[发明专利]一种单自由度的可展单元及其构成的圆柱面可展机构

说明书

一种单自由度的可展单元及其构成的圆柱面可展机构，由一个动力可展单元和若干个非动力可展单元通过共用T型杆和十字型杆的方式组合而成；所述动力可展单元和非动力可展单元完全展开时呈矩形结构，四根角杆分布在所述矩形的四个顶点并通过两根长平面杆和两根长圆弧杆相连；所述动力可展单元的第一角杆、第一长平面杆和第二角杆上设有绳轮机构，形成两个传动闭环；通过控制第一角杆、第一长平面杆和第二角杆的相对转动，机构实现单自由度；所述机构杆件少，结构简单；机构展开过程平稳；该机构为单自由度，仅需对第一角杆进行驱动即可实现机构的快速收纳与展开，驱动简单，易于控制，能进一步提升临时医疗或军事方舱的搭建速度、强度与稳定性。

技术领域

本发明涉及可展机构领域，尤其涉及一种单自由度的可展单元及其构成的圆柱面可展机构。

背景技术

可展机构是指能够从收拢状态展开成预定状态的一类机构，它具有承载力大但收拢时所占空间小、收放灵活和运输方便等优点。可展机构一般采用模块化设计，即若干个相同模块通过特殊的连接方法组成网络，每个可展模块称为可展单元。近年来，可展机构在航天工程、土木工程、医疗、军事等领域得到了广泛应用，如用于构建临时医疗或军事方舱、体育馆可开合式穹顶等结构。

专利文件CN102820516A公布了一种基于正方形单元的平面阵列可展机构，该机构结构简单，展开过程平稳，但只能实现平面可展，使用范围受限。专利文件CN111926921A公布了一种可展单元构成的圆柱面可展机构，该机构强度高，单元之间连接简单，可用于构建折展式医疗方舱，但其自由度为二，比较适合人工折展。现有技术可展单元构成的组合结构应用于临时医疗或军事方舱等结构，通常存在一定不足。现有技术可展机构往往只由直杆组成，只能实现平面折展，而平面折展机构用于方舱穹顶时承载性能不佳。现有的可展机构在完全收拢状态下通常存在较多间隙，因此收纳率不高。此外，现有的可展机构在驱动、结构稳定性等方面都存在改进空间。

发明内容

基于上述背景，本发明提出了一种新方案，它既能延续现有可展机构的优势，还能同时克服上述可展机构存在的不足，具体如下。

本发明提出一种单自由度的可展单元及其构成的圆柱面可展机构，所述圆柱面可展机构由一个动力可展单元和若干个非动力可展单元组合而成。

所述动力可展单元由第一角杆、第二角杆、第三角杆、第四角杆、第一长平面杆、第二长平面杆、第一长圆弧杆、第二长圆弧杆、大滑轮、第一小滑轮、第二小滑轮、第三小滑轮、第一软钢索、第二软钢索、第一转轴、固定轴、第二转轴和若干销轴组成；所述第一角杆、第二角杆、第三角杆和第四角杆均由两段相互垂直的平面杆段与圆弧杆段组合而成，其中圆弧杆段一端设有凹槽结构，平面杆段一端设有凸榫结构，所述凸榫结构厚度小于平面杆段其它部分的厚度；所述第一长平面杆和第二长平面杆两端设有凹槽结构；所述第一长圆弧杆和第二长圆弧杆两端设有凸榫结构。

所述动力可展单元完全展开时呈矩形结构，第一角杆、第二角杆、第三角杆和第四角杆分布在该矩形结构的四个顶点；所述第一长平面杆、第一长圆弧杆、第二长平面杆和第二长圆弧杆分别连接第一角杆与第二角杆、第二角杆与第三角杆、第三角杆与第四角杆、第四角杆与第一角杆，其中，第一角杆的凸榫结构通过第一转轴转动结合到第一长平面杆端部的凹槽结构中，第二角杆的凸榫结构通过第二转轴转动结合到第一长平面杆另一端的凹槽结构中，其余连接方式均是各杆件的凸榫结构通过所述销轴转动结合到对应的凹槽结构中。

所述大滑轮与机架固连；所述第一小滑轮安装在固定轴的一端，其半径为大滑轮的一半；所述固定轴通过螺钉安装在第一长平面杆的端部；所述第二小滑轮安装在第一转轴的一端，其半径为所述大滑轮的一半；所述第一转轴与所述第一角杆的平面杆段固连，与所述第一长平面杆转动连接；所述第三小滑轮安装在第二转轴的端部，其半径为大滑轮的一半；所述第二转轴与第二角杆的平面杆段固连，与所述第一长平面杆转动连接；所述第一软钢索绕经大滑轮和第一小滑轮、第二软钢索绕经第二小滑轮和第三小滑轮，形成两个传动闭环，以保证第一角杆、第一长平面杆和第二角杆的同步转动。