[发明专利]一种折纸可变形管道实验装置

说明书

本发明公开了一种折纸可变形管道实验装置，用于折纸可变形管道实验分析用。该实验装置包括加载实验平台、夹持装置和机械臂系统，其特征在于机械臂系统包括机械臂支架及机械臂，机械臂支架和夹持装置固定在加载实验平台上，夹持装置用于夹持折纸可变形管道，机械臂安装在机械臂支架上，并能够产生相对运动，机械臂上设有电磁铁，形成外部磁场，用于给折纸可变形管道产生变形提供驱动力，适用于不同的材料的折纸可变形管道的研究、适应不同尺寸、铺设角度、变形方向的双稳态复合材料，实验装置简单高效，稳定性好，易于拆装和维修，对于智能材料驱动折纸结构具有一定的借鉴意义。

技术领域

本发明属于折纸可变形结构以及复合材料研究领域，涉及到磁场力驱动带有反对称铺设复合材料圆柱壳的三通道折纸可变形管道的各方向打开和闭合的实验分析方法和装置。

背景技术

智能可变形结构是相同体积和质量下实现更多功能与任务的结构，由于有非常广阔的应用范围，因而是当下研究热点，如航空航天领域、机械液压装置等。Origami是一种折纸技术，通过峰谷折痕它能将二维的图形变化为三维立体结构。近年来，折纸技术大量的被研究者们利用在太阳能帆、柔性医疗支架、机翼、可折叠结构以及柔性电子方面，这不仅可以实现物体的折叠来节省空间，并且可以实现结构的变形。双稳态复合材料是一种同时具有两种不需要外载荷就能维持不同稳定状态特性的复合材料，并且可使用外部驱动或者在双稳态复合材料中添加智能材料来驱动其稳态转变。折纸可变形管道将折纸的可变形特性与双稳态材料的多稳态特性有机结合，具有良好的结构特性。鉴于目前此项技术处于探索阶段，该方向的实验研究比较稀少，实验设备更是十分匮乏。针对目前的现状，设计发明一种用于驱动折纸可变形管道变形的实验装置。

发明内容

本发明针对目前对于折纸可变形管道的实验研究稀少，实验装置匮乏的问题，设计了一种折纸可变形管道实验装置，它用于驱动折纸可变形管道产生稳态转变。

所述的一种折纸可变形管道实验装置，用于折纸可变形管道实验分析用，折纸可变形管道包括由连接板连接的6个立方体薄管，立方体薄管的相对两个角内侧上分别设有反对称双稳态圆柱壳，反对称双稳态圆柱壳的四边中部分别设置小磁体，所述实验装置包括加载实验平台、夹持装置和机械臂系统，其特征在于机械臂系统包括机械臂支架及机械臂，机械臂支架和夹持装置固定在加载实验平台上，夹持装置用于夹持折纸可变形管道，机械臂安装在机械臂支架上，并能够产生相对运动，机械臂上设有电磁铁，形成外部磁场，用于给折纸可变形管道产生变形提供驱动力。

所述的一种折纸可变形管道实验装置，其特征在于夹持装置包括丝杠电机机构、内夹持推进装置、推进块、外夹持支架及内夹持支架，内夹持推进装置固定在加载实验平台上，丝杠电机机构下端安装在内夹持推进装置底部，上端与外夹持支架联接；外夹持支架外壁与内夹持推进装置内壁相接触，并能够产生相对运动；推进块上下两端分别设置在外夹持支架和内夹持支架上；内夹持支架设有第一步进电机，转盘安装在第一步进电机上；第二步进电机通过电机支架安装在外夹持支架上；转盘、内夹持支架与内铰链杆机构相联接，齿环齿轮传动与所述的第二步进电机和外夹持支架通过外铰链杆机构相联接。

所述的一种折纸可变形管道实验装置，其特征在于内夹持支架每个面板内侧设有内导轨。

所述的一种折纸可变形管道实验装置，其特征在于内铰链杆机构为4个，内铰链杆机构一端均匀间隔设置在转盘上，另一端分别对应设置在内夹持支架的四个面板上，每个内铰链杆机构包括第一内铰链、第二内铰链、内铰链杆及内推杆，第一内铰链固定在转盘上，第二内铰链活动设置在内导轨上，第一内铰链和第二内铰链由内铰链杆连接，内推杆一端设置在第二内铰链上，另一端穿出内夹持支架的面板，内推杆外端头设有内夹片。

所述的一种折纸可变形管道实验装置，其特征在于第二步进电机的传动轴上设有锥齿轮，锥齿轮与齿环啮合连接，外夹持支架每个面板外侧设有外导轨。