基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构制造技术

本发明专利技术涉及一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，属于空间可展开机构领域。本发明专利技术的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，包括：柔性铰链、折痕杆以及斜撑杆；本发明专利技术的基本构成单元包括：1个中央柔性铰链、1个第一类边柔性铰链、1个第二类边柔性铰链、1个第三类边柔性铰链、1个第四类边柔性铰链、2个第一类角柔性铰链、2个第二类角柔性铰链、12个折痕杆以及4个斜撑杆；将边柔性铰链替换为中央柔性铰链，将角柔性铰链替换为边柔性铰链，能够实现基本构成单元的扩展。本发明专利技术的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构折展比大，结构简单，且具有扩展性。且具有扩展性。且具有扩展性。

【技术实现步骤摘要】
基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构


[0001]本专利技术涉及一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，属于空间可展开机构领域。

技术介绍

[0002]在航天领域，受限于火箭发射体积的限制，大型空间天线在发射过程中需要事先收拢起来，待入轨后进行展开，空间可展机构是支撑大型空间天线的关键装备。空间可展开机构必须兼顾结构的刚度以及结构的固有频率，同时还要满足轻量化以及高精度的要求。目前空间可展开机构多为机械式展开，常见的形式包括：环形桁架式、单元构架式、折叠肋式、缠绕肋式、索杆张拉式、环住式以及柔性自回弹式，但是上述形式的空间可展开机构存在机构复杂以及质量大的缺陷。
[0003]折纸是一种将二维平面的纸折成三维状态的艺术活动，折纸技术已应用于航天工程的空间可展开机构中，常见的折纸样式包括：“Z”型折叠、六边形Flasher折叠以及吉村折纸。其中，“Z”型折叠能够将大平面沿着横向或者是纵向压缩成为较小的体积，多应用于太阳翼展开机构，但是折叠效率有限；六边形Flasher折纸具有非常高的折展比，能够应用于大型空间太阳能电站，但是将厚度较薄的纸替换为具有一定厚度的板时，必须通过在板与板之间预留间隙以保证机构的顺利折叠与展开；吉村折纸是一种沿着轴向运动的筒状折纸，能够用作航天桁架结构的充气管路，但是在折痕顶点处产生的微小孔使得气体在管路中的滞留，从而造成展开过程的不稳定性。
[0004]综上所述，折纸技术已应用于空间可展开机构中，但是依然存在以下问题：基于折纸技术的空间可展开机构的主要对象不再是柔软的平面纸张，考虑实际应用，整个机构必须具备一定的刚度、强度以及质量；以板为基础的基于折纸技术的空间可展开机构，不仅要考虑几何折叠过程，为了实现顺利展开，还需要解决运动干涉、铰链设置的问题；以薄膜为基础的基于折纸技术的空间可展开机构空间折纸机构容易在折痕顶点处产生应力集中，在多次折展的情况下极易发生疲劳破坏。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，通过将折纸技术与柔性铰链相结合，使得所构建的柔性可展开机构具有一般折纸机构折展比大的特点，且结构简单，具有扩展性，解决折纸技术在空间可展开机构应用中的问题。
[0006]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：
[0007]本专利技术公开的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，包括：柔性铰链、折痕杆以及斜撑杆；
[0008]进一步的，所述柔性铰链按照结构不同分为：中央柔性铰链、边柔性铰链以及角柔性铰链；
[0009]所述中央柔性铰链包括：4个折痕杆接头、4个斜撑杆接头、4个折痕杆接头末端杆
套以及4个斜撑杆接头末端杆套；
[0010]其中，4个所述折痕杆接头以及4个所述斜撑杆接头的一端固定连接为一点，4个所述折痕杆接头以及4个所述斜撑杆接头的另一端分别固定连接4个所述折痕杆接头末端杆套以及4个所述斜撑杆接头末端杆套；
[0011]所述边柔性铰链按照结构不同分为：第一类边柔性铰链、第二类边柔性铰链、第三类边柔性铰链以及第四类边柔性铰链；
[0012]所述第一类边柔性铰链、所述第二类边柔性铰链、所述第三类边柔性铰链以及所述第四类边柔性铰链都各包括：3个所述折痕杆接头、2个所述斜撑杆接头、3个所述折痕杆接头杆套以及2个所述斜撑杆接头末端杆套；
[0013]其中，3个所述折痕杆接头以及2个所述斜撑杆接头的一端固定连接为一点，3个所述折痕杆接头以及2个所述斜撑杆接头的另一端分别固定连接3个所述折痕杆接头末端杆套以及2个所述斜撑杆接头末端杆套；
[0014]进一步的，所述第一类边柔性铰链、所述第二类边柔性铰链、所述第三类边柔性铰链以及所述第四类边柔性铰链中的3个所述折痕杆接头以及2个所述斜撑杆接头的空间分布形式不同；
[0015]所述角柔性铰链按照结构不同分为：第一类角柔性铰链以及第二类角柔性铰链；
[0016]所述第一类角柔性铰链以及所述第二类角柔性铰链都各包括：2个所述折痕杆接头、1个所述斜撑杆接头、2个所述折痕杆接头末端杆套以及1个所述斜撑杆接头末端杆套；
[0017]其中，2个所述折痕杆接头以及1个所述斜撑杆接头的一端固定连接为一点，2个所述折痕杆接头以及1个所述斜撑杆接头的另一端分别固定连接2个所述折痕杆接头末端杆套以及1个所述斜撑杆接头末端杆套；
[0018]进一步的，所述第一类角柔性铰链以及所述第二类角柔性铰链中的2个所述折痕杆接头以及1个所述斜撑杆接头的空间分布形式不同；
[0019]所述折痕杆接头主要作用是以Miura折纸中的几何关系连接具有相邻关系的折痕杆；
[0020]所述斜撑杆接头主要作用是以Miura折纸中的几何关系连接具有相邻关系的斜撑杆；
[0021]作为优选，所述折痕杆接头以及所述斜撑杆接头的材料为8400软胶，能够在大范围内进行变形，为整个所述一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构提供柔性活动的能力；
[0022]所述折痕杆接头末端杆套用于柔性的所述折痕杆接头和刚性的所述折痕杆紧固连接；
[0023]所述斜撑杆接头末端杆套用于柔性的所述斜撑杆接头和刚性的所述斜撑杆紧固连接；
[0024]所述折痕杆是一段等截面细长杆，并具有一定的刚性，负责为所述一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构在展开与收拢过程中提供刚度；
[0025]所述斜撑杆是由两根等截面细长杆组成的十字交叉杆，每个所述斜撑杆均与4个相邻的且能够组成闭合回路的所述柔性铰链相连接，4个所述柔性铰链中的8个所述折痕杆接头和与其连接的4个所述折痕杆组成一个“菱形平面”，在所述一种基于折纸原理与软铰
链的柔性可展开机构的运动以及展开过程中，所述斜撑杆负责保持“菱形平面”的稳定性，并为所述一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构提供刚度；
[0026]更进一步的，本专利技术公开的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，基本构成单元包括：1个所述中央柔性铰链、1个所述第一类边柔性铰链、1个所述第二类边柔性铰链、1个所述第三类边柔性铰链、1个所述第四类边柔性铰链、2个所述第一类角柔性铰链、2个所述第二类角柔性铰链、12个所述折痕杆以及4个所述斜撑杆；
[0027]所述中央柔性铰链的4个所述折痕杆接头末端杆套分别与4根所述折痕杆的一端固定连接，4根所述折痕杆的另一端分别与4个所述边柔性铰链的4个所述折痕杆接头末端杆套固定连接，4个所述边柔性铰链剩余的8个所述折痕杆接头末端杆套分别与剩余的8根所述折痕杆的一端固定连接，剩余的8根所述折痕杆的另一端每两个一组通过所述角柔性铰链的两个折痕杆接头末端杆套固定连接；
[0028]所述第一类边柔性铰链的3个所述折痕杆接头末端杆套与基本构成单元上边的2个所述折痕杆以及与其具有相邻位置关系的1个所述折痕杆固定连接，剩余的2个所述斜撑杆接头末端杆套分别与所述斜撑杆固定连接；
[0029]所述第二类边柔性铰链的3个所述折痕杆接头末端杆套与基本构成单元下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，其特征在于：包括：柔性铰链、折痕杆以及斜撑杆；进一步的，柔性铰链按照结构不同分为：中央柔性铰链(1)、边柔性铰链以及角柔性铰链；中央柔性铰链(1)包括：4个折痕杆接头(101)、4个斜撑杆接头(103)、4个折痕杆接头末端杆套(102)以及4个斜撑杆接头末端杆套(104)；其中，4个折痕杆接头(101)以及4个斜撑杆接头(103)的一端固定连接为一点，4个折痕杆接头(101)以及4个斜撑杆接头(103)的另一端分别固定连接4个折痕杆接头末端杆套(102)以及4个斜撑杆接头末端杆套(104)；边柔性铰链按照结构不同分为：第一类边柔性铰链(2)、第二类边柔性铰链(3)、第三类边柔性铰链(4)以及第四类边柔性铰链(5)；第一类边柔性铰链(2)、第二类边柔性铰链(3)、第三类边柔性铰链(4)以及第四类边柔性铰链(5)都各包括：3个折痕杆接头(101)、2个斜撑杆接头(103)、3个折痕杆接头末端杆套(102)以及2个斜撑杆接头末端杆套(104)；其中，3个折痕杆接头(101)以及2个斜撑杆接头(103)的一端固定连接为一点，3个折痕杆接头(101)以及2个斜撑杆接头(103)的另一端分别固定连接3个折痕杆接头末端杆套(102)以及2个斜撑杆接头末端杆套(104)；进一步的，第一类边柔性铰链(2)、第二类边柔性铰链(3)、第三类边柔性铰链(4)以及第四类边柔性铰链(5)中的3个折痕杆接头(101)以及2个斜撑杆接头(103)的空间分布形式不同；角柔性铰链按照结构不同分为：第一类角柔性铰链(6)以及第二类角柔性铰链(7)；第一类角柔性铰链(6)以及第二类角柔性铰链(7)都各包括：2个折痕杆接头(101)、1个斜撑杆接头(103)、2个折痕杆接头末端杆套(102)以及1个斜撑杆接头末端杆套(104)；其中，2个折痕杆接头(101)以及1个斜撑杆接头(103)的一端固定连接为一点，2个折痕杆接头(101)以及1个斜撑杆接头(103)的另一端分别固定连接2个折痕杆接头末端杆套(102)以及1个斜撑杆接头末端杆套(104)；进一步的，第一类角柔性铰链(6)以及第二类角柔性铰链(7)中的2个折痕杆接头(101)以及1个斜撑杆接头(103)的空间分布形式不同；折痕杆接头(101)主要作用是以Miura折纸中的几何关系连接具有相邻关系的折痕杆(8)；斜撑杆接头(103)主要作用是以Miura折纸中的几何关系连接具有相邻关系的斜撑杆(9)；折痕杆接头末端杆套(102)用于柔性的折痕杆接头(101)和刚性的折痕杆(8)紧固连接；斜撑杆接头末端杆套(104)用于柔性的斜撑杆接头(103)和刚性的斜撑杆(9)紧固连接；折痕杆(8)是一段等截面细长杆，并具有一定的刚性，负责为一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构在展开与收拢过程中提供刚度；斜撑杆(9)是由两根等截面细长杆组成的十字交叉杆，每个斜撑杆(9)均与4个相邻的
且能够组成闭合回路的柔性铰链相连接；4个柔性铰链中的8个折痕杆接头(101)和与其连接的4个折痕杆(8)组成一个“菱形平面”，在一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构的运动以及展开过程中，斜撑杆(9)负责保持“菱形平面”的稳定性，并为一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构提供刚度；更进一步的，本发明公开的一种基于折纸原理与软铰链的柔性可展开机构，基本构成单元包括：1个中央柔性铰链(1)、1个第一类边柔性铰链(2)、1个第二类边柔性铰链(3)、1个第三类边...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗凯，宋英慧，李珂，陈占魁，
申请(专利权)人：钱塘科技创新中心，
类型：发明
国别省市：