[发明专利]一种正四面体对称型可展机构单元

说明书

技术领域

本发明涉及机构与可展结构，尤其涉及一种正四面体对称型可展机构单元。

背景技术

可展结构可由紧凑的折叠状态快速展开成型，引起设计师和工程师的广泛关注，并已逐渐得到了工程应用。近年来，研究学者已提出了几种类型的可展结构单元，其中剪铰式单元是可展结构中较为常见的基本单元，Bennett单元及所衍生的Bricard单元属于另一类经典的闭合环形机构。以上几类基本单元均具有单自由度运动特性，且结构的多自应力模态可提供额外的结构刚度，已在可展结构设计中发挥了重要作用。但是，现阶段的机构单元类型仍然较少，给新型可展结构的设计与工程应用带来了较大的困难。因此，设计一种新型的可展机构单元对于丰富可展结构的多样性将具有重要的意义。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种运动过程连续、可逆，便于折叠和展开的正四面体对称型可展机构单元。

技术方案：本发明的正四面体对称型可展机构单元，包括16个三杆相交连接节点和24根等长的连杆单元，每个三杆相交连接节点上均设置有三个转动副，三杆相交连接节点通过三个转动副分别与三根连杆单元连接，每个连杆单元的两端分别与不同的三杆相交连接节点通过转动副连接；每个三杆相交连接节点上的三个转动副的轴心线位于同一平面，且三个转动副的轴心线相交而成的三角形为等边三角形，转动副的连杆安装位置位于所在等边三角形边的中点处，连杆单元垂直于所连接的转动副的轴心线。

本发明中，16个三杆相交连接节点分别为第一节点、第二节点、……第十六节点，24根连杆单元分别为第一连杆、第二连杆、……第二十四连杆，第一节点与第一连杆、第二连杆和第三连杆连接，第二节点与第四连杆、第五连杆和第六连杆连接，第三节点与第七连杆、第八连杆和第九连杆连接，第四节点与第十连杆、第十一连杆和第十二连杆连接，第五节点与第八连杆、第十三连杆和第十四连杆连接，第六节点与第十一连杆、第十四连杆和第十五连杆连接，第七节点与第二连杆、第十三连杆和第十五连杆连接，第八节点与第六连杆、第十六连杆和第十八连杆连接，第九节点与第三连杆、第十六连杆和第十七连杆连接，第十节点与第十二连杆、第十七连杆和第十八连杆连接，第十一节点与第四连杆、第十九连杆和第二十一连杆连接，第十二节点与第七连杆、第十九连杆和第二十连杆连接，第十三节点与第一连杆、第二十连杆和第二十一连杆连接，第十四节点与第五连杆、第二十二连杆和第二十四连杆连接，第十五节点与第九连杆、第二十二连杆和第二十三连杆连接，第十六节点与第十连杆、第二十三连杆和第二十四连杆连接。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

目前工程应用中的可展机构主要来自于采用剪铰式单元构成的二维体系，而新型空间可展机构单元类型较少，且大多采用复杂的连接节点或单元方式，无法获得较理想的收纳率，或不能保证单元折叠-展开过程中始终具有单一运动自由度。与之相比，本发明机构单元基于正四面体几何，属于三维可展结构体系，并具有单自由度运动特性，能够由紧凑的折叠状态转换为大体积完全展开状态，且整个运动过程具有连续性和可逆向性；本机构单元折叠-展开过程中，结构产生刚体平移及刚体转动，并始终保持正四面体型对称，其中第一节点、第二节点、第三节点、和第四节点之间的相对方位保持不变，所有连杆不产生非协调变形。此外，由于本机构单元仅由连杆和转动副构成，结构简单，造型美观，制作方便，便于折叠和展开。

附图说明

图1为本发明正四面体对称型可展机构单元的三维示意图。

图2a为本发明正四面体对称型可展机构单元的连接节点示意图。

图2b为本发明正四面体对称型可展机构单元的连杆示意图。

图3为本发明正四面体对称型可展机构单元的不同连接节点和连杆的示意图。

图4a为本发明正四面体对称型可展机构单元在第一、二、三、和四节点相交状态下的几何构型图。

图4b为本发明正四面体对称型可展机构单元在折叠-展开过程中的示意图。

图4c为本发明正四面体对称型可展机构单元在完全展开状态下的示意图。

图4d为本发明正四面体对称型可展机构单元在完全折叠状态下的示意图。