可折展六面体结构制造技术

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，公开了一种可折展六面体结构，包括六个折叠单元、十二个杆单元和一个对称轴线，六个折叠单元由其上的连接位置分别与十二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六面体结构的十四面体结构。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。

Collapsible hexahedral structure

The utility model relates to a single degree of freedom, unfolding ratio deployable polyhedral structure, discloses a deployable hexahedron structure, including six folding unit, twelve pole unit and an axis of symmetry, six folding units connected by position on which is respectively connected with the position of twelve rod element on the side or by rotating the ball 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 foldable hexahedral structure structure fourteen. 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】
可折展六面体结构
本技术涉及单自由度、大折展比的可折叠多面体结构，具体的说，是涉及一种由单一驱动实现十四面体与六面体之间的变换。
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六面体结构，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：一种可折展六面体结构，包括六个折叠单元、十二个杆单元和一个对称轴线；每个折叠单元均具有平面等边四边形的轮廓，该平面等边四边形的四个顶点分别称为每个折叠单元的第一顶点、第二顶点、第三顶点、第四顶点；每个杆单元两端分别称为其第一端点和第二端点；六个折叠单元的平面等边四边形的边长均相等，且与十二个杆单元的长度也相等；六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、第五折叠单元、第六折叠单元；其中所述第一折叠单元、所述第二折叠单元、所述第三折叠单元的结构完全相同，其中所述第四折叠单元、所述第五折叠单元、所述第六折叠单元的结构完全相同；十二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、第七杆单元、第八杆单元、第九杆单元、第十杆单元、第十一杆单元、第十二杆单元；所述第一折叠单元的第一顶点与所述第一杆单元的第一端点通过第一转动副连接；所述第一杆单元的第二端点与所述第二折叠单元的第二顶点通过第二转动副连接；所述第二折叠单元的第一顶点与所述第二杆单元的第一端点通过第三转动副连接；所述第二杆单元的第二端点与所述第三折叠单元的第二顶点通过第四转动副连接；所述第三折叠单元的第一顶点与所述第三杆单元的第一端点通过第五转动副连接；所述第三杆单元的第二端点与所述第一折叠单元的第二顶点通过第六转动副连接；所述第一折叠单元的第四顶点与所述第四杆单元的第一端点通过第七转动副连接；所述第二折叠单元的第三顶点与所述第五杆单元的第一端点通过第一球副连接；所述第二折叠单元的第四顶点与所述第六杆单元的第一端点通过第八转动副连接；所述第三折叠单元的第三顶点与所述第七杆单元的第一端点通过第二球副连接；所述第三折叠单元的第四顶点与所述第八杆单元的第一端点通过第九转动副连接；所述第一折叠单元的第三顶点与所述第九杆单元的第一端点通过第三球副连接；所述第四折叠单元的第四顶点与所述第四杆单元的第二端点通过第四球副连接；所述第四折叠单元的第三顶点与所述第五杆单元的第二端点通过第五球副连接；所述第五折叠单元的第四顶点与所述第六杆单元的第二端点通过第六球副连接；所述第五折叠单元的第三顶点与所述第七杆单元的第二端点通过第七球副连接；所述第六折叠单元的第四顶点与所述第八杆单元的第二端点通过第八球副连接；所述第六折叠单元的第三顶点与所述第九杆单元的第二端点通过第九球副连接；所述第四折叠单元的第二顶点与所述第十杆单元的第二端点通过第十转动副连接；所述第十杆单元的第一端点与所述第五折叠单元的第一顶点通过第十一转动副连接；所述第五折叠单元的第二顶点与所述第十一杆单元的第二端点通过第十二转动副连接；所述第十一杆单元的第一端点与所述第六折叠单元的第一顶点通过第十三转动副连接；所述第六折叠单元的第二顶点与所述第十二杆单元的第二端点通过第十四转动副连接；所述第十二杆单元的第一端点与所述第四折叠单元的第一顶点通过第十五转动副连接；所述第一折叠单元、所述第二折叠单元和所述第三折叠单元关于所述对称轴线三重对称；所述第一杆单元、所述第二杆单元和所述第三杆单元关于所述对称轴线三重对称；所述第四杆单元、所述第六杆单元和所述第八杆单元关于所述对称轴线三重对称；所述第五杆单元、所述第七杆单元和所述第九杆单元关于所述对称轴线三重对称；所述第四折叠单元、所述第五折叠单元和所述第六折叠单元关于所述对称轴线三重对称；所述第十杆单元、所述第十一杆单元和所述第十二杆单元关于所述对称轴线三重对称；所述第一转动副、所述第三转动副和所述第五转动副关于所述对称轴线三重对称；所述第二转动副、所述第四转动副和所述第六转动副关于所述对称轴线三重对称；所述第七转动副、所述第八转动副和所述第九转动副关于所述对称轴线三重对称；所述第十转动副、所述第十二转动副和所述第十四转动副关于所述对称轴线三重对称；所述第十一转动副、所述第十三转动副和所述第十五转动副关于所述对称轴线三重对称；所述第一球副、所述第二球副和所述第三球副关于所述对称轴线三重对称；所述第四球副、所述第六球副和所述第八球副关于所述对称轴线三重对称；所述第五球副、所述第七球副和所述第九球副关于所述对称轴线三重对称；所述第二转动副、所述第四转动副、所述第六转动副、所述第七转动副、所述第八转动副、所述第九转动副、所述第十转动副、所述第十二转动副和所述第十四转动副的轴线交汇于第一交汇点；所述第十一转动副、所述第十三转动副和所述第十五转动副的轴线交汇于第二交汇点；所述第一转动副、所述第三转动副和所述第五转动副的轴线交汇于第三交汇点；所述第一交汇点、第二交汇点、第三交汇点均在所述对称轴线上，所述第二交汇点、所述第三交汇点分别位于所述第一交汇点两侧，且所述第一交汇点、所述第二交汇点之间的距离与所述第一交汇点、所述第三交汇点之间的距离相等。其中，所述转动副为铰链、合页或轴承。优选地，六个折叠单元均为平面等边四边形片体结构，十二个杆单元均为直杆结构。进一步优选地，六个折叠单元均为正方形片体结构。本技术的有益效果是：(一)本技术为具有单一自由度的可折叠结构，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11.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可折展六面体结构，其特征在于，包括六个折叠单元、十二个杆单元和一个对称轴线；每个折叠单元均具有平面等边四边形的轮廓，该平面等边四边形的四个顶点分别称为每个折叠单元的第一顶点、第二顶点、第三顶点、第四顶点；每个杆单元两端分别称为其第一端点和第二端点；六个折叠单元的平面等边四边形的边长均相等，且与十二个杆单元的长度也相等；六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、第五折叠单元、第六折叠单元；其中所述第一折叠单元、所述第二折叠单元、所述第三折叠单元的结构完全相同，其中所述第四折叠单元、所述第五折叠单元、所述第六折叠单元的结构完全相同；十二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、第七杆单元、第八杆单元、第九杆单元、第十杆单元、第十一杆单元、第十二杆单元；所述第一折叠单元的第一顶点与所述第一杆单元的第一端点通过第一转动副连接；所述第一杆单元的第二端点与所述第二折叠单元的第二顶点通过第二转动副连接；所述第二折叠单元的第一顶点与所述第二杆单元的第一端点通过第三转动副连接；所述第二杆单元的第二端点与所述第三折叠单元的第二顶点通过第四转动副连接；所述第三折叠单元的第一顶点与所述第三杆单元的第一端点通过第五转动副连接；所述第三杆单元的第二端点与所述第一折叠单元的第二顶点通过第六转动副连接；所述第一折叠单元的第四顶点与所述第四杆单元的第一端点通过第七转动副连接；所述第二折叠单元的第三顶点与所述第五杆单元的第一端点通过第一球副连接；所述第二折叠单元的第四顶点与所述第六杆单元的第一端点通过第八转动副连接；所述第三折叠单元的第三顶点与所述第七杆单元的第一端点通过第二球副连接；所述第三折叠单元的第四顶点与所述第八杆单元的第一端点通过第九转动副连接；所述第一折叠单元的第三顶点与所述第九杆单元的第一端点通过第三球副连接；所述第四折叠单元的第四顶点与所述第四杆单元的第二端点通过第四球副连接；所述第四折叠单元的第三顶点与所述第五杆单元的第二端点通过第五球副连接；所述第五折叠单元的第四顶点与所述第六杆单元的第二端点通过第六球副连接；所述第五折叠单元的第三顶点与所述第七杆单元的第二端点通过第七球副连接；所述第六折叠单元的第四顶点与所述第八杆单元的第二端点通过第八球副连接；所述第六折叠单元的第三顶点与所述第九杆单元的第二端点通过第九球副连接；所述第四折叠单元的第二顶点与所述第十杆单元的第二端点通过第十转动副连接；所述第十杆单元的第一端点与所述第五折叠单元的第一顶点通过第十一转动副连接；所述第五折叠单元的第二顶点与所述第十一杆单元的第二端点通过第十二转动副连接；所述第十一杆单元的第一端点与所述第六折叠单元的第一顶点通过第十三转动副连接；所述第六折叠单元的第二顶点与所述第十二杆单元的第二端点通过第十四转动副连接；所述第十二杆单元的第一端点与所述第四折叠单元的第一顶点通过第十五转动副连接；所述第一折叠单元、所述第二折叠单元和所述第三折叠单元关于所述对称轴线三重对称；所述第一杆单元、所述第二杆单元和所述第三杆单元关于所述对称轴线三重对称；所述第四杆单元、所述第六杆单元和所述第八杆单元关于所述对称轴线三重对称；所述第五杆单元、所述第七杆单元和所述第九杆单元关于所述对称轴线三重对称；所述第四折叠单元、所述第五折叠单元和所述第六折叠单元关于所述对称轴线三重对称；所述第十杆单元、所述第十一杆单元和所述第十二杆单元关于所述对称轴线三重对称；所述第一转动副、所述第三转动副和所述第五转动副关于所述对称轴线三重对称；所述第二转动副、所述第四转动副和所述第六转动副关于所述对称轴线三重对称；所述第七转动副、所述第八转动副和所述第九转动副关于所述对称轴线三重对称；所述第十转动副、所述第十二转动副和所述第十四转动副关于所述对称轴线三重对称；所述第十一转动副、所述第十三转动副和所述第十五转动副关于所述对称轴线三重对称；所述第一球副、所述第二球副和所述第三球副关于所述对称轴线三重对称；所述第四球副、所述第六球副和所述第八球副关于所述对称轴线三重对称；所述第五球副、所述第七球副和所述第九球副关于所述对称轴线三重对称；所述第二转动副、所述第四转动副、所述第六转动副、所述第七转动副、所述第八转动副、所述第九转动副、所述第十转动副、所述第十二转动副和所述第十四转动副的轴线交汇于第一交汇点；所述第十一转动副、所述第十三转动副和所述第十五转动副的轴线交汇于第二交汇点；所述第一转动副、所述第三转动副和所述第五转动副的轴线交汇于第三交汇点；所述第一交汇点、第二交汇点、第三交汇点均在所述对称轴线上，所述第二交汇点、所述第三交汇点分别位于所述第一交汇点两侧，且所述第一交汇点、所述第二交汇点之间的距离与所述第一交汇点、所述第三交汇点之间的距离相等...

【技术特征摘要】
1.一种可折展六面体结构，其特征在于，包括六个折叠单元、十二个杆单元和一个对称轴线；每个折叠单元均具有平面等边四边形的轮廓，该平面等边四边形的四个顶点分别称为每个折叠单元的第一顶点、第二顶点、第三顶点、第四顶点；每个杆单元两端分别称为其第一端点和第二端点；六个折叠单元的平面等边四边形的边长均相等，且与十二个杆单元的长度也相等；六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、第五折叠单元、第六折叠单元；其中所述第一折叠单元、所述第二折叠单元、所述第三折叠单元的结构完全相同，其中所述第四折叠单元、所述第五折叠单元、所述第六折叠单元的结构完全相同；十二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、第七杆单元、第八杆单元、第九杆单元、第十杆单元、第十一杆单元、第十二杆单元；所述第一折叠单元的第一顶点与所述第一杆单元的第一端点通过第一转动副连接；所述第一杆单元的第二端点与所述第二折叠单元的第二顶点通过第二转动副连接；所述第二折叠单元的第一顶点与所述第二杆单元的第一端点通过第三转动副连接；所述第二杆单元的第二端点与所述第三折叠单元的第二顶点通过第四转动副连接；所述第三折叠单元的第一顶点与所述第三杆单元的第一端点通过第五转动副连接；所述第三杆单元的第二端点与所述第一折叠单元的第二顶点通过第六转动副连接；所述第一折叠单元的第四顶点与所述第四杆单元的第一端点通过第七转动副连接；所述第二折叠单元的第三顶点与所述第五杆单元的第一端点通过第一球副连接；所述第二折叠单元的第四顶点与所述第六杆单元的第一端点通过第八转动副连接；所述第三折叠单元的第三顶点与所述第七杆单元的第一端点通过第二球副连接；所述第三折叠单元的第四顶点与所述第八杆单元的第一端点通过第九转动副连接；所述第一折叠单元的第三顶点与所述第九杆单元的第一端点通过第三球副连接；所述第四折叠单元的第四顶点与所述第四杆单元的第二端点通过第四球副连接；所述第四折叠单元的第三顶点与所述第五杆单元的第二端点通过第五球副连接；所述第五折叠单元的第四顶点与所述第六杆单元的第二端点通过第六球副连接；所述第五折叠单元的第三顶点与所述第七杆单元的第二端点通过第七球副连接；所述第六折叠单元的第四顶点与所述第八杆单元的第二端点通过第八球副连接；所述第六折叠单元的第三顶点与所述第九杆单元的第二端点通过第九球副连接；所述第四折叠单元的第二顶点与所述第十杆单元的第二端点通过第十转动副连接；所述第十杆单元的第一端点与所述第五折叠单元的第一顶点通过第十一转...

【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