[发明专利]一种环形系列可展机构的构型设计方法

摘要

本发明公开了一种环形系列可展机构的构型设计方法，以其几何特性为基础提出了正三角形可展机构、正方形可展机构、正五边形可展机构和正六边形可展机构。可展机构完全展开时分别呈现为正三角形、正方形、正五边形和正六边形，当完全收缩时每一种可展机构又根据其中的已知参数可分为四种构型。构型设计方法所形成的环形系列可展机构的构型原理简单，可靠性高；结构组成构件类别少，易于加工装配；展开过程平稳，冲击小，整个系统只有一个自由度，易于控制。本发明构型设计方法应用于卫星天线展开系统的空间大型可展开天线中；也可应用于其它各种需大面积展开收缩的结构中，如工艺品及建材方面。

主权项

一种环形系列可展机构的构型设计方法，其特征在于包括以下步骤:步骤1:确定构型结构，根据构型结构确定半径的取值范围；通过确定半径为R的圆，作为正多边形的外接圆，确定半径R为可展机构的径向展开最大尺寸；步骤2:根据外接圆模型作该圆等分点，外接圆上作出n个等分点，（n≥3）；步骤3:根据外接圆上作出的等分点，顺次连接各个等分点形成正n边形；步骤4:以外接圆的圆心为中心，向各个等分点形成的正n边形的各条边作垂线；步骤5:生成铰接点，分别过正多边形的边及其垂线作平行于该正多边形的中心与顶点所连线段的平行线，且与正多边形的边及其垂线相交所形成的交点即为所求的铰接点，各条垂线上的点到正多边形的中心点所连的线段长度相等，均为a，由此共生成3n个铰接点；步骤6:将可展机构实体化，在连杆与连杆的铰接处根据分层需求设置凸台进行分层处理；各连杆之间关系:（1）中心连杆上的各个连杆间的夹角为α=2π/n；（2）与中心连杆相铰接的中间连杆上的垂线连杆长度为b=R·cos(α/2)‑a；（3）与中心连杆相铰接的中间连杆上的边线连杆长度为c=2b·tan(α/2)；（4）顶点连杆与中间连杆上相铰接的连杆长度为d=R·sin(α/2)‑0.5c；其中:R为圆的半径，n为正多边形可展机构的边数，a为中心连杆上各条连杆长度；步骤7:在上述设计方案的各种尺寸条件下，可得出正多边形可展机构形成的正多边形的顶点连杆上顶点的径向展开收缩尺寸比i1；正多边形可展机构完全展开的尺寸与完全收缩的尺寸的比值i2；即:（1）当a i 1 = R / ( b - a ) 2 + ( 0.5 c - d ) 2 , i 2 = R / ( b - a ) 2 + c 2 / 4 ; （2）当a>b，且 a > ( b - a ) 2 + c 2 / 4 时， i 1 = R / ( b - a ) 2 + ( 0.5 c - d ) 2 , i2=R/a；（3）当a>b，且 a < ( b - a ) 2 + c 2 / 4 时， i 1 = R / ( b - a ) 2 + ( 0.5 c - d ) 2 , i 2 = R / ( b - a ) 2 + c 2 / 4 ; （4）当a=b时，i1=+∞，i2=2/sin(α/2)。