可折展四面体结构制造技术

本实用新型专利技术涉及单自由度、大折展比的可折展多面体结构，公开了一种可折展四面体结构，包括四个折叠单元、六个杆单元和一个对称轴线，四个折叠单元上的连接位置分别与六个杆单元上的连接位置通过转动副或球副连接，形成封闭多面体结构，并且各单元和运动副关于对称轴线满足一系列对称关系及约束条件，从而构建出可折叠为四面体结构的八面体结构。本实用新型专利技术能够实现折叠和展开两种稳定状态，折叠时体积较小便于发射或运输，展开时具有较大的工作空间；整个结构只具有一个自由度，具有生产加工简单，运动控制方便，高可靠性等优点，在航空航天、土木工程等众多领域中具有重要意义和广泛的应用前景。

Deployable tetrahedral structure

The utility model relates to a single degree of freedom, unfolding ratio deployable polyhedral structure, discloses a deployable tetrahedral structure, including four folding unit, six pole unit and an axis of symmetry, the connection position four folding unit are connected with six connecting rod unit on position by rotating the ball or vice side connected to form a closed polyhedral structure, and each unit and the motion on the axis of symmetry and symmetry relations satisfy a series of constraints, in order to build a tetrahedral structure for folding structure eight. The utility model can realize the folding and unfolding of two stable states, folded small volume emission or transportation, development has a large workspace; the whole structure has only one degree of freedom, with the production of simple processing, convenient motion control, high reliability and other advantages, has important significance and broad application prospect in many the field of aerospace, civil engineering etc..

【技术实现步骤摘要】
可折展四面体结构
本技术涉及单自由度、大折展比的可折展多面体结构，具体的说，是涉及一种由单一驱动实现八面体与四面体之间变换的可折展四面体结构。
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，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可折展多面体要么结构复杂，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的折展比不足1.1。
技术实现思路
本技术的目的在于克服已有技术的不足，提供一种能够实现折叠和展开两种稳态的且安装和操作过程简单的可折展四面体结构，该结构是含有刚性过约束机构的拥有两种稳定状态的特殊多面体，折叠时体积较小便于发射或运输，展开时具有较大的工作空间；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，高可靠性等优点，在航空航天、土木工程等众多领域中具有重要意义和广泛的应用前景。为了解决上述技术问题，本技术通过以下的技术方案予以实现：一种可折展四面体结构，包括四个折叠单元和六个杆单元；每个折叠单元均设置有三个不在同一直线上的连接位置，分别称为其第一连接位置、第二连接位置和第三连接位置；每个杆单元两端分别设置有连接位置，分别称为其第一连接位置和第二连接位置；四个折叠单元分别为第一折叠单元、第二折叠单元、第三折叠单元、第四折叠单元，其中第一折叠单元、第二折叠单元、第三折叠单元的结构完全相同；第一折叠单元、第二折叠单元、第三折叠单元各自的三个连接位置两两相连可构成等腰三角形，且其第一连接位置与第二连接位置之间的距离和第一连接位置与第三连接位置之间的距离相等；第四折叠单元的三个连接位置两两相连可构成等边三角形；六个杆单元分别为第一杆单元、第二杆单元、第三杆单元、第四杆单元、第五杆单元、第六杆单元，其中第一杆单元、第二杆单元、第三杆单元的结构完全相同，第一杆单元、第二杆单元、第三杆单元各自的两个连接位置之间距离与所述等腰三角形的腰长相等；第四杆单元、第五杆单元、第六杆单元的结构完全相同；第四杆单元、第五杆单元、第六杆单元各自的两个连接位置之间距离与所述等腰三角形的底长相等，且与所述等边三角形的边长相等；所述的第一折叠单元的第一连接位置与所述的第一杆单元的第一连接位置通过第一转动副连接；所述的第一杆单元的第二连接位置与所述的第二折叠单元的第二连接位置通过第二转动副连接；所述的第二折叠单元的第一连接位置与所述的第二杆单元的第一连接位置通过第三转动副连接；所述的第二杆单元的第二连接位置与所述的第三折叠单元的第二连接位置通过第四转动副连接；所述的第三折叠单元的第一连接位置与所述的第三杆单元的第一连接位置通过第五转动副连接；所述的第三杆单元的第二连接位置与所述的第一折叠单元的第二连接位置通过第六转动副连接；所述的第一折叠单元的第三连接位置与所述的第四杆单元的第一连接位置通过第一球副连接；所述的第二折叠单元的第三连接位置与所述的第五杆单元的第一连接位置通过第二球副连接；所述的第三折叠单元的第三连接位置与所述的第六杆单元的第一连接位置通过第三球副连接；所述的第四折叠单元的第一连接位置与所述的第四杆单元的第二连接位置通过第七转动副连接；所述的第四折叠单元的第二连接位置与所述的第五杆单元的第二连接位置通过第八转动副连接；所述的第四折叠单元的第三连接位置与所述的第六杆单元的第二连接位置通过第九转动副连接；所述的第一折叠单元、所述的第二折叠单元和所述的第三折叠单元关于所述对称轴线三重对称；所述的第一杆单元、所述的第二杆单元和所述的第三杆单元关于所述对称轴线三重对称，第四杆单元、第五杆单元、第六杆单元关于所述对称轴线三重对称；所述的第一转动副、所述的第三转动副和所述的第五转动副关于所述对称轴线三重对称；所述的第二转动副、所述的第四转动副和所述的第六转动副关于所述对称轴线三重对称；所述的第七转动副、所述的第八转动副和所述的第九转动副关于所述对称轴线三重对称。所述的第一球副、所述的第二球副和所述的第三球副关于所述对称轴线三重对称。所述的第一转动副、所述的第三转动副、所述的第五转动副、所述的第七转动副、所述的第八转动副和所述的第九转动副的轴线与所述对称轴线汇交于一点；所述的第二转动副、所述的第四转动副和所述的第六转动副与所述对称轴线汇交于一点。上述各个转动副可以为铰链、合页或轴承。优选地，所述第一折叠单元、所述第二折叠单元、所述第三折叠单元均具有等腰三角形的轮廓；该等腰三角形的第一顶点、第二顶点、第三顶点分别为所述第一折叠单元、所述第二折叠单元、所述第三折叠单元各自的第一连接位置、第二连接位置和第三连接位置；所述第四折叠单元具有等边三角形的轮廓，该等边三角形的第一顶点、第二顶点、第三顶点分别为所述第四折叠单元的第一连接位置、第二连接位置和第三连接位置。进一步优选地，所述第一折叠单元、所述第二折叠单元、所述第三折叠单元均为等腰三角形片体结构，所述第四折叠单元为等边三角形片体结构；所述第一杆单元、所述第二杆单元、所述第三杆单元、所述第四杆单元、所述第五杆单元、所述第六杆单元均为直杆结构。本技术的有益效果是：(一)本技术为具有单一自由度的可折展结构，通过一个驱动可以实现多面体的折叠和展开，安装及使用方便，且本技术不存在机构运动奇异现象，该驱动可根据实际需求安装在任意运动副位置；(二)本技术具有较大的折展比率，其折展比率可达23倍，折叠后可以得到体积较小的稳定状态，便于运输和保存；(三)本技术可以根据实际需求设计折叠单元的形状和尺寸；(四)本技术结构简单，以较少数目的运动副实现多面体之间的变换，在展开状态多面体的每个顶点处仅设置一个转动副或球副即可，无需在多面体的边或面上安装其它连接结构，这样可以减少因过多连接而产生的安装和操控的不稳定性；(五)本技术结构为功能性设计，可根据实际需要设计不同外观轮廓，也可以根据实际运用场合的需求设计各个单元的尺寸。附图说明图1是本技术所提供的可折展四面体结构实施方式的结构示意图；图2-1至图2-4为图1中四个折叠单元的结构示意图；图3-1至图3-6为图1中六个杆单元的结构示意图；图4-1至图4-4为图1中四个折叠单元与杆单元之间的连接关系示意图；图5为图1所示的可折展四面体结构中设置的运动副的位置关系示意图；图6-1至图6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可折展四面体结构，其特征在于，包括四个折叠单元、六个杆单元和一个对称轴线；每个折叠单元均设置有三个不在同一直线上的连接位置，分别称为其第一连接位置、第二连接位置和第三连接位置；每个杆单元两端分别设置有连接位置，分别称为其第一连接位置和第二连接位置；四个折叠单元分别为第一折叠单元、第二折叠单元、第三折叠单元、第四折叠单元，其中第一折叠单元、第二折叠单元、第三折叠单元的结构完全相同；第一折叠单元、第二折叠单元、第三折叠单元各自的三个连接位置两两相连可构成等腰三角形，且其第一连接位置与第二连接位置之间的距离和第一连接位置与第三连接位置之间的距离相等；第四折叠单元的三个连接位置两两相连可构成等边三角形；六个杆单元分别为第一杆单元、第二杆单元、第三杆单元、第四杆单元、第五杆单元、第六杆单元，其中第一杆单元、第二杆单元、第三杆单元的结构完全相同，第一杆单元、第二杆单元、第三杆单元各自的两个连接位置之间距离与所述等腰三角形的腰长相等；第四杆单元、第五杆单元、第六杆单元的结构完全相同；第四杆单元、第五杆单元、第六杆单元各自的两个连接位置之间距离与所述等腰三角形的底长相等，且与所述等边三角形的边长相等；所述的第一折叠单元的第一连接位置与所述的第一杆单元的第一连接位置通过第一转动副连接；所述的第一杆单元的第二连接位置与所述的第二折叠单元的第二连接位置通过第二转动副连接；所述的第二折叠单元的第一连接位置与所述的第二杆单元的第一连接位置通过第三转动副连接；所述的第二杆单元的第二连接位置与所述的第三折叠单元的第二连接位置通过第四转动副连接；所述的第三折叠单元的第一连接位置与所述的第三杆单元的第一连接位置通过第五转动副连接；所述的第三杆单元的第二连接位置与所述的第一折叠单元的第二连接位置通过第六转动副连接；所述的第一折叠单元的第三连接位置与所述的第四杆单元的第一连接位置通过第一球副连接；所述的第二折叠单元的第三连接位置与所述的第五杆单元的第一连接位置通过第二球副连接；所述的第三折叠单元的第三连接位置与所述的第六杆单元的第一连接位置通过第三球副连接；所述的第四折叠单元的第一连接位置与所述的第四杆单元的第二连接位置通过第七转动副连接；所述的第四折叠单元的第二连接位置与所述的第五杆单元的第二连接位置通过第八转动副连接；所述的第四折叠单元的第三连接位置与所述的第六杆单元的第二连接位置通过第九转动副连接；所述的第一折叠单元、所述的第二折叠单元和所述的第三折叠单元关于所述对称轴线三重对称；所述的第一杆单元、所述的第二杆单元和所述的第三杆单元关于所述对称轴线三重对称，第四杆单元、第五杆单元、第六杆单元关于所述对称轴线三重对称；所述的第一转动副、所述的第三转动副和所述的第五转动副关于所述对称轴线三重对称；所述的第二转动副、所述的第四转动副和所述的第六转动副关于所述对称轴线三重对称；所述的第七转动副、所述的第八转动副和所述的第九转动副关于所述对称轴线三重对称；所述的第一球副、所述的第二球副和所述的第三球副关于所述对称轴线三重对称；所述的第一转动副、所述的第三转动副、所述的第五转动副、所述的第七转动副、所述的第八转动副和所述的第九转动副的轴线与所述对称轴线汇交于一点；所述的第二转动副、所述的第四转动副和所述的第六转动副与所述对称轴线汇交于一点。...

【技术特征摘要】
1.一种可折展四面体结构，其特征在于，包括四个折叠单元、六个杆单元和一个对称轴线；每个折叠单元均设置有三个不在同一直线上的连接位置，分别称为其第一连接位置、第二连接位置和第三连接位置；每个杆单元两端分别设置有连接位置，分别称为其第一连接位置和第二连接位置；四个折叠单元分别为第一折叠单元、第二折叠单元、第三折叠单元、第四折叠单元，其中第一折叠单元、第二折叠单元、第三折叠单元的结构完全相同；第一折叠单元、第二折叠单元、第三折叠单元各自的三个连接位置两两相连可构成等腰三角形，且其第一连接位置与第二连接位置之间的距离和第一连接位置与第三连接位置之间的距离相等；第四折叠单元的三个连接位置两两相连可构成等边三角形；六个杆单元分别为第一杆单元、第二杆单元、第三杆单元、第四杆单元、第五杆单元、第六杆单元，其中第一杆单元、第二杆单元、第三杆单元的结构完全相同，第一杆单元、第二杆单元、第三杆单元各自的两个连接位置之间距离与所述等腰三角形的腰长相等；第四杆单元、第五杆单元、第六杆单元的结构完全相同；第四杆单元、第五杆单元、第六杆单元各自的两个连接位置之间距离与所述等腰三角形的底长相等，且与所述等边三角形的边长相等；所述的第一折叠单元的第一连接位置与所述的第一杆单元的第一连接位置通过第一转动副连接；所述的第一杆单元的第二连接位置与所述的第二折叠单元的第二连接位置通过第二转动副连接；所述的第二折叠单元的第一连接位置与所述的第二杆单元的第一连接位置通过第三转动副连接；所述的第二杆单元的第二连接位置与所述的第三折叠单元的第二连接位置通过第四转动副连接；所述的第三折叠单元的第一连接位置与所述的第三杆单元的第一连接位置通过第五转动副连接；所述的第三杆单元的第二连接位置与所述的第一折叠单元的第二连接位置通过第六转动副连接；所述的第一折叠单元的第三连接位置与所述的第四杆单元的第一连接位置通过第一球副连接；所述的第二折叠单元的第三连接位置与所述的第五杆单元的第一连接位置通过第二球副连接；所述的第三折叠单元的第三连接位置与所述的第六杆单元的第一连接位置通过第三球副连接；所述的第四折叠单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈焱，杨富富，康荣杰，马家耀，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：新型
国别省市：天津,12