一种具有旋转运动的可折展棱柱结构制造技术

本发明专利技术公开一种具有旋转运动的可折展棱柱结构，包括一个顶面、一个底面和三个以上的模块；所述顶面为边数≥3的正多边形；所述底面是与顶面全等的正多边形；所述模块的数量与顶面的边数相同，且各模块的结构相同，每个模块包含四个全等的直角三角形面，依次为第一面、第二面、第三面、第四面，且每个模块中的第一面、第二面、第三面、第四面依次相连；所述顶面、底面平行，顶面和底面分别位于可折展棱柱结构的顶部和底部；每个模块放置于顶面和底面之间；每个模块的第一面的一条边与顶面的一条边相连，对应的每个模块的第四面的一条边与底面的一条边相连。的一条边相连。的一条边相连。

【技术实现步骤摘要】
一种具有旋转运动的可折展棱柱结构


[0001]本专利技术涉及可折展的棱柱结构领域，特别是涉及一种大折展比、具有旋转运动的可折展棱柱结构。

技术介绍

[0002]可折展结构是一种几何形状可控、可变的结构，其可实现紧密折叠状态与目标展开状态间的转换。该类结构处于折叠态时，具有较小体积便于收纳存储和运输，处于展开状态时可满足正常工作的需求。可折展结构因其具有良好的折叠特性，现已广泛应用于各工程领域，如航空航天领域的可折展卫星天线、可折展太阳能电池阵和可折展机翼，土木建筑领域的临时帐篷、可折展穹顶、可折展家具，生物医学领域的可折展血管支架、手术钳等。
[0003]现有可折展结构种类繁多，根据其目标展开状态的几何形态可以分为一维杆状可折展结构、二维面状可折展结构、三维体状可折展结构。其中，一维杆状可折展结构主要涉及单一方向的折展，如太空伸展臂；二维面状可折展结构主要涉及平面和曲面的折展，如太阳能电池阵、卫星天线；三维体状可折展结构主要涉及球面、多面体、棱柱等的折展，此类可折展结构多数采用非刚性变形实现折展，如汽车安全气囊、柔性太空舱。目前，部分三维体状可折展结构可实现刚性折展，如专利“一种具有面对称运动的可折展盒子结构”(公开号:CN111776402A)、专利“一种单自由度可折展盒子结构”(公开号:CN109353634B)、专利“一种转动副对称排布的可折展盒子结构”(公开号:CN111846510A)通过去除棱柱结构的上底面并在侧面设计折痕实现棱柱各组成面的刚性折展。但是目前关于棱柱结构保持具有封闭内部空间的棱柱状态并实现刚性折展的应用比较少，并且还存在折叠展开比例不大等不足。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种具有旋转运动的可折展棱柱结构。该结构拥有棱柱状态、展开状态和折叠状态；棱柱状态形成封闭的内部空间，拥有较好的刚度；展开状态具有较大的工作空间；折叠时体积较小方便收纳和运输。结构组成简单、旋转运动方向可变、几何参数可调、可进行批量化生产。基于上述优点，本专利技术在收纳、包装、土木、建筑、航空航天、手性材料等领域中具有重要的意义和广阔的应用前景。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种具有旋转运动的可折展棱柱结构，包括一个顶面、一个底面和三个以上的模块；所述顶面为边数≥3的正多边形；所述底面是与顶面全等的正多边形；所述模块的数量与顶面的边数相同，且各模块的结构相同，每个模块包含四个全等的直角三角形面，依次为第一面、第二面、第三面、第四面，且每个模块中的第一面、第二面、第三面、第四面依次相连；
[0007]所述顶面、底面平行，顶面和底面分别位于可折展棱柱结构的顶部和底部；每个模块放置于顶面和底面之间；每个模块的第一面的一条边与顶面的一条边相连，对应的每个模块的第四面的一条边与底面的一条边相连；
[0008]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；所述顶面与模块的第一面相邻并通过模块的上边转动副相互连接；所述底面与同一模块的第四面相邻并通过模块的下边转动副相互连接；
[0009]可折展棱柱结构在展开与折叠过程中，所述顶面、底面保持平行且几何中心位于同一轴线即中轴线时，所述顶面在空间上能够绕中轴线做相对于底面的旋转运动；所述顶面的几何中心沿所述中轴线做相对于底面的直线运动；所述模块在空间上关于所述中轴线呈旋转对称分布。
[0010]进一步的，通过镜像操作，能够得到展开和折叠过程具有相反旋转运动的可折展棱柱结构。
[0011]进一步的，通过对可折展棱柱结构每个面的面外方向增加厚度，实现厚板棱柱结构的折叠。
[0012]进一步的，通过改变所述顶面与底面正多边形的边数，确定模块数量的变化，实现可折展棱柱结构运动特性的改变。
[0013]进一步的，通过若干个可折展棱柱结构之间底面与顶面的连接、侧面与侧面的连接以及两种连接方式的组合，实现若干个可折展棱柱结构之间的组合、若干个镜像后的可折展棱柱结构之间的组合、若干个可折展棱柱结构与镜像后的可折展棱柱结构之间的组合。
[0014]进一步的，通过改变直角三角形的尺寸，获得不同折展比和不同工作空间。
[0015]进一步的，所述转动副为铰链、合页或轴承中的一种。
[0016]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：
[0017]1.本专利技术的可折展棱柱结构折叠状态为两层板厚，棱柱状态为棱柱总高度，其折展比大，可将棱柱结构展开并完全折平，折叠状态形状规整，便于储存和运输。
[0018]2.本专利技术的可折展棱柱结构可进行镜像操作得到旋转方向相反的镜像可折展棱柱结构，两种结构互为手性结构，在手性材料的结构设计中有潜在的应用前景。
[0019]3.本专利技术的可折展棱柱结构可根据需求自由选择底面的多边形结构、设计可折展棱柱结构和运动副的尺寸，棱柱状态具有可灵活设计的内部空腔，设计空间大，有利于后续在包装、家具、土木、可展结构等方面开展创新设计。
[0020]4.本专利技术的可折展棱柱结构简单，便于加工制造与批量化生产。
[0021]5.本专利技术的可折展棱柱结构可进行两个甚至多个的串联组合，通过驱动设计可将每个可折展棱柱结构作为独立的控制单元，为机器人驱动臂设计提供新方案。
[0022]6.本专利技术的可折展棱柱结构可进行四个甚至多个的二维和三维组合，形成折展比更大、棱柱状态工作空间更大的可折展棱柱组合结构，可应用于太空居所和地外房屋群的设计。
[0023]7.本专利技术的可折展棱柱组合结构可根据需求通过设计各个面的厚度并选取合适的材料，提高棱柱结构的刚度和强度，可用于设计可折展减振吸能结构。
[0024]8.本专利技术的可折展棱柱组合结构，其各棱柱结构间的连接简单，便于进行空间自组装可展结构的设计。
附图说明
[0025]图1
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1为本专利技术所指定的模块的平面展开示意图，图1
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2和图1
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3分别为模块的部分折叠状态的结构示意图及其镜像结构示意图，作为组成可折展棱柱结构的模块。
[0026]图2
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1为实施例一可折展三棱柱结构的展开状态结构示意图，图2
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2至图2
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5为实施例一可折展三棱柱结构的顺序展开与折叠的示意图。
[0027]图3
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1为实施例一可折展三棱柱结构的镜像结构展开状态结构示意图，图3
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2至图3
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5为实施例一可折展三棱柱结构的镜像结构的顺序展开与折叠的示意图。
[0028]图4
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1为可折展三棱柱组合结构中两个三棱柱结构的组合连接示意图，图4
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2为组合结构的棱柱状态，图4
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3为组合结构的展开中间状态，图4
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有旋转运动的可折展棱柱结构，其特征在于，包括一个顶面、一个底面和三个以上的模块；所述顶面为边数≥3的正多边形；所述底面是与顶面全等的正多边形；所述模块的数量与顶面的边数相同，且各模块的结构相同，每个模块包含四个全等的直角三角形面，依次为第一面、第二面、第三面、第四面，且每个模块中的第一面、第二面、第三面、第四面依次相连；所述顶面、底面平行，顶面和底面分别位于可折展棱柱结构的顶部和底部；每个模块放置于顶面和底面之间；每个模块的第一面的一条边与顶面的一条边相连，对应的每个模块的第四面的一条边与底面的一条边相连；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；所述顶面与模块的第一面相邻并通过模块的上边转动副相互连接；所述底面与同一模块的第四面相邻并通过模块的下边转动副相互连接；可折展棱柱结构在展开与折叠过程中，所述顶面、底面保持平行且几何中心位于同一轴线即中轴线时，所述顶面在空间上能够绕中轴线做相对于底面的旋转运动；所述顶面的几何中心沿所述中轴线做相对于底面的直线运动；所述模块在空间上关于所述中轴线...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈焱，张霄，冯刚，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：