一种折纸可变形管道实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种折纸可变形管道实验装置，用于折纸可变形管道实验分析用。该实验装置包括加载实验平台、夹持装置和机械臂系统，其特征在于机械臂系统包括机械臂支架及机械臂，机械臂支架和夹持装置固定在加载实验平台上，夹持装置用于夹持折纸可变形管道，机械臂安装在机械臂支架上，并能够产生相对运动，机械臂上设有电磁铁，形成外部磁场，用于给折纸可变形管道产生变形提供驱动力，适用于不同的材料的折纸可变形管道的研究、适应不同尺寸、铺设角度、变形方向的双稳态复合材料，实验装置简单高效，稳定性好，易于拆装和维修，对于智能材料驱动折纸结构具有一定的借鉴意义。

An experimental device for folding paper deformable pipe

The utility model discloses an origami deformable pipeline experimental device, which is used for the experimental analysis of a paper folding deformable pipeline. The experimental device includes the loading experiment platform, the clamping device and the manipulator system, which is characterized by the mechanical arm system including the manipulator support and the mechanical arm. The manipulator support and the clamping device are fixed on the loading experimental platform. The clamping device is used to clamp the origami deformable pipe, and the arm is installed on the arm support. The mechanical arm is equipped with an electromagnet to form an external magnetic field, which is used to provide the driving force for the deformation of the origami pipe. It is suitable for the study of the deformable pipes of different materials and adapts to the bistable composite materials of different sizes, angles and direction of deformation. The experimental device is simple and efficient. It has good stability, easy disassembly and maintenance. It has a certain reference value for the intelligent material driven origami structure.

【技术实现步骤摘要】
一种折纸可变形管道实验装置
本技术属于折纸可变形结构以及复合材料研究领域，涉及到磁场力驱动带有反对称铺设复合材料圆柱壳的三通道折纸可变形管道的各方向打开和闭合的实验分析方法和装置。
技术介绍
智能可变形结构是相同体积和质量下实现更多功能与任务的结构，由于有非常广阔的应用范围，因而是当下研究热点，如航空航天领域、机械液压装置等。Origami是一种折纸技术，通过峰谷折痕它能将二维的图形变化为三维立体结构。近年来，折纸技术大量的被研究者们利用在太阳能帆、柔性医疗支架、机翼、可折叠结构以及柔性电子方面，这不仅可以实现物体的折叠来节省空间，并且可以实现结构的变形。双稳态复合材料是一种同时具有两种不需要外载荷就能维持不同稳定状态特性的复合材料，并且可使用外部驱动或者在双稳态复合材料中添加智能材料来驱动其稳态转变。折纸可变形管道将折纸的可变形特性与双稳态材料的多稳态特性有机结合，具有良好的结构特性。鉴于目前此项技术处于探索阶段，该方向的实验研究比较稀少，实验设备更是十分匮乏。针对目前的现状，设计技术一种用于驱动折纸可变形管道变形的实验装置。
技术实现思路
本技术针对目前对于折纸可变形管道的实验研究稀少，实验装置匮乏的问题，设计了一种折纸可变形管道实验装置，它用于驱动折纸可变形管道产生稳态转变。所述的一种折纸可变形管道实验装置，用于折纸可变形管道实验分析用，折纸可变形管道包括由连接板连接的6个立方体薄管，立方体薄管的相对两个角内侧上分别设有反对称双稳态圆柱壳，反对称双稳态圆柱壳的四边中部分别设置小磁体，所述实验装置包括加载实验平台、夹持装置和机械臂系统，其特征在于机械臂系统包括机械臂支架及机械臂，机械臂支架和夹持装置固定在加载实验平台上，夹持装置用于夹持折纸可变形管道，机械臂安装在机械臂支架上，并能够产生相对运动，机械臂上设有电磁铁，形成外部磁场，用于给折纸可变形管道产生变形提供驱动力。所述的一种折纸可变形管道实验装置，其特征在于夹持装置包括丝杠电机机构、内夹持推进装置、推进块、外夹持支架及内夹持支架，内夹持推进装置固定在加载实验平台上，丝杠电机机构下端安装在内夹持推进装置底部，上端与外夹持支架联接；外夹持支架外壁与内夹持推进装置内壁相接触，并能够产生相对运动；推进块上下两端分别设置在外夹持支架和内夹持支架上；内夹持支架设有第一步进电机，转盘安装在第一步进电机上；第二步进电机通过电机支架安装在外夹持支架上；转盘、内夹持支架与内铰链杆机构相联接，齿环齿轮传动与所述的第二步进电机和外夹持支架通过外铰链杆机构相联接。所述的一种折纸可变形管道实验装置，其特征在于内夹持支架每个面板内侧设有内导轨。所述的一种折纸可变形管道实验装置，其特征在于内铰链杆机构为4个，内铰链杆机构一端均匀间隔设置在转盘上，另一端分别对应设置在内夹持支架的四个面板上，每个内铰链杆机构包括第一内铰链、第二内铰链、内铰链杆及内推杆，第一内铰链固定在转盘上，第二内铰链活动设置在内导轨上，第一内铰链和第二内铰链由内铰链杆连接，内推杆一端设置在第二内铰链上，另一端穿出内夹持支架的面板，内推杆外端头设有内夹片。所述的一种折纸可变形管道实验装置，其特征在于第二步进电机的传动轴上设有锥齿轮，锥齿轮与齿环啮合连接，外夹持支架每个面板外侧设有外导轨。所述的一种折纸可变形管道实验装置，其特征在于外铰链杆机构为4个，外铰链杆机构一端均匀间隔设置在齿环上，另一端分别对应设置在外夹持支架的四个面板上，每个外铰链杆机构包括第一外铰链、第二外铰链、外铰链杆及外推杆，第一外铰链固定在齿环上，第二外铰链活动设置在外导轨上，第一外铰链、第二外铰链由外铰链杆连接，外推杆一端设置在第二外铰链上，另一端穿出外夹持支架的面板，外推杆外端头设有外夹片。所述的一种折纸可变形管道实验装置，其特征在于机械臂系统为三个，每个机械臂系统包括机械臂支架和机械臂，机械臂支架包括两根支架立杆和一根支架横杆，支架立杆设置在加载实验平台上，支架立杆和支架横杆上分别设置安装槽，支架横杆两端分别设置在两个支架立杆的安装槽上，并能上、下滑动；机械臂设置在支架横杆的安装槽上，并能左、右滑动。所述的一种折纸可变形管道实验装置，其特征在于支架横杆两端设有与支架立杆上安装槽匹配的支架连接头。所述的一种折纸可变形管道实验装置，其特征在于机械臂包括第一机械臂、第二机械臂及第三机械臂，第二机械臂内设有第四步进电机，第一机械臂通过第四步进电机上的第一传动轴与第二机械臂联接；第一机械臂内设有第三步进电机，第三机械臂通过第三步进电机上的第二传动轴与第一机械臂相联接，电磁铁安装在第三机械臂上，机械臂在两个步机电机的作用下，能在两个方向上转动，改变外磁场和驱动力的方向。所述的一种折纸可变形管道实验装置，其特征在于第二机械臂的上表面设有与支架横杆上的安装槽匹配的机械臂接头。本技术的有益效果是：适用于折纸可变形管道变形过程中驱动力的产生，研究其在稳态转变过程中的结构特性，包括其最大的转变力、第一稳态向第二稳态过渡、第二稳态返回第一稳态的力和位移等关键性信息；适用于不同的材料的折纸可变形管道的研究、适应不同尺寸、铺设角度、变形方向的双稳态复合材料，实验装置简单高效，稳定性好，易于拆装和维修，对于智能材料驱动折纸结构具有一定的借鉴意义。附图说明图1是本技术的整体装置的主视图；图2是本技术的整体装置的俯视图；图3是本技术的夹持装置的主视图；图4是本技术的夹持装置的俯视图；图5是本技术的铰链杆机构的主视图；图6是本技术的机械臂系统的主视图；图7是本技术的机械臂的主视图；图8是本技术的折纸可变形管道结构示意图；图9是本技术的折纸可变形管道的反对称双稳态圆柱壳示意图。图中：1-加载实验平台，2-夹持装置，21-丝杠电机机构，22-内夹持推进装置，23-推进块，24-外夹持支架，2401-外导轨，25-内夹持支架，2501-内导轨，26-第一步进电机，27-转盘，28-齿环，29-锥齿轮，210-第二步进电机，211-内铰链杆机构，2111-第一内铰链，2112-内铰链杆，2113-第二内铰链，2114-内推杆，2114a-外夹片，212-电机支架，213-外铰链杆机构，2131-第一外铰链，2132-外铰链杆，2133-第二外铰链，2134-外推杆，2134a-内夹片，3-折纸可变形管道，301-立方体薄管，302-反对称双稳态圆柱壳，303-连接板，4-机械臂系统，41-机械臂支架，411-支架立杆，412-支架横杆，42-机械臂，421-第一机械臂，422-第三步进电机，423-第一传动轴，424-第二机械臂，424a-机械臂接头，425-第四步进电机，426-第二传动轴，427-第三机械臂。具体实施方式下面结合说明书附图对本技术作进一步说明，但本技术的保护范围并不仅限于此：如图1-9所示，本技术一种折纸可变形管道实验装置，用于折纸可变形管道3实验分析用，本技术用于实验的折纸可变形管道3包括由连接板303连接的6个立方体薄管301，立方体薄管301的相对两个角内侧上分别设有反对称双稳态圆柱壳302，反对称双稳态圆柱壳302的四边中部分别设置小磁体304，所述实验装置包括加载实验平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种折纸可变形管道实验装置，用于折纸可变形管道（3）实验分析用，折纸可变形管道（3）包括由连接板（303）连接的6个立方体薄管（301），立方体薄管（301）的相对两个角内侧上分别设有反对称双稳态圆柱壳（302），反对称双稳态圆柱壳（302）的四边中部分别设置小磁体（304），所述实验装置包括加载实验平台（1）、夹持装置（2）和机械臂系统（4），其特征在于机械臂系统（4）包括机械臂支架（41）及机械臂（42），机械臂支架（41）和夹持装置（2）固定在加载实验平台（1）上，夹持装置（2）用于夹持折纸可变形管道（3），机械臂（42）安装在机械臂支架（41）上，并能够产生相对运动，机械臂（42）上设有电磁铁，形成外部磁场，用于给折纸可变形管道（3）产生变形提供驱动力。

【技术特征摘要】
1.一种折纸可变形管道实验装置，用于折纸可变形管道（3）实验分析用，折纸可变形管道（3）包括由连接板（303）连接的6个立方体薄管（301），立方体薄管（301）的相对两个角内侧上分别设有反对称双稳态圆柱壳（302），反对称双稳态圆柱壳（302）的四边中部分别设置小磁体（304），所述实验装置包括加载实验平台（1）、夹持装置（2）和机械臂系统（4），其特征在于机械臂系统（4）包括机械臂支架（41）及机械臂（42），机械臂支架（41）和夹持装置（2）固定在加载实验平台（1）上，夹持装置（2）用于夹持折纸可变形管道（3），机械臂（42）安装在机械臂支架（41）上，并能够产生相对运动，机械臂（42）上设有电磁铁，形成外部磁场，用于给折纸可变形管道（3）产生变形提供驱动力。2.根据权利要求1所述的一种折纸可变形管道实验装置，其特征在于夹持装置（2）包括丝杠电机机构（21）、内夹持推进装置（22）、推进块（23）、外夹持支架（24）及内夹持支架（25），内夹持推进装置（22）固定在加载实验平台（1）上，丝杠电机机构（21）下端安装在内夹持推进装置（22）底部，上端与外夹持支架（24）联接；外夹持支架（24）外壁与内夹持推进装置（22）内壁相接触，并能够产生相对运动；推进块（23）上下两端分别设置在外夹持支架（24）和内夹持支架（25）上；内夹持支架（25）设有第一步进电机（26），转盘（27）安装在第一步进电机（26）上；第二步进电机（210）通过电机支架（212）安装在外夹持支架（24）上；转盘（27）、内夹持支架（25）与内铰链杆机构（211）相联接，齿环齿轮传动与所述的第二步进电机（210）和外夹持支架（24）通过外铰链杆机构（213）相联接。3.根据权利要求1所述的一种折纸可变形管道实验装置，其特征在于内夹持支架（25）每个面板内侧设有内导轨（2501）。4.根据权利要求2所述的一种折纸可变形管道实验装置，其特征在于内铰链杆机构（211）为4个，内铰链杆机构（211）一端均匀间隔设置在转盘（27）上，另一端分别对应设置在内夹持支架（25）的四个面板上，每个内铰链杆机构（211）包括第一内铰链（2111）、第二内铰链（2113）、内铰链杆（2112）及内推杆（2114），第一内铰链（2111）固定在转盘（27）上，第二内铰链（2113）活动设置在内导轨（2501）上，第一内铰链（2111）和第二内铰链（2113）由内铰链杆（2112）连接，内推杆（2114）一端设置在第二内铰链（2113）上，另一端穿出内夹持支架（25）的面板，内推杆（2114）外端头设...

【专利技术属性】
技术研发人员：张征，马伟力，吴化平，李吉泉，鲍雨梅，丁浩，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33