一种双稳态立方星伸缩模块制造技术

本发明专利技术公开了一种双稳态立方星伸缩模块，其两侧均设有可往外伸展

【技术实现步骤摘要】
一种双稳态立方星伸缩模块


[0001]本专利技术涉及立方星的
，特别涉及一种双稳态立方星伸缩模块
。

技术介绍

[0002]随着人类对太空探索的不断深入，立方星技术蓬勃发展，轻量化
、
小型化逐渐成为卫星发展的必然趋势
。
标准的立方星采用“U”为单位，
1U
即体积为
10cm
×
10cm
×
10cm
，在此基础上，进行模块化开发
。
立方星具有体积小
、
重量轻
、
开发及发射成本低等特点，且开发周期较短，适合用于飞行演示，以验证创新技术和设计概念
。
[0003]在空间技术发展中，可伸缩的结构拥扮演着重要角色，拥有广泛的应用场景，包括：可伸缩立方星结构
、
空间机械臂
、
航天器可伸缩自拍杆装置
、
航天器可伸缩太阳能帆板
、
可伸缩天线
、
操作杆
、
机器检测机构等
。
[0004]折纸是一种将
2D
平面折成各种
3D
立体形状的传统艺术活动
。
从传统折纸艺术中获取灵感的折纸技术广泛应用于工程领域，便携性
、
可展开性
、
小型化和轻量化等优点奠定了其应用于空间结构领域的基础，为空间结构设计提供了灵感
。
航天器上执行飞行任务的各类大型机构，如：太阳电池阵
、
天线阵
、
遮光罩
、
乃至太空舱体等，在发射前都要折叠并收拢在整流罩内，进入空间轨道后在规定位置展开
。
便携性
、
可展开性
、
小型化和轻量化是主导航天器结构设计的关键，折纸技术能够利用数学理论解析这一过程并得到最优解，不仅为提高压缩效率提供了计算方法，也为研究展开特性提供了技术路径，从而奠定了其应用于结构领域的基础
。
[0005]双稳态是指一个系统存在两个稳态，或者说能量的极小值
。
而能量的极大值和极小值之间的差值可以被看作是能量壁垒
。
系统可以通过外力实现不同稳态之间的切换，与此同时，在能量壁垒中储存的能量可以被迅速释放，实现对输出力或者能量的放大效果
。
双稳态现象广泛存在于自然界和我们的生活中，例如捕蝇草，电灯的开关等
。
由于双稳态结构具有特殊的力学行为，其输出的力较大，反应时间较短，已被广泛用作软执行器
、
能量吸收装置
、
智能开关
、
微透镜表面等
。
[0006]综上所述，研发一种能够实现双稳态的立方星已经成为亟待解决的技术问题；但是现有立方星大多数为固定的框架结构，除了天线
、
太阳翼等结构在发射后会自主展开之外，立方星的整体框架基本不变
。
[0007]所以为解决此问题，可考虑将折纸技术应用于立方星中，但是应用于空间结构的折纸技术需要解决更多的工程问题
。
例如，折叠材料的厚度
、
张力
、
强度
、
刚度等问题；运动干涉
、
铰链设置等问题；驱动机构的设计问题等
。
然而，当前大多数折纸技术的应用成熟度仍然较低，折纸结构仍存在稳定性差
、
刚度低的问题
。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种双稳态立方星伸缩模块，以解决现有折叠结构稳定性差的问题
。
[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种双稳态立方星伸缩模块，所述双稳态立方星伸缩模块相对的两侧均设有可往外伸展
、
以及往内折叠的折纸机构，所述折纸机构包括约束框架
、
过渡板
、
梯形长板
、
梯形短板
、
折叠动力机构和展开动力机构；两所述约束框架相对布置，两所述约束框架的多条侧边上均连接有所述过渡板；所述梯形长板的高大于所述梯形短板的高，多块所述梯形长板的底部长边分别与一所述约束框架上的多块所述过渡板连接为可折叠结构；多块所述梯形短板的底部长边分别与另一所述约束框架上的多块所述过渡板连接为可折叠结构，多块所述梯形短板的顶部短边分别与多块所述梯形长板的顶部短边连接为可折叠结构；所述折叠动力机构和所述展开动力机构设于其同一个所述约束框架包围的空间内；所述折叠动力机构与另一个所述约束框架绳驱连接，所述折叠动力机构用于拉动所述折纸机构折叠；所述展开动力机构与所述梯形短板
、
所述梯形长板的折叠连接处绳驱连接，所述展开动力机构用于拉动所述折纸机构伸展
。
[0010]在其中一个实施例中，所述约束框架包括矩形内框和
L
形外框；所述矩形内框四条边的外侧均连接有所述过渡板；四个所述
L
形外框分别设于所述矩形内框外部的四个端角处，所述
L
形外框与所述矩形内框共同夹持固定所述过渡板
。
[0011]在其中一个实施例中，所述折纸机构还包括弹力铰链，所述弹力铰链分别与所述梯形长板
、
所述梯形短板连接；且所述展开动力机构与所述弹力铰链绳驱连接
。
[0012]在其中一个实施例中，所述弹力铰链分别与所述梯形长板
、
所述梯形短板的外表面连接
。
[0013]在其中一个实施例中，所述展开动力机构包括展开动力电机和展开用绳索；所述展开动力电机用于放出和收起所述展开用绳索；所述展开用绳索绕出至所述双稳态立方星伸缩模块外部，以此与所述弹力铰链连接
。
[0014]在其中一个实施例中，所述弹力铰链包括铰链板块和复位弹簧；两所述铰链板块转动连接，两所述铰链板块分别与所述梯形长板
、
所述梯形短板连接，两所述铰链板块均为
PEEK
制成；所述复位弹簧设于两所述铰链板块的转动连接处
。
[0015]在其中一个实施例中，所述折叠动力机构包括折叠动力电机和折叠用绳索，所述折叠动力电机用于放出和收起所述折叠用绳索；所述折叠用绳索置于所述约束框架包围的空间内
。
[0016]在其中一个实施例中，所述过渡板为碳纤维板
。
[0017]在其中一个实施例中，所述梯形长板和所述梯形短板为
PVC
板
。
[0018]本专利技术的有益效果如下：
[0019]基于折纸原理，本专利技术设计了一种具有双稳态特性的立方星伸缩模块
。
该模块具有双稳态特性
、
高折展比
、
结构简单
、
轻量化等特点
。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种双稳态立方星伸缩模块，其特征在于，所述双稳态立方星伸缩模块相对的两侧均设有可往外伸展
、
以及往内折叠的折纸机构，所述折纸机构包括约束框架
、
过渡板
、
梯形长板
、
梯形短板
、
折叠动力机构和展开动力机构；两所述约束框架相对布置，两所述约束框架的多条侧边上均连接有所述过渡板；所述梯形长板的高大于所述梯形短板的高，多块所述梯形长板的底部长边分别与一所述约束框架上的多块所述过渡板连接为可折叠结构；多块所述梯形短板的底部长边分别与另一所述约束框架上的多块所述过渡板连接为可折叠结构，多块所述梯形短板的顶部短边分别与多块所述梯形长板的顶部短边连接为可折叠结构；所述折叠动力机构和所述展开动力机构设于其同一个所述约束框架包围的空间内；所述折叠动力机构与另一个所述约束框架绳驱连接，所述折叠动力机构用于拉动所述折纸机构折叠；所述展开动力机构与所述梯形短板
、
所述梯形长板的折叠连接处绳驱连接，所述展开动力机构用于拉动所述折纸机构伸展
。2.
根据权利要求1所述的双稳态立方星伸缩模块，其特征在于，所述约束框架包括矩形内框和
L
形外框；所述矩形内框四条边的外侧均连接有所述过渡板；四个所述
L
形外框分别设于所述矩形内框外部的四个端角处，所述
L
形外框与所述矩形内框共同夹持固定所述过渡板
。3.
根据权利要求1所述的双稳态立方星伸缩模块，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锦绣，王辉，夏曦怡，黄泰和，畅彬含，吴嘉勇，江宇宁，王文婷，吴嘉宁，蒋乐伦，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：