一种转动副对称排布的可折展盒子结构制造技术

本发明专利技术公开一种转动副对称排布的可折展盒子结构，包括十六个面，第一面、第二面、第三面、第四面相连作为可折展盒子结构的底面并放置于中部；第五面、第六面、第七面、第八面、第九面、第十面、第十一面、第十二面、第十三面、第十四面、第十五面、第十六面依次相连形成可折展盒子结构的六个侧面，第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面、第五侧面、第六侧面置于底面上方且与所述底面的六条边相连，并且六个侧面首尾依次相连；各个面与面之间，侧面与面之间通过转动副连接；该结构整体的折叠与展开过程中，第二转动副、第四转动副、第十八转动副、第二十一转动副始终处于同一平面，且整体结构围绕着该平面形成的基准面进行折叠与展开。

【技术实现步骤摘要】
一种转动副对称排布的可折展盒子结构
本专利技术涉及一种可折展的盒子结构，具体涉及一种基于折纸结构的单自由度、大折展比、转动副对称排布的可折展盒子结构。
技术介绍
在航空航天、建筑结构、交通运输、艺术品和日常生活中，多面体结构因其较好的对称性得到广泛的应用，但由于体积大、不利于运输的限制，多面体结构更多地应用在固定场合。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，它在发射和返回回收过程中处于折叠收纳状态，占用最少的飞船空间；入轨后，体状可折展结构可按设计展开成较大空间的工作状态。空间可展结构的基本单元采用过约束机构，有着高刚性、制造简单、成本低、可靠性高等优势。现有集装箱要么不能实现折叠，在空载时占据大量的空间，给存储和运输带来很大的困难；要么折叠过程复杂，结构自由度多，折叠展开过程不易控制，如马志勇在2019年提出的可折叠集装箱。所以体状可展结构，尤其以多边形为底面的棱柱结构，目前应用还比较少，并且存在不能完全折叠和折叠展开比不大等不足，同时多面体可展结构在集装箱运输等方面还有很大的应用改善空间。
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，提供一种转动副对称排布的可折展盒子结构。该可展盒子结构拥有较好的刚度，可以完全折叠和展开，折叠时体积较小、形状规整、便于运输，按要求打开为工作状态时，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；结构单元为平面或曲面板材，加工简单，可实现批量化生产；基于以上优点，本专利技术在包装、收纳、集装箱运输、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：一种转动副对称排布的可折展盒子结构，包括十六个面，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、第十一面、第十二面、第十三面、第十四面、第十五面、第十六面；所述第一面、第二面、第三面、第四面相连作为可折展盒子结构的底面并放置于中部；所述第五面、第六面、第七面、第八面、第九面、第十面、第十一面、第十二面、第十三面、第十四面、第十五面、第十六面依次相连形成可折展盒子结构的六个侧面，所述第五面与第六面相连形成第一侧面，所述第七面与第八面相连形成第二侧面，所述第九面与第十面相连形成第三侧面，所述第十一面与第十二面相连形成第四侧面，所述第十三面与第十四面相连成第五侧面，所述第十五面与第十六面相连形成第六侧面；所述第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面、第五侧面、第六侧面置于所述底面上方且与所述底面的六条边相连，并且所述六个侧面首尾依次相连；所述第一面与第二面相邻并通过第一转动副相互连接，所述第二面与第三面相邻并通过第二转动副相互连接，所述第三面与第四面相邻并通过第三转动副相互连接，所述第一面与第四面相邻并通过第四转动副相互连接；所述第五面与第六面相邻并通过第五转动副相互连接，所述第七面与第八面相邻并通过第六转动副相互连接，所述第九面与第十面相邻并通过第七转动副相互连接，所述第十一面与第十二面相邻并通过第八转动副相互连接，所述第十三面与第十四面相邻并通过第九转动副相互连接，所述第十五面与第十六面相邻并通过第十转动副相互连接；所述第一侧面与第一面相邻并通过第十一转动副相互连接，所述第二侧面与第二面相邻并通过第十二转动副相互连接，所述第三侧面与第三面相邻并通过第十三转动副相互连接，所述第四侧面与第四面相邻并通过第十四转动副相互连接，所述第五侧面与第四面相邻并通过第十五转动副相互连接，所述第六侧面与第一面相邻并通过第十六转动副相互连接；所述第一侧面与第二侧面相邻并通过第十七转动副相互连接，所述第二侧面与第三侧面相邻并通过第十八转动副相互连接，所述第三侧面与第四侧面相邻并通过第十九转动副相互连接，所述第四侧面与第五侧面相邻并通过第二十转动副相互连接，所述第五侧面与第六侧面相邻并通过第二十一转动副相互连接，所述第六侧面与第一侧面相邻并通过第二十二转动副相互连接；该结构整体的折叠与展开过程中，所述第二转动副、第四转动副、第十八转动副、第二十一转动副始终处于同一平面，且整体结构围绕着该平面形成的基准面进行折叠与展开；折叠时，所述第一面与第四面、第二面与第三面、第五面与第十二面、第六面与第十一面、第七面与第十面、第八面与第九面、第十五面与第十四面、第十六面与第十三面的运动基于基准面呈面对称关系；折叠时，所述第一转动副与第三转动副、第五转动副与第八转动副、第六转动副与第七转动副、第十转动副与第九转动副、第十一转动副与第十四转动副、第十二转动副与第十三转动副、第十六转动副与第十五转动副、第十七转动副与第十九转动副、第二十二转动副与第二十转动副基于基准面呈面对称关系。进一步的，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；在完全展开的情况下，形成一种棱柱状盒子结构；每个面的外轮廓线为直线、曲线或折线。进一步的，可折展盒子结构具有单一自由度，能够通过改变相邻面的夹角以实现空间体状结构与平面多边形结构的相互转换。进一步的，可折展盒子结构完全展开状态为以多边形为底面，高等于或小于底面边长的盒子结构，完全折叠状态为多边形平面结构。进一步的，所有转动副为铰链、合页或轴承其中的一种构成。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，可由以多边形为底面的棱柱结构直接折叠为平面多边形结构，可实现完全折叠。2.本专利技术通过空间机构设计，具有一个自由度，可以通过单一驱动完成折叠和展开动作，安装使用较方便，运动可靠。3.本专利技术是以功能性为目的设计，可以根据实际需求设计单元结构的尺寸，转动副大小可以随要求调节，可以在实际要求下任意选择安装驱动位置，可根据实际需要在面上设置任意形状的空洞。4.本专利技术展开后为直棱柱结构，棱柱侧面与底面垂直，结构稳定，刚度较大，工作空间较大，便于支撑和工作；折叠后体积较小、形状规整、结构稳定，便于运输和保存。5.本专利技术结构简单，在相邻两面连接处通过转动副连接即可，无需在面内安装其他连接结构，可增加安装和操控的稳定性。附图说明图1-1为实施例一中可折展盒子结构的完全展开状态示意图，该结构完全展开状态为以正六边形为底面，高等于底面边长的盒子结构。图1-2为实施例一盒子结构的平面展开图；图1-3为实施例一盒子结构完全折叠状态时平面多边形结构示意图。图1-4、图1-5为实施例一盒子结构折叠顺序示意图，其中，图1-4表示折叠中间状态，图1-5表示完全折叠状态。图2-1为实施例二中可折展盒子结构的完全展开状态示意图，该结构完全展开状态为以正五边形为底面，高等于底面边长的盒子结构。图2-2为实施例二盒子结构的平面展开图；图2-3为实施例二盒子结构完全折叠状态时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种转动副对称排布的可折展盒子结构，其特征在于，包括十六个面，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、第十一面、第十二面、第十三面、第十四面、第十五面、第十六面；/n所述第一面、第二面、第三面、第四面相连作为可折展盒子结构的底面并放置于中部；所述第五面、第六面、第七面、第八面、第九面、第十面、第十一面、第十二面、第十三面、第十四面、第十五面、第十六面依次相连形成可折展盒子结构的六个侧面，所述第五面与第六面相连形成第一侧面，所述第七面与第八面相连形成第二侧面，所述第九面与第十面相连形成第三侧面，所述第十一面与第十二面相连形成第四侧面，所述第十三面与第十四面相连成第五侧面，所述第十五面与第十六面相连形成第六侧面；所述第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面、第五侧面、第六侧面置于所述底面上方且与所述底面的六条边相连，并且所述六个侧面依次相连；/n所述第一面与第二面相邻并通过第一转动副相互连接，所述第二面与第三面相邻并通过第二转动副相互连接，所述第三面与第四面相邻并通过第三转动副相互连接，所述第一面与第四面相邻并通过第四转动副相互连接；所述第五面与第六面相邻并通过第五转动副相互连接，所述第七面与第八面相邻并通过第六转动副相互连接，所述第九面与第十面相邻并通过第七转动副相互连接，所述第十一面与第十二面相邻并通过第八转动副相互连接，所述第十三面与第十四面相邻并通过第九转动副相互连接，所述第十五面与第十六面相邻并通过第十转动副相互连接；所述第一侧面与第一面相邻并通过第十一转动副相互连接，所述第二侧面与第二面相邻并通过第十二转动副相互连接，所述第三侧面与第三面相邻并通过第十三转动副相互连接，所述第四侧面与第四面相邻并通过第十四转动副相互连接，所述第五侧面与第四面相邻并通过第十五转动副相互连接，所述第六侧面与第一面相邻并通过第十六转动副相互连接；所述第一侧面与第二侧面相邻并通过第十七转动副相互连接，所述第二侧面与第三侧面相邻并通过第十八转动副相互连接，所述第三侧面与第四侧面相邻并通过第十九转动副相互连接，所述第四侧面与第五侧面相邻并通过第二十转动副相互连接，所述第五侧面与第六侧面相邻并通过第二十一转动副相互连接，所述第六侧面与第一侧面相邻并通过第二十二转动副相互连接；/n该结构整体的折叠与展开过程中，所述第二转动副、第四转动副、第十八转动副、第二十一转动副始终处于同一平面，且整体结构围绕着该平面形成的基准面进行折叠与展开；折叠时，所述第一面与第四面、第二面与第三面、第五面与第十二面、第六面与第十一面、第七面与第十面、第八面与第九面、第十五面与第十四面、第十六面与第十三面的运动基于基准面呈面对称关系；折叠时，所述第一转动副与第三转动副、第五转动副与第八转动副、第六转动副与第七转动副、第十转动副与第九转动副、第十一转动副与第十四转动副、第十二转动副与第十三转动副、第十六转动副与第十五转动副、第十七转动副与第十九转动副、第二十二转动副与第二十转动副基于基准面呈面对称关系。/n...

【技术特征摘要】
1.一种转动副对称排布的可折展盒子结构，其特征在于，包括十六个面，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、第十一面、第十二面、第十三面、第十四面、第十五面、第十六面；
所述第一面、第二面、第三面、第四面相连作为可折展盒子结构的底面并放置于中部；所述第五面、第六面、第七面、第八面、第九面、第十面、第十一面、第十二面、第十三面、第十四面、第十五面、第十六面依次相连形成可折展盒子结构的六个侧面，所述第五面与第六面相连形成第一侧面，所述第七面与第八面相连形成第二侧面，所述第九面与第十面相连形成第三侧面，所述第十一面与第十二面相连形成第四侧面，所述第十三面与第十四面相连成第五侧面，所述第十五面与第十六面相连形成第六侧面；所述第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面、第五侧面、第六侧面置于所述底面上方且与所述底面的六条边相连，并且所述六个侧面依次相连；
所述第一面与第二面相邻并通过第一转动副相互连接，所述第二面与第三面相邻并通过第二转动副相互连接，所述第三面与第四面相邻并通过第三转动副相互连接，所述第一面与第四面相邻并通过第四转动副相互连接；所述第五面与第六面相邻并通过第五转动副相互连接，所述第七面与第八面相邻并通过第六转动副相互连接，所述第九面与第十面相邻并通过第七转动副相互连接，所述第十一面与第十二面相邻并通过第八转动副相互连接，所述第十三面与第十四面相邻并通过第九转动副相互连接，所述第十五面与第十六面相邻并通过第十转动副相互连接；所述第一侧面与第一面相邻并通过第十一转动副相互连接，所述第二侧面与第二面相邻并通过第十二转动副相互连接，所述第三侧面与第三面相邻并通过第十三转动副相互连接，所述第四侧面与第四面相邻并通过第十四转动副相互连接，所述第五侧面与第四面相邻并通过第十五转动副相互连接，所述第六侧面与第一面相邻并通过第十六转动副相互连接；所述第一侧面与第二侧面相邻并通过第十七转动副相互连...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈焱，顾元庆，贾振浩，马家耀，崔琦峰，李明，
申请(专利权)人：天津大学，上海宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12