[发明专利]一种单自由度空间可折展多面体结构

说明书

本发明公开一种单自由度空间可折展多面体结构，包括三种单元，依次为第一种单元、第二种单元和第三种单元；第一种单元包括六个结构相同的面，第二种单元包括二十四个结构相同的面，第三种单元包括八个结构相同的面，该可折展多面体结构还含有七条轴线，分别为第一轴线、第二轴线、第三轴线、第四轴线、第五轴线、第六轴线、第七轴线；该可折展多面体结构在折叠与展开过程中，第一轴线、第二轴线、第三轴线在空间中两两相互垂直；第一种单元具有正方形的轮廓；第二种单元具有等腰梯形的轮廓；第三种单元具有正三角形的轮廓；可折展多面体结构在完全展开状态时其具有截角八面体的空间构型，在完全折叠状态时其具有截半立方体的空间构型。

技术领域

本发明涉及一种可折展的多面体结构，具体涉及一种单自由度、大折展比的基于折纸结构的空间可折展多面体结构。

背景技术

空间可折展结构是当今航天领域的关键技术，由于尺寸的限制，航天大型结构都要做成可伸展可折叠的结构。可折展结构在发射过程中处于折叠状态，占用最少的船体空间；待发射入轨后，控制其按要求逐渐展开，锁定并保持为工作状态；返回或回收时，可折展结构折叠收拢进入船体。可折展结构因其制造简单，便于储藏和运输，折展比高，可靠性高等优点，在航空航天、建筑结构、艺术品和日常生活中得到广泛的应用。

现有的空间可折展结构主要包括铰链可展结构、杆状可展结构、面状可展结构和体状可展结构，其中杆状可展结构目前应用最为广泛；面状可展结构主要涉及平面或曲面上的折展，例如太阳能帆板、卫星天线、建筑顶棚等；而体状可展结构大多数通过非刚性变形实现，变形过程不利于控制且不易重复操作，少数体状可展结构通过刚性变形实现，如C.M.Gosselin和D.Gagnon-Lachance在2006年提出的用正多边形机构驱动的可折展多面体结构，但是又存在结构复杂的问题，因此可折展的多面体结构目前应用还比较少，并且还存在折叠展开比例不大等不足。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种单自由度、能够实现折叠和展开两种构型且操作过程简单的可折展多面体结构。该可折展多面体结构拥有较好的刚度，折叠状态体积较小便于运输或发射，展开状态具有较大的工作空间；整个结构只具有一个自由度，运动控制简单；结构单元加工简单，可实现批量化生产。基于以上优点，本发明在航空航天、土木工程、机械超材料等众多领域中具有重要意义和广泛的应用前景。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种单自由度空间可折展多面体结构，包括三种单元，依次为第一种单元、第二种单元和第三种单元；所述第一种单元包括六个结构相同的面，分别为第一种单元第一面、第一种单元第二面、第一种单元第三面、第一种单元第四面、第一种单元第五面、第一种单元第六面；所述第二种单元包括二十四个结构相同的面，分别为第二种单元第一面、第二种单元第二面、第二种单元第三面、第二种单元第四面、第二种单元第五面、第二种单元第六面、第二种单元第七面、第二种单元第八面、第二种单元第九面、第二种单元第十面、第二种单元第十一面、第二种单元第十二面、第二种单元第十三面、第二种单元第十四面、第二种单元第十五面、第二种单元第十六面、第二种单元第十七面、第二种单元第十八面、第二种单元第十九面、第二种单元第二十面、第二种单元第二十一面、第二种单元第二十二面、第二种单元第二十三面、第二种单元第二十四面；所述第三种单元包括八个结构相同的面，分别为第三种单元第一面、第三种单元第二面、第三种单元第三面、第三种单元第四面、第三种单元第五面、第三种单元第六面、第三种单元第七面、第三种单元第八面；

所述第一种单元第一面与所述第二种单元第一面相邻并通过第一转动副相互连接，所述第三种单元第一面与所述第二种单元第一面相邻并通过第二转动副相互连接，所述第三种单元第一面与所述第二种单元第二面相邻并通过第三转动副相互连接，所述第三种单元第一面与所述第二种单元第三面相邻并通过第四转动副相互连接；