含1R耦合支鏈的對稱連杆單元及基於此的傘狀折展機構的製作方法

2023-06-10 00:07:41

本發明涉及機構學領域，特別涉及一種含1r耦合支鏈的對稱連杆單元及基於此的傘狀折展機構。

背景技術：

折展機構作為空間站的基礎骨架，空間機械臂的主體框架，大口徑可展開天線支撐機構，可移動建築的桁架結構等在航空航天、空間探索、大型建築、國防軍事等領域發揮著重要作用。近幾十年，折展機構的設計和研究是航天領域的熱門主題。美國航空航天局(nasa)，俄羅斯宇航局，歐空局(esa)，日本宇宙科學研究所(isas)以及我國的航天科技集團一直在不斷地開展航天折展機構的研究。目前國外一些大學如美國麻省理工學院，英國劍橋大學，日本東京大學等和我國的浙江大學，哈爾濱工業大學，天津大學，同濟大學等的許多學者都在進行折展機構的設計與研究。

早期的折展機構主要基於剪式鉸單元來構建。近年來，基於單自由度單閉環空間連杆的可展單元引起了許多學者的關注，常見的有bennett4r機構，myard5r機構，bricard6r機構等。中國專利cn200380107030.2呈現了一種基於bennett4r連杆單元構建的折展機構；中國專利cn103786906a公開了一種空間折展機構，其包括若干相同的連杆單元，這些連杆單元是左右對稱的剪叉機構；中國專利cn102167165a公開了一種七轉動副單環可展單元及採用該單元的空間折展機構，這種單元比myard5r連杆單元的可展性更好。

本發明涉及的含1r耦合支鏈的對稱連杆單元在結構上不同於現有的單環連杆單元，這種連杆單元的杆數和運動副數目更多，運動副軸線之間的布置更加複雜，支鏈之間的耦合度更高。本發明涉及的含1r耦合支鏈的對稱連杆單元比單環連杆單元的剛度和承載能力更高，非常適合構建大型的折展機構。

技術實現要素：

本發明涉及具有高剛度和高承載能力的含1r耦合支鏈的對稱連杆單元及基於此的傘狀折展機構。

實現本發明採用的技術方案是：

一種含1r耦合支鏈的對稱連杆單元，它包括基座、第一轉動副、第一連杆、第二轉動副、第二連杆、第三轉動副、第一中間平臺、第四轉動副、第三連杆、第五轉動副、第四連杆、第六轉動副、末端連杆、第七轉動副、第五連杆、第八轉動副、第六連杆、第九轉動副、第二中間平臺、第十轉動副、第七連杆、第十一轉動副、第八連杆、第十二轉動副、耦合支鏈連杆一、耦合支鏈轉動副一、耦合支鏈連杆二；上述基座，連杆，副和平臺有如下連接關係：第一連杆通過第一轉動副安裝在基座上，第二連杆通過第二轉動副與第一連杆相連，第一中間平臺通過第三轉動副與第二連杆相連，第三轉動副的軸線沿第二連杆的中心線，第三連杆通過第四轉動副與第一中間平臺連接，第四連杆通過第五轉動副與第三連杆連接，第五轉動副的軸線沿第三連杆的中心線，末端連杆通過第六轉動副與第四連杆連接，第五連杆通過第七轉動副與末端連杆連接，第六連杆通過第八轉動副與第五連杆連接，第八轉動副的軸線沿第六連杆的中心線，第二中間平臺通過第九轉動副與第六連杆連接，第七連杆通過第十轉動副與第二中間平臺連接，第十轉動副的軸線沿第七連杆的中心線，第八連杆一端通過第十一轉動副與第七連杆相連，另一端通過第十二轉動副安裝在基座上，耦合支鏈連杆一與第一中間平臺固定連接，耦合支鏈連杆二一端通過耦合支鏈轉動副一與耦合支鏈連杆一連接，另一端與第二中間平臺固定連接；第一轉動副的軸線和第十二轉動副的軸線在基座平面內相交，第二轉動副的軸線與第十一轉動副的軸線相交，第六轉動副的軸線與第七轉動副的軸線相交，耦合支鏈轉動副一的軸線分別與第四轉動副的軸線和第九轉動副的軸線相互平行。

多個上述連杆單元按照如下方法構建傘狀折展機構：連杆單元環形陣列在同一基座上，兩個相鄰的前後單元之間，前一單元的第二中間平臺與後一單元的第一中間平臺通過一個五轉動副鏈連接，該五轉動副鏈包括第一中間轉動副、第一中間連杆、第二中間轉動副、第二中間連杆、第三中間轉動副、第三中間連杆、第四中間轉動副、第四中間連杆、第五中間轉動副；五轉動副鏈的第一中間連杆通過第一中間轉動副與前一連杆單元的第二中間平臺連接，第二中間連杆通過第二中間轉動副與第一中間連杆連接，第二中間轉動副的軸線沿第一中間連杆的中心線，第三中間連杆通過第三中間轉動副與第二中間連杆連接，第四中間連杆一端通過第四中間轉動副與第三中間連杆連接，另一端通過第五中間轉動副與後一連杆單元的第一中間平臺連接，第四中間轉動副的軸線沿第四中間連杆的中心線。此折展機構的基座為底面是正偶數多邊形的正稜柱，折展機構中連杆單元的數量是基座的底面邊數的一半。

本發明的優點在於：

1、本發明所涉及的連杆單元比現有單閉環連杆單元具有更高的剛度和承載能力，基於這樣的連杆單元構建的折展機構也具有較高的剛度和承載能力。

2、本發明所涉及的折展機構是一種傘狀形式，驅動簡單，便於控制。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的連杆單元結構示意圖；

圖2是本發明實施例2的折展機構展開狀態示意圖；

圖3是本發明實施例2的折展機構展開過程示意圖；

圖4是本發明實施例2的折展機構收攏狀態示意圖。

具體實施方式

為能進一步了解本發明的內容、功能和特點，下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細具體說明，本發明的內容不局限於以下實施例。

實施例1：

本實施例的一種含1r耦合支鏈的對稱連杆單元的結構如圖1所示，包括基座fb、第一轉動副r1、第一連杆l1、第二轉動副r2、第二連杆l2、第三轉動副r3、第一中間平臺mp1、第四轉動副r4、第三連杆l3、第五轉動副r5、第四連杆l4、第六轉動副r6、末端連杆ep、第七轉動副r7、第五連杆l5、第八轉動副r8、第六連杆l6、第九轉動副r9、第二中間平臺mp2、第十轉動副r10、第七連杆l7、第十一轉動副r11、第八連杆l8、第十二轉動副r12、耦合支鏈連杆一l9、耦合支鏈轉動副一r13、耦合支鏈連杆二l10；上述基座，連杆，副和平臺有如下連接關係：第一連杆l1通過第一轉動副r1安裝在基座fb上，第二連杆l2通過第二轉動副r2與第一連杆l1相連，第一中間平臺mp1通過第三轉動副r3與第二連杆l2相連，第三轉動副r3的軸線沿第二連杆l2的中心線，第三連杆l3通過第四轉動副r4與第一中間平臺mp1連接，第四連杆l4通過第五轉動副r5與第三連杆l3連接，第五轉動副r5的軸線沿第三連杆l3的中心線，末端連杆ep通過第六轉動副r6與第四連杆l4連接，第五連杆l5通過第七轉動副r7與末端連杆ep連接，第六連杆l6通過第八轉動副r8與第五連杆l5連接，第八轉動副r8的軸線沿第六連杆l6的中心線，第二中間平臺mp2通過第九轉動副r9與第六連杆l6連接，第七連杆l7通過第十轉動副r10與第二中間平臺mp2連接，第十轉動副r10的軸線沿第七連杆l7的中心線，第八連杆l8一端通過第十一轉動副r11與第七連杆l7相連，另一端通過第十二轉動副r12安裝在基座fb上，耦合支鏈連杆一l9與第一中間平臺mp1固定連接，耦合支鏈連杆二l10一端通過耦合支鏈轉動副一r13與耦合支鏈連杆一l9連接，另一端與第二中間平臺mp2固定連接；第一轉動副r1的軸線和第十二轉動副r12的軸線在基座平面內相交，第二轉動副r2的軸線與第十一轉動副r11的軸線相交，第六轉動副r6的軸線與第七轉動副r7的軸線相交，耦合支鏈轉動副一r13的軸線分別與第四轉動副r4的軸線和第九轉動副r9的軸線相互平行。

實施例2：

本實施例的一種基於含1r耦合支鏈的對稱連杆單元的傘狀折展機構的結構如圖2-圖4所示，多個實施例1中的連杆單元按照如下方法構建折展機構：連杆單元環形陣列在同一基座fb上，兩個相鄰的前後單元之間，前一單元ⅰ的第二中間平臺mp2與後一單元ⅱ的第一中間平臺mp1＇通過一個五轉動副鏈連接，該五轉動副鏈包括第一中間轉動副r14、第一中間連杆l11、第二中間轉動副r15、第二中間連杆l12、第三中間轉動副r16、第三中間連杆l13、第四中間轉動副r17、第四中間連杆l14、第五中間轉動副r18；五轉動副鏈的第一中間連杆l11通過第一中間轉動副r14與前一連杆單元的第二中間平臺mp2連接，第二中間連杆l12通過第二中間轉動副r15與第一中間連杆l11連接，第二中間轉動副r15的軸線沿第一中間連杆l11的中心線，第三中間連杆l13通過第三中間轉動副r16與第二中間連杆l12連接，第四中間連杆l14一端通過第四中間轉動副r17與第三中間連杆l13連接，另一端通過第五中間轉動副r18與後一單元ⅱ的第一中間平臺mp1＇連接，第四中間轉動副r17的軸線沿第四中間連杆l14的中心線；此折展機構的基座fb為底面是正偶數多邊形的正稜柱，且折展機構中連杆單元的數量是基座fb的底面邊數的一半。