[发明专利]含1R耦合支链的可展单元及基于此的伞形空间折展机构

说明书

技术领域

本发明涉及机构学领域，特别涉及一种含1R耦合支链的可展单元及基于此的伞形空间折展机构。

背景技术

折展机构作为空间站的基础骨架，空间机械臂的主体框架，大口径可展开天线支撑机构，可移动建筑的桁架结构等在航空航天、空间探索、大型建筑、国防军事等领域发挥着重要作用。近几十年，折展机构的设计和研究是航天领域的热门主题。美国航空航天局(NASA)，俄罗斯宇航局，欧空局(ESA)，日本宇宙科学研究所(ISAS)以及我国的航天科技集团一直在不断地开展航天折展机构的研究。目前国外一些大学如美国麻省理工学院，英国剑桥大学，日本东京大学等和我国的浙江大学，哈尔滨工业大学，天津大学，同济大学等的许多学者都在进行折展机构的设计与研究。

早期的折展机构主要基于剪式铰单元来构建。近年来，基于单自由度单闭环空间连杆的可展单元引起了许多学者的关注，常见的有Bennett 4R机构，Myard 5R机构，Bricard 6R机构等。中国专利CN200380107030.2呈现了一种基于Bennett 4R可展单元构建的折展机构；中国专利CN103786906A公开了一种空间折展机构，其包括若干相同的可展单元，这些可展单元是左右对称的剪叉机构；中国专利CN102167165A公开了一种七转动副单环可展单元及采用该单元的空间折展机构，这种单元比Myard 5R可展单元的可展性更好。

本发明涉及的含1R耦合支链的可展单元在结构上不同于现有的单环连杆可展单元，这种可展单元的杆数和运动副数目更多，运动副轴线之间的布置更加复杂，支链之间的耦合度更高。本发明涉及的含1R耦合支链的可展单元比单环连杆可展单元的刚度和承载能力更高，非常适合构建大型的折展机构。

发明内容

本发明涉及具有高刚度和高承载能力的含1R耦合支链的可展单元及基于此的伞形空间折展机构。

实现本发明采用的技术方案是：

一种含1R耦合支链的可展单元，它包括基座、第一转动副、第一连杆、第二转动副、第二连杆、第三转动副、第一中间平台、第四转动副、第三连杆、第五转动副、第四连杆、第六转动副、末端连杆、第七转动副、第五连杆、第八转动副、第六连杆、第九转动副、第二中间平台、第十转动副、第七连杆、第十一转动副、第八连杆、第十二转动副、耦合支链连杆一、耦合支链转动副一、耦合支链连杆二；上述基座，连杆，副和平台有如下连接关系：第一连杆通过第一转动副安装在基座上，第二连杆通过第二转动副与第一连杆相连，第二转动副的轴线沿第二连杆的中心线，第一中间平台通过第三转动副与第二连杆相连，第三连杆通过第四转动副与第一中间平台连接，第四连杆通过第五转动副与第三连杆连接，第五转动副的轴线沿第三连杆的中心线，末端连杆通过第六转动副与第四连杆连接，第五连杆通过第七转动副与末端连杆连接，第六连杆通过第八转动副与第五连杆连接，第八转动副的轴线沿第六连杆的中心线，第二中间平台通过第九转动副与第六连杆连接，第七连杆通过第十转动副与第二中间平台连接，第八连杆一端通过第十一转动副与第七连杆相连，另一端通过第十二转动副安装在基座上，第十一转动副的轴线沿第七连杆的中心线，耦合支链连杆一与第一中间平台固定连接，耦合支链连杆二一端通过耦合支链转动副一与耦合支链连杆一连接，另一端与第二中间平台固定连接；第一转动副的轴线和第十二转动副的轴线在基座平面内相交，第四转动副的轴线与第三转动副的轴线相互平行，第九转动副的轴线与第十转动副的轴线相互平行，第六转动副的轴线与第七转动副的轴线相交，耦合支链转动副一的轴线分别与第三转动副的轴线和第十转动副的轴线相互平行。

多个上述可展单元按照如下方法构建伞形折展机构：可展单元环形阵列在同一基座上，两个相邻的前后单元之间，前一单元的第二中间平台与后一单元的第一中间平台通过一个五转动副链连接，该五转动副链包括第一中间转动副、第一中间连杆、第二中间转动副、第二中间连杆、第三中间转动副、第三中间连杆、第四中间转动副、第四中间连杆、第五中间转动副；五转动副链的第一中间连杆通过第一中间转动副与前一可展单元的第二中间平台连接，第二中间连杆通过第二中间转动副与第一中间连杆连接，第二中间转动副的轴线沿第一中间连杆的中心线，第三中间连杆通过第三中间转动副与第二中间连杆连接，第四中间连杆一端通过第四中间转动副与第三中间连杆连接，另一端通过第五中间转动副与后一可展单元的第一中间平台连接，第四中间转动副的轴线沿第四中间连杆的中心线。此折展机构的基座为底面是正偶数多边形的正棱柱，折展机构中可展单元的数量是基座的底面边数的一半。

本发明的优点在于：