四棱柱可展单元以及基于四棱柱可展单元的空间伸展机构制造技术

本发明专利技术涉及一种四棱柱可展单元，其包括上层的正方形结构、下层的正方形结构、驱动与锁紧装置以及支撑杆，多根支撑杆相互平行，且垂直于上层和下层的正方形平面；上层和下层的正方形结构的每条边均包括第一连杆、第二连杆以及L型接头，L型接头位于正方形结构的四个直角处，相邻两个L型接头通过第一连杆和第二连杆相连，L型接头的直角处通过L型转轴与支撑杆连接，第一连杆和第二连杆的连接处和其中一个L型接头与支撑杆的连接处安装有驱动与锁紧装置；四棱柱可展单元包括完全展开的第一状态、横向收拢的第二状态和完全收拢的第三状态。本发明专利技术的四棱柱可展单元折展比例大、可实现双向折展，多个四棱柱可展单元构成空间伸展机构。

【技术实现步骤摘要】
四棱柱可展单元以及基于四棱柱可展单元的空间伸展机构
本专利技术属于机构学
，涉及一种四棱柱可展单元以及基于四棱柱可展单元的空间伸展机构。
技术介绍
随着人类太空探索活动的日益频繁，用于空间科学、深空探测以及卫星通讯的高端装备得到快速发展。空间在轨运行的卫星、航天飞机、空间站等航天装备大多受到发射能力的限制，可用的仓储空间较为有限。当前，卫星上的反射天线、太阳能电池帆板和空间伸展臂等普遍采用可展机构，各类能够适应空间航天装备需求的可展机构的发展尤为迫切。太空伸展臂作为航天可展装备的典型代表，可以对太空在轨设备或者垃圾进行抓取回收，还能用于航天装备的搬运和维修。应用空间可展机构可以替代航天员从事舱外作业，有效提高工作效率，同时极大降低太空作业的危险性。空间可展机构的应用能够极大节约航天装备可利用空间，并为航天装备高效可靠运行提供有力支撑。航天可展机构的设计和研究是未来航天技术发展的关键环节。在火箭发射和运输阶段，大型航天可展装备可以收拢到一起并保持较小尺寸，当航天装备进入太空后，再通过一系列措施将其展开。空间可展机构结构多样，可实现重复折叠和展开，广泛应用于空间航天器，可展机构的设计和研究已成为当前国际航空航天领域的前沿课题。在国外，空间展开机构已经成功用于构建大型太阳帆板支架，空间伸展臂、大口径展开天线等。较为典型的应用案例有日本ETS-8卫星上口径17m基于六棱柱单元设计的构架式展开天线、国际空间站主太阳翼的支撑结构采用的是AEC-Able工程公司设计的大型空间伸展机构、美国Thuraya通信卫星采用的是口径12m的环形桁架式可展天线。目前而言，我国在空间可展机构的设计、研究和应用领域，起步较晚，技术水平较为薄弱，与国外先进水平相比存在较大差距。当前可展机构的种类较少，且大多可展机构仅能够在单一方向进行折展，普遍存在折展比例较小的缺点。双向可展机构单元的设计案例还不多，由其组成的空间伸展机构更鲜见报道。为了满足航天装备对可展机构的需求的日趋迫切，设计一种新型的空间可展基本单元及其组成的空间伸展机构具有重要研究意义和应用价值。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种折展比例大、可实现双向折展的四棱柱可展单元结构，以及由其组成的空间伸展机构，整体结构稳定性较强。本专利技术是这样实现的：一种四棱柱可展单元，其包括上层的正方形结构、下层的正方形结构、驱动与锁紧装置以及连接所述上层和下层的支撑杆，多根所述支撑杆相互平行，且垂直于所述上层和下层的正方形平面；所述上层和下层的正方形结构的每条边均包括第一连杆、第二连杆以及L型接头，所述L型接头位于所述正方形结构的四个直角处，相邻两个所述L型接头通过所述第一连杆和第二连杆相连，所述第一连杆的第一端与所述L型接头的端部转动连接，所述第一连杆的第二端与所述第二连杆的第一端转动连接，所述第二连杆的第二端与相邻边的L型接头的端部转动连接，所述第一连杆的第二端与所述第二连杆的第一端的连接转动处安装有所述驱动与锁紧装置，所述L型接头的直角处通过L型转轴与所述支撑杆连接，所述支撑杆的长度大于所述第一连杆和第二连杆的长度之和，所述四棱柱可展单元的其中一个L型接头与支撑杆的连接处设有锁紧与驱动装置；所述四棱柱可展单元包括完全展开的第一状态、横向收拢的第二状态和完全收拢的第三状态；所述四棱柱可展单元处于第二状态时，所述第一连杆的第二端与所述第二连杆的第一端的连接转动处的驱动与锁紧装置驱动所述第一连杆和第二连杆向正方形结构的中心收拢，所述第一连杆和第二连杆的连接处分别收拢于所述上层和下层的中心，并通过所述驱动与锁紧装置进行锁紧，所述支撑杆垂直于所述上层和下层；所述四棱柱可展单元处于第三状态时，所述第一连杆的第二端与所述第二连杆的第一端的连接转动处的驱动与锁紧装置驱动所述第一连杆和第二连杆向上层和下层的中心收拢，所述L型接头与支撑杆的连接处的锁紧与驱动装置驱动所述支撑杆处于所述上层和下层靠拢后的中间间隔的位置，并通过所述驱动与锁紧装置进行锁紧。优选的，所述第一连杆与所述第二连杆的长度相等。优选的，所述第一连杆的第一端与所述L型接头的端部、所述第一连杆的第二端与所述第二连杆的第一端以及所述第二连杆的第二端与相邻边的L型接头的端部均通过转动副连接，多个所述转动副之间相互平行，并与所述支撑杆的轴线平行。优选的，所述L型转轴包括相互垂直的第一转动副和第二转动副，所述第一转动副与所述L型接头相连，所述第二转动副与所述支撑杆相连，多个所述第一转动副相互平行，相邻所述第二转动副的轴线的夹角为45°。优选的，所述第一转动副与所述第二转动副通过直角三角型件连接，所述第一转动副和第二转动副分别固定在所述直角三角型件的两个直角边上。优选的，所述驱动与锁紧装置为抱闸电机。一种基于上述的四棱柱可展单元构建的空间伸展机构，其包括多个所述四棱柱可展单元，所述四棱柱可展单元包括上层正方形结构、下层正方形结构和连接所述上层正方形结构和下层正方形结构的支撑杆，其中所述上层四棱柱可展单元的下层正方形结构能作为下层四棱柱可展单元的上层正方形结构，所述下层四棱柱可展单元的支撑柱通过L型转轴与所述上层四棱柱可展单元的下层正方形结构的L型接头连接。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术的四棱柱可展单元所含构件种类和连接形式简单，只有转轴、接头和连杆3种，且各构件之间均通过转动副连接。(2)本专利技术的四棱柱可展单元在完全收拢状态，依次完成横向和纵向收拢，实现大比例折展；在完全展开状态，每层正方形平面以及每层之间支撑杆通过锁紧装置作用，保证整体结构的稳定性。(3)本专利技术的四棱柱可展单元在收拢过程中，能通过锁紧与驱动装置首先进行驱动，达到收拢状态后再进行锁紧固定。(4)多个本专利技术中的四棱柱可展单元能够形成任意口径和任意长度的空间伸展机构，能够满足特定的任务需求。附图说明图1为本专利技术的四棱柱可展单元处于完全展开的第一状态的结构示意图。图2为本专利技术的四棱柱可展单元处于横向收拢的第二状态的示意图。图3为本专利技术的四棱柱可展单元处于完全收拢的第三状态的示意图。图4为本专利技术的基于四棱柱可展单元的空间伸展机构的结构示意图。图5为本专利技术的基于四棱柱可展单元的空间伸展机构的横向收拢的示意图。图6为本专利技术的基于四棱柱可展单元的空间伸展机构的完全收拢的示意图。具体实施方式以下将参考附图详细说明本专利技术的示例性实施例、特征和性能方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。如图1所示，一种四棱柱可展单元，其包括上层1的正方形结构、下层2的正方形结构、锁紧与驱动装置以及连接上层和下层的支撑杆3，多根支撑杆3相互平行，且垂直于上层1和下层2的正方形平面；上层1和下层2的正方形结构的每条边均包括第一连杆11、第二连杆12以及L型接头13，L型接头13位于正方形结构的四个直角处，相邻两个L型接头13通过第一连杆11和第二连杆12相连，第一连杆11的第一端与L型接头13的端部转动连接，第一连杆11的第二端与第二连杆12的第一端转动连接，第二连杆12的第二端与相邻边的L型接头13的端部转动连接，L型接头13的直角处通过L型转轴14与支撑杆3连接，支撑杆3的长度大于第一连杆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四棱柱可展单元，其特征在于：其包括上层的正方形结构、下层的正方形结构、驱动与锁紧装置以及连接所述上层和下层的支撑杆，多根所述支撑杆相互平行，且垂直于所述上层和下层的正方形平面；所述上层和下层的正方形结构的每条边均包括第一连杆、第二连杆以及L型接头，所述L型接头位于所述正方形结构的四个直角处，相邻两个所述L型接头通过所述第一连杆和第二连杆相连，所述第一连杆的第一端与所述L型接头的端部转动连接，所述第一连杆的第二端与所述第二连杆的第一端转动连接，所述第二连杆的第二端与相邻边的L型接头的端部转动连接，所述第一连杆的第二端与所述第二连杆的第一端的连接转动处安装有所述驱动与锁紧装置，所述L型接头的直角处通过L型转轴与所述支撑杆连接，所述支撑杆的长度大于所述第一连杆和第二连杆的长度之和，所述四棱柱可展单元的其中一个L型接头与支撑杆的连接处设有锁紧与驱动装置；所述四棱柱可展单元包括完全展开的第一状态、横向收拢的第二状态和完全收拢的第三状态；所述四棱柱可展单元处于第二状态时，所述第一连杆的第二端与所述第二连杆的第一端的连接转动处的驱动与锁紧装置驱动所述第一连杆和第二连杆向正方形结构的中心收拢，所述第一连杆和第二连杆的连接处分别收拢于所述上层和下层的中心，并通过所述驱动与锁紧装置进行锁紧，所述支撑杆垂直于所述上层和下层；所述四棱柱可展单元处于第三状态时，所述第一连杆的第二端与所述第二连杆的第一端的连接转动处的驱动与锁紧装置驱动所述第一连杆和第二连杆向上层和下层的中心收拢，所述L型接头与支撑杆的连接处的锁紧与驱动装置驱动所述支撑杆处于所述上层和下层靠拢后的中间间隔的位置，并通过所述驱动与锁紧装置进行锁紧。...

【技术特征摘要】
1.一种四棱柱可展单元，其特征在于：其包括上层的正方形结构、下层的正方形结构、驱动与锁紧装置以及连接所述上层和下层的支撑杆，多根所述支撑杆相互平行，且垂直于所述上层和下层的正方形平面；所述上层和下层的正方形结构的每条边均包括第一连杆、第二连杆以及L型接头，所述L型接头位于所述正方形结构的四个直角处，相邻两个所述L型接头通过所述第一连杆和第二连杆相连，所述第一连杆的第一端与所述L型接头的端部转动连接，所述第一连杆的第二端与所述第二连杆的第一端转动连接，所述第二连杆的第二端与相邻边的L型接头的端部转动连接，所述第一连杆的第二端与所述第二连杆的第一端的连接转动处安装有所述驱动与锁紧装置，所述L型接头的直角处通过L型转轴与所述支撑杆连接，所述支撑杆的长度大于所述第一连杆和第二连杆的长度之和，所述四棱柱可展单元的其中一个L型接头与支撑杆的连接处设有锁紧与驱动装置；所述四棱柱可展单元包括完全展开的第一状态、横向收拢的第二状态和完全收拢的第三状态；所述四棱柱可展单元处于第二状态时，所述第一连杆的第二端与所述第二连杆的第一端的连接转动处的驱动与锁紧装置驱动所述第一连杆和第二连杆向正方形结构的中心收拢，所述第一连杆和第二连杆的连接处分别收拢于所述上层和下层的中心，并通过所述驱动与锁紧装置进行锁紧，所述支撑杆垂直于所述上层和下层；所述四棱柱可展单元处于第三状态时，所述第一连杆的第二端与所述第二连杆的第一端的连接转动处的驱动与锁紧装置驱动所述第一连杆和第二连杆向上层和下层的中心收拢，所述L型接头与支撑杆的连接处的锁紧与驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯雨雷，张国兴，曾达幸，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13