂點(C2)進行轉動連接；第四支鏈(IV)的另一端與可展平 臺B的平臺第一頂點(D3)進行轉動連接； 第五支鏈(V)的任意一端與可展平臺A的平臺第一頂點(A3)進行轉動連接；第五支鏈(V)的另一端與可展平臺B的平臺第一頂點(C3)進行轉動連接； 第六支鏈(VI)的任意一端與可展平臺A的平臺第一頂點(A2)進行轉動連接；第六支鏈(VI)的另一端與可展平臺B的平臺第一頂點(Dl)進行轉動連接； 第一支鏈(I)包括支鏈第一桿(1-1)、支鏈第二桿(1-2)、支鏈電機(1-3)； 支鏈第一桿(1-1)的連接孔(1-1a)與支鏈第二桿(1-2)的連接孔(I_2a)通過支鏈電機(1-3)進行轉動連接，電機輸出軸通過頂絲與支鏈第二桿(1-2)固定； 第二支鏈(II)、第三支鏈(III)、第四支鏈(IV)中各零件的形狀、尺寸以及裝配關係均與第一支鏈(I)完全相同； 第五支鏈(V)包括支鏈第一桿(V -1)、支鏈第二桿(V -2)、配重塊(V -3)， 支鏈第一桿(V -1)的連接孔(V -1a)與支鏈第二桿(V -2)的連接孔(V _2a)通過配重塊(V -3)上的轉軸進行轉動連接，並通過卡簧進行軸向固定； 第六支鏈(VI)中各零件的形狀、尺寸以及裝配關係均與第五支鏈(V)完全相同。
2.根據權利要求1所述的頂點可展多面體摺疊機構，其特徵在於: 可展平臺A包括平臺第一頂點(Al)、平臺第二頂點(A2)、平臺第三頂點(A3)、平臺第一轉軸(A4)、平臺第二轉軸(A5)、平臺驅動電機(A6)； 平臺第一頂點(Al)中的平臺第二連杆(Al-1O)通過平臺第一轉軸(A4)與平臺第二頂點(A2)中的平臺第一連杆(A2-4)轉動連接，通過卡簧進行軸向固定，平臺第二頂點(A2)中的平臺第二連杆(A2-10)通過平臺第二轉軸(A5)與平臺第三頂點(A3)中的平臺第一連杆(A3-4)轉動連接，通過卡簧進行軸向固定，平臺第三頂點(A3)中的平臺第一連杆(A3-10)通過平臺驅動電機(A6)與平臺第一頂點(Al)中的平臺第一連杆(A1-4)轉動連接，通過頂絲進行電機輸出軸的軸向及周向固定； 平臺第一頂點(Al)包括滑軌(A1-1)、滑塊(A1-2)、第一轉軸(A1-3)、第二轉軸(A1-6)、第三轉軸(A1-9)、第四轉軸(A1-12)、平臺第一連杆(A1-4)、平臺第二連杆(Al-1O)、第一同步杆(A1-5)、第二同步杆(Al-1I )、平臺頂點軸(A1-7)、支鏈連接軸(A1-8)； 滑塊(A1-2)與滑軌(Al-1)的滑槽(Al-1a)進行移動配合，滑塊(A1-2)與第一同步杆(A1-5)通過第一轉軸(A1-3)進行轉動連接，滑塊(A1-2)與第一轉軸(A1-3)以過盈配合進行軸向固定，滑塊(A1-2)與第二同步杆(Al-1l)通過第二轉軸(A1-12)進行轉動連接，滑塊(A1-2)與第四轉軸(A1-12)通過過盈配合進行軸向固定，平臺第一連杆(A1-4)的小孔與第一同步杆(A1-5)通過第二轉軸(A1-6)進行轉動連接，第二轉軸(A1-6)與平臺第一連杆(A1-4)的小孔以過盈配合進行軸向固定，平臺第二連杆(A1-10)的小孔與第二同步杆(Al-1l)通過第三轉軸(A1-9)進行轉動連接，第三轉軸(A1-9)與平臺第二連杆(A1-10)的小孔以過盈配合進行軸向固定，滑軌(Al-1)的中間孔與平臺第一連杆(A1-4)、平臺第二連杆(A1-10)的大孔通過平臺頂點軸(A1-7)進行轉動連接，平臺頂點軸(A1-7)通過卡簧進行軸向固定，支鏈連接軸(A1-8)與滑軌(Al-1)的下孔進行轉動連接，通過卡簧進行軸向固定; 平臺第一連杆(A1-4)的大孔(Al-4b)的軸線與遠端孔(Al-4a)的軸線具有順時針60°的異面夾角，平臺第二連杆(A1-10)的大孔(Al-1Ob)的軸線與遠端孔(Al-1Oa)的軸線具有逆時針60°的異面夾角； 可展平臺A的平臺第二頂點(A2)、平臺第三頂點(A3)中各零件的形狀、尺寸以及裝配關係均與平臺第一頂點(Al) 完全相同；平臺第一連杆(A2-4)、平臺第一連杆(A3-4)與平臺第一連杆(A1-4)尺寸結構完 全相同，平臺第二連杆(A2-10)、平臺第二連杆(A3-10)與平臺第二連杆(A1-10)尺寸結構完全相同， 可展平臺B、可展平臺C、可展平臺D中各零件的形狀、尺寸以及裝配關係均與可展平臺A完全相同。
全文摘要
頂點可展多面體摺疊機構，包括四個相同的可展平臺A、B、C、D和六條支鏈I、II、III、IV、V、VI。六條支鏈分別通過轉動連接的方式，將四個可縮放平臺兩兩相互連接，形成外形類似四面體。可展平臺A包括三個平臺頂點、平臺轉軸和平臺驅動電機。平臺頂點包括滑軌、滑塊、小轉軸、具有順時針和逆時針60°扭角的不同的平臺連杆、同步杆、平臺頂點軸、支鏈連接軸；四條支鏈I、II、III、IV包含支鏈杆與支鏈電機，兩條支鏈V、VI包含支鏈杆與配重轉軸。本機構通過對各個平臺驅動電機、支鏈電機轉角的控制，可以獲得豐富的狀態。可用於軍事、勘測、教學、展示等用途。
文檔編號B25J9/00GK103192367SQ20131012056
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月9日 優先權日2013年4月9日
發明者姚燕安, 丁萬, 阮強 申請人:北京交通大學