一种单自由度可折展盒子结构制造技术

本发明专利技术公开了一种单自由度可折展盒子结构，包括十个面，依次为第一面、第二面、第三面、第四面、第五面、第六面、第七面、第八面、第九面、第十面；所述第一面和第二面相连作为可折展盒子结构的底并放置于中部，所述第三面、第四面、第五面、第六面、第七面、第八面、第九面、第十面置于所述第一面和第二面上方且首尾依次相连并与所述第一面和第二面组成的底面的四条边相连；该结构是过约束机构的组合，拥有较好的刚度，且可以完全折叠和展开，折叠时体积较小便于运输，按要求打开为工作状态时，工作空间较大；整个结构只具有一个自由度，运动控制简单；具有生产加工简单，运动控制方便，可靠性高等优点。

A Single Degree of Freedom Foldable Box Structure

The invention discloses a single-degree-of-freedom foldable box structure, which comprises ten faces, in turn, the first, the second, the third, the fourth, the fifth, the sixth, the seventh, the eighth, the ninth and the tenth; the first and the second surfaces are connected as the bottom of the foldable box structure and placed in the middle, and the third, the fourth, the fifth, the sixth, and the third surfaces are described. The seventh, eighth, ninth and tenth planes are placed above the first and second planes, and the first and last planes are connected in turn with the four bottom edges of the first and second planes. The structure is a combination of restrained mechanisms, has better stiffness, and can be fully folded and unfolded. When folded, the volume is small and easy to transport. When opened as required, the structure works. The whole structure has only one degree of freedom and simple motion control. It has the advantages of simple production and processing, convenient motion control and high reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种单自由度可折展盒子结构
本专利技术涉及一种可折展的盒子结构，具体涉及一种单自由度、大折展比的基于折纸结构的可折展盒子结构。
技术介绍
多面体结构因其较好的对称性，在航空航天、建筑结构、艺术品和日常生活中得到广泛地应用，但由于体积大、不利于运输，多面体结构常常只能用于固定场合。被SCIENCE期刊评为2014年年度十大科技突破的立方小卫星就是航空航天领域追求小型化低成本发射的典型代表，但其在轨状态工作空间狭小的缺点也制约着它的进一步应用。空间体状可折展结构是随着航天科技的发展而诞生的一种新型结构，它在发射过程中处于折叠收纳状态，体积容量最小；入轨后，体状可折展结构可按设计展开成较大的运营工作状态；返回或回收时，该结构可再次折叠收拢进入飞船。采用过约束机构为基本单元的空间可展结构有着高刚性，制造简单，成本低，可靠性高等优势。现有的空间可折展结构主要涉及平面或曲面上的折展，如太阳能帆板、卫星天线，而涉及体积方面的折展机构主要采用非刚性变形得到，变形过程不利于控制且不易重复操作，现有采用刚性变形的体状可展结构要么结构复杂，如C.M.Gosselin和D.Gagnon-Lachance在2006年提出的用正多边形机构驱动的可折展多面体结构；要么不能实现完全折叠，如Kiperand在2009年提出的可折展多面体结构。所以，体状可展结构目前应用还比较少，并且存在不能完全折叠和折叠展开比例不大等不足。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种单自由度、大折展比的可展盒子结构。该可展盒子结构是过约束机构的组合，拥有较好的刚度，且可以完全折叠和展开，折叠时体积较小便于运输，按要求打开为工作状态时，工作空间较大；整个结构只具有一个自由度，运动控制简单；具有生产加工简单，运动控制方便，可靠性高等优点，尤其适于在包装、收纳、土木结构，航空航天等众多领域中具有重要意义和广泛的应用前景。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种单自由度可折展盒子结构，包括十个面，依次为第一面、第二面、第三面、第四面、第五面、第六面、第七面、第八面、第九面、第十面；所述第一面和第二面相连作为可折展盒子结构的底并放置于中部，所述第三面、第四面、第五面、第六面、第七面、第八面、第九面、第十面置于所述第一面和第二面上方且首尾依次相连并与所述第一面和第二面组成的底面的四条边相连；所述第一面第一边与第二面第一边相邻并通过第一转动副相互连接，第一面能沿所述第一转动副轴线向盒子外方向转动直至与第二面重叠；所述第二面第三边与第三面第三边相邻并通过第二转动副相互连接，第二面能沿所述第二转动副轴线向盒子内方向转动直至与第三面重叠；所述第一面第二边与第五面第二边相邻并通过第三转动副相互连接，第一面能沿所述第三转动副轴线向盒子内方向转动直至与第五面重叠；所述第一面第三边与第七面第三边相邻并通过第四转动副相互连接，第一面能沿所述第四转动副轴线向盒子内方向转动直至与第七面重叠；所述第二面第二边与第九面第二边相邻并通过第五转动副相互连接，第二面能沿所述第五转动副轴线向盒子内方向转动直至与第九面重叠；所述第三面第一边与第四面第一边相邻并通过第六转动副相互连接，第三面能沿所述第六转动副轴线先向盒子外方向后向盒子内方向转动直至与第四面共面；所述第三面第二边与第五面第三边相邻并通过第七转动副相互连接，第三面能沿所述第七转动副轴线向盒子内方向转动直至与第五面重叠；所述第五面第一边与第六面第一边相邻并通过第八转动副相互连接，第五面能沿所述第八转动副轴线向盒子外方向转动直至与第六面重叠；所述第六面第二边与第七面第二边相邻并通过第九转动副相互连接，第六面能沿所述第九转动副轴线向盒子内方向转动直至与第七面重叠；所述第七面第一边与第八面第一边相邻并通过第十转动副相互连接，第七面能沿所述第十转动副轴线先向盒子内方向后向盒子外方向转动直至与第八面共面；所述第八面第三边与第九面第三边相邻并通过第十一转动副相互连接，第八面能沿所述第十一转动副轴线向盒子内方向转动直至与第九面重叠；所述第九面第一边与第十面第一边相邻并通过第十二转动副相互连接，第九面能沿所述第十二转动副轴线向盒子外方向转动直至与第十面重叠；所述第十面第二边与第四面第三边相邻并通过第十三转动副相互连接，第十面能沿所述第十三转动副轴线向盒子内方向转动直至与第四面重叠；所述第一面、第二面、第三面、第五面首尾依次由所述第一转动副、第二转动副、第七转动副、第三转动副相连构成第一球面四连杆机构，所述第一面、第五面、第六面、第七面首尾依次由所述第三转动副、第八转动副、第九转动副、第四转动副相连构成第二球面四连杆机构，所述第一面、第七面、第八面、第九面、第二面首尾依次由所述第四转动副、第十转动副、第十一转动副、第五转动副、第一转动副相连构成第一球面五连杆机构，所述第二面、第九面、第十面、第四面、第三面首尾依次由所述第二转动副、第五转动副、第十二转动副、第十三转动副、第六转动副相连构成第二球面五连杆机构；所述第一球面四连杆机构与第二球面四连杆机构共用所述的第三转动副，所述第二球面四连杆机构与第一球面五连杆机构共用所述的第四转动副，所述第一球面五连杆机构与第二球面五连杆机构共用所述的第五转动副，所述第二球面五连杆机构与第一球面四连杆机构共用所述的第二转动副，所述第一球面五连杆机构与第一球面四连杆机构共用所述的第一转动副；所述可折展盒子结构整体的折叠与展开围绕着垂直于盒子底面中心的基准轴；折叠时，所述第七面和第八面绕基准轴做顺时针旋转运动，所述第七面沿所述第十转动副轴线先向盒子内方向后向盒子外方向转动直至与所述第八面共面，所述第七面与所述第八面共面后，空间结构变为为平面结构，随之，所述第七面和第八面组成平面结构的上表面；折叠时，所述第三面和第四面绕基准轴做顺时针旋转运动，所述第三面沿所述第六转动副轴线先向盒子外方向后向盒子内方向转动直至与所述第四面共面，所述第三面与所述第四面共面后，空间结构变为为平面结构，随之，所述第三面和第四面组成平面结构的下表面；所述可折展盒子结构在完全折叠为平面的情况下，所有转动副轴线在同一平面上；所述可折展盒子结构在完全展开的情况下，形成一种四棱柱状无盖盒子结构；每个面的外轮廓线为直线、曲线或折线。进一步的，所述可折展盒子结构可通过改变相邻面的夹角以实现空间体状结构与平面结构的相互转换。进一步的，可折展盒子结构完全展开状态为以正方形为底，高等于底边边长的盒子结构，完全折叠状态为正方形平面结构。进一步的，可折展盒子结构完全展开状态为以正方形为底，高小于底边边长的盒子结构，完全折叠状态为多边形平面结构。进一步的，可折展盒子结构完全展开状态为以菱为底，高大于底边边长的盒子结构，完全折叠状态为多边形平面结构。进一步的，可折展盒子结构完全展开状态为以菱形为底，高小于底边边长的盒子结构，完全折叠状态为多边形平面结构。进一步的，每个所述面由平面或曲面其中的一种或两种共同构成。进一步的，所述转动副为铰链、合页或轴承。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：1.本专利技术具有较大的折展比率，可由空间结构直接折叠为平面结构，可实现完全折叠。2.本专利技术自由度为1，可以通过单一驱动完成折叠和展开动作，结构较简单，安装使用较本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单自由度可折展盒子结构，其特征在于，包括十个面，依次为第一面、第二面、第三面、第四面、第五面、第六面、第七面、第八面、第九面、第十面；所述第一面和第二面相连作为可折展盒子结构的底并放置于中部，所述第三面、第四面、第五面、第六面、第七面、第八面、第九面、第十面置于所述第一面和第二面上方且首尾依次相连并与所述第一面和第二面组成的底面的四条边相连；所述第一面第一边与第二面第一边相邻并通过第一转动副相互连接，第一面能沿所述第一转动副轴线向盒子外方向转动直至与第二面重叠；所述第二面第三边与第三面第三边相邻并通过第二转动副相互连接，第二面能沿所述第二转动副轴线向盒子内方向转动直至与第三面重叠；所述第一面第二边与第五面第二边相邻并通过第三转动副相互连接，第一面能沿所述第三转动副轴线向盒子内方向转动直至与第五面重叠；所述第一面第三边与第七面第三边相邻并通过第四转动副相互连接，第一面能沿所述第四转动副轴线向盒子内方向转动直至与第七面重叠；所述第二面第二边与第九面第二边相邻并通过第五转动副相互连接，第二面能沿所述第五转动副轴线向盒子内方向转动直至与第九面重叠；所述第三面第一边与第四面第一边相邻并通过第六转动副相互连接，第三面能沿所述第六转动副轴线先向盒子外方向后向盒子内方向转动直至与第四面共面；所述第三面第二边与第五面第三边相邻并通过第七转动副相互连接，第三面能沿所述第七转动副轴线向盒子内方向转动直至与第五面重叠；所述第五面第一边与第六面第一边相邻并通过第八转动副相互连接，第五面能沿所述第八转动副轴线向盒子外方向转动直至与第六面重叠；所述第六面第二边与第七面第二边相邻并通过第九转动副相互连接，第六面能沿所述第九转动副轴线向盒子内方向转动直至与第七面重叠；所述第七面第一边与第八面第一边相邻并通过第十转动副相互连接，第七面能沿所述第十转动副轴线先向盒子内方向后向盒子外方向转动直至与第八面共面；所述第八面第三边与第九面第三边相邻并通过第十一转动副相互连接，第八面能沿所述第十一转动副轴线向盒子内方向转动直至与第九面重叠；所述第九面第一边与第十面第一边相邻并通过第十二转动副相互连接，第九面能沿所述第十二转动副轴线向盒子外方向转动直至与第十面重叠；所述第十面第二边与第四面第三边相邻并通过第十三转动副相互连接，第十面能沿所述第十三转动副轴线向盒子内方向转动直至与第四面重叠；所述第一面、第二面、第三面、第五面首尾依次由所述第一转动副、第二转动副、第七转动副、第三转动副相连构成第一球面四连杆机构，所述第一面、第五面、第六面、第七面首尾依次由所述第三转动副、第八转动副、第九转动副、第四转动副相连构成第二球面四连杆机构，所述第一面、第七面、第八面、第九面、第二面首尾依次由所述第四转动副、第十转动副、第十一转动副、第五转动副、第一转动副相连构成第一球面五连杆机构，所述第二面、第九面、第十面、第四面、第三面首尾依次由所述第二转动副、第五转动副、第十二转动副、第十三转动副、第六转动副相连构成第二球面五连杆机构；所述第一球面四连杆机构与第二球面四连杆机构共用所述的第三转动副，所述第二球面四连杆机构与第一球面五连杆机构共用所述的第四转动副，所述第一球面五连杆机构与第二球面五连杆机构共用所述的第五转动副，所述第二球面五连杆机构与第一球面四连杆机构共用所述的第二转动副，所述第一球面五连杆机构与第一球面四连杆机构共用所述的第一转动副；所述可折展盒子结构整体的折叠与展开围绕着垂直于盒子底面中心的基准轴；折叠时，所述第七面和第八面绕基准轴做顺时针旋转运动，所述第七面沿所述第十转动副轴线先向盒子内方向后向盒子外方向转动直至与所述第八面共面，所述第七面与所述第八面共面后，空间结构变为为平面结构，随之，所述第七面和第八面组成平面结构的上表面；折叠时，所述第三面和第四面绕基准轴做顺时针旋转运动，所述第三面沿所述第六转动副轴线先向盒子外方向后向盒子内方向转动直至与所述第四面共面，所述第三面与所述第四面共面后，空间结构变为为平面结构，随之，所述第三面和第四面组成平面结构的下表面；所述可折展盒子结构在完全折叠为平面的情况下，所有转动副轴线在同一平面上；所述可折展盒子结构在完全展开的情况下，形成一种四棱柱状无盖盒子结构；每个面的外轮廓线为直线、曲线或折线。...

【技术特征摘要】
1.一种单自由度可折展盒子结构，其特征在于，包括十个面，依次为第一面、第二面、第三面、第四面、第五面、第六面、第七面、第八面、第九面、第十面；所述第一面和第二面相连作为可折展盒子结构的底并放置于中部，所述第三面、第四面、第五面、第六面、第七面、第八面、第九面、第十面置于所述第一面和第二面上方且首尾依次相连并与所述第一面和第二面组成的底面的四条边相连；所述第一面第一边与第二面第一边相邻并通过第一转动副相互连接，第一面能沿所述第一转动副轴线向盒子外方向转动直至与第二面重叠；所述第二面第三边与第三面第三边相邻并通过第二转动副相互连接，第二面能沿所述第二转动副轴线向盒子内方向转动直至与第三面重叠；所述第一面第二边与第五面第二边相邻并通过第三转动副相互连接，第一面能沿所述第三转动副轴线向盒子内方向转动直至与第五面重叠；所述第一面第三边与第七面第三边相邻并通过第四转动副相互连接，第一面能沿所述第四转动副轴线向盒子内方向转动直至与第七面重叠；所述第二面第二边与第九面第二边相邻并通过第五转动副相互连接，第二面能沿所述第五转动副轴线向盒子内方向转动直至与第九面重叠；所述第三面第一边与第四面第一边相邻并通过第六转动副相互连接，第三面能沿所述第六转动副轴线先向盒子外方向后向盒子内方向转动直至与第四面共面；所述第三面第二边与第五面第三边相邻并通过第七转动副相互连接，第三面能沿所述第七转动副轴线向盒子内方向转动直至与第五面重叠；所述第五面第一边与第六面第一边相邻并通过第八转动副相互连接，第五面能沿所述第八转动副轴线向盒子外方向转动直至与第六面重叠；所述第六面第二边与第七面第二边相邻并通过第九转动副相互连接，第六面能沿所述第九转动副轴线向盒子内方向转动直至与第七面重叠；所述第七面第一边与第八面第一边相邻并通过第十转动副相互连接，第七面能沿所述第十转动副轴线先向盒子内方向后向盒子外方向转动直至与第八面共面；所述第八面第三边与第九面第三边相邻并通过第十一转动副相互连接，第八面能沿所述第十一转动副轴线向盒子内方向转动直至与第九面重叠；所述第九面第一边与第十面第一边相邻并通过第十二转动副相互连接，第九面能沿所述第十二转动副轴线向盒子外方向转动直至与第十面重叠；所述第十面第二边与第四面第三边相邻并通过第十三转动副相互连接，第十面能沿所述第十三转动副轴线向盒子内方向转动直至与第四面重叠；所述第一面、第二面、第三面、第五面首尾依次由所述第一转动副、第二转动副、第七转动副、第三转动副相连构成第一球面四连杆机构，所述第一面、第五面、第六面、第七面首尾依次由所述第三转动副、第八转动副、第九转动副、第四转动副相连构成第二球面四连杆机构，所述第一面、第七面、第八面、第九面、第二面首尾依次...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾元庆，陈焱，马家耀，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12