桁架式伸缩臂机构和平面式可展开桁架阵列制造技术

本发明专利技术公开了由空间可展开基本单元及其构造的空间多棱柱可展开机构组成的桁架式伸缩臂机构和平面式可展开桁架阵列。空间可展开基本单元由上、下两个空间对称型7R机构和一个平面连接机构组成。空间多棱柱可展开机构由多个基本单元组成，其中相邻基本单元共用长支链臂和内节点。多个基本单元或空间多棱柱可展开机构可以组成桁架式伸缩臂机构，其中相邻基本单元或空间多棱柱可展开机构的上、下内节点分别通过上、下端面固连。多个空间多棱柱可展开机构可以组成平面式可展开桁架阵列，相邻空间多棱柱可展开机构共用两对上、下内节点。桁架式伸缩臂机构和平面式可展开桁架阵列均为单自由度机构，具有良好的结构和运动对称性、折叠/展开性能。叠/展开性能。叠/展开性能。

【技术实现步骤摘要】
桁架式伸缩臂机构和平面式可展开桁架阵列


[0001]本专利技术涉及航空航天
，尤其是涉及一类桁架式伸缩臂机构和一类平面式可展开桁架阵列。

技术介绍

[0002]在航空航天领域，空间站、卫星等航天器需要确保通信和能源供应，以执行复杂的空间任务。随着任务多样性的丰富和规模的增大，相关太阳能采集和航天器发射设备的可展开面积和长度也在增加。然而，这些设备通常是由火箭或航天飞机运载升空的，小发射空间与大可展开面积之间存在突出矛盾，传统的刚性支撑结构难以满足要求。相比之下，可展开机构具有存储空间小、可展开面积大的优点，在相关领域越来越受重视。桁架式伸缩臂机构和太阳能采集阵列具有结构简单、重量较轻、互换性强等优点，是理想的结构形式之一。因此，设计高性能的桁架式伸缩臂机构和可展开桁架阵列具有重要意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出由空间可展开基本单元及其构造的空间多棱柱可展开机构组成的桁架式伸缩臂机构和平面式可展开桁架阵列。所述桁架式伸缩臂机构和平面式可展开桁架阵列具有良好的结构和运动对称性，因此具有较为简单的运动学和动力学。所述桁架式伸缩臂机构和平面式可展开桁架阵列具有单自由度，避免了采用过多的同步关节，这不仅保证了可靠性，同时降低了机构整体的重量。此外，所述桁架式伸缩臂机构和平面式可展开桁架阵列具有较好的折叠/展开性能。
[0004]根据本专利技术实施例的空间可展开基本单元，包括：上空间对称型7R机构；下空间对称型7R机构；平面连接机构，所述平面连接机构分别与所述上空间对称型7R机构和所述下空间对称型7R机构可枢转相连。多个所述空间可展开基本单元可组成桁架式伸缩臂机构，相邻所述空间可展开基本单元的上、下内节点分别通过上、下端面固连；组成所述桁架式伸缩臂机构的所述空间可展开基本单元的数量可以根据具体设计需求进行设定。
[0005]根据本专利技术实施例的空间可展开基本单元，其具有一个自由度。
[0006]在一些实施例中，所述上空间对称型7R机构包括：上中心节点；第一上内节点；第一长支链臂，所述第一长支链臂分别与所述上中心节点和所述第一上内节点可枢转相连，且两转动副轴线相互平行；第二上内节点，所述上中心节点、所述第一上内节点和所述第二上内节点的上下端面均相互平行；第二长支链臂，所述第二长支链臂分别与所述上中心节点和所述第二上内节点可枢转相连，且两转动副轴线相互平行；第一短支链臂；第二短支链臂，所述第一短支链臂的下端通过转动副与所述第二短支链臂的下端相连，所述第一短支链臂的上端和所述第二短支链臂的上端分别通过转动副与所述第一上内节点和所述第二上内节点相连，且上述三转动副轴线均相互平行。
[0007]所述第一长支链臂、所述第二长支链臂、所述第一短支链臂和所述第二短支链臂
在俯视图中构成等腰三角形，该等腰三角形的顶角可以根据具体设计需求进行设定。
[0008]在一些实施例中，该等腰三角形的顶角为90
°
。
[0009]在一些可选的实施例中，该等腰三角形的顶角为120
°
。
[0010]在一些可选的实施例中，该等腰三角形的顶角为72
°
。
[0011]在一些可选的实施例中，该等腰三角形的顶角为60
°
。
[0012]在一些实施例中，所述下空间对称型7R机构包括：下中心节点，所述上中心节点与所述下中心节点分别通过下端面和上端面固连；第一下内节点；第三长支链臂，所述第三长支链臂分别与所述下中心节点和所述第一下内节点可枢转相连，且两转动副轴线相互平行；第二下内节点，所述下中心节点、所述第一下内节点和所述第二下内节点的上下端面均相互平行；第四长支链臂，所述第四长支链臂分别与所述下中心节点和所述第二下内节点可枢转相连，且两转动副轴线相互平行；第三短支链臂；第四短支链臂，所述第三短支链臂的上端通过转动副与所述第四短支链臂的上端相连，所述第三短支链臂的下端和所述第四短支链臂的下端分别通过转动副与所述第一下内节点和所述第二下内节点相连，且上述三转动副轴线均相互平行。
[0013]所述第三长支链臂、所述第四长支链臂、所述第三短支链臂和所述第四短支链臂在俯视图中构成等腰三角形，该等腰三角形的顶角可以根据具体设计需求进行设定。
[0014]在一些实施例中，该等腰三角形的顶角为90
°
。
[0015]在一些可选的实施例中，该等腰三角形的顶角为120
°
。
[0016]在一些可选的实施例中，该等腰三角形的顶角为72
°
。
[0017]在一些可选的实施例中，该等腰三角形的顶角为60
°
。
[0018]在一些实施例中，所述平面连接机构包括：第一中间连杆；第二中间连杆；第三中间连杆；第四中间连杆。
[0019]在一些实施例中，所述第一中间连杆的下端通过转动副与所述第三中间连杆的上端相连；所述第二中间连杆的下端通过转动副与所述第四中间连杆的上端相连；所述第一中间连杆的上端和所述第二中间连杆的上端通过公共转动副与所述第一短支链臂的下端和所述第二短支链臂的下端相连；所述第三中间连杆的下端和所述第四中间连杆的下端通过公共转动副与所述第三短支链臂的上端和所述第四短支链臂的上端相连；上述转动副轴线均相互平行。
[0020]在一些可选的实施例中，所述平面连接机构包括：第五中间连杆；第六中间连杆；第七中间连杆；第八中间连杆。
[0021]在一些可选的实施例中，所述第五中间连杆的下端通过转动副与所述第七中间连杆的上端相连；所述第六中间连杆的下端通过转动副与所述第八中间连杆的上端相连；所述第五中间连杆的上端通过转动副与所述第一短支链臂的中点相连；所述第六中间连杆的上端通过转动副与所述第二短支链臂的中点相连；所述第七中间连杆的下端通过转动副与所述第三短支链臂的中点相连；所述第八中间连杆的下端通过转动副与所述第四短支链臂的中点相连；上述转动副轴线均相互平行。
[0022]在一些可选的实施例中，所述平面连接机构包括：第九中间连杆；第十中间连杆；第十一中间连杆；第十二中间连杆。
[0023]在一些可选的实施例中，所述第九中间连杆的下端通过转动副与所述第十一中间
连杆的上端相连；所述第十中间连杆的下端通过转动副与所述第十二中间连杆的上端相连；所述第九中间连杆的上端通过转动副与所述第一短支链臂的上端相连；所述第十中间连杆的上端通过转动副与所述第二短支链臂的上端相连；所述第十一中间连杆的下端通过转动副与所述第三短支链臂的下端相连；所述第十二中间连杆的下端通过转动副与所述第四短支链臂的下端相连；上述转动副轴线均相互平行。
[0024]在一些可选的实施例中，所述平面连接机构包括：第十三中间连杆；第十四中间连杆。
[0025]在一些可选的实施例中，所述第十三中间连杆的下端通过移动副与所述第十四中间连杆的上端相连；所述第十三中间连杆的上端通过公共本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一类空间可展开基本单元，其特征在于，包括：上空间对称型7R机构；下空间对称型7R机构；平面连接机构，所述平面连接机构分别与所述上空间对称型7R机构和所述下空间对称型7R机构可枢转相连；其中，多个所述空间可展开基本单元可组成桁架式伸缩臂机构，相邻所述空间可展开基本单元的上、下内节点分别通过上、下端面固连；组成所述桁架式伸缩臂机构的所述空间可展开基本单元的数量可以根据具体设计需求进行设定。2.根据权利要求1所述的空间可展开基本单元，其特征在于，所述上空间对称型7R机构包括：上中心节点；第一上内节点；第一长支链臂，所述第一长支链臂分别与所述上中心节点和所述第一上内节点可枢转相连，且两转动副轴线相互平行；第二上内节点，所述上中心节点、所述第一上内节点和所述第二上内节点的上下端面均相互平行；第二长支链臂，所述第二长支链臂分别与所述上中心节点和所述第二上内节点可枢转相连，且两转动副轴线相互平行；第一短支链臂；第二短支链臂，所述第一短支链臂的下端通过转动副与所述第二短支链臂的下端相连，所述第一短支链臂的上端和所述第二短支链臂的上端分别通过转动副与所述第一上内节点和所述第二上内节点相连，且上述三转动副轴线均相互平行；所述第一长支链臂、所述第二长支链臂、所述第一短支链臂和所述第二短支链臂在俯视图中构成等腰三角形，该等腰三角形的顶角可以根据具体设计需求进行设定。3.根据权利要求1所述的空间可展开基本单元，其特征在于，所述下空间对称型7R机构包括：下中心节点，所述上中心节点与所述下中心节点分别通过下端面和上端面固连；第一下内节点；第三长支链臂，所述第三长支链臂分别与所述下中心节点和所述第一下内节点可枢转相连，且两转动副轴线相互平行；第二下内节点，所述下中心节点、所述第一下内节点和所述第二下内节点的上下端面均相互平行；第四长支链臂，所述第四长支链臂分别与所述下中心节点和所述第二下内节点可枢转相连，且两转动副轴线相互平行；第三短支链臂；第四短支链臂，所述第三短支链臂的上端通过转动副与所述第四短支链臂的上端相连，所述第三短支链臂的下端和所述第四短支链臂的下端分别通过转动副与所述第一下内节点和所述第二下内节点相连，且上述三转动副轴线均相互平行；
所述第三长支链臂、所述第四长支链臂、所述第三短支链臂和所述第四短支链臂在俯视图中构成等腰三角形，该等腰三角形的顶角可以根据具体设计需求进行设定。4.根据权利要求1所述的空间可展开基本单元，其特征在于，所述平面连接机构包括：第一中间连杆；第二中间连杆；第三中间连杆；第四中间连杆；所述第一中间连杆的下端通过转动副与所述第三中间连杆的上端相连；所述第二中间连杆的下端通过转动副与所述第四中间连杆的上端相连；所述第一中间连杆的上端和所述第二中间连杆的上端通过公共转动副与所述第一短支链臂的下端和所述第二短支链臂的下端相连；所述第三中间连杆的下端和所述第四中间连杆的下端通过公共转动副与所述第三短支链臂的上端和所述第四短支链臂的上端相连；上述转动副轴线均相互平行。5.根据权利要求1所述的空间可展开基本单元，其特征在于，所述平面连接机构包括：第五中间连杆；第六中间连杆；第七中间连杆；第八中间连杆；所述第五中间连杆的下端通过转动副与所述第七中间连杆的上端相连；所述第六中间连杆的下端通过转动副与所述第八中间连杆的上端相连；所述第五中间连杆的上端通过转动副与所述第一短支链臂的中点相连；所述第六中间连杆的上端通过转动副与所述第二短支链臂的中点相连；所述第七中间连杆的下端通过转动副与所述第三短支链臂的中点相连；所述第八中间连杆的下端通过转动副与所述第四短支链臂的中点相连；上述转动副轴线均相互平行。6.根据权利要求1所述的空间可展开基本单元，其特征在于，所述平面连接机构包括：第九中间连杆；第十中间连杆；第十一中间连杆；第十二中间连杆；所述第九中间连杆的下端通过转动副与所述第十一中间连杆的上端相连；所述第十中间连杆的下端通过转动副与所述第十二中间连杆的上端相连；所述第九中间连杆的上端通过转动副与所述第一短支链臂的上端相连；所述第十中间连杆的上端通过转动副与所述第二短支链臂的上端相连；所述第十一中间连杆的下端通过转动副与所述第三短支链臂的下端相连；所述第十二中间连杆的下端通过转动副与所述第四短支链臂的下端相连；上述转动副轴线均相互平行。7.根据权利要求1所述的空间可展开基本单元，其特征在于，所述平面连接机构包括：
第十三中间连杆；第十四中间连杆；所述第十三中间连杆的下端通过移动副与所述第十四中间连杆的上端相连；所述第十三中间连杆的上端...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟齐志，刘辛军，袁馨，谢福贵，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：