一种模块化桁架式的可组装变形机构制造技术

本发明专利技术公开了一种模块化桁架式的可组装变形机构，包括第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆、第四连接杆、第五连接杆、第六连接杆、第七连接杆、第八连接杆、第一连接件、第二连接件、第三连接件、第四连接件等结构，通过结构之间的不同组合，可以形成E型桁架、B型桁架和S型桁架，E型桁架被称为拉伸压缩桁架，具有两个自由度，可实现在垂直方向上的拉伸和压缩；S桁架被称为剪切桁架，具有一个自由度，在受到横向剪切力时发生剪切变形，S型桁架结构的高度和底边长度不发生变化；B型桁架被称为弯曲变形桁架，具有一个自由度。本发明专利技术可以通过连接件实现拼接，实现更加复杂的变形，具有承重能力强、跨度大、安装简便和利于存放运输等特点。安装简便和利于存放运输等特点。安装简便和利于存放运输等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化桁架式的可组装变形机构


[0001]本专利技术涉及可变形刚体机构
，尤其涉及一种模块化桁架式的可组装变形机构。

技术介绍

[0002]许多机械系统通过改变其几何形状执行功能。可控地改变形状可使机构更有效地在多种工作环境中发挥作用，或者执行多个任务，具有这种能力的系统通常被称为自适应或变形机构。变形机构的典型应用例如变形飞机机翼、有源孔径天线以及光学系统的可变形反射镜等。柔性机构、智能材料和刚体机构均可完成变形机构的形状设计。柔性机构通过输入驱动力引起结构变形活动位移量，由于无铰链设计，柔性机构具有制造和组装过程简单、节省重量、减少零件和接头的数量、消除机械反弹和摩擦(导致磨损)等优点。相比较于柔性机构的顺应性机制，刚体机构可以提供包括较大的旋转和位移，避免由于柔性机构几何形状和弹性行为之间的非线性关系而造成的设计复杂性，并可以敏锐感受外部荷载、精确的轴
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漂移运动、避免接头处的高应力集中等优势。智能材料是通过材料结构变化产生体积力和位移量的执行器，智能材料的变形需要周围环境中某些要素的改变，如电、磁场、温度、光等。不同智能材料表现出不同的特性。压电执行器体积小、体积硬、承重、可堆叠、线性高、热系数低、带宽大，但电压要求较高。磁致伸缩器适用于需要大规模、高力和高刚度的应用。磁致伸缩器有良好的线性性和中等水平的滞后，但需要向嵌入式执行器提供一个受控的磁场。温度驱动器是由温度驱动的低刚度、高位移的执行器。其优势在于更大的应变、良好的线性性和简单性。相比较于刚体机构，它们的运行速度较慢，且迟滞率较高。智能材料往往价格较高且不满足某些变形机构要求大载荷下的大变形的需求。通过上述可以看出，柔性机构、智能材料和刚体机构均不同程度存在有自己的劣势。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种模块化桁架式的可组装变形机构，桁架变形机构具有制造和组装过程简单、节省重量、减少零件和接头的数量、可提供较大的旋转和位移，设计简单，敏锐感受外部荷载、避免接头处的高应力集中和价格低廉等特点。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供技术方案如下：
[0005]一种模块化桁架式的可组装变形机构，其特征在于：包括第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆、第四连接杆、第五连接杆、第六连接杆、第七连接杆、第八连接杆，所述第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆和第四连接杆依次首尾相连围合形成一四边形框，在所述四边形框中，第一连接杆和第二连接杆之间通过第一连接件相连，第二连接杆和第三连接杆之间通过第二连接件相连，第三连接杆和第四连接杆之间通过第三连接件相连，第四连接杆和第一连接杆之间通过第四连接件相连，所述第五连接杆的两端分别连接在两个四边形框的所述第一连接件上，所述第六连接杆的两端分别连接在两个四边形框的所述第二连
接件上，所述第七连接杆的两端分别连接在两个四边形框的所述第三连接件上，所述第八连接杆的两端分别连接在两个四边形框的所述第四连接件上，所述第五连接杆、第六连接杆、第七连接杆和第八连接杆为可伸缩结构。
[0006]进一步的，所述第五连接杆、第六连接杆、第七连接杆和第八连接杆为曲率恒定的弯杆结构，第五连接杆和第六连接杆所在圆的圆心相重合，所述第七连接杆和第八连接杆所在圆的圆心相重合，形成B
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1型桁架结构。
[0007]进一步的，所述第一连接杆和第三连接杆为曲率恒定的可伸缩弯杆结构，同一个四边形框中的第一连接杆和第三连接杆所在圆的圆心相重合，还设置有四个第九连接杆，所述第九连接杆的一端通过转动连接件连接在所述第二连接杆和第四连接杆上，另一端通过十字连接件相互连接在一起。
[0008]进一步的，所述第一连接件分别与所述第二连接杆、第一连接杆和第五连接杆固定连接，所述第二连接件分别与所述第二连接杆、第三连接杆和第六连接杆固定连接，所述第三连接件分别与第四连接杆、第三连接杆和第七连接杆固定连接，所述第四连接件分别与第四连接杆、第一连接杆和第八连接杆固定连接，形成B
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2型桁架结构。
[0009]进一步的，在两个所述四边形框之间还连接有第一支撑杆和第二支撑杆，所述第一支撑杆的一端通过第一滑动块与其中一个四边形框的第一连接杆滑动连接，另一端通过第一固定块与另一个四边形框的第一连接杆固定连接，所述第二支撑杆的一端通过第二滑动块与其中一个四边形框的第三连接杆滑动连接，另一端通过第二固定块与另一个四边形框的第三连接杆固定连接，形成S型桁架结构。
[0010]进一步的，所述第一连接件分别与所述第一连接杆和第二连接杆固定连接，与所述第五连接杆转动连接；所述第二连接件分别与第二连接杆和第三连接杆固定连接，与所述第六连接杆转动连接；所述第三连接件分别与第三连接杆和第四连接杆固定连接，与所述第七连接杆转动连接；所述第四连接件分别与第四连接杆和第一连接杆固定连接，与所述第八连接杆转动连接。
[0011]进一步的，所述第一连接杆和第三连接杆为可伸缩结构，形成E型桁架结构。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、具有不同变形模式的可组装桁架结构，通过连接杆的简单组装，可以实现拉伸和压缩变形、剪切变形和弯曲变形。2、桁架变形机构具有制造和组装过程简单、节省重量、减少零件和接头的数量、可提供较大的旋转和位移，设计简单，敏锐感受外部荷载、避免接头处的高应力集中和价格低廉等特点。3、加工具有优势，可以根据不同的需求进行生产构件，若需求的桁架较大，需要较大的刚度，采用合成钢等材料分别生产构件，再进行统一组装；若需求的桁架较小，不需要太大的刚度，可以通过3D打印进行制作，简单方便。4、多个不同类型的桁架可使用连接件进行拼接，如采用铰链连接，这种连接件加工简单，价格低廉。5、桁架变形机构的连接件和桁架可使用单独的步进电机驱动，很容易编程实现需要的机构变形形式。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施例一结构示意图；
[0014]图2为本专利技术实施例二结构示意图；
[0015]图3为本专利技术实施例三结构示意图；
[0016]图4为本专利技术实施例四结构示意图；
[0017]图5为三个E型桁架和两个S型桁架之间的拼接结构示意图；
[0018]图6为四个B
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2型桁架的拼接结构示意图；
[0019]图7为八个B
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1型桁架的拼接结构示意图。
[0020]其中：1
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第一连接杆，2
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第二连接杆，3
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第三连接杆，4
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第四连接杆，5
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第五连接杆，6
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第六连接杆，7
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第七连接杆，8
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第八连接杆，9
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第九连接杆，11
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第一连接件，12
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第二连接件，13
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第三连接件，14
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第四连接件，15
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化桁架式的可组装变形机构，其特征在于：包括第一连接杆(1)、第二连接杆(2)、第三连接杆(3)、第四连接杆(4)、第五连接杆(5)、第六连接杆(6)、第七连接杆(7)、第八连接杆(8)，所述第一连接杆(1)、第二连接杆(2)、第三连接杆(3)和第四连接杆(4)依次首尾相连围合形成一四边形框，在所述四边形框中，第一连接杆(1)和第二连接杆(2)之间通过第一连接件(11)相连，第二连接杆(2)和第三连接杆(3)之间通过第二连接件(12)相连，第三连接杆(3)和第四连接杆(4)之间通过第三连接件(13)相连，第四连接杆(4)和第一连接杆(1)之间通过第四连接件(14)相连，所述第五连接杆(5)的两端分别连接在两个四边形框的所述第一连接件(11)上，所述第六连接杆(6)的两端分别连接在两个四边形框的所述第二连接件(12)上，所述第七连接杆(7)的两端分别连接在两个四边形框的所述第三连接件(13)上，所述第八连接杆(8)的两端分别连接在两个四边形框的所述第四连接件(14)上，所述第五连接杆(5)、第六连接杆(6)、第七连接杆(7)和第八连接杆(8)为可伸缩结构。2.根据权利要求1所述一种模块化桁架式的可组装变形机构，其特征在于：所述第五连接杆(5)、第六连接杆(6)、第七连接杆(7)和第八连接杆(8)为曲率恒定的弯杆结构，第五连接杆(5)和第六连接杆(6)所在圆的圆心相重合，所述第七连接杆(7)和第八连接杆(8)所在圆的圆心相重合，形成B
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1型桁架结构。3.根据权利要求2所述一种模块化桁架式的可组装变形机构，其特征在于：所述第一连接杆(1)和第三连接杆(3)为曲率恒定的可伸缩弯杆结构，同一个四边形框中的第一连接杆(1)和第三连接杆(3)所在圆的圆心相重合，还设置有四个第九连接杆(9)，所述第九连接杆(9)的一端通过转动连接件(15)连接在所述第二连接杆(2)和第四连接杆(4)上，另一端通过十字连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冰珏，聂恒，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：