[发明专利]一种可束状折叠的等腰梯形截面直四棱柱机构

说明书

本发明公开一种可束状折叠的等腰梯形截面直四棱柱机构，属于空间折展机构领域。机构具有呈镜面对称的两个等腰梯形单元，以及两侧共用两个等腰梯形同侧斜边的矩形单元；同时等腰梯形单元与矩形单元采用连杆连接而成，各连杆间通过连接件连接形成转动副；同时整个机构顶面与底面四根连杆采用可折叠杆。机构自由度为1，展开后外形为等腰梯形截面直四棱柱，等腰梯形角度可在一定范围内变化，折叠后外形为束状。本发明运动控制简单，生产加工方便，可实现束状折叠，展开后工作空间大且外形丰富，在建筑、航空、航天等领域中有重要意义和广泛应用前景。

技术领域

本发明属于空间折展机构领域，具体涉及一种可束状折叠的等腰梯形截面直四棱柱机构。

背景技术

随着航天事业的发展，航天器结构越来越趋向于大型化。然而，由于运载火箭容积的限制，能够发射到太空的非折展结构的尺寸无法满足任务需求。由于可折展机构具有折叠和展开两种形态，折叠时占用体积小，刚度和强度高，便于运输；展开时，能够形成预定的结构形式；因此，各种类型的空间可折展机构得到了快速发展和应用，如折展太阳能电池板、空间站基础骨架、空间机械臂、空间伸展臂、大口径折展天线、大型柔性太阳帆板支撑背架等。

可折展机构一般采用模块化设计，即由若干个相同折展模块连接组成，每一个折展模块称为基本折展单元，把一系列基本折展单元按照一定的机构学原理连接在一起，可构成大尺度可折展机构。例如，AEC-Able公司研制的索杆铰接式伸展臂，四根横杆刚性连接构成刚性框架，纵杆两端通过球铰与相邻的刚性框架铰接构成伸展臂桁架单元；ETS-VIII卫星采用六边形模块单元进行天线背架的组网。

相对于平面机构，Bennett、Myard和Bricard等空间过约束机构具有单自由度、折展比大等优点，以此类单元为基本折展单元构成可折展机构，将能很好地满足航天器结构的需求。已有学者进行了此方面的研究，在此仅列出与本发明同属空间折展机构领域的技术方案。

2013年发表于Journal of Mechanical Design第135卷的Virtual ChainApproach for Mobility Analysis of Multiloop Deployable Mechanisms公开了一种可束状折叠的正四棱柱单元，该单元是由4个相同的面对称Bricard单元以共用杆件的方式连接构成闭环机构，以该机构为基本折展单元可组网成一维伸展臂和二维空间平面桁架，该机构的缺点是外形单一，不能通过改变杆件参数使机构形成除矩形外的其他截面，从而限制了其应用范围。一种可折展四棱柱框架结构(申请号：201610493049.4)公开了一种可束状折叠的四棱柱框架结构，该结构是由4个与前者不同的面对称Bricard单元以共用杆件的方式连接构成闭环机构，但是该机构与前者有相同的缺点。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种可束状折叠的等腰梯形截面直四棱柱机构，以克服现有技术中机构外形单一、应用范围窄的不足。

本发明一种可束状折叠的等腰梯形截面直四棱柱机构，具有两个呈镜面对称设置的等腰梯形单元。等腰梯形单元由四根连杆两两端部相连构成，各连杆间由转动副连接。两个等腰梯形单元同侧倾斜连杆上下端间通过连杆相连形成转动副，在两个等腰梯形两侧形成呈镜面对称的两个矩形单元。上述等腰梯形单元以及矩形单元的顶边连杆与底边连杆均为可折叠杆。

折叠过程中所有连杆同步运动，其中两个等腰梯形单元中上侧可折叠杆中两段直杆向上相对转动，同时向机构内部或外部移动；下侧可折叠杆中两段直杆向下相对转动，同时与上侧可折叠杆中两段直杆移动方向相同；进而带动两侧倾斜连杆相对运动。同时两个矩形单元中上侧可折叠杆中两段直杆向上相对转动，且与等腰梯形单元中可折叠杆中两段直杆移动方向相反；下侧可折叠杆中两段直杆向下相对转动，且与上侧两段直杆移动方向相同；进而带动矩形单元左右两侧直杆相对运动，最终使两个等腰梯形单元的倾斜连杆向整个机构竖直中轴线靠拢，实现折叠。

本发明的优点在于：