CN109050980A - 一种基于三棱柱可展单元机构的伸展臂 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机构学领域，特别涉及一种基于三棱柱可展单元机构的伸展臂。包括：三棱柱可展单元，所述三棱柱可展单元由一个基础三角连接件、一个拓展三角连接件和三个支撑杆构成，所述基础三角连接件的端角通过支撑杆与拓展三角连接件的对应端角连接；本发明所含构件种类少，只有花盘和连杆两种；各构件之间连接方式单一，均通过转动副连接；完全展开状态，三角形平面的设计提供了整体结构的稳定性；完全收拢状态，所有构件收拢到位，具有大折叠比；多个本发明中的三棱柱基本可展单元可形成任意长度、任意口径的大型伸展臂结构，满足不同的任务需求。
Description
技术领域
本发明属于机构学领域，特别涉及一种基于三棱柱可展单元机构的伸展臂。
背景技术
随着对宇宙奥秘的深入探索，超大型、高精度的卫星、空间站的发展越来越得到各领域的重视。受到地面航天发射器有限空间容仓的限制，各类空间可折展航天结构的发展越发迫切。空间折展结构是随着航天技术革新而出现的新型结构，具有高刚度，高收纳率，高几何稳定性等特点。该结构在地面及发射过程中以折叠姿态收藏于各航天器载荷仓内；当航天器定位到工作轨道时，收到地面中心的展开指令，驱动装置使其展开成预定设计的结构形状，达到工作状态。目前各类航天器都有应用到这种结构，如各类卫星上的反射天线、各类太阳能帆板、伸展臂等。
关于可展机构的研究已成为当今国际上的一个研究热点。比较典型的机构有AEC-Able工程公司为国际空间站开发的FAST伸展臂和ADAM伸展臂，TRW公司研制的太阳花展开天线以及俄罗斯Energia-GPI-Space公司开发的一种EGS天线。中国在这方面起步较晚，浙江大学、同济大学、天津大学和哈尔滨工业大学等在这方面进行了研究，重点在空间站天线、伸展臂以及折叠网架结构设计。
目前，对于可展机构的研究主要集中在机构的运动学、动力学上，而对可展机构单元本身的设计尤其是组成空间伸展臂机构的单元设计不多。为了适应复杂空间科学任务不断增长的需求，设计一种新型的空间可展基本单元对研制新型的可展开机构具有重要的研究价值。
发明目的
本发明的目的在于提出一种折叠比大、展开后稳定性高的三棱柱可展单元结构，及其组成的空间伸展臂，
为实现本发明的具体目的，提供一种三棱柱可展单元机构，包括：三棱柱可展单元，
所述三棱柱可展单元由一个基础三角连接件、一个拓展三角连接件和三个支撑杆构成，所述基础三角连接件的端角通过支撑杆与拓展三角连接件的对应端角连接；
所述基础三角连接件由三个同步杆和三个顶花盘构成，所述三个同步杆通过三个顶花盘首尾连接构成；
所述拓展三角连接件由三个同步杆和三个底花盘构成，所述三个同步杆通过三个底花盘首尾连接构成；
作为本发明的进一步改进：所述同步杆由两个等长连杆和一个转动副构成，所述连杆的一端分别与转动副连接。
作为本发明的进一步改进：所述连杆与转动副的连接角度为小于等于90度。
作为本发明的进一步改进：所述转动副上设置有展开锁紧装置。
作为本发明的进一步改进：所述同步杆与顶花盘的连接角度为小于等于90度。
作为本发明的进一步改进：所述同步杆与底花盘的连接角度为小于等于90度。
作为本发明的进一步改进：所述顶花盘主体为六棱边盘状结构，所述顶花盘的相邻两棱边内设置有连接凹槽，所述连接凹槽内设置有连接座，所述顶花盘中部设置有连接环。
作为本发明的进一步改进：所述底花盘主体为六棱边盘状结构，所述底花盘的相邻三棱边内设置有连接凹槽，所述连接凹槽内设置有连接座，所述底花盘中部设置有连接环。
一种伸展臂，包括所述三棱柱可展单元机构，所述伸展臂由若干个三棱柱可展单元构成。
本发明的有益效果在于：
本发明于现有技术相比具有以下优点：
1、本发明所含构件种类少，只有花盘和连杆两种；各构件之间连接方式单一，均通过转动副连接；
2、完全展开状态，三角形平面的设计提供了整体结构的稳定性；完全收拢状态，所有构件收拢到位，具有大折叠比；
3、多个本发明中的三棱柱基本可展单元可形成任意长度、任意口径的大型伸展臂结构，满足不同的任务需求。
附图说明
图1为本发明的三棱柱可展单元结构示意图。
图2为本发明的基础三角连接件结构示意图。
图3为本发明的拓展三角连接拣结构示意图。
图4为本发明的顶花盘结构示意图。
图5为本发明的底花盘结构示意图。
图6为本发明的伸展臂展开结构示意图。
图7为本发明的伸展臂闭合结构示意图。
图中：1、支撑杆，2、顶花盘，3、转动副，4、连杆，5、底花盘，6、同步杆，7、基础三角连接件，8、拓展三角连接件，9、连接凹槽，10、连接座，11、连接环，12、三棱柱可展单元一，13、三棱柱可展单元二，14、三棱柱可展单元三。
具体实施方式
为了更充分的解释本发明的实施，以下提供本发明的实施实例，这些实例仅仅是对本发明的阐述，不限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。
实施例如下：
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式一种三棱柱可展单元机构，包括：三棱柱可展单元，所述三棱柱可展单元由一个基础三角连接件7、一个拓展三角连接件8和三个支撑杆1构成，所述基础三角连接件7的端角通过支撑杆1与拓展三角连接件8的对应端角连接；所述基础三角连接件7由三个同步杆6和三个顶花盘2构成，所述三个同步杆6通过三个顶花盘2首尾连接构成；所述拓展三角连接件8由三个同步杆6和三个底花盘5构成，所述三个同步杆6通过三个底花盘5首尾连接构成；
本实施例中所述同步杆6由两个等长连杆4和一个转动副3构成，所述连杆4的一端分别与转动副3连接。
本实施例中所述连杆4与转动副3的连接角度为小于等于90度。
本实施例中所述转动副3上设置有展开锁紧装置。
本实施例中所述同步杆6与顶花盘2的连接角度为小于等于90度。
本实施例中所述同步杆6与底花盘5的连接角度为小于等于90度。
本实施例中所述顶花盘2主体为六棱边盘状结构，所述顶花盘2的相邻两棱边内设置有连接凹槽9，所述连接凹槽9内设置有连接座10，所述顶花盘中部设置有连接环11。
本实施例中所述底花盘5主体为六棱边盘状结构，所述底花盘2的相邻三棱边内设置有连接凹槽9，所述连接凹槽9内设置有连接座10，所述底花盘中部设置有连接环11。
本发明的每个三棱柱单元机构中，每根同步杆6的转动副3，,同步杆6分别与顶花盘2和底花盘5所形成的三个R转动副轴线相互平行且垂直于同步杆6轴线，为了避免三棱柱单元机构收拢后同步杆6之间的干涉，且保证收拢后机构的整体包络体积最小，其所含三个R转动副轴线与三个底花盘5中心所确定的三角形平面平行；每根支撑杆1两端与顶花盘2和底花盘5所形成的的R转动副轴线相互平行且沿三个底花盘5中心所确定三角形的外接圆在与该支撑杆1相连的底花盘5中心处的切线方向。
具体实施方式二：结合图6说明本实施方式，本实施方式的伸展臂结构由三个完全相同的图1所示的三棱柱单元机构构成，三棱柱可展单元二13与三棱柱可展单元一12通过共用三棱柱可展单元一12的底花盘5和同步杆6连接，三棱柱可展单元三14与三棱柱可展单元二通过共用三棱柱可展单元二13的底花盘5和同步杆6连接；各个单元之间，对应位置的支撑杆1轴线共线，同步杆6轴线相互平行。
具体实施方式三：结合图7说明本实施方式，图7为图6所示机构在完全收拢状态的立体示意简图。在完全收拢状态，所有支撑杆1竖直并相互靠拢，所有同步杆6折叠收拢到位，所有底花盘5和顶花盘2姿态一致并相互靠拢。在本发明的R转动副上添加弹性驱动元件即可实现机构的收拢/展开运动。对于单个三棱柱单元机构，当在上层任意一个同步铰链处添加驱动时，可实现上层机构的收拢/展开运动；当在下层任意一个同步铰链处添加驱动时，可实现下层机构的收拢/展开运动；当在上层任意一个同步铰链处和下层任意一个同步铰链处各添加驱动时，可实现上、下层机构的收拢/展开运动；对于由三个三棱柱单元机构组成的伸展臂机构，为了保证机构的同步收拢，则需要在第一层的三棱柱单元中分别任意选取上、下层同步铰链和在第三层的三棱柱单元中分别任意选取上、下层同步铰链，即共需要添加四个同步驱动。在完全展开状态，同步杆支链受到完全展开缩紧装置的作用，整体机构处于稳定状态。
Claims (9)
1.一种三棱柱可展单元机构，包括：三棱柱可展单元，其特征在于：
所述三棱柱可展单元由一个基础三角连接件(7)、一个拓展三角连接件(8)和三个支撑杆(1)构成，所述基础三角连接件(7)的端角通过支撑杆(1)与拓展三角连接件(8)的对应端角连接；
所述基础三角连接件(7)由三个同步杆(6)和三个顶花盘(2)构成，所述三个同步杆(6)通过三个顶花盘(2)首尾连接构成；
所述拓展三角连接件(8)由三个同步杆(6)和三个底花盘(5)构成，所述三个同步杆(6)通过三个底花盘(5)首尾连接构成。
2.根据权利要求1所述的三棱柱可展单元机构，其特征在于：所述同步杆(6)由两个等长连杆(4)和一个转动副(3)构成，所述连杆(4)的一端分别与转动副(3)连接。
3.根据权利要求2所述的三棱柱可展单元机构，其特征在于：所述连杆(4)与转动副(3)的连接角度为小于等于90度。
4.根据权利要求2所述的三棱柱可展单元机构，其特征在于：所述转动副(3)上设置有展开锁紧装置。
5.根据权利要求1所述的三棱柱可展单元机构，其特征在于：所述同步杆(6)与顶花盘(2)的连接角度为小于等于90度。
6.根据权利要求1所述的三棱柱可展单元机构，其特征在于：所述同步杆(6)与底花盘(5)的连接角度为小于等于90度。
7.根据权利要求1所述的三棱柱可展单元机构，其特征在于：所述顶花盘(2)主体为六棱边盘状结构，所述顶花盘(2)的相邻两棱边内设置有连接凹槽(9)，所述连接凹槽(9)内设置有连接座(10)，所述顶花盘中部设置有连接环(11)。
8.根据权利要求1所述的三棱柱可展单元机构，其特征在于：所述底花盘(5)主体为六棱边盘状结构，所述底花盘(2)的相邻三棱边内设置有连接凹槽(9)，所述连接凹槽(9)内设置有连接座(10)，所述底花盘中部设置有连接环(11)。
9.一种伸展臂，其特征在于：包括权利要求1-8所述的三棱柱可展单元机构，所述伸展臂由若干个三棱柱可展单元构成。
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